Определение высоты тела плотины, отметки гребня плотины

Высоту плотины назначаем с превышением dнад расчётным уровнем воды в водохранилище, гарантирующем отсутствие перелива воды через гребень и равным:

d = Δh + h_н + a (1)

где:Δh – высота ветрового нагона волны;

h_н – высота наката волн на откос плотины;

a – конструктивный запас, принимаемый как большее из значений 0,5 м и 0,1h_0,1%;

0,1h_0,1% - высота волны 1%-ной вероятности превышения.

Расчёты по формуле (1) проводим для двух расчётных случаев:

1) уровень воды на отметке НПУ;

2) уровень воды на отметке ФПУ.

Расчётную скорость ветра в первом случае принимаем 1%-ной вероятности превышения, наблюдаемую в течение года, а во втором – 50%-ной вероятности превышения, наблюдаемую во время форсировки уровня. При определении элементов ветровых волн и ветрового нагона согласно СНиП 2.06.04–82 следует принимать вероятность превышения шторма для сооружения III класса 4%.

В качестве расчетной отметки гребня плотины принимают большую из отметок:

Zгр = Zнпу + dнпу; (2)

Zгр = Zфпу + dфпу, (3)

где Zнпу и Zфпу– отметки нормального и форсированного подпорных уровней.

Пример: Необходимо определить высоту и размер плотины.

Отметка НПУ = 13 м

Отметка ФПУ = 13.6 м

Грунты – супесь

Напор на гребне водослива бетонной плотины H = 1 м.

Рассчитаем высоту ветрового нагона воды по следующей зависимости:

, (4)

где: W – расчётная скорость ветра на высоте 10 м над уровнем воды.

При НПУ: W = 20 м/с; при ФПУ: W = 10 м/с.

– коэффициент, зависящий от скорости ветра. ;

– длина разгона ветровой волны. При НПУ: D = 4,5 км; при ФПУ: D = 4,7 км;

– ускорение свободного падения, ;

– условная расчётная глубина воды в водохранилище, Н = 13 м;

- угол между продольной осью водоёма и направлением господствующих ветров .

Таблица 1

Значение квадратичного коэффициента К_в в зависимости от расчётной скорости ветра

W, м/с
Кв

Т. к. величина Δh, стоящая в знаменателе, мала по сравнению с величиной Н, то полагаем, что Δh = 0.

Таким образом, высота ветрового нагона, вычисленная по формуле (4) при уровне воды в водохранилище на отметке НПУ, равна:

 

То же при отметке ФПУ:

м.

Высоту наката волны определяют по формуле:

, (5)

Высоту волны 1%-ной вероятности превышения определим в следующей последовательности:

1)Вычисляем безразмерные комплексы: (график1 приложение 1)

и ,

где t – продолжительность действия ветра, принимаемая при отсутствии фактических данных ;

а) при НПУ: ;

б) при ФПУ: ;

2) По графику /1/ для каждого найденного комплекса определяем значения параметров и ,

где - средний период волны;

- средняя высота волны;

при НПУ: ,

при ФПУ: ,

3)Из найденных двух пар значений параметров выберем наименьшие и по ним установим параметры и :

при НПУ: ;

при ФПУ: ;

4)Вычисляем среднюю длину волны:

при НПУ:

при ФПУ:

5) Определяем высоту волны 1%-ной вероятности превышения:

(6)

где К₁ - коэффициент, устанавливаемый по графику /2/ при 1%-ной вероятности превышения в зависимости от значения безразмерного комплекса

при НПУ:

при ФПУ:

Коэффициенты К_Δ и К_НП зависят от типа и относительной шероховатости крепления откоса и определяются по таблице 2.

Таблица 2

Значения коэффициентов К_Δи Кнп

Конструкция крепления откоса	r/h1%	KΔ	Kнп
Бетонные или железобетонные плиты	-	1.00	0.90
Гравийно-галечниковые, каменные или бетонные (железобетонные) блоки	Менее 0.002	1.00	0.90
0.005…0.010	0.95	0.85
0.02	0.90	0.80
0.05	0.80	0.70
0.10	0.75	0.60
Более 0.2	0.70	0.50

 

Из таблицы (2.) при креплении откоса железобетонными плитами коэффициенты К_Δи Кнп принимаем равными: К_Δ = 1.0; Кнп=0.9.

Коэффициент К_с зависит от скорости ветра и коэффициента заложения верхового откоса (m1 = 3). определяется по таблице 3.

Таблица 3

Значения коэффициента К_с

Скорость ветра, м/с	Заложение откоса
0.4	0.4…2	3…5
20 и более	1.3	1.4	1.5	1.6
	1.1	1.1	1.1	1.2
5 и менее	1.0	1.0	0.8	0.6
Примечание: j- угол наклона откоса к горизонту, град.

а) так как при НПУ скорость ветра W=20 м/с., то по таблице находим Кс=1.5;

б)так как при ФПУ W=10 м/с, следовательно по таблице находим Кс=1.1

Значение коэффициента К_β принимается в зависимости от угла a подхода фронта волны к плотине.

Таблица 4

Значения коэффициента К_β

a, град
Кβ		0.98	0.96	0.92	0.87	0.82	0.75

Примем его равным 0,84.

Коэффициент К_НГ определяется по графикам. Для того чтобы его определить, рассчитаем величину :

при НПУ:; , Кнг = 1.30;

при ФПУ: , Кнг = 1.53.

Коэффициент К_HJ учитывает вероятность превышения J (%) по накату. Как уже упоминалось ранее, по СНиП для третьего класса сооружений J принимается равным 4%. Соответственно, К_HJ = 0,93.

Таблица 5

Значения коэффициента К_HJ

j, %	0.1
КHJ	1.1	1.0	0.96	0.91	0.86	0.76	0.68

Подставим все найденные коэффициенты в формулу (5) и определим высоту наката волны 4%-ной вероятности превышения:

при НПУ:

при отметке ФПУ:

По зависимости (1) вычисляем требуемое превышение гребня плотины над расчётным уровнем:

при НПУ:

при ФПУ:

Отметка гребня плотины соответственно должна быть равна:

при НПУ:

при ФПУ:

В качестве расчетного значения отметка гребня плотины принимаем Z_{гр ср} = 15,0 м.

Т.к. отметка берега равна 0 м относительно Балтийской системы, можно определить расчётную высоту плотины:

Н_пл = 0 + 15,0 = 15,0 м.

В конструктивном отношении гребень выполняют, как дорогу в насыпи, которая состоит из проезжей части, обочины, ограждения и дренажных устройств. Проезжая часть имеет основание и покрытие. На песчаную подушку укладывают покрытие в зависимости от категории дороги. Покрытие имеет двусторонний поперечный уклон. С обеих сторон дороги на расстоянии м от бровки ставят ограждения: столбики через 4…6 м, низкие стенки.