Politechnika Śląska

Wydz. Inżynierii Środowiska i Energetyki

Budownictwo Wodne

PROJEKT JAZU

DLA RZEKI WARTY

PROFIL: DZIAŁOSZYN

Prowadząca:

dr hab. inż. Ewa Zielewicz

Wykonała:

Barbara Pyrek

Prof. W Politechnice Śląskiej

Wydział:

ISiE

Kierunek:

Inżynieria Środowiska

Specjalność: Wodociągi i kanalizacja

Rok: I

Semestr: I

(studia II-go stopnia)

Gliwice

Rok akademicki 2011/2012

~ 2 ~

SPIS TREŚCI

Opis techniczny ......................................................................................................................4

I.

Cel projektu i zakres projektu ..................................................................................................4

II.

Założenia do projektu ..............................................................................................................4

III.

Opis obiektu ........................................................................................................................4

IV.

Klasa budowli ......................................................................................................................5

V. Metodyka projektowania – dodatkowe informacje .................................................................5

Obliczenia hydrologiczne rzeki ...............................................................................................6

I.

Prawdopodobieństwo wystąpienia przepływu .........................................................................6

II.

Opisanie analizowanej próby losowej za pomocą statystyki opisowej ......................................7

II.I. Miara położenia.....................................................................................................................7

II.II. Miara zmienności ................................................................................................................7

II.III. Miara asymetrii ...................................................................................................................7

III.

Przepływy maksymalne o danym prawdopodobieństwie .....................................................8

Obliczenia hydrauliczne .......................................................................................................10

I.

Dane początkowe .................................................................................................................. 10

II.

Sprawdzenie warunków ........................................................................................................ 10

III.

Przepływ poszczególnych części jazu .................................................................................. 10

III.I. Część ruchoma................................................................................................................... 10

III.II. Część stała ......................................................................................................................... 11

IV.

Przepływy rzeczywiste ....................................................................................................... 11

V. Długości części stałej i ruchomej jazu ..................................................................................... 11

V.I. Wartości początkowe .......................................................................................................... 11

V.II. Wysokość warstwy przelewowej ........................................................................................ 12

V.III. Rzędna korony jazu ........................................................................................................... 12

IV. Odskok hydrauliczny ................................................................................................................ 13

IV.I. Wysokość energii całkowitej E

0

dla przepływu przez część stałą .......................................... 13

IV.II. Pierwsza wysokość sprzężona ............................................................................................ 13

IV.III. Pierwsza prędkość sprzężona ........................................................................................... 13

IV.IV. Liczba Freuda ................................................................................................................... 13

IV.V. Druga wysokość sprzężona ................................................................................................ 14

IV.VI. Sprawdzenie wystąpienia odskoku hydraulicznego ........................................................... 14

IV.VII. Długość niecki wypadowej .............................................................................................. 14

VI.

Obliczanie umocnień jazu .................................................................................................. 14

VI.I. Umocnienie od strony wody górnej .................................................................................... 14

~ 3 ~

VI.II. Umocnienie od strony wody dolnej ................................................................................... 15

VII.

Wymagana droga filtracji ................................................................................................... 15

VIII.

Parametry śluzy odprowadzającej wodę przemysłową ....................................................... 16

VIII.I. Obliczenia wymiarów wlotu.............................................................................................. 16

VIII.II. Kraty ............................................................................................................................... 16

VIII.III. Prędkość minimalna ....................................................................................................... 16

VIII.III. Straty wg wzoru Kirschmera ........................................................................................... 17

IX.

Stateczność ....................................................................................................................... 17

IX.I. Ciężar doku ........................................................................................................................ 17

IX.II. Ciężar filarów .................................................................................................................... 18

IX.III. Ciężar wody na stanowisku górnym ................................................................................. 18

IX.IV. Ciężar wody na stanowisku dolnym .................................................................................. 19

IX.V. Parcie filtracyjne ............................................................................................................... 19

IX.VI. Parcie wody gruntowej pod budowlą ............................................................................... 20

IX.VII. Parcie wody na stanowisku górnym ................................................................................. 20

IX.VIII. Obliczenie parcia wody na stanowisku dolnym ............................................................... 20

IX.IX. Współczynnik bezpieczeństwa na przesunięcie ................................................................. 21

X.

