Politechnika Wrocławska

Instytut Geotechniki i Hydrotechniki

Zakład Budownictwa Wodnego i Geodezji

Prowadzący: dr inż. Andrzej Popow

Temat projektu z przedmiotu:

BUDOWLE WODNE

Student: Michał Nycz

Zakres prac:

1.

Na podstawie profilu poprzecznego i podłużnego rzeki

obliczyć i narysować krzywą wydatku przekroju

2.

Obliczyć światło jazu ruchomego/stałego.

3.

Wykonać obliczenia hydrauliczne i wyznaczyć krzywą wydatku jazu

stałego/ruchomego.

4.

Obliczyć potrzebną długość ścianek szczelnych metodą przybliżoną, przy założeniu

stałej prędkości wzdłuż drogi filtracji.

5.

Dla założonej konstrukcji jazu sprawdzić

całej budowli na przesunięcie

6.

Wykonać rysunki : szkic sytuacyjny, widok z góry, przekrój poprzeczny jazu.

7.

Wykonać opis techniczny budowli wodnej

Dane wyjściowe do projektu:

- wysokość piętrzenia jazu H =

- grunty podłoża:

piasek

- rzędna warstwy nieprzepuszczalnej

Instytut Geotechniki i Hydrotechniki

Zakład Budownictwa Wodnego i Geodezji

dr inż. Andrzej Popow

Temat projektu z przedmiotu:

BUDOWLE WODNE - PODSTAWY

Na podstawie profilu poprzecznego i podłużnego rzeki

…………………………

obliczyć i narysować krzywą wydatku przekroju Q=f(h) ze wzoru Manninga.

Obliczyć światło jazu ruchomego/stałego.

Wykonać obliczenia hydrauliczne i wyznaczyć krzywą wydatku jazu

Obliczyć potrzebną długość ścianek szczelnych metodą przybliżoną, przy założeniu

stałej prędkości wzdłuż drogi filtracji.

Dla założonej konstrukcji jazu sprawdzić stateczność płyty jazu na wypłynięcie i

w płaszczyźnie posadowienia.

Wykonać rysunki : szkic sytuacyjny, widok z góry, przekrój poprzeczny jazu.

Wykonać opis techniczny budowli wodnej

projektu:

wysokość piętrzenia jazu H =

3.0 m

rzędna warstwy nieprzepuszczalnej

: 20,16 m n.p.m.

Podpis prowadzącego

…..…………………….

1

Nr tematu

Km 3+450

……………………………..…

ze wzoru Manninga.

Wykonać obliczenia hydrauliczne i wyznaczyć krzywą wydatku jazu

Obliczyć potrzebną długość ścianek szczelnych metodą przybliżoną, przy założeniu

stateczność płyty jazu na wypłynięcie i

Wykonać rysunki : szkic sytuacyjny, widok z góry, przekrój poprzeczny jazu.

Podpis prowadzącego

…..…………………….

2

1.

Wyznaczenie krzywej wydatku

a)

Wyznaczenie współczynników szorstkości podłoża

 27,4





  42,83 



   

 

 

27,4

42,83  0,6397



  32,63   



  1,3126    0,0015

 

1

  





 





 

1

  





 





 0,073

Współczynnik szorstkości dna koryta wynosi n=0,073



 149









 109,93 







 32,63  













 3,3680    0,0015





1

0,073  3,3680!





 0,0015!





 109,93 "

#

 149

#

 17,1919









 5,91







 6,78  



 32,93







 30,2 



#

 38,84 





#

 36,98  

#

 1,0503 



#



#



#

 0,4426



$ 

,

 0,09

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

1,10

1,20

1,30

1,40

1,50

1,60

1,70

1,80

1,90

2,00

2,10

2,20

2,30

2,40

2,50

2,60

2,70

2,80

2,90

3,00

3,10

3,20

3,30

3,40

3,50

3,60

3,70

3,80

3,90

4,00

4,10

4,20

4,30

4,40

0

10

H

[m

]

m.p.p
z=1,42 m
H= 4,97m

20

30

40

50

Q

śr- 27,4 m3/s

Q

śr- 27,4 m3/s

60

70

80

90

Q [m3/s]

H(Q)

100

110

120

130

Q

m- 109 m3/s

Q

k- 118m3/s

Q

m- 109 m3/s

Q

k- 118m3/s

140

150

160

170

Q

kmax- 149 m3/s

Q

kmax- 149 m3/s

3

170

H(Q)

4

2.

