Расчёт последней ступени

Водосбросное сооружение

 

Выбор трассы и типа, обоснование и описание конструкции

 

Водосбросное сооружение при глухих плотинах предназначено для сброса паводковых вод, когда водохранилище наполнено до НПУ. Тип водосбросного сооружения выбирается в зависимости от гидрологического режима в ВБ и НБ: скорости подхода воды, направления течения, степени зарегулированности стока.

Конструкция его зависит от величины паводкового расхода, величины перепада уровней в ВБ и НБ, рельефа местности.

Выбор трассы водосбросного сооружения зависит от типа и размеров водосбросного сооружения, топографических условий, назначения гидроузла. Трассу водосбросного сооружения проектируют так, чтобы подошва сооружения располагалась на достаточно прочном грунте.

Трассу сооружения открытой конструкции в пределах плотины проектируют перпендикулярно к оси плотины. Конечную часть (гаситель) располагают от подошвы плотины на расстоянии (75…100)м.

 

Гидравлический расчет

 

Задачей гидравлического расчета является определение основных размеров траншеи, расчет перепада, а также расчет нижнего бъефа.

Длину водосливного порога, при неподтопленном водосливе, вычисляют по формуле:

где Q=Q_расч=Q_max=150 м³/с

m-коэффициент расхода, равный 0,36;

Н- напор на пороге водослива.

Н= =49,50-48,50=1,0 м

Скорость течения в траншее определяется:

Определяем удельный расход

Берем ряд сечений на расстоянии х от О до L. Расходы проходящие через соответствующие сечения (см.рис.4) определяем по формуле:

Q_х=qX

где: Х- расстояние от торца траншеи до соответствующего сечения, м;

Расход в каждом сечении определяется по формуле:

гдеа – коэффициент пропорциональности, равный

Зная средние скорости, определяем площадь живого сечения в каждом сечении:

 

При известных значениях площади живого сечения и коэффициента заложения откоса определяем глубину из выражения:

Определяем для каждого сечения уклон:

Все дальнейшие расчеты сводим в таблицу 4.2.1

 

Таблица 4.2.1 Результаты расчетов

 

№ п.п.	X, м	Q, м3/с	V, м/с	ω, м2	b, м	h, м	χ, м	R, м	n	С	i	Δh	отм. своб. пов-ти	отм. дна транш.
		30,02	1,698	17,76		2,17	10,35	1,72	0,013	84,19	0,000235	0,0045	48,496	46,33
		60,04	1,892	31,74		2,71	14,42	2,20	87,76	0,000211	0,0080	48,488	45,79
		90,06	2,093	43,04		2,89	17,78	2,42	89,16	0,000228	0,0130	48,475	45,61
		120,08	2,294	52,35		2,92	20,84	2,51	89,71	0,000260	0,0198	48,455	45,58
		150,10	2,495	60,17		2,88	23,76	2,53	89,83	0,000305	0,0289	48,426	45,62

 

Далее проведем гидравлический расчет отводящего канала.

Площадь живого сечения равна:

Примем что канал выполнен из бетона марки Mb 75 для которой допустимая скорости на размыв равна V_доп =4,2 м/с

Ширину канала по дну примем равной ширине траншеи на выходе:

Коэффициент заложения откосов примем равным m=1,5.

Методом подбора определим глубину воды в отводящем канале.

Таблица 4.2.2 Результаты подбора глубины воды в канале

h, м	1,0	1,2	1,4	1,6	1,73	1,8
ω, м2	19,50	23,76	28,14	32,64	35,62	37,26

 

Принимаем глубину воды в отводящем канале h=1,73 м.

Примем превышение бровки канала над уровнем воды равным 0,4 м.

Высота канала равна:

Ширина канала по верху равна:

Ширина ступени перепада равна:

где m - коэффициент расхода, m=0,36

ε - коэффициент бокового сжатия, ε=0,9

Н₀ – глубина воды в траншее, м

Уточняем коэффициент бокового сжатия

где ξ – коэффициент формы береговых устоев, ξ=0,7

n- число боковых сжатий потока

Уточняем ширину ступени перепада:

Далее определяем число ступеней по формуле:

где z –разность отметок дна траншеи и отводящего канала, м;

p – высота стенки падения, м;

d – глубина водобойного колодца на промежуточных ступенях, м.

Определим критическую глубину по формуле:

Примем высоту стенки падения равной:

Глубину водобойного колодца определим по формуле:

Определим количество ступеней:

Расчёт первой ступени

Определим глубину воды в сжатом сечении из формулы:

Подставим все известные значения в данную формулу:

Первую сжатую глубину определим методом подбора.