Sprawdzenie stateczności budowli na obrót dookoła krawędzi płyty ..................................... 21

X.I. Obliczenie ramienia działania siły parcia pochodzącej od wody górne .................................. 21

X.II. Obliczenie ramienia działania siły parcia pochodzącej od wody dolnej ................................ 22

X.III. Obliczenie ramienia wypadkowego .................................................................................... 22

X.IV. Obliczenie ramienia siły ..................................................................................................... 22

X.V. Sprawdzenie stateczności budowli na obrót dookoła krawędzi płyty .................................. 22

XI.

Zasięg cofki

....................................................................................................................... 23

XII.

Obliczanie profilu Creager’a ............................................................................................ 23

XI.I. Wysokość energii przepływu H

0

kształtującego profil .......................................................... 23

Rysunki:



Rzut jazu



Przekrój podłużny jazu przez część ruchomą jazu



Przekrój podłużny jazu przez część stałą jazu



Przekrój poprzeczny z widokiem od strony wody górnej



Przekrój poprzeczny z widokiem od strony wody dolnej

~ 4 ~

Opis techniczny

I.

Cel projektu i zakres projektu

Celem projektu jest koncepcja jest koncepcja jazu wraz z projektem śluzy dla

doprowadzenia wód do zakładów przemysłowych. Konstrukcja projektowana jest na rzece Warcie w
profilu Dobrzyce.

Projekt obejmuje swoim zakresem obliczenia hydrologiczne dla przyjętego przekroju

wodowskazowego oraz obliczenia jazu, do których zalicza się:



obliczenia hydrauliczne jazu,



obliczenia umocnień od strony wody górnej i dolnej,



obliczenie filtracji,



profil części stałej jazu,



określenie parametrów śluzy odprowadzającej wodę przemysłową,



obliczenia stateczności jazu,



obliczenia zasięgu cofki hydraulicznej.

II.

Założenia do projektu

Rzeka w miejscu budowy jazu ma prowadzić przy stanie normalnym wodę w ilości

Q

50%

=19,83 m

3

/s. Przepływ miarodajny o prawdopodobieństwie występowania p=3% wynosi

Q

3%

=37,67 m

3

/s.

W przekroju rzeki należy zaprojektować budowlę piętrzącą, mającą za zadanie spiętrzyć

wodę Q

50

do wysokości h

50sp

=0,15 m do rzędnej Z

50sp

=1,37 m n.p.m. Spiętrzenie ma na celu

odprowadzenie wody w ilości Q

p

=0,01Q

50%

do kanału odpływowego kierującego wodę do zakładu

przemysłowego.

Rzędna dna wlotu śluzy znajduje się na wysokości

h

3

=0,5m, nad rzędną dnem jazu.

Przyjęto rzędną dna Zd = 0,00 m n.p.m.

III.

Opis obiektu

Projektowany jaz z zamknięciem jest budowlą klasy III. Zasadniczymi elementami jest

korpus, składający się z dwóch przyczółków oraz progu piętrzącego o kształcie praktycznym.
Pozostałe

elementy

to

3

zamknięcia

płaskich

ślizgowych

jednopłytowych

o szerokości 3,0m, pięciu filarów z dodatkowymi zamknięciami remontowymi. Przy obiekcie znajduje
się śluza służąca do poboru wody na cele przemysłowe.

Zastosowano próg piętrzący o kształcie praktycznym, przelew Creager’a. Wysokość

piętrzenia to 0,15 cm. Fundament progu sięga na głębokość 80 cm poniżej dna rzeki w stanowisku
górnym.

Przed progiem piętrzącym zastosowano umocnienie z płyt żelbetowych o grubości

30 cm. Zamknięcia wykonano jako stalowe zasuwy, które podnoszone będą za pomocą suwnicy

~ 5 ~

umieszczonej powyżej zamknięcia. W celu uniknięcia wymywania dna, przewidziano zabezpieczenie
poniżej progu piętrzącego w postaci niecki wypadowej. Niecka będzie wykonana z płyt żelbetowych o
grubości 30cm.

