Расчет земляной плотины

2.1. Определение размеров элементов плотины

Высота плотины (Н_ПЛ) равна разности отметок гребня плотины и самой низкой точки в створе плотины. Высота гребня для сельскохозяйственных плотин принимается на 0.3-0.5 м выше от­метки ФПУ.

Тогда: Н_ПЛ = 109.2 – 99.4+0.5 =10.3 м

Ширина гребня проезжих плотин принимается в зависимости от класса дороги 6м. Гребень делается с двусторонним поперечным уклоном 3...5%.

Коэффициенты заложения откосов (φ) земляной плотины представля­ют собой отношение горизонталей проекции линии откоса к высоте плотины и зависят от рода грунта отсыпки.

В нашем примере высота плотины 10.3 м, грунт для насыпки тела плотины − суглинок средний. Следовательно, коэффициенты заложе­ния откосов: сухого – 2.0, мокрого – 2.5.

Ширина плотины по низу определяется по формуле;

В = в + Н_ПЛ · (φ_сух + φ_мокр), м

где: в - ширина плотины по верху (гребня), м;

Н_ПЛ - высота плотины, м;

φ_сух + φ_мокр - коэффициенты заложения откосов.

В нашем примере, для проезжей плотины, по гребню которой проектируется дорога 5 класса, ширина плотины по низу составит:

В = 6м + 10.3 м · (2.5+2.0) = 52.35 м

В теле плотины проектируются некоторые устройства, имеющие большое значение в повышении надежности и долговечности плотины (ядро, замок, дренажная призма, экран).

Дренажная призма устраивается обычно из камней в нижней части сухого откоса с целью предотвращения выноса частиц грун­та из тела плотины фильтрационным потоком.

Высота призмы равна 1/4 высоты плотины, ширина по верху 1.0...1.5м откосы 1:2 или 1:2.5 (Рис. 5).

Рис. 5 Поперечный профиль плотины м 1:200

Ядро представляет собой стенку из мятой глины, устраиваемую в теле плотины для снижения водопроницаемости плотины. Ядро служит для предотвращения фильтрации через тело плотины. Ядро должно быть выше НПУ на 0.7...0.8 м и ниже гребня на 1.0...1.2 м. Ширина ядра по верху – 0.3…1.0 м, по низу – 2.0...2.5 м.

Замок устраивается из глины в том случае, если под плотиной лежат водопроницаемые грунты. Он служит для сокращения фильтрации под телом плотины. Замок является как бы продолжением ядра. Ширина его по дну - 1/3 ширины плотины по верху, но не менее 1.5 м. Замок делается на всю глубину водопроницаемого слоя и еще на 0.5...0.8 м заглубляется в водоупорный слой. Замок делается по всей длине плотины от одного берега балки до другого, врезаясь в берега.

Если грунт тела плотины способен разжижаться, вместо ядра устраивают водонепроницаемый пластичный экран, который представ­ляет собой наклонную стенку из глины (или других материалов), уложенную параллельно мокрому откосу. Верхняя часть экрана имеет толщину 0.7...0.8 м, нижняя – 3.5...4.0 м. Нижняя часть экрана называется зубом и устраивается аналогично замку.

2.2. Составление поперечного и продольного профилей плотины

Поперечный профиль составляется на миллиметровой бумаге в масштабе 1:100 или 1:200. Кроме элементов будущей плотины (ядра, замка, дренажной призмы), здесь указываются линии горизонтов воды: УМО, НПУ, ФПУ (Рис. 5).

Продольный профиль вычерчивается в двух масштабах: горизонтальном 1:1000 или 1:2500, и вертикальном 1:100.

Порядок работы. С плана водохранилища (1:5000) по горизонта­ли переносится гребень плотины (в масштабе 1:1000 он получится в пять раз длиннее, чем на плане).

Через промежутки, равные расстоянию между горизонталями, в соответствующем масштабе отмечаются сечения и выписываются от­метки земли в этих сечениях. По вертикали откладываются отметки горизонталей. Соединив полученные точки, получают продольный профиль плотины. На нем отмечают гребень плотины и гребень дренажной призмы (Рис. 6).

Рис. 6. Продольный профиль плотины

2.3. Составление плана основания плотины

План основания плотины располагается точно под продольным профилем и вычерчивается в том же масштабе. Сначала проводится линия - ось плотины, от нее в обе стороны откладывается по по­ловине ширины гребня и проводятся две параллельные линии − бров­ки гребня.

