Проектирование плотинного пруда

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра лесных культур и мелиораций

Курсовая работа

по проектированию плотинного пруда

Преподаватель: Матвеева М. А.

Студент: ЛХФ-34 Секерин И. М.

Екатеринбург 2004

Содержание пояснительной записки

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРУДА

1.1. Выбор места под пруд.

1.2. Определение объема (весеннего) стока.

1.3. Определение емкости пруда

1.4. Водохозяйственный расчет пруда. Глава 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЛОТИНЫ

2.1. Выбор и обоснование типа плотины.

2.2. Выбор и расчет параметров плотины.

2.3. Поперечный профиль плотины.

2.4. Продольный профиль пруда.

2.5. Продольный профиль плотины.

Глава 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВОДОСБРОСНОГО СООРУЖЕНИЯ

3.1. Расчет максимального расхода водосброса.

3.2. Гидравлический расчет водосбросного сооружения.

3.3. Расположение водосброса на плане.

3.4. Продольный профиль водосброса. Глава 4. СТРОИТЕЛЬСТВО ПЛОТИНЫ

4.1. Технология строительства плотинного пруда.

4.2. Расчет объема земляных работ.

4.3. Эксплуатация пруда и плотины

Г лава 5. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ СЕБЕСТОИМОСТИ ПРОЕКТА

5.1. Смета затрат на строительство.

5.2. Паспорт проекта.

ВВЕДЕНИЕ

Природа Курганской области расположена на Ю.-З. Западно-Сибирской равнины, в бассейне среднего течения Тобола. Поверхность почти плоская, слегка приподнятая на 3. л Ю.-З., с многочисленными западинами, пологими гривами (выс. до 10—20 м), межгривными понижениями и широкими долинами рек. Климат резко континен­тальный, особенно на Ю.-В. Зима про­должительная, холодная. Средняя температура января —18 °С. Лето теплое, периодиче­ски повторяются засухи, средняя температура июля 19 °С. Переходные сезоны короткие, весна с сильными ветрами. Сумма температур за период с температурами выше 10 °С (про­должительность его 130 а/т} равна 2000—2100 °С. Осадков ок. 400 мм в год (уменьшаются с С.-З. на Ю.-В. и сильно колеблются но годам). Снеговой покров в среднем достигает 40 см. Главные ре­ки — Тобол, Исеть (с Миассом, Течей н Синарой), Уй, Куртамыш. Юргамыш — расположены в западной половине Курганской области. По­тенциальные ресурсы гидроэнергии 43 тыс. кет. Сток ряда рек частично регу­лируется — плотина на Тоболе у Кургана и др. Озёра (около 2000) главным образом на В. и Ю.-З., из них 70—75% — пресные, а остальные минерализованные, имеющие лечебные свойства (курорты па оз. Горькое, Медвежье н др.). Преобладают почвы чернозёмные, выщелоченные (св. 45% площади), около 20—22% занимают со­лонцы (главным образом на водоразделах), 12% — осолоделые почвы и солоди.

Для растительного, покрова характерно чере­дование берёзовых рощ («колков») и пе­релесков с травяной растительностью от­крытых участков. Лесистость составля­ет 18%, повышаясь на С. до 30—40% и снижаясь на Ю. до 5—8% . Запасы древе­сины 106 млн. м3, из них почти половина — древесина хвойных деревьев, сосре­доточенная в приречных сосновых борах. Болотная растительность развита преимущественно на С. по междуречьям, где находятся и основные ресурсы торфа (общие запасы воздушно-сухого торфа 41 млн. т).

Животный мир представляет смесь лесных и степных форм, встречаются лось, косули, волк, лисица, барсук, зайцы (беляк и русак), белка и др. Из птиц — утки, гуси, белая куропатка, те­терев. В водоёмах акклиматизирована он­датра .

Пищевая (мясо-молочная, мукомольная) промышленность. Посевы пшеницы, ячменя, кормовых культур; картофелеводство. Молочно-мясное скотоводство, свиноводство, овцеводство. В области наблюдается существенная нехватка воды, поэтому необходимо создание искусственных прудов и плотин.