Таблица 4.2.3 Результаты определения первой сжатой глубины

 

hc1, м	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
q, м2/с	1,76	3,45	5,07	6,61	8,06

 

Исходя из рисунка 7 первая сжатая глубина равна:

Определим вторую сжатую глубину по формуле:

Из формулы водослива с тонкой стенкой определим напор на первой ступени:

Глубина воды на водосливе равна:

Глубина водобойного колодца на первой ступени равна:

Длина водобойного колодца на первой ступени определяется по формуле:

где L₀₁ и L_пр1 – соответственно длина отлета струи и длина прыжка на первой ступени, м.

Расчёт второй ступени

Определим глубину воды в сжатом сечении из формулы:

Подставим все известные значения в данную формулу:

Первую сжатую глубину определим методом подбора.

Таблица 4.2.3 Результаты определения первой сжатой глубины

 

hc2, м	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
q, м2/с	1,81	3,56	5,23	6,83	8,34

Исходя из рисунка 8 первая сжатая глубина равна:

Определим вторую сжатую глубину по формуле:

Из формулы водослива с тонкой стенкой определим напор на второй ступени:

Глубина воды на водосливе равна:

Глубина водобойного колодца на первой ступени равна:

Длина водобойного колодца на первой ступени определяется по формуле:

где L₀₁ и L_пр1 – соответственно длина отлета струи и длина прыжка на первой ступени, м.

Расчёт последней ступени

Последняя ступень рассчитывается с учетом того, что здесь происходит сопряжение с отводящим каналом.

Длина последней ступени равна:

где Lзап – длина запаса, м

Глубину колодца вычислим по формуле:

где – коэффициент запаса, равный 1,05;

ΔZ – перепад уровней при выходе из колодца в канал.

Так как последняя ступень представлена в виде сужающегося в плане раструба, то необходимо рассчитать угол роспуска.

Используя таблицы Брадиса находим угол роспуска:

 

Гидротехнический расчет

 

На основании фильтрационных расчетов нужно так запроектировать подземное очертание гидротехнического сооружения, чтобы оно способно было уменьшить расход воды под сооружением, снизить величину выходной скорости фильтрации и уменьшить расчетное давление на подошву флютбета.

Определяем отношение длины флютбета к его высоте:

Где: l_o- проекция подземного контура на горизонталь;

S_o- проекция подземного контура на вертикаль

Исходя из данного условия определим активную зону фильтрации для напора:

Определим активную зону фильтрации для выходного градиента по формуле:

За расчетную глубину залегания активной зоны примем наименьшее из двух значений.

Разбиваем заданный подземный контур на отдельные элементы (см.рис.9). Для выделенных участков подземного контура при установленномТ_расч определяем числовые значения коэффициентов сопротивления:

а) коэффициент сопротивления входного элемента подземного контура

б) коэффициенты сопротивления горизонтальных элементов контура:

в) коэффициент сопротивления на выходе

Далее вычисляем потери напора по длине каждого элемента подземного контура:

h_n= ,

где: ξ_n-коэффициент сопротивления рассматриваемого элемента контура.

Определяем фильтрационный расход:

Вычисляем выходной градиент фильтрационного напора по формуле:

Условие выполняется.

 

Статический расчет

В задачи статического расчета входит определение устойчивости стенок перепада на опрокидывание.

Схема к статическому расчету приведена на рисунке 10.

Нагрузка от собственного веса стенки перепада равна:

где ω_ст – площадь поперечного сечения стенки перепада, м²;

γ_ст – плотность материала стенки, т/м³.

Нагрузка создаваемая грунтом равна:

где – площадь поперечного сечения грунта возле стенки, м²

γ_ст – плотность грунта возле стенки, т/м³.

Давление грунта на стенку равно:

Проверим сооружение на опрокидывание:

Условие выполняется. Стенка устойчива к опрокидыванию.

 

Таблица объемов работ

Таблица 4.5.1 Таблица объемов работ

 

№	Наименование работ	Единица измерения	Количество единиц
	Выемка грунта по трассе водосброса	м3	278091,6
	Бетонные работы а) траншея б) перепад	м3 м3	2703,2 1250,6
	Устройство гравийно-песчаной подготовки	м3	1181,6
	Водобойный колодец	м3
	Устройство рисбермы (плиты ПКП 2х2)	шт.