Гидротехнические сооружения

Основной характеристикой нижнего бьефа является кривая связи

уровней воды и расхода УНБ = f(Q).

У

1.4. Нагрузки и воздействия на гидротехническиеТ

сооружения и их сочетания

Н

В зависимости от длительности и характера действия нагрузки

подразделяются на постоянные и временные.БК постоянным отно-

сятся нагрузки, постоянно действующ

при строительстве и эксплу-

атации сооружения. К ним относятся собственный вес сооружения и

й

вес грунта обратной засыпки; вес стац онарных зданий, конструкций

и оборудования технологического

, местоположение ко-

назначения

торых не меняется в процессе эксплуатации; боковое активное и пас-

р

сивное давление грун а, г рн е давление; нагрузки от предваритель-

ного напряжения арма уры; гидростатическое и фильтрационное

о

давление воды при нормальном подпорном уровне и нормальной ра-

т

боте противофильтрац онных и дренажных устройств.

Временные нагру

– это нагрузки, которые в отдельные перио-

ки

ды эксплуатации могут отсутствовать. Они подразделяются на дли-

з

тельные, кратк временные и особые.

К длительным временным относятся следующие нагрузки: давле-

о

грунта, возникающее при деформации оснований и конструкций

под дпйствием нагрузок и температурных воздействий; давление

наносов; поровое давление в водонасыщенных грунтах при нормаль-

ние

ном подпорном уровне и нормальной работе противофильтрацион-

ных и дренажных устройств; температурные нагрузки.

РК кратковременным нагрузкам относятся волновые, снеговые,

судовые, ледовые и др.

чета сооружений принимаются наиболее неблагоприятные сочета-

ния и положения нагрузок, причем любая временная нагрузкаУне

Н

вводится, если она уменьшает напряженное состояние рассчитыва-

емого элемента.

Т

Различают основное и особое сочетание нагрузок. Все сооруже-

тов или основания. При этом всегда следует принимать наиболее

неблагоприятное сочетание и

р

асположен е нагрузок и учитывать

ом

только те временные нагрузки, котоиые ухудшают работу рассчи-

тываемого сооружения.

В

сн вное сочетание нагрузок вводят

т

нагрузки и воздействия, дейс вующие в период строительства, ре-

если

случае напряжения и деформации

монта, испытаний,

в э

больше, чем в эксплуа ац онный период.

з

1.5. Расчет по предельным состояниям

У

В настоящее время в соответствии с указаниями нормативной ли-

Т

тературы все гидротехнические сооружения должны рассчитываться

лейшее изменение которого в сторону увеличения нагрузок приво-

р

дит к потере прочности или устойч востий. Возможность наступле-

ния предельного состояния оцен

вается путем сопоставления зна-

чений усилий, напряжений,

маций тому подобных парамет-

соответствующих норма ивных д кументах. Различают две группы

предельных состояний.

дефо

Первая группа – по еря несущей способности расчетной систе-

т

сочетаний нормативных нагрузок при нормативных сопротивлени-

ях материалов.

Н

У

При всех расчетах сооружений, их конструктивных элементов и

оснований должно выполняться следующее обобщенноеТусловие

недопущения предельного состояния:

Б

m

й

n F

R,

c

kн

и

где nc – коэффициент сочетания нагрузок, принимаемый при расче-

тах по первой группе для

основного

сочетан я нагрузок в период нор-

ется равным 1,0;

мальной эксплуатации – 1,0; в пе и д ст оительства и ремонта – 0,95;

для особого сочетания нагруз кр– 0,9. При расчетах по второй группе

предельных состояний к эффициент сочетания нагрузок принима-

и

Класс капитальности сооружения

kн

При расчетах по первой группе предельных состояний

I

1,25

II

Т

1,20

III

Н

1,15

IV

У1,10

При расчетах по второй группе предельных состояний для

всех классов капитальности

Б

1,0

й

2. ПЛОТИНЫ ИЗ ГРУНТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

и

2.1. Классификация грунтовых плотин

Грунтовые плотины –

р

плот ны, для возведения которых в

качестве строительных мате иал в используются грунты (песча-

ные, глинистые, крупно бл м чные). Их широкое распространение

объясняется следующими д с

инствами. Материал на их возведе-

ние, как правило, мес ныйэто. Их можно применять в большинстве

географических районовт. К основаниям грунтовых плотин предъяв-

ляются меньшие требован я,

чем к другим типам плотин. Высота

их практически неиограничена. Технологический процесс по возве-

п

дению таких плзтин полностью механизирован.