ГЛАВА 1 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРУДА

1.1. Вы бор места под пруд

При проектировании пруда его располагают недалеко от места потребления воды, а из санитарных соображений - выше населенного пункта с учетом топографических и гидрографических условий и экономических требований.

При выборе места под створ плотины учитывают:

1) местоположение карьеров для разработки грунтов, используемых при строительстве плотины. Желательно, чтобы карьер располагался по рельефу выше плотины и имел пригодный для отсыпки плотины грунт;

2) следует предусмотреть возможность надежного и прочного размещения водосбросных и водопропускных сооружений для сброса излишней воды из пруда седловину в обход плотины;

3) недопустимо иметь при сбросе воды из пруда значительные скорости вдоль верхового откоса плотины;

4) предусмотреть возможность трассировки полотна дороги по гребню плотины;

5) учесть устойчивость и надежность грунтов у основания плотины;

6) не допустить выход грунтовых вод в основание плотины.

Выбирая створ плотины, необходимо изучить ложе будущего пруда, которое должно отвечать следующим условиям:

1) пруд должен иметь достаточную для его заполнения водой водосборную площадь;

2) продольный уклон балки в зоне пруда должен быть около 0,007, так как при большем уклоне требуется устройство более высокой плотины;

3) крутизна берегов будущего пруда должна быть 30-50°, чтобы при крутых берегах возможно их разрушение, а при очень пологих образуется обширная зона мелководья, благоприятная для зарастания и развития малярийных комаров;

4) для уменьшения потерь на фильтрацию воды ложе пруда должно состоять из маловодопроницаемых грунтов (глины, суглинки).

Основные требования к земляной плотине сводятся к следующему:

1) для уменьшения объема земляных работ плотину располагают в наиболее узкой части балки (рис. 1);

2)продольная ось плотины должна быть перпендикулярна горизонталям склона;

3) выше плотины не должно быть действующих оврагов, или они должны быть закреплены.

Ось

будущей

плотины

60

Масштаб 1:2500

предполагаемого зеркала пруда, а поперечники заканчивают на берегах балки на 2-3 м выше (по высоте) предполагаемого уровня воды. Отдельный ход прокладывают по оси водослива с установкой пикетов через 10-20 м и разбивкой поперечников от них длиной 10 м в каждую сторону. На всех линиях проводят двойную нивелировку. Привязка осуществляется минимум к одному реперу, расположенному вблизи плотины.

После этого определяют величину водосборной площади (по карте и в натуре), уточняют площади затопления и подтопления, намечают места для карьеров, выбирают тип плотины и вид водосбросного сооружения, уточняют расчетные модули стока, выявляют древесные породы для обсадки пруда, тип крепления откосов.

По материалам изысканий составляют проект пруда и плотины.

В курсовой работе студентам необходимо дать характеристику своего участка по индивидуальному заданию в соответствии с приведет! и ыми выше требованиям к расположению плотины, пруда, водосброса, карьеров и т.д..

1.2. Определение объема стока

На территории Урала пруды наполняются водой часто за счет снеготаяния. Сток воды в этот период составляет 60-70% от годового. Приток воды в пруд от дождей сравнительно мал и очень непостоянен.

Расчет объема весеннего стока ведут на определенную обеспеченность. Так, если вода из пруда используется главным образом для орошения, то наполнение пруда обычно рассчитывается на сток 80%-ной обеспеченности. Если же пруд устраивают для целей водоснабжения, когда требуется обеспечить большую гарантию водопотребления, его рассчитывают на сток 97%-ной обеспеченности.

Объем воды, поступающий с водосбора рассчитывают по формуле

W=Fhda (1)

где W— объем весеннего стока, м"; I* — площадь водосбора, м2;

/? — мощность снега перед весенним снеготаянием, м; -6 — плотность снега; а — коэффициент стока.

W=4560000*0.4*0.5*0.3=27360 м3

Площадь водосбора берется по плановым материалам, а при их отсутствии определяется в натуре. Мощность и плотность снега берутся по данным ближайших метеостанций или определяют в натуре.

\

Ч

Коэффициент стока берется 0,4-0,5 для облесенных водосборов и 0,6-0,65 для водосборов, не покрытых лесом.

