3.5. Сопрягающие устройства

Сопряжение со зданием ГЭС устраиваем с помощью раздельного устоя, выступающего в сторону верхнего бьефа на длину понура (29м), и в сторону нижнего бьефа на длину водобоя(34,75 м).

Сопряжение водосливной плотины с земляной осуществляем с помощью устоев и сопрягающих открылков. Они имеют форму подпорной стенки. В устое расположены пазы для затвора. Устой и открылки, постоянные по высоте.

В этом случае верховой открылок должен иметь плавное (криволинейное) очертание, так как велико влияние на пропускную способность водослива.

3.6. Быки

Толщина быка по рекомендациям А.Р.Березинского:

при b = 10 м δ_б = (0,2 ÷ 0,25)b = 2 ÷ 2,5м; При устройстве деформационного шва по оси MN(см. рис. 3-1), разрезающего бык на два полу-быка, толщину быка увеличивают на 1,0 ÷ 1,5 м. Примем толщину быка: δ_б = 3м;

рис. 3-1 Схема быка в плане.

• ширина и длина паза ремонтного затвора a = c = 0.5 м,

• ширина паза рабочего затвора n = m/2 = 0.7 ÷ 0,5 м, принимаем 0,5 м

• длина паза рабочего затвора m = (1/7 ÷ 1/10)·b = 1,4 ÷ 1 м, где b - ширина водосливного отверстия, примем 1 м;

- толщина быка между пазами do = 1.0-1.5 м.

3.7. Разрезка плотины швами

Во избежание недопустимо больших напряжений в различных частях бетонной плотины на нескальном основании плотину делим на секции сквозными постоянными температурно-осадочными швами. Разрезку плотины сквозными поперечными швами производим по быкам, чтобы избежать неравномерных осадок смежных быков. Так как основание плотины супесь, то основные осадки ГТС проходят быстро (в период строительства), поэтому нет необходимости производить разрезку швами каждого быка (но швы необходимы для уменьшения температурных напряжений) и по этой причине разрезку выполним через 2 пролета. Так же в теле плотины устраиваем швы-надрезы (т.к. расстояние между швами слишком большое), доходящие до фундаментной плиты. В пределах фундаментной части сооружения ширину шва назначаем 1 см в нижней части и 3 см - в верхней части; выше фундаментной плиты ширину шва увеличиваем до 10 - 15 см. Ширину швов-надрезов принимаем 1 см. Ширину промежуточных бычков принимаем 3 м.

Водопроницаемость швов осуществляем устройством уплотнений. В нижней части уплотнения выполняем в виде оклейки битумными матами поверхности той секции, которая бетонируется в первую очередь, в верхней – в виде асфальтовых шпонок.

В температурных швах устраиваем шпонки размером 15×15 см, в швах шириной 10 – 15 см - 80 × 150 см.

3.8. Шпунт

Длину шпунта принимаем равной расстоянию от водоупора до отметки подошвы плотины.

L_шпунта = ( - ) + 2 м = (103,87 –99,8) + 2 = 6,07 м

4. Определение отметки гребня земляной плотины (бычка)

Отметку гребня земляной плотины следует назначать на основе расчета его возвышения над расчетным уровнем воды. Возвышение гребня следует определять для двух случаев – при НПУ; при ФПУ.

Возвышение гребня плотины h_s в обоих случаях определяется по формуле:

, (4-1)

где h_set – ветровой нагон воды в верхнем бьефе;

h_run1% – высота наката ветровых волн 1%-ой обеспеченности;

а – запас возвышения гребня плотины, a ≥ 0.5.

При определении и следует принимать обеспеченности скорости ветра для расчета элементов волн наката и нагона:

При НПУ:

1. Для сооружений I и II классов – 2%;

2. Для сооружений III и IV классов – 4%.

При ФПУ:

1. Для сооружений I и II классов – 20%;

2. Для сооружений III класса – 30%;

3. Для сооружений IV класса – 50%.

По ([5] стр.13) определим класс сооружения грунтовой плотины:

м,

Такая высота соответствует III классу сооружений. Таким образом, при основном сочетание нагрузок обеспеченность принимается равной 4%, а при особом сочетании – 30%.

Расчет будем вести для обоих случаев.

Определим высоту ветрового нагона по формуле:

, (4-2)

где K_W – коэффициент, зависящий от скорости ветра (стр. 35, табл. 2* [6]);

Таблица 2*

Vw	1	10	20	30	40	50
Kw^10^6	0,4	1,2	2,1	3	3,9	4,8

υ_w = 14 м/с – расчетная скорость ветра, при НПУ – K_W = 1,56  10^-6;

υ_w = 6 м/с – расчетная скорость ветра, при ФПУ – K_W = 0,84 10^-6 ;

L = 15 км – длина разгона волны;

d – глубина водохранилища перед плотиной при расчетном уровне.

