10415

а) одинарный, б) сдвоенный

Рис. 3.1. Типы контрфорсов

41

Климатические условия характеризуются среднемесячной температурой наиболее холодного месяца – ϑ3: умеренные - выше минус 10 °С; суровые - от минус 10 до минус 20 °С включительно; особо суровые - ниже минус 20 °С [6, п. 5.7, табл. 1].

Размер верхового оголовка (расстояние от напорной грани до начала стенки контрфорса) зависит от высоты плотины и допустимого градиента пьезометрического напора в бетоне [2, п. 11.3]. Этот размер может быть принят сле-

дующим [12, с. 320], [15, с. 23]
aв = (0,75 ÷ 0,80 ) l.	(3.3)

Толщина верхового оголовка плотины по деформационному шву назначается из условия водонепроницаемости шва, размещения противофильтрационных и дренажных устройств. Эта толщина может быть переменной по высоте –

наибольшей aшп у подошвы плотины и наименьшей aшгр у гребня [15, с. 23]
aшп aшгр 0,02 Нu ;	(3.4)

где Hu – глубина воды в верхнем бьефе; aшгр – 2 ÷ 4 м.

Примеры исполнения деформационных швов между контрфорсами приве-

дены в [10, с. 193], [12, с. 319].

При наличии низового оголовка его толщина aн назначается в пределах 2,5

÷3,0 м [15, с. 25].

Вплотинах высотой более 75 м толщину контрфорсов рекомендуется принимать переменной по высоте, увеличивающейся к основанию. Для предварительного назначения толщины контрфорса следует использовать опыт строительства массивно-контрфорсных плотин [12, с. 312], [13, с. 295].

Толщинуконтрфорсов tрекомендуетсяназначать [2,п.11.7]для массивноконтрфорсных плотин

t = (0,25 ÷ 0,5) l ,

(3.5)

где t – толщина контрфорса (стенки) у подошвы плотины;

42

Для сдвоенных контрфорсов толщина стенки может быть назначена по рекомендациям [15, с. 24]

t = C + 0,025 Hu;

(3.6)

где C – минимальная толщина у гребня, C = 1,5 ÷ 5,0 м.

В курсовом проекте для заданных исходных данных по вышеизложенным рекомендациям проектируется профиль массивно-контрфорсной плотины, вычерчивается в масштабе и представляется на рисунке (Рис. 3.2).

3.2.Сопряжение контрфорсов с основанием

Основные положения по улучшению основания, приведённые в пункте 2.3 справедливы и для массивно-контрфорсных плотин: также удаляется верхний выветрилый слой скалы, устраивается противофильтрационная завеса и при необходимости укрепительная цементация основания.

Противофильтрационная завеса в основании массивно-контрфорсной плотины имеетцельюснижение фильтрационных потерь и предотвращение механической или химической суффозии грунтов основания. Проектируется по тем же принципам что и завеса массивной плотины в пункте 2.2.

Цементационную завесу в основании контрфорсных плотин следует проектировать, если основание сложено породами со средним коэффициентом фильтрации k ≥ 0,1 м/сут. [2, п. 11.9].

В случае отказа от устройства цементационной завесы следует предусматривать цементацию контакта плотины с основанием. Включение в состав подземного контура контрфорсной плотины дренажа основания должно быть обосновано фильтрационными исследованиями [2, п. 11.9].

43

Рис. 3.2. Профиль массивно-контрфорсной плотины М1:800 44

В плотинах I и II классов для устройства противофильтрационной завесы следует предусматривать в нижней части напорного перекрытия цементационную галерею.Проектамиплотин IIIиIVклассов,авотдельныхслучаяхиплотин II класса должна предусматриваться возможность выполнения цементационной завесы без устройства цементационной галереи непосредственно из полостей между контрфорсами [2, п. 11.10].

Дренажная завеса в основании массивно-контрфорсной плотины предусматривается в случаях, когда толщина контрфорса у плотины превышает половину ширины секции t / l > 0,5 [15, с. 34].

Сопряжение контрфорсов с основаниемпроизводится по-разному. В целях уменьшения объёма скальных работ выемка может устраиваться под каждый контрфорс, особенно это оправдано при значительных размерах секции и относительно тонких контрфорсах. При сравнительно небольших расстояниях между контрфорсами для облегчения производства работ целесообразно удаление выветрилой скалы проводить и между контрфорсами.

Сопряжение массивно-контрфорсных плотин с береговыми склонами рекомендуется осуществлять по двум схемам (Рис. 3.3) [9, с. 294]. Схема а) обладает наименьшим объёмом работ; для схемы б) объём работ возрастает, но при этом имеется определённость с точки зрения статической работы контрфорса.

а)

б)

1. естественная поверхность скалы; 2. поверхность выемки; 3. подошва зуба; 4. контрфорс

Рис. 3.3. Варианты сопряжения контрфорсов с основанием (вид с нижнего бьефа)

45

3.3.Дренаж и галереи в плотине

Согласно [2, п. 11.3] в теле верхового оголовка предусматривается дренаж. Дренаж выполняется в виде скважин диаметром 10 ÷ 30 см. Расстояние между осями дрен принимается от 2 до 3 метров. Расстояние от напорной грани оголовка до оси дренажа вычисляется по зависимости (2.9).

Для осмотра состояния бетонной кладки, а также служебного сообщения между берегами в плотине устраиваются горизонтальные галереи и перекрытия. По высоте перекрытия устраиваются через 15 ÷ 30 м.