В случае устройства пруда на постоянном водотоке (реке, ручье) объем воды, поступающей в пруд, определяется по формуле

W=31536qF (2)

где W — суммарный сток за год, м ;

q — среднегодовой модуль стока, л/с га; F — площадь водосбора, м .

Переход от среднего объема стока к объему стока заданной обеспеченности Wp0/0 осуществляется через модульный коэффициент Кр%

(3)

Модульный коэффициент определяется по значениям коэффициента вариации Cv (Cs^2Cv) по формуле

Кро/=ФР%Су+ 1 • (4)
где фр% — отклонение ординаты кривой обеспеченности Пирсона III
типа от середины берется по таблице Фостера-Рыбкина.
(Бабиков Б. В. «Гидротехнические мелиорации», 1993,
2002)

Сток воды в пруд может быть увеличен также за счет накопления снега на водосборной площади путем ее облесения, применения кулисных паров и т.д.

В курсовой работе необходимо рассчитать объем стока заданной обеспеченности по соответствующей формуле.

1.3. Определение емкости пруда

На плане с горизонталями (см. рис. 1) намечается расположение оси плотины. Место для плотины выбирают по возможности в суженной части балки, чтобы емкость образующегося пруда была возможно больше, а зеркало пруда во избежание лишних потерь на испарение возможно меньше. Если предусматривается орошение питомника, то желательно, чтобы он был расположен ниже пруда, что обеспечит поступление воды на него самотеком без затрат на устройство насосно-силовой установки.

Расчет объема воды в пруду

С помощью планиметра на плане участка в горизонталях вычисляют площадь зеркала пруда. Вычисления производят для каждой горизонтали плана от намеченной оси плотины вверх по тальвегу. Объем чаши ниже нижней горизонтали определяется по формуле

V54=1/3S54-H (5)

где Н — вертикальное от дна тальвега у плотины до нижней горизонтали (например, от горизонтали 54 до дна чаши расстояние составляет 0,5 м); $54 — площадь зеркала, ограниченная нижней горизонталью (54-ой).

Остальной объем чаши водохранилища вычисляют складывая объемы между каждой парой соседних горизонталей. Для этого находят среднюю площадь соседних горизонталей и умножают на вертикальное расстояние между ними, то есть если горизонтали расположены через 1 м, то и расстояние между ними равно 1 м.

г54-55~$ср 54-55 'Н (6)

Полученные результаты сводятся в таблицу (табл. 1).

Таблица 1 Определение объемов воды в пруду

Отмет­ки гори­зонта­лей	Площадь, ограничен­ная гори­зонталью, м	Средняя площадь, 2 М	Тол­щина слоя воды, м	Объем воды между плос­костями 2-х смежных го­ризонталей, м3	Объем воды соответствую­щий отметке данной гори­зонтали, м
1	2	3	4	5	6
54	3906		0,5	651	651
55	20306	12106	1	12106	12757
56	30625	25466	1	25466	38223
57	49506	40066	1	40066	78289
58	75625	62566	1	62566	140854
59	90000	82813	1	82813	223667
60	122500	106250	1	106250	329917
61	140625	131563	1	131563	461479

Топографическая характеристика пруда

По данным таблицы (см. табл. 1) строят кривые, которые называют топографической характеристикой пруда, представляющей собой графическую зависимость объема пруда и площади зеркала воды с отметками горизонталей (рис. 2).

Для построения топографической характеристики по вертикальной оси графика (оси ординат) откладывают отметки горизонталей в масштабе (например, 1:50, 1:100), а по горизонтальной (оси абсцисс) — площади (по данным колонки 2) и объемы (по данным колонки 6) в произвольном масштабе.

3) по глубине промерзания воды (0,5-1,5 м) - дно пруда не должно промерзать, так как в нем образуются трещины, вызывающие утечку воды из пруда.

При предварительном расчете мертвый объем (Улю) принимается равным I 5 % от полезного объема.