По ис льзуем му материалу грунтовые плотины подразделя-

менно

ют на земляныео, каменно-земляные и каменные. Основной объем

т ла з мляной плотины (более 50 %) выполняется из мелкозерни-

Р

стых глинистых, песчаных или песчано-гравелистых грунтов. Ка-

-земляные плотины выполняются из крупнозернистых

гра-

По способам возведения плотины бывают насыпные, намывные,

набросные, взрывонабросные, из сухой кладки. Могут иметь место и

комбинации способов возведения.

По конструкции поперечного профиля грунтовые плотины под-

разделяются на однородные (рис. 2.1, а), возводимые из однородного

грунта без специальных противофильтрационных устройств, и неод-

нородные (рис. 2.1, б–е), тело которых состоит из грунтов двух и бо-

лее типов.

У

а

8

б

8

1

2

Тm2 78

НПУ

9

НПУ

9

m1

m2

8

1

kт

7

m

kт

УНБ

УНБ

76

kя

76

Н

в

98

3

г

Б

НПУ

НПУ

98

4

1

m2

78

m

78

m

1

kт

m

kт

УНБ

УНБ

й

7 7

kя

7

kэ

7

д

6

и

е

8

4

р

69

НПУ

1

8

1

НПУ

m2

1

6

m2

7

m

1

УНБ

m

kт

о

УНБ

kэ

т

Т

5

6

водоупор

7

6

Т

и

зРис. 2.1. Типы земляных плотин:

а – одн р дная; б – с центральным ядром; в – с наклонным ядром; г – с экраном;

д – с экраном и понуром; е – с диафрагмой;

1 – т ло

о

лотины; 2 – центральное ядро; 3 – наклонное ядро; 4 – экран; 5 – понур;

6 – пдр нажная призма; 7 – обратный фильтр; 8 – крепление верхового откоса;

9 – диафрагма; НПУ – нормальный подпорный уровень; УНБ – уровень воды

в

бьефе; m1 и m2 – соответственно коэффициенты заложений верхового

нижнем

и низового откосов плотины; kт, kя, kэ – соответственно коэффициенты фильтрации

Р

грунта тела плотины, ядра и экрана

Неоднородные плотины в свою очередь делятся на плотины с яд-

ром (рис. 2.1, б, в), с экраном (рис. 2.1,

г),

с экраном и понуром

(рис. 2.1, д), с диафрагмой (рис. 2.1, е). Ядро выполняется из глини-

как из глинистых грунтов,

так и негрунтовым (бетон, асфальтобетон

и др.). Диафрагма устраивается из негрунтовых материалов.

Т

По высоте грунтовые плотины принято подразделять на низкие,

высотой до 30 м; средние (30–75 м); высокие (75–125 м); сверхвысоУ-

кие (более 125 м).

Н

2.2. Грунты тела плотины и оснований

й

Для укладки в тело плотины пригодны грунты всех типов. Ис-

ключение составляют:

Б

засоленные грунты, в которых содержание растворимых со-

единений составляет более

5 % от массы, если это сульфатно-

р

хлоридные соли, и более 2 %, если это сульфатные соли;

оянии

грунты, содержащие более 5и% по массе не полностью разло-

жившихся органических веществ ( статки растений) или более 8 %

т

по массе полностью разл жившихся органических веществ, нахо-

супеси

.

дящихся в аморфном сос

Для строительства однородных плотин наиболее часто приме-

з

,

а также мелкие и средней крупности

няются суглинки

тело

пески, в допустимых пределах обеспечивающие фильтрационный

расход через

плотины и обладающие достаточной фильтраци-

онной р чн стью.

ные

При соответствующем обосновании (допустимые фильтрацион-

Р

от ри и фильтрационная прочность) тело однородных земля-

ных

плотин, а также противофильтрационные элементы неоднород-

Т

леные скальные породы, обладающие достаточной прочностью, мо-

розостойкостью, неразмокаемостью в воде и не содержащие водо-

растворимых включений.