– угол между направлением ветра и продольной осью водоема, принимаем равным нулю, .

Глубина водохранилища равна:

d_НПУ = Ñ_НПУ – Ñ_ДНО = 135 – 108= 27 м,

d_ФПУ = Ñ_ФПУ – Ñ_ДНО = 137 – 108= 29 м.

Высота наката ветровой волны обеспеченностью 1% по накату (h_run1%, м) для фронтально подходящих волн при глубине перед сооружением d  2h_1% надлежит определять по формуле:

, (4-3)

где и – коэффициенты шероховатости и проницаемости откоса (стр. 6, табл. 6 [6] или в табл. 4-1). , .

Таблица 4-1

Конструкция крепления откоса	Относительная шероховатость r/h1%	Коэффици­ент, kr	Коэффици­ент, kp
Бетонными (железо­бетонными) плита­ми	-	1	0,9
Гравийно - галечниковое, каменное	Менее 0,002	1	0,9
или крепление бетонными	0,005-0,01	0,95	0,85
(железобе­тон­ными) блоками	0,02	0,9	0,8
	0,05	0,8	0,7
	0,1	0,75	0,6
	Более 0,2	0,7	0,5
Примечание. Характерный размер шероховатости r, м, следует принимать равным среднему диаметру зерен материала крепления откоса или среднему размеру бетонных (железобетонных) блоков.

– коэффициент зависящий от расчетной скорости ветра и заложения верхового откоса (стр. 7, табл. 7* [6]).

Таблица 7*

Значение ctg 	1 - 2	3 - 5	Более 5
Коэффициент ksp при ско­рости ветра Vw, м/с:
20 и более	1,4	1,5	1,6
10	1,1	1,1	1,2
5 и менее	1	0,8	0,6
Примечание.  - угол наклона откоса к горизонту, град.

– коэффициент принимаемый по графику (рис.10* стр. 7 [6]). Зависит от пологости волны и заложения откоса m.

Для определения необходимо определить среднее значение длины волны и высоты волны с обеспеченностью 1%.

Рис. 10*. Графики значений коэффициента k_run

Параметры волны (высота h, период τ и длина λ) определяются волнообразующими факторами: скоростью ветра, его направлением по отношению к сооружению, продолжительностью непрерывного действия t, глубиной водоема H и длиной разгона волны L.

За расчетную скорость ветра принимают скорость на высоте 10 м над поверхностью земли. Для водохранилищ, продолжительность непрерывного действия t = 6 часов.

Волны, образующиеся в глубоководной зоне, где H ≥ , при расчетной скорости ветра υ_w, характеризуются средними значениями , и . Для определения средних параметров вычислим безразмерные величины: и .

По их значениям и верхней огибающей кривой рисунка на стр. 36 [6] находим значения: и (см. рис.4-1)

Рис. 4-1. Графики для определения элементов ветровых волн в глубоководной и мелководной зонах

При НПУ:		При ФПУ:
Определяем по графику:
Выбираем наименьшее значение из двух одноименных
Определим среднюю высоту волны и средний период волны :
,м	,1/с.	,м	,1/с.
Найдем среднюю длину волны по формуле: (4-4)
м.		м.
Проверим, выполняется ли условие для глубоководной зоны – d > :
dНПУ = 27 > => зона глубоководная.		dФПУ =29 > => зона глубоководная.

Расчетная обеспеченность высоты волны для сооружений с вертикальной напорной гранью и для откосов с креплением бетонными плитами составляет 1%. Высоту волны заданной обеспеченности в системе волн глубоководной зоны определяют как произведение и коэффициента K_i, зависящего от волнообразующих факторов. K_i = 2,42 для обеспеченности – 1% ([4] стр.37 или Рассказов с.237).

При НПУ:

м;

При ФПУ:

м.

1. Случай при НПУ:

м

, ,

, при и υ_w = 14 м/с.

по графику(рис.10*) =>

м

м

Тогда уровень грунтовой плотины для случая НПУ будет равен:

Ñ_ГП1 = Ñ_НПУ + h_S1 = 135 + 6,22 = 141,2 м.

2. Случай при ФПУ:

м

, ,

, при и υ_w = 6 м/с.

,

м

м

Тогда уровень грунтовой плотины для случая ФПУ будет равен:

Ñ_ГП2 = Ñ_ФПУ + h_S2 = 137 + 1,92 = 138,92 м

За отметку плотины принимаем наибольшее значение Ñ_ГП = 141,2 м

h _ГП = Ñ_ГП - Ñ_дна = 141,2 – 108 = 33,2 м