VMO = 0,15 Vmaem = 0,1529500 = 4425м3

Рассчитанную величину мертвого объема откладывают на топографической характеристике по кривой объемов и определяют глубину воды, соответствующую предварительно рассчитанному мертвому объему. Если глубина воды составит не менее, например, 1,5 м (глубина мертвого уровня устанавливается с учетом санитарных требований и целей проектирования пруда), то мертвый объем оставляют вычисленной величиной. Если же глубина меньше принятого уровня, то горизонт мертвого объема устанавливается на уровне 1,5-2,0 м. На топографической характеристике указывают уточненную отметку горизонта мертвого объема (ГМО) и определяют величину мертвого объема. Улю= 8563м3

Сумма мертвого и полезного объемов составит промежуточную величину — расчетный объем

Урасч- 8563 + 29500 = 35063 м3

Расчетный объем откладывают на топографической характеристике и определяют по батиграфической кривой площадь зеркала воды на горизонте мертвого объема и уровне расчетного объема для дальнейших

расчетов.

S,MO - 9875м2 $расч = 25000 м2

Объемы потерь

Потери воды из пруда определяют для того, чтобы установить сколько воды можно взять из него для полезного потребления. Вода, накопленная в пруду, не может быть полностью использована для полезных целей, так как часть ее теряется, поэтому при определении объема потерь учитываются потери на испарение, фильтрацию, заиление и льдообразование.

У = у + у, + у + у , - /оч
г потерь г исп ' г ф ' г з ' * дьо (?)

Потери воды на испарение (Уисп) с водной поверхности (испаряемость) зависят от температуры воды и воздуха, влажности воздуха и скорости ветра. Слой потерь на испарение можно определить по специальным картам (Зайкова, Полякова) или по формуле

Полезный объем

Полезный объем пруда (Уполезн) включает количество воды, которое идет на удовлетворение нужд водоснабжения населенного пункта (У6ыт), орошение питомников (Уор0ш)У для противопожарных целей (У110Ж) и называется полезной водоотдачей пруда.

у = у + у + у з т

г полезн г орош ' г пож ' г быт » JVI \1)

Расчет воды на орошение питомника определяется по формуле

У = f Л// (Q\

* орош А 1VAcp_ \9)
где F— орошаемая площадь, га;
Мср — оросительная норма, м 7га.

Оросительные нормы для полива питомников колеблются в довольно широком интервале. Это зависит и от района расположения объекта, ассортимента выращиваемых культур и их возраста, почвогрунтов, влажности года и других факторов. Поэтому, ориентировочно, оросительную норму для лесных питомников Урала можно принимать в пределах 1,5-2,5 тыс. м /га.

Расчет воды на бытовые нужды в населенном пункте определяется исходя из расхода воды на одного человека и количества населения (аналогично для целей животноводства). Объем на водоснабжение и тушение пожаров рассчитывается по нормам водопотребления СНиП П-30-76 (данные берутся в соответствующих справочниках).

Например, если пруд проектируется только для целей орошения, то в этом случае УПолезн=Уорош= F Mcl)=l0-2950=29500 м3

Мертвый объем

Величину мертвого объема пруда определяют:

1) по количеству наносов, поступающих в пруд с водосборной площади; по санитарным нормам в целях уменьшения прогревания воды в летнее время и снижения процессов разложения и гниения растительных и животных остатков в пруду постоянно должно быть не менее 0,5-1,0 м воды;

2) по минимальной толщине слоя воды в пруду при рыборазведении (при разведении зеркального карпа и линя слой воды в пруду должен быть не менее 0,5 м); так как дно пруда наклонно, то толщина мертвого слоя в наиболее глубоком месте у плотины должна быть 2-3;5 м;

j-3-.,,,-, \ о,

гмо

где П,

м

(10)

V -П

2

ucn ucn

, — слой воды на испарение определяется по карте изолиний испарения (Б.Д.Зайкова) или принимается для лесной зоны 0,4-0,5 м, лесостепной —0,6, степной-0,7-0,8 м.

— площадь зеркала воды на горизонте мертвого объема, м2; — площадь зеркала воды на горизонте расчетного объема, м .

У..... = 0.5 •

облесение берегов балки. Потери на заиление также рассчитывают по формуле (6).

Потери на льдообразование (Ульд) зависят от климатических факторов, обычно слой воды на льдообразование принимают равным 0,5-1,2 м и рассчитывают (по формуле 6) в том случае, если пруд проектируется для бытовых нужд и водопотребления.

Объемы потерь суммируют по формуле (5).

Общий полезный объем пруда складывается из мертвого и полезного объемов и объема потерь (формула 7).