Wyznaczenie światła jazu

Jaz wykonujemy, w celu zainstalowania elektrowni

%  &  ' 

ś)

 *

+,ę.)/ą1 2/3

 0,8  9,81  27,4  3  645 45

Ze względu na moc elektrowni projektowany jaz będzie budowlą piętrzącą klasy IV

Przyjęto prawdopodobieństwo przepływów:

p=1% dla wody miarodajnej



 109



6

7

p=0,5% dla wody kontrolnej

8

 118



6

7

Wzniesienie korony budowli ponad obliczeniowy poziom zwierciadła wody

– określenie max p. p.

Dla budowli betonowych – 0,5 m

Dla budowli ziemnych – 0,7 m

Przyjęto max nadpiętrzenie

9  %:: ; *



 *

ś<

" 3! ; *



 4,97 ; 3,55  1,42

Rzędne wody za jazem:

1)



 109



6

7

, *



 3,55

2)

8

 118



6

7

, *

8

 3,67

3)

Rzędne wody przed jazem –

max @. @.  *



" 9  3,80 

5

2.1 Obliczenie światła jazu

Przyjmuję

9  1,42 , @'  3

B

/

 *



; @'  0,55

*  B

/

" 9  1,97

*

7+

 %::  * " @'  4,97



CDD

 138,38 





E







7+

 0,79 

⁄

*

E

 * "



E



2'  2,00

 ; 4!G 



*

E





8

/

HI2'

J  1  J  1 K 0,6*  1,182 ; GH9 L MNL4O
Wartości stablicowane:

  P Q

*

E

@'  0,67R  0,486

8

QS



 35°, S



 45°,

N

@' 

0,9

3  0,3R  0,956

/

Q

B

/

*

E

 0,27R  0,991

6

B

/

*

E

 0,91 U 0,85 V 0,9!, 9NMH H  1 ; 0,2W

X

*

E

G

H  1 ; 0,2W

X

*

E

G  1 ;

0,18

G

 ; 4!G 



*

E





8

/

HI2'

$

Y  Z, [\] $ ^_`ab]cbę Y  Z, [d]

e  f  Y " f ; g!  h  i\, Zd] e_` j

ś_

!  ii]

  ·  ; 1! · G · I2' · *

E





8

/

H  0,486 · 2 · 9,65 · 4,43 · 2





· 0,956 · 0,991 · 0,981

 109,39





8

U
U



W

+

 1

Przednia

ściana

W

X

 0,45

Filary d=2m

7

3.

Wyznaczenie krzywej wydatku jazu

3.1 Wyznaczenie wymiarów klapy

Przyjęto zamknięcie klapowe

*

+

 3,0 

*

Śm

 1,97 

%::  *

Śm

" *

+

%::  1,97 " 3  4,97 
*

8n+o

 %:: ; @' " 0,3  4,97 ; 3 " 0,3  2,27

  2*

+

 6

8

3.2 Wyznaczenie przepływów w zależności od położenia klapy

Przykład obliczeń:

•

H = 0,18 m



E

p 1 *

E

 *

/

 1

H



 1 ; 0,2W

X

*

E

G  1 ; 0,0093 · *

E

 0,9983

  P Q

*

 ; SR  Lr9Ns9Nr 9 MNGtOs



 G · I2' · *

E





H

/

 28,95 · 0,4786 · I2 · 9,81 · 0,18





· 0,9983 · 1  4,680







CDD

*

CDD

!  138,38





E





CDD



4,680

138,38  0,0338



*

E

 * "



E



2'  0,18 "

0,0338



2 · 9,81  0,1801 m H



 0,9983



 G · I2' · *

E





H

/

 28,95 ·

0,4786

· I2 · 9,81 · 0,1801





· 0,9983 · 1  4,682





Odczytano z krzywej przepływu:

M  0,91 K @' " r!  3 " 1,79!  4,79

Przepływ swobodny

α

H

H/R

m

40

0,18

0,030

0,4783

9

Przepływy w zależności od położenia klapy:

Zestawienie przepływów:

