Проект водосливной плотины

Студент : О*&%^ин
Евгений
гр. 5016/1
Преподаватель: Фролова
Ирина
Евгеньевна

Санкт-Петербург 1999 Содержание
Введение 3
Часть I. Выбор створа, компоновки узла и очередности работ 3
1.1. Выбор створа гидроузла 3
1.2. Компоновка гидроузла 3
1.3. Последовательность строительных работ 3
Часть II. Водосливная плотина 4
2.1. Состав водопропускного фронта и очертание водосливного профиля 4
2.2. Затворы и механическое оборудование 4
2.3. Пропуск строительных расходов второй очереди 4
2.4. Водобойные устройства 5
2.5. Рисберма 5
2.6. Расчет ямы размыва 5
2.7. Подземный контур плотины, дренажные устройства 5
2.8. Разрезка на секции и конструкции швов 5
2.9. Сопряжения со смежными сооружениями 6
2.10. Статический расчет 6
Литература 7
Введение

Целью данного проекта является разработка гидроузла. Гидроузел включает в себя водо-сливную плотину,гидроэлектростанцию, береговой водоприемник и глухую плотину.

Климатические условия. Географический район строительства - Зап. Сибирь.

Геологические условия. Аллювиальные отложения в русле реки представляют собой пе-сок крупно-зернистый, подстилающими породами являются глины. Отметка кровли корен-ных пород составляет 89,0 м.

Гидрологические условия. В качестве основного расчетного расхода принимается расход основной вероятностью Qосн, составляющий 810 м3/с. При расчете пропуска строительных расходов II очереди расход в летне-осенний период составляет 335 м3/с, расход при пере-крытии русла составляет 110 м3/с.

Часть I. Выбор створа, компоновки узла и очередности работ

1.1. Выбор створа гидроузла

Створ сооружения выбираем из условия минимизации протяженности сооружений гид-роузла по этому створу. Фактически от положения створа гидроузла в плане зависит лишь длина глухой земляной плотины. Она определяется как расстояние между горизонталями, имеющими ту же отметку, что и гребень глухой плотины. Таким образом, определив отметку гребня глухой плотины, равную 115,5 м, по карте мы находим участок реки, где горизонтали с отметкой 116 проходят наиболее близко друг от друга. На этом участке мы располагаем ос-новные сооружения гидроузла. Створ гидроузла располагаем перпендикулярно речному по-току, чтобы гидродинамические условия попадания воды на водослив и в спиральные каме-ры ГЭС были оптимальными. По створу мы располагаем ось глухой плотины, гребень водо-слива и прямую, проходящую через центры рабочих колес турбин в здании ГЭС. Также в створе гидроузла располагается водоприемник.

1.2. Компоновка гидроузла

Согласно расчету (приложение 11) отметка перемычки равна 103,8 м.

Следовательно, сооружения гидроузла будут располагаться в пойме реки (пойменная компоновка).

В I очередь строительства выгоднее пропускать расходы через правую часть русла, а в левой части возводить водосливную плотину и здание ГЭС.

1.3. Последовательность строительных работ

Все строительные работы осуществляются в две очереди. К первой очереди строительст-ва относятся следующие подготовительные мероприятия и строительные работы:

1) расширение той части русла, через которую пропускаем строительные расходы первой очереди, и строительство двух поперечных перемычек, ограждающих котлован основных сооружений первой очереди; перемычки насыпные, возводятся в воде без подготовки осно-вания;

2) частичное перекрытие русла реки при замыкании контура перемычек;

3) осушение котлована первой очереди и возведение сооружений первой очереди; быки и устои водосливной плотины возводятся полностью, тело плотины - до отметки временного порога; сооружаем крепление нижнего бъефа - водобойную плиту и рисберму; часть грунто-вой плотины возводим до проектной отметки гребня плотины; строим здание ГЭС;

4) разборка поперечных перемычек первой очереди строительства.

Ко второй очереди строительства относятся следующие работы:

1) возведение поперечных перемычек второй очереди;

2) полное перекрытие естественного русла реки при замыкании контура перемычек второй очереди; пропуск строительных расходов второй очереди через недостроенные водосливные отверстия; возведение глухой плотины;

3) перекрытие методом гребенки отверстий водосливной плотины;

4) частичное наполнение водохранилища и пуск первого агрегата ГЭС;

5) заполнение водохранилища до НПУ, ввод в эксплуатацию постоянных сбросных сооруже-ний и ГЭС.