Унпг = У.™ + Упояет + Употерь=8563 + 29500 + 17044 = 55107м3

Найденный объем откладывается на топографической характеристике, уровень воды называют нормальным подпорным горизонтом (НПГ). Это высший подпорный уровень, который плотина может поддерживать в течение длительного времени при нормальной эксплуатации всех сооружений.

По графику определяют площадь зеркала воды на этом горизонте. SHnr= 32000м2

Резервный (форсировочный) объем

В результате весеннего снеготаяния, выпадающих длительных ливней с водосборной площади в пруд может поступать большое количество воды. В этом случае объем притока будет превышать расход воды, и вода в пруду может подниматься над НПГ. Объем форсировки (резервный объем) располагающийся выше НПГ служит для сохранения паводковых вод, пропускаемых через водосбросные сооружения. Наивысший горизонт при пропуске наибольшего весеннего паводка называют максимальным подпорным горизонтом высоких вод (ГВВ).

Увеличение отметки ГВВ над НПГ повышает высоту, а, следовательно, стоимость сооружения плотины. Однако при этом снижается стоимость водосбросного сооружения (за счет уменьшения его размеров, рассчитываемых на меньший расход). Уменьшение сбросного расхода объясняется регулирующим влиянием пруда, так в пруду между НПГ и ГВВ временно задерживается часть объема паводка. При объеме пруда ниже НПГ менее 30 тыс. м на форсировку целесообразно (экономически) добавлять до 0,5 м; при объеме 30-100 тыс. mj — до 1,0 м; при объеме более 100 тыс. м1 — до 1,5 м.

Таким образом, полный объем пруда складывается из расчетного и резервного объемов.

унпг+

По батиграфическим кривым определяют площадь и объем пруда на ГВВ.

sfbb = 50000 м2 УГвв= П 0000м3

В курсовой работе необходимо построить топографическую характеристику пруда и выполнить по ней водохозяйственный расчет по своему заданию в порядке, описанном выше. Данные, которые выбираются для расчетов нужно комментировать- На плане балки необходимо синим гнетом обвести горизонталь im уровне мертвого объема, на уровне НП1' и ГВВ.

ГЛАВА II ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЛОТИНЫ

2.1.Вы бор и обоснование типа плотины

Тип земляной плотины выбирается в зависимости от наличия и качества местных грунтов, способов производства работ и залегания водоупора в месте устройства плотины. Как правило, в плотину укладывают грунт, вынутый при устройстве водосбросного канала.

В лесном и сельском хозяйстве наибольшее распространение получили плотины из однородных грунтов (рис. За), или с противофильтрационными устройствами (рис. 36, Зв, 4а, б, в).

Для однородной плотины наиболее приемлемым грунтом считается
легкий и средний суглинок. Чистая глина при насыщении водой набухает и
оплывает, а при высыхании дает трещины, что приводит к разрушению
тела плотины. Песчаные же грунты обладают высокой фильтрационной
способностью. Проектируется однородная плотина на
маловодопроницаемого (глинистого или суглинистого грунта) толщиной
не менее 3-х метров.

Фильтрующаяся вода является не только потерей прудовой воды, но она также выносит с собой мелкие частицы грунта из основания, ослабляя его и вызывая оседание низа плотины, образование в ней трещин, что в конечном итоге ведет к разрушению плотины.

В теле плотины противофильтрационные устройства устраивают в виде ядра или экрана. Под плотиной через водопроницаемое ее основание задерживают фильтрацию воды такие противофильтрационные устройства как замок, зуб со шпунтовым рядом, понур (рис. 3, 4).

\

гвв

а)

Ядро - противофильтрационное устройство в виде насыпи внутри тела плотины из маловодопроницаемых грунтов (глина, тяжелый суглинок) (см. рис. 36). Ядро проектируют для уменьшения фильтрации воды через тело плотины в том случае, если плотина возводится из водопроницаемых грунтов (песчаных, супесчаных, гравелистых).

