1. Конструирование поперечного профиля и элементов плотины

Гребень плотины обычно используется для устройства автомобильной или железной дороги, размеры которых назначают, руководствуясь требованиями соответствующих нормативных документов. Основные параметры гребня плотины при устройстве на нём автомобильной дороги приведены в таблице. Согласно заданию по гребню плотины проходит автодорога III категории.

Ширина, м
Проезжей части	Обочин	Разделительной полосы	Гребня плотины
7	2,5	—	12

Для отвода поверхностных вод гребню плотины придается односторонний или двусторонний уклон, а на обочинах устраиваются ливнестоки.

По краям гребня устраивается ограждение в виде надолб (бетонных столбиков 1х0,3х0,3 м. с шагом 4 м.).

Отметка гребня плотины назначается исходя из расчета необходимого возвышения его над уровнем воды в верхнем бьефе. При этом рассматривается два случая стояния уровня воды в верхнем бьефе:

1) нормальный подпорный уровень (НПУ)

2) форсированный подпорный уровень (ФПУ).

В данном курсовом проекте высота плотины рассчитывается только при НПУ.

Возвышение гребня плотины h_s в обоих случаях определяется по формуле

h_s = Δ h_set + h_{run 1%} + a

а – запас возвышения гребня плотины, принимаемый для всех классов плотин не менее 0,5 м;

Δh_set – ветровой нагон воды в верхнем бьефе

Δh _set = k_ω

α_ω = 14 ° - угол между продольной осью водоема и преобладающим направлением ветра;

V_ω – расчетная скорость ветра на высоте 10 м над поверхностью водоема, м/с;

Скорость ветра на высоте 13 м равна 12 м/с, переход от этой скорости к скорости на высоте 10 м осуществляется по формуле:

V_ω = k_z · k _fl ·V_ω,z

k_z - коэффициент приведения скорости ветра к условиям водной поверхности для водоёмов с характерной протяжённостью до 20 км (z=5 м – 1,1; при z=10 м – 1,0; при z=20 и более м – 0,9). Принимается по методу интерполирования равным 0,97.

k_fl - коэффициент пересчёта данных по скорости ветра, измеренной по флюгеру, принимаемый из таблицы, равен 1;

Vω	20	25	30	35	40	45	50
kfl	1	0,95	0,92	0,89	0,88	0,86	0,85

V_ω,z - скорость ветра измеряемая на высоте z (z = 13 м), равна 12 м/с по заданному условию.

V_ω = 0,97·1·12 = 11,64 (м/с);

L – длина разгона волны, 9000 м;

d – глубина воды в ВБ при расчетном уровне, м. Определяется как разница отметок НПУ и дна реки: d = 244 – 227 = 17 м

k_ω – коэффициент, определяемый из таблицы (2,1*10^-6)

Vω,z	20	30	40	50
kω*10-6	2,1	3	3,9	4,8

По первому приближению:

Δh _{set 1} = 2,1 *10^-6 0,956 = 0,0148 м

По второму приближению:

Δh _{set 2} = 2,1 *10^-6 0,956 = 0,0148 м

Принимаем Δh _set = 0,0148 м

Второе слагаемое рассчитывается по следующей зависимости:

h_run1%=k_rk_pk_spk_run h_1% ,

где

k_r=1 и k_p=0,9 - коэффициенты шероховатости и проницаемости откоса, принимаемые в зависимости от конструкции крепления откоса (железобетонные плиты).

k_sp=1,1 – коэффициент, определяемый исходя из заложения верхового откоса 1:3 при определенной скорости ветра <20 м/с;

- высота волны 1%-ной обеспеченности, определяется по формуле:

— средняя высота волны, которая зависит от безразмерных величин gt/V_w и gL/ V_w².

=

= 651,64

Выбираем наименьшие значения:

= 0,04 = 2,6

h = = 0,55

T = = 3,09

λ= = = 14,9 м

h_1% = h·k_1% = 0,55·2,17 = 1,19 м;

k_1% – коэффициент, принимаемый по графику, в зависимости от отношений gL/V²_ω и gt/V_ω.

k_run = f (λ_d/ h_{d 1%} ) = 1,5 – определяется по таблице.

Получив все составляющие формулы, получим:

h_run1%=k_rk_pk_spk_run h_1% = 1·0,9·1,1·1,5·1,19 = 1,77 м

Теперь можем найти h_s

h_s = Δ h_set + h_{run 1%} + a = 0,0148 +1,77 + а =3 м

Высота плотины равна:

Н_пл=d+ h_s=17 +3 = 20 м

Абсолютная отметка гребня плотины равна:V ГП = V НПУ + h_s =244+3 = 247 м

Бермы

На верховом откосе плотины устраивается берма в конце основного крепления на отметке 238 м, что ниже УМО на H_кр = 2 ·h_1% = 2,2 м. Ширина бермы — 2 м.

На низовом откосе плотины для сбора и отвода дождевых и талых потоков также устраивается берма шириной 2 м на отметке 237 м, т. к. высота плотины 20 м.

Крутизна откосов

Выбор крутизны откосов плотины предварительно производится на основе опыта строительства и эксплуатации аналогичных сооружений. В качестве аналогов выбираются современные плотины, наиболее близко соответствующие по своим параметрам проектируемой.

Высота плотины, м	Заложение откосов
	Верхового	Низового
5…10	2,25 … 2,75	1,75 … 2,25
10…15	2,5 … 3,0	2,5 … 4,0
15…50	3… 4	2,5 … 4,0

Для плотины высотой 20 м предварительно принимаются коэффициенты заложения откосов: верхового — m₁=3,0; низового — m₂=3,0.