H



0,00

0,000

0,18

4,682

0,31

10,650

0,46

19,317

0,61

29,441

0,78

42,344

0,96

56,961

1,14

72,473

1,33

88,775

1,53

105,927

1,73

121,302

α

W

X

H

H



/

R

H/R

m





CDD



E

*

E

H





t

y

x

pg+y

40

0,45 0,18 0,9983

1

6

0,030 0,4786

4,680

138,38 0,0338 0,1801 0,9983

4,682

0,91 1,79 1,45 4,79

35

0,45 0,31 0,9971

1

6

0,052 0,4818 10,634 138,38 0,0768 0,3103 0,9971 10,650 1,34 1,66 1,6

4,66

30

0,45 0,46 0,9957

1

6

0,077 0,4833 19,255 138,38 0,1391 0,4610 0,9957 19,317 1,73 1,51 1,74 4,51

25

0,45 0,61 0,9943

1

6

0,102 0,4819 29,277 138,38 0,2116 0,6123 0,9943 29,441 2,03 1,35 1,86 4,35

20

0,45 0,78 0,9927

1

6

0,130 0,4785 41,967 138,38 0,3033 0,7847 0,9927 42,344 2,36 1,19 1,98 4,19

15

0,45 0,96 0,9910

1

6

0,160 0,4703 56,225 138,38 0,4063 0,9684 0,9910 56,961 2,69 1,01 2,07 4,01

10

0,45 1,14 0,9894

1

6

0,190 0,4611 71,214 138,38 0,5146 1,1535 0,9892 72,473 2,98 0,83 2,15 3,83

5

0,45 1,33 0,9876

1

6

0,222 0,4469 86,820 138,38 0,6274 1,3501 0,9874 88,775 3,26 0,64 2,22 3,64

0

0,45 1,53 0,9857 0,988

6

0,255 0,4361 103,084 138,38 0,7449 1,5583 0,9855 105,927 3,52 0,44 2,26 3,44

-5 0,45 1,73

0,9839

0,957 6

0,288

0,4279

117,574 138,38 0,8496

1,7668

0,9835

121,302

3,72

0,24

2,29 3,24

10

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

2,00

0,000

10,000

20,000

30,000

40,000

50,000

60,000

70,000

80,000

90,000

100,000

110,000

120,000

130,000

H

[

m

]

Q [m^3/s]

KRZYWA WYDATKU JAZU

H(Q)

11

4.1 Obliczenie pierwszej i drugiej głębokości sprzężonej

x  33 ;   3 G  9,65 @'  3; S  1,1
Przyjęto zagłębienie niecki wypadowej d= 0,6 m



E,







CDD

y 



G B

8,

 z

Sy

,

'

6

{

E,

 *

,

"



E,



2' " @ " |

B

,



; {

E,

B

,



"

Sy

,



2'  0 $ B

,

&

}



B

,

B

8,

~|s9rM9 MNGtOs $ & 

B

,

B

8,

$ B

,

€

j



‚

ƒ_

h

„

…

†

‡

…

‚

g

ˆ

ˆ

‚

\

€ " h

‚

\

0,91

4,682

0,1617 0,054 0,6 0,0338 0,18 3,780 0,024 0,45 2,859 0,1548 9,75

>

1,1

1,34

10,650

0,3679 0,123 0,6 0,0770 0,31 3,910 0,045 0,36 2,184 0,2690 7,21

>

1,1

1,73

19,317

0,6672 0,223 0,6 0,1396 0,46 4,061 0,080 0,36 2,184 0,4880 4,77

>

1,1

2,03

29,441

1,0170 0,341 0,6 0,2128 0,61 4,212 0,119 0,35 2,218 0,7553 3,48

>

1,1

2,36

42,344

1,4627 0,490 0,6 0,3060 0,78 4,385 0,169 0,34 2,271 1,1123 2,66

>

1,1

2,69

56,961

1,9676 0,659 0,6 0,4116 0,96 4,569 0,224 0,34 2,271 1,4963 2,20

>

1,1

2,98

72,473

2,5034 0,838 0,6 0,5237 1,14 4,754 0,281 0,33

2,3

1,9280 1,86

>

1,1

3,26

88,775

3,0665 1,027 0,6 0,6415 1,33 4,951 0,338 0,33

2,3

2,3617 1,63

>

1,1

3,52 105,927 3,6590 1,225 0,6 0,7655 1,53 5,160 0,397 0,32 2,336 2,8622 1,44

>

1,1

3,72 121,302 4,1901 1,403 0,6 0,8766 1,73 5,369 0,447 0,32 2,336 3,2776 1,32

>

1,1

12

V

Długość niecki wypadowej (wg Smetany)

J

‰,

 6

‰

ŠB

,

; B



‹ |tN 

‰

 0,8;