Ядро в форме трапеции располагается внутри плотины по всей ее длине. Верх ядра делается на уровне ГВВ шириной 2-3 м. Крутизна откосов принимается такой, чтобы на каждый метр высоты делалось утолщение ядра на 0,1 м. Например, при высоте плотины 6,0 м крутизну откоса следует принять

Экран - противофилътрационное устройство, устраиваемое под верховым откосом из хорошо утрамбованной глины в том случае, если грунт плотины способен размываться (см. рис. Зв). Со стороны пруда экран покрывается слоем 0,7-1,0 гравия или песка. Ширина экрана вверху 0,8 м, внизу - не менее 2 м. Гребень экрана располагается на уровне ГВВ или на 1,0-1,2 м ниже гребня плотины.

Выбор противофильтрационного устройства под плотиной зависит от водопроницаемости грунтов балки в месте плотины и глубины залегания водоупорного горизонта.

Замок - противофильтрационное устройство, устраиваемое под плотиной для уменьшения фильтрации воды, если плотина устраивается на водопроницаемых грунтах, а водоупорный пласт начинается на глубине 2 м (см. рис. 4а).

Замок представляет собой траншею трапецеидальной формы, которая прокладывается под всей плотиной и врезается в водоупорный слой на 0,5-0,6 м. Ширина по дну (Ь) у траншеи принимается 1 м, коэффициенты откосов (in) - 0,5; 0,75; 1,00. Ширина по верху у траншеи рассчитывается по формуле

В=Ь+2тТ (11)

Траншея (замок) заполняется глинистыми или суглинистыми грунтами. Замок располагается под ядром, экраном или от начала гребня плотины.

Зуб со шпунтовым рядом - это противофильтрационное устройство под плотиной проектируется, если плотина возводится на водопроницаемых грунтах мощностью от 2 до 6 м (см. рис. 46). Выполняется зуб (траншея, выполненная аналогично замку) глубиной 1,5-2,0 м и в его дно забивается шпунтовый ряд из толстых бревен, брусьев или досок. Шпунт нижней частью врезается в водоупор на 1 м, верхняя его часть входит в зуб на 0,5 м.

Понур устраивается для усиления действия зуба и шпунта если водоупорный пласт находится на глубине более 6 м. Понур представляет собой слой мятой глины, который укладывается на дно пруда вдоль подошвы верхнего откоса. Толщину понура принимают около 0,lh (h-

наибольшая глубина воды перед плотиной, м) и располагают его в сторону пруда на расстоянии равном 5-8h.

Дренаж чаще проектируется в однородных плотинах для предотвращения выноса частиц грунта с фильтрующейся водой. Дренаж устраивают со стороны сухого откоса путем насыпки слоями толщиной 15-20 см мелкого, затем крупного песка, далее укладывают слой щебня или гравия, затем мелких и средних камней. По периферии дренажа укладывают дренажные трубки. Ширина дренажного устройства принимается не менее 1 м, а высота не менее '/4-1/5 высоты плотины.

Примеры выбора типа плотины в зависимости от строительного грунта и грунтов балки приведены в таблице (табл. 3).

Таблица 3

Рекомендуемые типы низконапорных земляных плотин и противофильтрационных устройств

Грунты оснований, мощность, м	Строительные грунты, К - коэффициент фильтрации, м/сут.
Пески крупно-, средне-, мелко­зернистые К=1, 00-0,75	Легкий суглинок, супесь К-0,05-0,7	Средние и тяжелые суглинки, К=0,005-0,05
Водонепро­ницаемые (глинистые), более Зм	Плотина с ядром	Плотина с экраном	Однородная плотина с дренажем и защитным покрытием откосов
Водопрони­цаемые до 2 м	Плотина с ядром и замком	Плотина с замком и экраном	Однородная плотина с замком, дренажем и защит­ным покрытием откосов
Водопрони­цаемые до 6 м	Плотина с ядром, зубом и шпунтовым рядом	Плотина с экраном, зубом и шпунтовым рядом	Однородная плотина с зубом, шпунтовым рядом и защитным покры­тием откосов
Водопрони­цаемые более 6 м	Плотина с ядром, зубом, шпунтовым ря­дом и понуром	Плотина с экраном, зу­бом, шпун­товым рядом и понуром	Однородная плотина с зубом, шпунтовым рядом, понуром и защит­ным покрытием откосов

В курсовой работе необходимо выбрать тип плотины в соответствии с заданием и обосновать его. Например, «плотина возводится на водопроницаемом грунте глубиной 2,5 м, следовательно необходимо предусмотреть противофшътрационное устройство под плотиной. Поскольку водоупор расположен на глубине более 2 м для предотвращения фильтрации проектируем зуб и шпунтовып ряд». Или «для насыпи плотины в качестве строительного грунта будет использоваться средний суглинок с ближайшего карьера, поэтому целесообразно выбрать однородную плотин» и т.д.