У

Физико-механические характеристики грунтов приведены в

прил. 1.

Б

2.3. Конструирование поперечного профиляН

й

земляных плотин

типа

з гребня и откосов. При

Поперечный профиль плотины состо т

его конструировании необходимо определ ть отметку гребня пло-

тины, его ширину,

р

коэффициенты заложен й и очертание откосов

отко

плотины, ее высоты, фи-

плотины. Эти параметры зависят от

зико-механических свойств г унт в тела плотины и ее основания, а

т

также условий строи ельс ва и эксплуатации.

Коэффициент

заложения

са – это котангенс угла наклона

его к горизонту, то ес ь если α1 – угол наклона верхового откоса к

з

горизонту, α2 – угол наклона низового откоса к горизонту, то

о

m1 = ctgα1, m2 = ctgα2.

е

Выбор коэффициентов заложений откосов плотины пред-

варит льно роизводится на основе опыта строительства и эксплуа-

Р

тациипаналогичных сооружений. В качестве аналогов выбираются

совр м нные плотины, по своим параметрам наиболее близкие про-

ектируемой и хорошо зарекомендовавшие себя в эксплуатации.

Ориентировочные

значения коэффициентов заложений откосов

Таблица 2.1

Ориентировочные значения коэффициентов заложения откосов

земляных насыпных плотин

Высота плотины, м

Коэффициенты заложений откосов

верхового

низового

Менее 5

m1

m2

2–2,5

1,5–1,75

5–10

2,25–2,75

1,75–2,25 У

10–15

2,5–3,0

2,0–2,5

15–50

3,0–4,0

Т

2,5–4,0

Более 50

4,0–5,0

4,0–4,5

Н

Выбранные коэффициенты заложений откосов в дальнейшем про-

веряются расчетами на устойчивость (см. нижеБ) с учетом действу-

ющих на откосы сил и в случае необход мости уточняются.

Откосы земляных плотин могут

меть постоянные или перемен-

й

ные коэффициенты заложений, увел ч вающиеся от гребня к по-

дошве плотины, что позволяет запиоектировать более экономичный

ее профиль. На откосах выс ких и с едней высоты плотин устраи-

вают бермы (рис. 2.2).

р

о

8

т

bгр

4

bãð

гребень

ФПУÔÏ Ó

иh

гребен ь

7

НПУ

Í Ï Ó

з1

s

1

УМОÓÌ Î

5

m

9

о

m

2

6

НHкрêð

2

10

УНБ

п

3

ÓÍ Á

10

2

е

1

Р

Рис. 2.2. Поперечный профиль грунтовой плотины:

1 – гребень плотины; 2 – верховой откос; 3 – низовой откос; 4 – основное

крепление верхового откоса; 5 –

упор для основного крепления; 6 – облегченное

крепление верхового откоса; 7 – бермы; 8 – надолбы; 9 – дренажная призма;

10 – кюветы или лотки

вом откосе устраивается одна берма на отметке нижней границы ос-

новного крепления для создания необходимого упора.

Т

дала в зону откоса, подверженного промерзанию. Во всех случаях

устройство берм не должно вести к уполаживанию откоса по срав-

нению с расчетным значением. Ширина берм определяетсяН

их

й

назначением и принимается не менее 3 м, если по ней предусмотрен

проезд, и не менее 1–2 м в противном случаеБ. На внутренней сто-

роне бермы устраивается кювет

ли

лоток, служащий для сбора и

Отметка гребня плотины назначается на основании расчета не-

обходимого его возвышения над асчетным уровнем воды в верх-

нем бьефе. Возвышение гребня плотины должно определяться для

двух расчетных случаев:

р

уровень воды в верхнем бьефе на отметке НПУ (нормального

подпорного уровня;

о

уровень воды в верхнемт

бьефе на отметке ФПУ (форсирован-

ного подпорного уровня), соответствующего условиям пропуска

максимальн

(пиверочного) паводкового расхода соответствую-

щей

зсти.

Из двух

лученных результатов расчета выбирается более вы-

сокая отметка гребня.

го

(см. рис. 2.2) в обоих случаях

Возвышение гребня плотины hs

обеспеченн

опр д ля тся по формуле

е

hs

= hset + hrun1 % + a, м,

(2.1)

Р