J@ J

‰

Œ

1

0,63

2

1,08

3

1,96

4

3,05

5

4,53

6

6,11

7

7,91

8

9,71

9

11,83

10

13,59

4.2 Obliczenie położenia głębokości h1 – w celu określenia położenia dylatacji

H

0,7H

y

y1

x

q

v

x1

Lk

Lb

Lb+Lk

0,18

0,126

1,79

5,39

1,45

0,1617

1,283

1,345

2,795

0,63

3,42

0,31

0,217

1,66

5,26

1,6

0,3679

1,695

1,755

3,355

1,08

4,43

0,46

0,322

1,51

5,11

1,74

0,6672

2,072

2,115

3,855

1,96

5,81

0,61

0,427

1,35

4,95

1,86

1,0170

2,382

2,393

4,253

3,05

7,31

0,78

0,546

1,19

4,79

1,98

1,4627

2,679

2,647

4,627

4,53

9,16

0,96

0,672

1,01

4,61

2,07

1,9676

2,928

2,839

4,909

6,11

11,02

1,14

0,798

0,83

4,43

2,15

2,5034

3,137

2,981

5,131

7,91

13,04

1,33

0,931

0,64

4,24

2,22

3,0665

3,294

3,062

5,282

9,71

15,00

1,53

1,071

0,44

4,04

2,26

3,6590

3,416

3,101

5,361

11,83

17,19

1,73

1,211

0,24

3,84

2,29

4,1901

3,460

3,061

5,351

13,59

18,94

 

Ž

E,

‘



  · ’

·o

“

”

Z obliczeń wynika, że dylatacja powinna znajdywać się na

progu, zatem przyjęto jej położenie zaraz za progiem jazu.

13

4. Obliczenie długości ścianek szczelnych

4.1 Obliczenie ścianek szczelnych dla budowli tymczasowej – (wzniesionej na czas budowy

jazu)

14

Na czas budowy jazu wykonuje się budowlę tymczasową zabezpieczającą właśnie

powstający jaz. Stanowią ją ścianki szczelne, które dla projektowanego jazu będą miały
długość nad poziomem terenu L

t1

=3,17 m, natomiast poniżej poziomu terenu L

t2

=6,14 m. Po

wybudowaniu jazu ścianki szczelne pod ziemia nie będą usuwane i będą zabezpieczać jaz
przed szkodliwym działaniem filtracji.

4.2 Obliczenie ścianek szczelnych – metoda pośrednia

Metoda Bligha pozwoli sprawdzić nam ile powinna wynosić minimalna długość ścianek
szczelnych.

Zakładam grubość płyty niecki wypadowej =3m

Współczynnik C

B

= 12,0 dla piasku grubego

*  %:: ; *

Śm

 4,97 ; 1,97  3

J ; potrzebna długość filtracji
J  •

‰

· *  12 · 3  36 

Założenie – prędkość filtracji stała wzdłuż całej drogi filtracji

J  J



" J



J



; suma odcinków pionowych

J



; suma odcinków poziomych

J



 J

E–

" J

–

" J

–—

" J

˜–

" J

–™

15

J

–™

 J

˜–

" 3,6 

J

–

 J

–—

" 3,1 

J



 J

–

" J

—–š

" J

š–˜

 5 " 7,6 " 17,9  30,5 

J



}

 J



; J

E–

 2J

–—

" 3,1 " 2J

˜–

" 3,6  6,7 " 2 J

–—

" J

˜–

!

J



}

 J



" J

E–

 30,5 " 0,5  31 

•

‰

· *  J



}

" J



}

36  31 " 6,7 " 2 J

–—

" J

˜–

!

J

–—

" J

˜–

 ;0,85 

Z obliczeń wynika, że filtracja pod jazem jest bardzo mała, zatem nie jest konieczne
zastosowanie ścianek szczelnych


4.2 Sprawdzenie wartości lokalnych gradientu hydraulicznego

Obliczenie wartości i zostanie wykonane za pomocą siatki hydrodynamicznej (program Hydraulik):

J

.

- długość ścianki szczelnej budowli tymczasowej (poniżej poziomu terenu)

J

+›

 J

+›

 J

.