Wymiary niecki:



Długość - 8,3 m



Głębokość - 50 cm.

IV.

Klasa budowli

Według aktualnego rozporządzenia

1

, projektowany jaz zaliczany jest do III klasy

ważności.

Współczynniki bezpieczeństwa dla tej klasy budowli wynoszą:



dla obciążeń podstawowych – 1,1



dla obciążeń wyjątkowych – 1,05

Na podstawie tabeli 5 ww. rozporządzenia ustalono, że jaz powinien mieć zapewnione

bezpieczeństwo przy wezbraniach o następujących prawdopodobieństwach:



przepływ miarodajny Q

m

– 3,0 % = 37,67 m

3

/s;



przepływ kontrolny Q

k

– 1,0 % = 44,63 m

3

/s.

V.

Metodyka projektowania – dodatkowe informacje



Według obliczeń wystarczająca szerokość filarów jazu to 0,3 m, jednak ze względu na
ciężar zasuw i zamknięć wodnych (którego nie uwzględniono w obliczeniach), szerokość
każdego z filarów poszerzono o 0,5m. Ostatecznie szerokość filarów wynosi 0,7m.
Wymiary zostały przedstawione na rysunkach.



Podczas projektowania nie uwzględniono przewidywanego w wyniku erozji obniżenia
dna rzeki na dolnym stanowisku.



W celu rozproszenia energii wody zastosowano nieckę wypadową. Niecki wypadowe
stosuje się w celu zatopienia odskoku lub skoncentrowania strugi w pobliżu przelewu.
Długość wypadu jest sumą długości niecki wypadowej oraz długości ubezpieczeń
dodatkowych. Długość wypadu ustalono na podstawie obliczeń wykonanych dla
przepływu Q

3%.



Właściwą drogę filtracji określono za pomocą metody Bligh'a-Lane. Metoda ta zakłada:



zjawisko filtracji jest „płaskie”,



podłoże pod budowlą stanowi grunt jednorodny,



w obszarze filtracji można stosować prawo Darcy’ego,



zachowana jest ciągłość przepływu

1

Rozporządzeniem Ministra Środowiska w sprawie Warunków technicznych, jakimi powinny

odpowiadać obiekty i ich usytuowanie z dnia 20 kwietnia 2007 r.

~ 6 ~

Obliczenia hydrologiczne rzeki

I.

Prawdopodobieństwo wystąpienia przepływu

Z każdego tygodnia w roku, wyciągnięto największą występującą wartość przepływu.

Obliczono prawdopodobieństwo ich występowania korzystając ze wzoru:

=

2 ∙

− 1

Gdzie:

- prawdopodobieństwo przepływu [%]

– liczba porządkowa

– liczba elementów w ciagu

Dla każdego przepływu odczytano z rocznika hydrologicznego odpowiadający mu stan

wody w rzece. Całość zestawiono poniżej:

Tabela 1. Prawdopodobieństwa występowania przepływów i odpowiadajace im stany wody.

lp.

Qmax [m3/s]

p [%]

H [cm]