2.2. Выбор и расчет параметров плотины

Для того, чтобы правильно запроектировать плотину необходимо рассчитать ее основные параметры. К ним относятся высота плотины, ширина гребня, коэффициенты откосов, ширина основания плотины (см. рис. За).

Высота плотины

Высота плотины рассчитывается с учетом глубины пруда в самом глубоком месте у плотины (пгбв), добавляется запас на осадку и запас на волнобой.

Нпл = НГВВ + 1гвояп + hoc (12)

где Н)п - высота плотины, м;

глубина пруда у плотины на ГВВ, м; запас на волнобой, м; /V - запас на осадку плотины (5-10 % от Ьцш)-

Глубина пруда определяется по топографической характеристике пруда (см. рис. 2) от дна пруда у плотины до горизонта высоких вод (ГВВ).

Гребень плотины должен быть выше ГВВ настолько, чтобы волны, поднятые ветром, не набегали на него. Запас на волнобой рассчитывается по формуле Е.А.Замарина или по таблице (табл. 4).

heajin = 0,7+0,1 Z= 0,7+0,1 • 0,355 - 0,74м (13) где Z- длина по оси пруда, км.

Длина по оси пруда определяется на плане балки с горизонталями от оси плотины до горизонтали уровня ГВВ.

Нпл = 5,5 + 0,74 + 0,1 • 5,5 = 6,79м

Таблица 4

Запас высоты плотины на волнобой

Глубина воды у плотины при отметке ГВВ, м	Длина зеркала пруда при отметке ГВВ по нормам к продольной оси, км
2-4	0,2	0,5	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0
до 6	0,75	0,8	0,85	0,95	1,05	1,15	1,25
6-8	0,85	0,9	0,95	1,02	1,15	1,25	1,35

Ширина гребня

Ширина плотины по гребню принимается в зависимости от высоты плотины и от того, проезжая ли будет плотина (табл. 5, 6).

Таблица 5 Ширина гребня плотины

Высота плотины, м	Ширина гребня, м
до 6	3-4
6-10	4-5
10 и более	5-7

Таблица 6 Ширина гребня плотины для разных категорий дорог

Категории дорог общей сети	Сельскохозяйственные дороги
Ширина гребня плотины	I	II	III	IV	V	I группа	II группа
27,5	15	12	10	8	8,0	8,0-6,5

Гребень плотины делается выпуклым с уклоном 0,03-0,05 в обе стороны для стока дождевой и талой воды. Дорожное полотно покрывается асфальтом, мостовой, гравием; вдоль по краям ставят ограждения.

Коэффициенты откосов

Крутизна откосов плотины характеризуется коэффициентом откоса. Коэффициент откоса - это отношение заложения откоса к высоте плотины

или ctqa.

m = J- (14)

Н пл

Коэффициенты откосов зависят от вида грунта и высоты плотины. Мокрый или верховой откос делают более пологий, так как он испытывает давление воды и разрушающее действие волнобоя (табл. 7).

\

Таблица 7 Коэффициенты заложения откосов низконапорных земляных плотин

Грунты	Коэффициенты откосов при высоте плотины
до 5 м	5-10 м	10-12 м
Суглинистые верховой низовой	2,5 1,75	2,75 2,0	3,0 2,25
Супесчаные верховой низовой	3,0 2,0	3,25 2,25	3,5 2,5
Песчаные верховой низовой	3,5 2,5	3,75 2,75	4,0 3,0

Ширина основания плотины

Ширина основания плотины рассчитывается на основании формулы (II) используя выбранные параметры плотины.

А = а + 2Нпл(тв+тц) (Па)
Где А - ширина основания плотины, м;
а - ширина гребня плотины, м;

тв-~ коэффициент верхового (мокрого) откоса;

ти — коэффициент низового (сухого) откоса; Н11Л - высота плотины, м.