; œ  6,14 ; 3,6  2,54 

16

Siatka hydrodynamiczna:

  6 ; tOs9GN @N óL OH|9r tOONO @žą|Ÿ

  35 ; tOs9GN @N óL OH|9r tOONO H4LO@ MHs¡NtrO
y  4 · * ·



  0,0001 · 3 ·

6

35  0,0000514





|B 

3

35  0,0857 |t  0,86 O 

|B

|t  0,0997

Sprawdzenie warunku:

' · O K O

8)

'  1,5 ¢

7

 2,65 @  0,36 ¢

<

 1

' · O  1,5 · 0,0997  0,15 K O

8)



1 ; @! · ¢

7

; 1!

¢

<

 1,0 ~£!

17

4.3 Sprawdzenie stateczności podłoża na końcowym odcinku filtracji

1. ścianka szczelna,

2. płyty z otworami

filtracyjnymi,

3. narzut dociążający,
4. warstwa filtra,
5. mata filtracyjna
6. linie prądu,

|t  3,95 

'O  1,5 Q1 "

M

|tR K O

8)

M K ;1,3  – zatem nie
trzeba dociążać podłoża na
końcowym odcinku filtracji,
jednakże że względów
konstrukcyjnych przyjmuje

M  0,60 

5. Sprawdzenie stateczności płyty jazu na wypłynięcie i całej budowli na przesunięcie
w płaszczyźnie posadowienia


5.1 Obliczenie stateczności jazu na wypłynięcie

œ  

,

· ¥

¦1.§¨3

 95,55 · 24,00  2293,2

4%



5  

,

· ¥

<§©o

 142,035 · 10  1420,35

4%



4 

œ

5 U 4

©§+

 1,1 ; |tN GŸ| LtO L 9r M4OsB 4tN

4 

ª

m



«,

—E,š

 1,61 U 1,1  4

©§+

~£!

- Warunek został spełniony

18

19

5.2 Obliczenie stateczności jazu na przesunięcie

 

Š ∑ œ ; 5!­ " {

¦©

" ­s‹

Š:

”

" {

”

‹ ; :

©

" {

©

!

U 

+

Gdzie:

∑ œ ; pionowe składowe obciążenia od masy konstrukcji i wody,
5 ; siła wyporu działającego na (a-b),

:

”

; suma sił poziomych działających od strony górnej wody w skład której można

zaliczyć parcie poziome wody na odcinku (a-c), parcie rumowiska, parcie wiatru,
:

©

; suma sił poziomych działających od strony dolnej wody (b-d),

{

”

; parcie czynne gruntu od strony górnej (a-e),

{

©

; {

¦©

; parcie czynne i bierne gruntu od strony dolnej wody (b-f),

c

– spójność gruntu (kohezja),

­ ; współczynnik tarcia pomiędzy betonem a gruntem.



+

 1,1 ; dla budowli klasy IV

¥

<§©o

 10

4%





¥

¦1.§¨3

 24

4%





¥

+,783

 26

4%





®  33,5° ; 4ąM MNžsON LHLHMž9H'  |tN @ON 4Ÿ

œ

,

 

,

· ¥

,

5  

,

· ¥

<§©o

 142,035 · 10  1420,35

4%



­  0,60

s  0 ; |tN @ON 4Ÿ
œ



 11,32 · 10,00  113,2

4%



œ



 48 · 10,00  480

4%



œ



 95,55 · 24,00  2293,2

4%



œ

—

 10

4%



20

Parcie czynne:
£



 M'



¯45 ;

°



±  M'



¯45 ;

,š



±  0,2887

{

”



²Š¥

+,783

· B · £



‹ · B³

2



Œ 26 · 3,6 · 0,2887! · 3,6

2

 48,64 4%/

{

”

 {

©

 48,64

4%



Parcie bierne:

£

¦

 M'



¯45 "

°



±  M'



¯45 "

,š



±  3,4637

{

¦©



²Š¥

+,783

· B · £

¦

‹ · B³

2



Œ 26 · 3,6 · 3,4637! · 3,6

2

 583,56 4%/

Pg

Pd

:

”



N



2 · ¥

<§©o



4,97



2 · 10  123,51

4%



:

©



N



2 · ¥

<§©o



1,97



2 · 10  19,41

4%



 

Š ∑ œ ; 5!­ " {

¦©

" ­s‹

Š:

”

" {

”

‹ ; :

©

" {

©

!



Œ 11,32 " 480 " 2293,2 " 10 ; 1420,35! · 0,6 " 583,56

Œ 123,51 " 48,64! ; 19,41 " 48,54!



1408,062

104,2 

 13,51 U 1,1  

+

~£!

Ecg

γ

Ebd

γ