Часть II. Водосливная плотина

2.1. Состав водопропускного фронта и очертание водосливного профиля

Водопропускной фронт состоит из 3 водосливных отверстий шириной 18 м, перекры-ваемых затворами. Отверстия разделяют быки шириной 3 м. От других сооружений, входя-щих в гидроузел, водосливная часть отделяется устоями.

Отметка гребня водослива составляет 110,3 м.

Поперечное сечение водосливной плотины представляет собой безвакуумную стенку нормального очертания с вертикальной верховой гранью (профиль Кригера-Офицерова). В качестве профилирующего напора для расчета принимаем максимальный напор на водосли-ве, имеющий место при ФПУ и составляющий 3,5 м.

2.2. Затворы и механическое оборудование

Затворы служат для открытия и закрытия водопропускных отверстий. На водосливной плотине имеется аварийно-ремонтный затвор и эксплуатационный затвор. Оба они пред-ставляют собой плоские подъемные затворы. Аварийно-ремонтный затвор действует в пе-риод запланированного ремонта или аварии. Эксплуатационный затвор используют для ре-гулирования расхода воды, сбрасываемой в нижний бъеф. Он также необходим для поддер-жания в случае необходимости соответствующего уровня воды в верхнем бъефе.

Достоинством выбранных затворов является то, что их установка и эксплуатация не тре-бует устройства на гребне плотины большой по размерам горизонтальной площадки и уши-рения гребня плотины. Также эти затворы легко могут быть вынуты из пазов и доставлены подъемным краном для ремонта в достаточно удобных условиях. К недостаткам выбранных затворов относится тот факт, что они позволяют сбрасывать лед в нижний бъеф только при полном открытии отверстий, что связано с лишними потерями воды верхнего бъефа. В усло-виях сурового зимнего климата Зап. Сибири эксплуатация затворов затрудняется. Также подъемное усилие получается большим, что приводит к увеличению стоимости подъемных механизмов.

Размер в свету аварийно-ремонтного затвора составляет 18 3,5 м2, размер в свету экс-плуатационного затвора составляет 18 3,5 м2.

2.3. Пропуск строительных расходов второй очереди

Согласно п.1.3 в проекте предусматривается секционный способ пропуска строительных расходов через створ гидроузла. К началу периода второй очереди строительства уже имеется водосливная плотина, возведенная до отметки временного порога ВрП=101,5 м, огражден-ная от водного потока перемычками. Перемычки представляют собой временные гидротех-нические сооружения, ограждающие строительный котлован от затопления поверхностными водами. В период второй очереди строительства предусматривается разбор перемычек пер-вой очереди, затопление котлована первой очереди, установка перемычек второй очереди, под защитой которых в котловане второй очереди возводят оставшуюся часть плотины. В это время строительные расходы пропускают через отверстия водосливной плотины. При этом данный водослив является подтопленным, уровень верхнего бъефа составляет 102,3 м, пере-пад составляет 1,0 м, отметка перемычки второй очереди составляет 103,8 м.

К преимуществам такого способа пропуска строительных расходов следует отнести суще-ственное сокращение стоимости временных водосбросных сооружений, их большую пропу-скную способность, возможность вести бетонные работы по наращиванию плотины при од-новременном заполнении водохранилища.

Перемычка второй очереди состоит из двух поперечных перемычек. Их выполняем зем-ляными. В качестве продольной перемычки используем насыпную плотину. Ширину пере-мычки назначаем равной 6 м из условия устройства на ее гребне проезжей дороги.

2.4. Водобойные устройства

Непосредственно за водосливной плотиной располагаем водобойную неармированную плиту с целью получения затопленного гидравлического прыжка при сопряжении ниспа-дающей струи с нижним бъефом.

Длина водобойной плиты составляет 35,6 м, толщина плиты - 3,2 м. Плита располагает-ся на отметке 95,1 м.

Плиту водобоя отделяем деформационным швом от тела плотины, с тем, чтобы избежать появления трещин в этом месте. Также по продолжению осей быков идут вертикальные тем-пературно-усадочные швы.

2.5. Рисберма

В пределах послепрыжкового участка после водобоя устраиваем рисберму. Она состоит из жесткой и гибкой частей.