Галерея в зубе под верховым оголовком используется для восстановления цементационной завесы в случае её нарушения. Поперечные размеры этой галереи должны иметь габариты, достаточные для выполнения цементационных работ. Ориентировочные размеры цементационной галереи: ширина 2,5 м, высота

3,5 ÷ 4,0 м.

Галереи вышележащих ярусов из условия обеспечения свободного прохода рекомендуется принимать шириной 1,2 м, высотой 2 м.

Расположение галерей и перекрытий между контрфорсами показано на Рис. 3.2.

3.4.Расчёты на прочность и устойчивость

3.4.1.Предпосылки, метод расчёта и нагрузки

Предпосылки к расчёту, метод расчёта,атакже определениенагрузок, действующих на расчётную секцию описаны в пунктах 2.5.1, 2.5.2 настоящих методических рекомендаций, в курсовом проекте соответствующие пункты необходимо выполнить.

В качестве расчётной секции массивно-контрфорсной плотины в курсовом проекте следует рассматривать отдельно стоящую секцию (LС = l). Приводится расчётная схема с нагрузками (Рис. 3.4).

46

Рис. 3.4. Схема действующих нагрузок на контрфорсную плотину

47

3.4.2. Характеристики сечения расчётной секции

Для расчётов устойчивости плотины нужны площадь A и момент инерции сечения JI-I расчётной секции плоскостью (Рис. 3.5), относительно которой рассматривается устойчивость плотины. Эти параметры площади фигур, центры тяжести и моменты инерции могут вычисляться аналитически по формулам или определятся с использованием в AutoCAD команды «Геометрия и масса» для созданных областей.

Рис. 3.5. К определению характеристик сечения контрфорса
Площадь сечения контрфорса определится
A = 2 (Aв + Aн) + Ac, м2,	(3.7)
где Ac – площадь стенки контрфорса,
Ac =b t ,м2.	(3.8)
Aв, Aн – площади частей консолей верхового и низового оголовков,

Aв = t1 a’в , м2$

(3.9)

Aн = t1 a’н, м2, t1 – ширина части консолей, м;

a’в, a’н – средняя толщина консолей, м, равная полусумме оснований трапеций; b – длина контрфорса по основанию плотины вдоль тока воды;

Положение центра тяжести сечения, необходимое для вычисления момента инерции относительно центральной оси I-I и определения моментов сил,

48

действующих на контрфорс, находится через статические моменты элементов площади.

Мс 0	(3.10)
где Мс – сумма моментов относительно цента тяжести,
Мс 2Aв (bв y) Ac 2Aн (bн y) 0,	(3.11)

bв, bн – положения центра тяжести консолей верхового и низового оголовков относительно центральной оси, могут определяться геометрически, на пересечении линий диагонально соединяющих углы оснований трапеции достроенных на длину противоположных оснований, при этом центр также располагается на линии соединяющей центы оснований трапеции;

y – искомое положение центра тяжести (точка С) относительно централь-

ной оси I-I, м,
y	2(Aвbв Aнbн )	, м.	(3.12)
	2(Aв Aн ) Ac

Расстояния от центра тяжести сечения до напорной ymax и безнапорной ymax граней определятся

ymax = b – y; ymin = b + y, м.	(3.13)
Момент сечения контрфорса относительно центральной оси I-I
JI-I = 2 (Jв + Jн) + Jс, м4,	(3.14)
где Jв, Jн – моменты инерции частей консолей верхового и низового оголовков,
Jв = t1 (a’в)3/12 + Aв (bв – y)2 , м4;	(3.15)
Jн = t1 (a’н)3/12 + Aн (bн – y)2 , м4;	(3.16)
Jс – моменты инерции стенки контрфорса
Jс = t b3/12 + Ac ( y)2, м4.	(3.17)

3.4.3. Устойчивость против сдвига

Устойчивость плотины проверяется по пункту 0 и оценивается условием

(2.18).

49

3.4.4. Напряжения в основании плотины

Напряжения в основании определяются с учётом условий приведённых пункте 2.5.4. Напряжения на поверхности сдвига определяются по формуле внецентренного сжатия

			P		M ymax/ min	2
	max/ min					, т/м .	(3.18)
			A		JI I

3.4.5. Расчёт напряжённого состояния плотины

В курсовом проекте с некоторыми допущениями выполняется расчёт напряжённо деформированного состояния контрфорсной плотины методом теории упругости представленным в пункте 2.5.5. При этом в формулу (2.30) вводится коэффициент koг учитывающий приведение гидростатической нагрузки действующий на консоли верхового оголовка к стенке контрфорса

a1

a2

b1

b2

kог l/t.

(3.19)

Формулы (2.30) определения коэффициентов принимают следующий вид

		б					m m			(m			m )					в kог						m m					(m m				m2	2);
	(m m		)2														(m m						)3
						1			2			2		1											1			2		1		2	2
1 2																		1				2
		б					(m		m )						вkог						(m2		3m m						2);
								2																			2
		(m1 m2)2								1				(m1 m2)3							1				1
		б																	в kог																(3.20)
							2m	2	m2		(m				m )										m2	(2m2m							3m m		);
(m1 m2)2																		(m1 m2)3
						1				2			2			1									2				1		2		1	2
		б													в kог
							(m	2	m		2)										(m	2	m 2m2m								).
				2															3
	(m1 m2)					1					2				(m1 m2)										1				1	2

3.4.6. Численное моделирование контрфорсной плотины

Компьютерное моделирование напряжённого состояния плотины на основе численных методов выполняется по рекомендациям приведённым в пункте 2.5.6. При этом двумерные решения не в полной мере отображают работу контрфорсной плотины. Поэтому необходимо использовать программные продукты, базирующиеся трёхмерных численных моделях.

50