1

35,5

0,9

159

2

35,5

2,8

159

3

34,5

4,7

160

4

34,5

6,6

158

5

31,5

8,5

157

6

28,6

10,4

140

7

28,3

12,3

142

8

28,1

14,2

148

9

28

16,0

135

10

27,1

17,9

124

11

26,5

19,8

144

12

26,2

21,7

135

13

26,2

23,6

132

14

25,3

25,5

138

15

25,3

27,4

135

16

25,2

29,2

128

17

25,1

31,1

135

18

25

33,0

140

19

24,9

34,9

134

20

24,7

36,8

130

21

24,2

38,7

133

22

23,6

40,6

122

23

23,1

42,5

130

24

22,6

44,3

133

25

22,6

46,2

133

26

22,5

48,1

122

27

20,5

50,0

116

28

20,2

51,9

122

29

20,1

53,8

134

30

20

55,7

118

31

19,2

57,5

121

32

19,2

59,4

115

~ 7 ~

33

18,8

61,3

115

34

18,6

63,2

118

35

18,6

65,1

118

36

18,6

67,0

118

37

18,1

68,9

114

38

18

70,8

115

39

18

72,6

112

40

17,1

74,5

125

41

17

76,4

115

42

16,8

78,3

113

43

16,5

80,2

115

44

16,4

82,1

114

45

16,4

84,0

114

46

15,9

85,8

106

47

15,2

87,7

110

48

15,1

89,6

110

49

14,7

91,5

105

50

13,6

93,4

110

51

13,5

95,3

102

52

13,5

97,2

103

Na podstawie powyższych danych sporządzono krzywą empiryczną, z której następnie

odczytano wartości przepływów dla prawdopodobieństwa:



Dla = 1%

= 44,63

m

3

s



Dla = 3%

= 37,67

m

3

s



Dla = 10%

= 30,03

m

3

s



Dla = 50%

= 19,83

m

3

s



Dla = 90%

= 16,11

m

3

s

II.

Opisanie analizowanej próby losowej za pomocą statystyki
opisowej

II.I. Miara położenia



Mediana

= 22,6

m

3

s

II.II. Miara zmienności



Odchylenie decylowe

=

(

%)

(

%)

= 6,96



Współczynnik zmienności

Cv =

(

%)

= 0,35

II.III. Miara asymetrii



Miara asymetrii

= (10%) + (90%)-2· (50%)=6,48



Współczynnik asymetrii

= =0,93

~ 8 ~

III.

Przepływy maksymalne o danym prawdopodobieństwie

Dla podanych wartości prawdopodobieństwa obliczono odpowiadające im wartości

przepływu maksymalnego zgodnie ze wzorem:

( ) = (50%)·[1 +

∙ ( , )]

Wartości współczynnika ( , ) odczytano z tablic Dębskiego

lp.

p [%]

ø (p,s)

Qmax [m3/s]

1

1

2,650

38,29

2

5

1,678

31,52

3

10

1,230

28,40

4

15

0,990

26,72

5

20

0,749

25,05

6

25

0,583

23,89

7

50

0,000

19,83

8

75

-0,460

16,63

9

90

-0,770

14,47

10

95

-0,916

13,45

11

99

-1,129

11,97

Dla przepływów obliczonych wg wzoru Dębskiego również wykreślono krzywą

prawdopodobieństwa (teoretyczną). Obie krzywe naniesiono na jeden wykres. Sporządzono również
krzywą konsumcyjną, obrazującą zależność H(Q), z której odczytano stany wody dla podanych
przepływów:



Dla (1%)

= 1,71m



Dla (3%)

= 1,58



Dla (50%)

= 1,22

~ 9 ~

y = 33,469e-0,009x

R² = 0,9793

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

100,0

Q

[m

3

/s

]

p [%]

Krzywe prawdopodobieństwa

Krzywa empiryczna

Krzywa teoretyczna

y = 55,303ln(x) - 42,954

40

60

80

100

120

140

160

180

10

15

20

25

30

35

40

H

[c

m

]

Q [m

3

/s]

Krzywa konsumcyjna

~ 10 ~

Obliczenia hydrauliczne

I.

Dane początkowe

%

= 44,63

m

3

s

%

= 1,74 m

= 0 m n.p.m

%

= 37,67

m

3

s

%

= 1,58 m

ℎ

= 0,15 m

%

= 19,83

m

3

s

%

= 1,22 m

ℎ = 0,15 m

= 1,74 m n.p.m

= 1,89 m n.p.m

= 1,58 m n.p.m

= 1,73 m n.p.m

= 1,22 m n.p.m

= 1,37 m n.p.m

II.

Sprawdzenie warunków

<

→ 1,22 m < 1,58 m

ℎ

<

-

→ 0,15 m < 1,74 − 1,58 = 0,16 m

<

→ 1,73 m < 1,74 m

III.