Далее для каждого сечения определяется ширина основания плотины. По продольному профилю в каждой точке определяется вы­сота плотины (разница отметок гребня и дна пруда). Умножая вы­соту плотины на коэффициенты заложения откосов, получают длину отрезков горизонтального заложения откосов. От верхней бровки в каждом сечении откладывают отрезки, равные заложению мокрого откоса, а от нижней бровки - отрезки, соответствующие заложению низового откоса.

Полученные точки соединяют ломаными линиями и получают план основания плотины. Он необходим для разбивки плотины на местноcти и для подсчета объема земляных работ при возведении тела пло­тины. (Рис. 7).

Рис. 7. План основания плотины

2.4. Определение объема земляных работ.

Приближенно объем земляных работ можно вычислить по формуле:

V_пл = 0.2 ·£ · Н_пл · (в + В), м³

где: V_пл - количество м³ земли для засыпки те­ла плотины и ядра;

£ - длина плотины, м;

Н_пл - высота плотины, м;

в и В - ширина плотины по низу и по верху, м.

Объем ядра:

V_ядра = 0.2 · £_ядра · Н_ядра · (в_ядра + В_ядра), м³

Объем работ по устройству замка:

V_замка = ω · £

где: ω - площадь поперечного сечения замка;.

£ - длина плотины, м.

Объем земляных работ по устройству дренажной призмы определяется как произведение площади поперечного сечения дренажной призмы на ее длину, деленное на два.

При подсчете необходимо учесть увеличение объема земли за счет осадки грунта (2...4% от объема земли на возведение тела плотины).

Необходимо компенсировать снятый растительный слой, который перед возведением плотины под ее основанием снимается на глуби­ну 0.3...0.4 м. Объем земляных работ по снятию растительного слоя равен произведению площади основания плотины на глубину снятия слоя.

Итак, требуемое количество глины (V_ядра + V_замка), щебня (V_{дрен.призмы}) и земли (V_пл + V_{раст.слоя} + V_осадки + V_ядра.).

В нашем примере:

V_пл = 0.2 · 5250 · 10.3 · (6 + 52.35) = 631055.25 м³

V_ядра = 0.2 · 5250 · 9.4 · (2 + 2.5) = 44415 м³

V_замка = м³

V_{др.призмы} = м³

S_осн = 13725000 м² (по плану основания плотины. рис. 7)

V_{раст.слоя} = 13725000 · 0.3 = 4117500 м³

V_осадки = 0.03 · 13725000 = 411750 м³

Итого требуется: глины 76755 м³

щебня 34658 м³

земли 5204720,25 м³

Используемая литература

1. Багров, М.Н. Оросительные системы и их эксплуатация: учеб. пособие для сельскохозяйственных вузов ⁄ М.Н. Багров, И.П. Кружилин. − М.: Колос, 1978. − 230 с.

2. Журавлев, Г.И. Гидротехнические сооружения: учебники для сельскохозяйственных техникумов. − М.: Колос, 1979. − 174 с.

3. Костяков, А.Н. Избранные труды в двух томах. − М.: Сельхозгиз, 1961.

4. Курсовое и дипломное проектирование по гидротехническим сооружениям: учебное пособие для сельскохозяйственных вузов ⁄ под ред. В.С. Лапшенкова. − М.: Агропромиздат, 1989. − 448 с.

5. Методические указания к выполнению комплексного курсового проекта по сельскохозяйственной мелиорации ⁄ В.А. Самохвалов, В.Е. Ревин, А.В. Иванов (и др.). − Кинель, 1989. − 165 с.

6. Оросительные системы Среднего Поволжья и их эксплуатация: учеб. пособие для сельскохозяйственных вузов ⁄ В.А. Самохвалов, Г.И. Рабочев, А.Л. Рабочев. − Кинель, 1998. − 78 с.

7. Самохвалов В.А. Сельскохозяйственная мелиорация: методические указания. − Кинель: РИЦ СГСХА, 2006. − 68 с.

8. Самохвалов В.А. Оросительные мелиорации: учеб. пособие. − Самара: РИЦ СГСХА, 2008. − 350 с.

9. Гидротехнические сооружения: справочник проектировщика. − М.: Стройиздат, 1983. − 543 с.