Общая длина рисбермы составляет 40 м. Жесткая часть рисбермы состоит из 2 бетонных плит толщиной 50 см. Эту плиту бетонируют на месте. Гибкая часть рисбермы состоит из двух участков каменной наброски с диаметром камня от 0,20 м до 0,16 м. В данном случае применяется обыкновенная наброска камня с раз-равниванием.

2.6. Расчет ямы размыва

В конце рисбермы предусматривается специальное концевое устройство в виде ямы (ковша) размыва. Глубина ямы равна 6,7 м. Она определяется из условия равенства скорости потока в ковше и максимально допускаемой (неразмывающей) скорости. Коэффициент откоса принимаем равным 3,2. Внутренний откос и дно ямы укрепляют.

2.7. Подземный контур плотины, дренажные устройства

Подземным контуром плотины называют линию, которая ограничивает снизу водоне-проницаемые и мало водопроницаемые элементы плотины, соприкасающиеся непосредст-венно с грунтом.

Подземный профиль плотины, представленный в данном проекте, был разработан исхо-дя из условия рациональности, то есть, с одной стороны, плотина и ее основание являются прочными и устойчивыми, а с другой стороны, в наиболее рациональной форме сочетаются следующие условия: 1) экономичность плотины, 2) простота производства строительных ра-бот, 3) возможность использования для постройки плотины местных строительных материа-лов, 4) удобство эксплуатации сооружения.

Под подошвой плотины предусматривается создание горизонтального дренажа, защи-щенного снизу обратным фильтром. Понур создаем гибким маловодопроницаемым из глини-стого материала с целью увеличения длины подземного контура, а следовательно, уменьше-ния фильтрационного расхода и градиентов напора в основании.

Длина понура составляет 22,8 м. Толщину понура принимаем равной 1,0м. Толщина дренажа принимается конструктивно (0,5 м).

В теле плотины находится дренажная галерея и дренажный колодец (0,8 0,8 м) для отвода фильтрационной воды в нижний бъеф.

2.8. Разрезка на секции и конструкции швов

Бетонную плотину расчленяем на отдельные секции постоянными сквозными попереч-ными деформационными швами, проходящими по осям быков, с целью не допустить опас-ных растягивающих напряжений по причине деформаций, вызванных экзотермией бетона и колебаниями температуры среды. Такая схема расположения швов имеет определенное пре-имущество - она не приводит к изменению геометрической формы отверстий, перекрывае-мых затворами, при наличии осадок основания

2.9. Сопряжения со смежными сооружениями

Смежными с водосливной плотиной являются здание ГЭС и глухая земляная плотина. От здания ГЭС водосливная плотина отделена раздельным устоем, представляющим собой прямолинейную в плане бетонную стенку.

Отметка верха устоя принимается равной отметке гребня глухой плотины, то есть 115,5 м.

2.10. Статический расчет

Статический расчет водослива представлен в приложении 13. За расчетную секцию мы принимаем конструктивную секцию, то есть пролет водослива, ограниченный с обеих сто-рон двумя полубыками.

В случае водосливной плотины мы имеем два варианта нагружения: при закрытом за-творе и при открытом затворе, когда вода переливается через гребень плотины. Первый ва-риант наиболее опасным, поэтому именно его мы принимаем, как расчетный.

При определении напряжений в точках А и В основания плотины учитываем следующие силы, действующие на плотину:

собственный вес секции, складывающийся из собственного веса пролета водослива и собст-венного веса полубыков,

гидростатическое давление со стороны ВБ,

гидростатическое давление со стороны НБ,

сила противодавления.

Статический расчет позволяет сделать следующие выводы. Водосливная плотина под-вергается случаю внецентренного сжатия с очень малым эксцентриситетом (различие между напряжениями не более 3%), что позволяет рассматривать плотину как центрально сжатую.

Запроектированная водосливная плотина удовлетворяет условию устойчивости.

Литература

1. Мустафин Х.Ш., Васильев Ю.С. Выбор основного оборудования зданий гидроэлектростан-ции. - 1979.

2. Чугаев Р.Р. Гидравлика. - Л.: Энергоиздат, 1982.

3. Чугаев Р.Р. Гидротехнические сооружения. - М.: Агропромиздат,1985.