Przepływ poszczególnych części jazu

III.I. Część ruchoma

Dane:

= 1,1

m

s

= 0,75
= 0,62

= 9,81

=

−

=

− 0 =

= 1,58 m n.p.m

Przepływ jednostkowy dla części ruchomej:

= ∙

∙ 2 ∙

ℎ +

−

+

∙

∙ 2 ∙ ℎ +

=

= ∙ 0,75 ∙ √2 ∙ 9,81 ∙ 0,15 +

,

∙ ,

−

,

∙ ,

+ 0,62 ∙ 1,58 ∙ √2 ∙ 9,81 ∙ 0,15 +

,

∙ ,

=

= 2,17

~ 11 ~

III.II. Część stała

Dane:

= 1,1

m

s

= 0,75
= 0,62

= 9,81

=

−

= 1,58 − 1,22 = 0,20 m n.p.m

Przepływ jednostkowy dla części stałej:

= ∙

∙ 2 ∙

ℎ +

−

+

∙

∙ 2 ∙ ℎ +

=

= ∙ 0,75 ∙ √2 ∙ 9,81 ∙ 0,15 +

,

∙ ,

−

,

∙ ,

+ 0,62 ∙ 1,20 ∙ √2 ∙ 9,81 ∙ 0,15 +

,

∙ ,

=

= 0,44

IV.

Przepływy rzeczywiste



Zrzut ścieków przemysłowych do rzeki

= 0,01 ∙

%

= 0,01 ∙ 19,83 ≈ 0,20

m

3

s



Dla Q

3

%

∗

=

%

−

= 37,67 − 0,20 = 37,47

m

3

s



Dla Q

5

%

∗

=

%

−

= 19,83 − 0,20 = 19,63

m

3

s

V.

Długości części stałej i ruchomej jazu

V.I. Wartości początkowe

Przyjęto:
Długość części ruchomej jazu:

= 9 m

Stąd:

Długość części stałej:

=

%

∗

∙

=

,

,

∙

,

= 40,63 m

~ 12 ~

V.II. Wysokość warstwy przelewowej

ℎ

%

∗

=

%

∗

2
3

∙

∙

∙ 2

=

19,63

2
3

∙ 0,75 ∙ 40,63 ∙ √2 ∙ 9,81

= 0,22 m

V.III. Rzędna korony jazu

=

− ℎ

%

∗

= 1,38 − 0,22 = 1,16 m

∗

=

−

= 1,58 − 1,16 = 0,42 m

PRZYBLIŻENIA

1

2

3

4

qs

0,72

qs

0,92

qs

1,05

qs

1,13

h3sp

0,15

h3sp

0,15

h3sp

0,15

h3sp

0

a2

0,42

a2

0,56

a2

0,66

a2

0,73

lr

9

lr

9

lr

9

lr

9,00

ls

24,99

ls

19,40

ls

17,01

ls

15,80

h50*

0,35

h50*

0,46

h50*

0,52

h50*

0,56

Zk

1,02

Zk

0,92

Zk

0,85

Zk

0,81

a2*

0,56

a2*

0,66

a2*

0,73

a2*

0,77

5

6

7

8

qs

1,18

qs

1,22

qs

1,24

qs

1,25

h3sp

0,15

h3sp

0,15

h3sp

0,15

h3sp

0,15

a2

0,77

a2

0,79

a2

0,81

a2

0,82

lr

9

lr

9

lr

9

lr

9

ls

15,12

ls

14,73

ls

14,49

ls

14,35

h50*

0,59

h50*

0,601

h50*

0,61

h50*

0,62

Zk

0,79

Zk

0,77

Zk

0,76

Zk

0,76

a2*

0,79

a2*

0,81

a2*

0,82

a2*

0,82

PRZYJĘTE PARAMETRY

= 9 m

= 14,5 m

= 1,25

ℎ

%

∗

= 0,62 m

= 0,76 m

∗

= 0,82 m

~ 13 ~

IV. Odskok hydrauliczny

IV.I. W

ysokość energii całkowitej E

0

dla przepływu przez część stałą

=

−

= 1,37 − 0 = 1,37 m

=

%

∗

=

19,63

14,5

= 1,35

m

3

s

=

ℎ

%

∗

=

1,35
0,62

= 2,19

m

s

Wzniesienie linii energii:

=

+

= ,

+

,

∙ ,

= ,

IV.II. Pierwsza wysokość sprzężona

Przyjęto:
Współczynnik prędkości:

= 0,97

Głębokość krytyczna:

ℎ

=

%

∗

∙

=

19,63

9,81 ∙ 14,5

= 0,57 m

Z równania energii metodą iteracyjna wyznaczono pierwszą głębokość sprzężoną.

Do tego celu wykorzystano program Solver:

=

ℎ

2g ∙ φ ∙ (H − H )

= 0,27 m

IV.III. Pierwsza prędkość sprzężona

=

=

1,35
0,27

= 4,99

m

s

IV.IV. Liczba Freuda

=

∙

=

4,99

0,27 ∙ 9,81

=9,34

~ 14 ~

IV.V. Druga wysokość sprzężona

=

1
2

∙

∙

1 +

8 ∙ ℎ

− 1 =

1
2

∙ 0,27 ∙

1 +

8 ∙ 0,57

0,27

− 1 = 1,05 m

IV.VI. Sprawdzenie wystąpienia odskoku hydraulicznego

Głębokość wody dolnej:

=

−

= 1,22 − 0 = 1,22 m

Współczynnik bezpieczeństwa:

= 1,1

>

∙

1,22 > 1,05 ∙ 1,1 = 1,15 m

IV.VII. Długość niecki wypadowej



Długość spadu strumienia

= 2 ∙ 1,15 ∙

∙ (

−

) + 0,33 ∙

= 2 ∙ 1,15 ∙ 1,62 ∙ (0,75 − 0) + 0,33 ∙ 1,62

= 3,05 m

=

0,5 ∙

−

∙

=

0,5 ∙ 3,05

0,75 − 0

∙ 1,62 = 2,23 m



Długość zależna od odskoku hydraulicznego

= 8 − 0,05 ∙

∙ (

−

) = 8 − 0,05 ∙

1,05
0,27

∙ (1,05 − 1,27) = 6,04 m



Całkowita długość niecki

=

+

= 6,04 + 2,23 = 8,27 ≈ 8,3 m

VI.

Obliczanie umocnień jazu

VI.I. Umocnienie od strony wody górnej



Długość umocnień sztywnych dla części ruchomej

= 2 ∙

−

= 2 ∙ (3,45 − 0) = 6,90 m



Długość umocnień sztywnych dla części stałej

=

−

= 1,22 − 0 = 1,22 m

= 2 ∙

= 2 ∙ 1,22 = 2,44 ≈ 2,50 m

~ 15 ~

VI.II. Umocnienie od strony wody dolnej



Długość umocnień dla części ruchomej

= 2 ∙

= 2 ∙ 8,3 = 16,60 m

Ponieważ L

c1

< 20 [m] wymagana długość umocnień części ruchomej wyznaczono ze wzoru:

′

= 5 ∙

−

+

= 5 ∙ (1,73 − 0 + 0,5) = 11,14

Ostatecznie przyjęto 12m umocnień dla części ruchomej: 6m sztywnych + 6m elastycznych



Długość umocnień dla części stałej

=

= 8,3 m

VII. Wymagana droga filtracji

W projekcie zastosowano metodę obliczeń wg Bligh’a-Lane’a.