В курсовой работе необходимо выполнить выше приведенные

расчеты.

2.3. Поперечный профиль плотины

Поперечный профиль плотины является основным чертежом, отражающим конструкцию плотины. Поэтому на нем указываются все параметры плотины и размеры противофильтрационных устройств, если они проектируются (см. рис. 3, 4). Чертеж выполняется в масштабе 1:200. На чертеже указывается вертикальная шкала с отметками высот, высота плотины, ширина плотины по гребню, отметки гребня и характерных горизонтов воды в пруде (ГМО, НПГ, ГВВ), глубина залегания водоупора, ядро, экран, замок, зуб, шпунт, понур, дренаж (если они проектируется), а также толщина снятого растительного слоя под плотиной. При построении поперечного профиля отдельно для верхового и низового откосов рассчитывается заложение откосов по формуле (14).

\

На поперечном профиле однородной плотины следует нанести линию депрессии, уклон которой в глинах равен 0,5; в суглинках 0,4; в супесях 0,3. С учетом уклона рассчитывается расстояние от конца кривой депрессии до основания сухого откоса. Чтобы плотина была устойчивой, это расстояние должно быть не менее 4 м. При меньшем расстоянии следует увеличить ширину гребня или устроить сухой откос более пологим.

На чертеже указываются размеры иротивофильтрационных устройств. У ядра и экрана указывается ширина по верху, ширина основания, величина превышения над ГВВ, расположение внутри плотины. У замка, зуба указывается глубина траншеи, коэффициенты откосов траншеи, ширина траншеи по дну, величина заглубления замка или шпунтового ряда в водоупор, размеры дренажа. Пунктиром указывается контур плотины после осадки грунта.

В курсовой работе поперечный профиль плотины выполняется на миллиметровой бумаге черной тушью. В пояснительной записке приводятся все вспомогательные расчеты. Плотина вычерчивается красным цветом на плане банки в масштабе (см. рис. Г).

2.4. Продольный профиль пруда

Продольный профиль плотины вычерчивается в масштабах горизонтальном 1:2500, вертикальном 1:50 (рис. 5). Для построения профиля местности по оси плотины используется план балки (см. рис. 1). На чертеже указывается вертикальная шкапа с отметками и отмечаются характерные уровни воды (ГМО, НПГ, ГВВ). По горизонтальной шкале отмечают расстояния по оси пруда.

Рис. 5. Продольный профиль пруда

2.5. Продольный профиль плотины

Продольный профиль плотины или план плотины используется для разбивки плотины на местности.

Масштаб принимается горизонтальный 1:2000 (для построения длины плотины), вертикальный 1:200 (для построения ширины плотины).

Зная высоту плотины, определяют отметку гребня плотины (см. рис. 5). На плане балки в горизонталях (см. рис. 1) на оси плотины отмечают ее концы согласно отметки гребня. Таким образом уточняется длина плотины по ее оси. Затем приступают к непосредственному вычерчиванию плана плотины (рис. 6).

Вначале проводится ось и отмечается длина плотины. Параллельно с обеих сторон намечают бровки гребня так, чтобы расстояние между бровками равнялось принятой ширине гребня плотины.

Подошвы откосов плотины, то есть линии пересечения плоскостей откосов плотины с поверхностью земли, строят следующим образом. С продольного профиля пруда (см. рис. 5) берутся расстояния между горизонталями и откладываются в масштабе на оси плотины. С этого же чертежа берется высота плотины на каждой горизонтали.

Умножением высоты плотины на коэффициент откоса (отдельно верховой и низовой) получают заложение откоса, которое откладывается от бровки гребня плотины перпендикулярно ее оси в месте пересечения с соответствующей горизонталью.

Концы заложений с обеих сторон плотины соединяют прямыми линиями и получают подошвы откосов в виде ломаной линии. Контуры плотины (бровки гребня и подошвы откосов) вычерчиваются жирными линиями. Для обозначения насыпи на рисунке проводятся от бровки гребня перпендикулярно оси плотины чередующиеся короткие и длинные штрихи.

ГЛАВА III ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВОДОСБРОСНОГО СООРУЖЕНИЯ

3.1.Расчет максимального расхода водосброса