Dane:

Rodzaj podłoża:

Glina średniospoista

Współczynnik Lane’a

= 3

Współczynnik korygujący:

= 0,8

Długość palisady:

= 0,3 m

Różnica poziomów zwierciadeł:

∆

=

−

= 0,15 m

Długość odcinków poziomych

=

+ 1 = 8,3 + 1 = 9,3 m

Długość odcinków pionowych

= 4 ∙

= 4 ∙ 0,3 = 1,2 m

Rzeczywista długość drogi filtracji:

=

+

1
3

= 1,2 + 3,1 = 5,2 m

Wymagana droga filtracji

=

∙

∙ ∆

= 0,8 ∙ 3 ∙ 0,15 = 0,36 m

<

~ 16 ~

VIII. Parametry śluzy odprowadzającej wodę przemysłową

VIII.I. Obliczenia wymiarów wlotu

Dane:
Współczynnik dławienia:

= 0,92

Zalecana prędkość przepływu:

= 1,2

m

s

Ilość wód przemysłowych:

= 0,20

Pole przekroju wlotu:

=

∙

=

0,2

0,92 ∙ 1,2

= 0,18 m

2

Założono:

ℎ = 0,5 m

Wysokość kanału:

=

− ℎ = 1,37 − 0,5 = 0,87 m

Szerokość kanału:

=

=

0,17
0,87

= 0,21m

VIII.II. Kraty



Przekrój czynny kraty

Prędkość przepływu przez kraty:

= 1,2

=

=

0,20

1,2

= 0,17m



Liczba prześwitów
Szerokość prześwitów:

= 0,05 m

=

∙

=

0,17

0,05 ∙ 0,87

= 3,79 ≈ 4



Szerokość komory krat
Grubość prętów kraty:

= 0,01m

= ∙ ( − 1) + ∙

= 0,01 ∙ (4 − 1) + 0,025 ∙ 4 = 0,23 m

VIII.III. Prędkość minimalna

=

∙

=

0,2

0,41 ∙ 0,87

= 0,99

~ 17 ~

VIII.III. Straty wg wzoru Kirschmera

Stosunek wielkości:

= 0,4

Współczynnik strat dla kąta natarcia wody na kraty = 40

o

:

= 2,10

Kąt nachylenia krat do poziomu:

= 40°

∆ℎ =

∙ sin

∙

∙

2

=

2,1 ∙ sin 40 ∙ (0,4)

∙ 1,2

2 ∙ 9,81

= 0,01 m

IX.

Stateczność

IX.I. Ciężar doku

Dane:

Gęstość objętościowa betonu

= 25 kN∙m

-3

Objętość doku:

=

ł

+

ś

ł

=

∙ ( + ) ∙

ł

= 9,3 ∙ 23,5 ∙ 0,3 = 65,57m

~ 18 ~

ś

= 2 ∙

ś

∙

ś

∙

ś

= 2 ∙ 0,3 ∙ 9,3 ∙ 2,5 = 28,58 m

3

= 65,57 + 28,58 = 94,15 m

3

Ciężar doku:

=

∙

= 94,15 ∙ 25 = 2353,74 kN

IX.II. Ciężar filarów

Objętość filarów:

=

∙

∙

= 3 ∙ 2,5 ∙ 0,3 = 5,47

m

3

Ciężar filarów:

=

∙

= 5,47 ∙ 25 = 136,84 kN

IX.III. Ciężar wody na stanowisku górnym

Dane:

Gęstość objętościowa wody:

= 9,81 kN∙m

-3

Objętość filaru:

=

= 2,74

m

3

Poziom wody:

=

= 1,37 m

~ 19 ~

Objętość wody na stanowisku górnym:

=

∙

∙

−

= (1,4 ∙ 24 ∙ 1) − 2,74 = 29,52 m

3

Ciężar wody:

=

∙

= 29,52 ∙ 9,81 = 289,56 kN

IX.IV. Ciężar wody na stanowisku dolnym

Dane:

Gęstość objętościowa wody:

= 9,81 kN∙m

-3

Objętość filaru:

=

= 2,74

m

3

Poziom wody:

=

= 1,22 m

Objętość wody na stanowisku dolnym:

= (

∙

∙

) −

= (1,22 ∙ 24 ∙ 1) − 2,74 = 25,99 m

3

Ciężar wody:

=

∙

= 25,99 ∙ 9,81 = 254,98 kN

IX.V. Parcie filtracyjne

Dane:

Gęstość objętościowa wody:

= 9,81 kN∙m

-3

Poziom wody:

=

= 1,37 m

Objętość bryły parcia:

=

∙

∙

= 1,37 ∙ 9,3 ∙ 24 = 149,98 m

3

Parcie filtracyjne:

=

∙

= 149,98 ∙ 9,81 = 1471,32 kN

~ 20 ~

IX.VI. Parcie wody gruntowej pod budowlą

Dane:

Gęstość objętościowa wody:

= 9,81 kN∙m

-3

Poziom wody:

=

= 1,37 m

Objętość bryły parcia:

=

∙

∙

ł

= 9,3 ∙ 24 ∙ 0,3 = 65,57 m

3

Parcie wody gruntowej:

=

∙

= 65,57 ∙ 9,81 = 643,19 kN

IX.VII. Parcie wody na stanowisku górnym

Dane:

Gęstość objętościowa wody:

= 9,81 kN∙m

-3

Poziom wody:

=

= 1,37 m

Objętość bryły parcia wody:

=

∙ 0,5 ∙

= 1,37 ∙ 0,5 ∙ 24 = 22,13 m

3

Parcie wody:

=

∙

= 22,13 ∙ 9,81 = 217,14 kN

IX.VIII. Obliczenie parcia wody na stanowisku dolnym

~ 21 ~

Dane:

Gęstość objętościowa wody:

= 9,81 kN∙m

-3

Poziom wody:

=

= 1,22 m

Objętość bryły parcia wody :

=

∙ 0,5 ∙

= 1,22 ∙ 0,5 ∙ 24 = 17,56 kN

Parcie wody:

=

∙

= 17,56 ∙ 9,81 = 172,27 kN

IX.IX. Współczynnik bezpieczeństwa na przesunięcie

Suma sił dociskających:

=

+

+

+

= 2353,74 + 136,84 + 289,56 + 254,98 = 3035,13 kN

Suma sił wypierających:

=

+ =1471,32 + 643,19 kN

Różnica wielkości parcia sił poziomych:

=

-

=217,14-172,27=44,87 kN

Współczynnik na przesunięcie:

Współczynnik tarcia:

= 0,25

= f∙

−

=0,25∙

3035,13 − 643,19

44,87

=5,13

>

= 1,05 ← warunek spełniony

X.

Sprawdzenie stateczności budowli na obrót dookoła krawędzi
płyty

X.I. Obliczenie ramienia działania siły parcia pochodzącej od wody górne

Dane:

= 1,73 m n.p.m

= 0,00 m n.p.m

= 0,33 ∙

−

= 0,33 ∙ (1,73 − 0) = 0,577 m

~ 22 ~

X.II. Obliczenie ramienia działania siły parcia pochodzącej od wody dolnej

Dane:

= 1,58 m n.p.m

= 0,00 m n.p.m

= 0,33 ∙ (

−

) = 0,33 ∙ (1,58 − 0) = 0,527 m

X.III. Obliczenie ramienia wypadkowego

Dane:

= 217,14 kN

= 172,27 kN

g = 0,3 m

Wypadkowa siła wyporu:

=

−

= 217,14 − 172,27 = 44,87 kN

Ramie wypadkowe:

=

∙

+

∙

+

=

217,14 ∙ 0,577 + 172,2 ∙ 0,527

44,87

+ 0,3 = 5,05 m

X.IV. Obliczenie ramienia siły

Dane:

Obliczeniowa długość niecki wypadowej:

= 11,70 m

Całkowita długość umocnień górnych:

= 9,90 m

=

+

2

=

11,70 + 9,90

2

= 10,8 m

X.V. Sprawdzenie stateczności budowli na obrót dookoła krawędzi płyty

Dane:

Ciężar całkowity budowli:

= 3035,13 kN

Siła wyporu działająca na płytę:

= 643,19 kN

=

∙

∙

+

∙

=

3035,13 ∙ 10,80

44,87 ∙ 5,05 + 643,2 ∙ 5,05

= 9,43 > 1,5

~ 23 ~

XI.

Zasięg cofki

Dane:

Spadek koryta:

= 2‰

Spiętrzenie wody:

=

−

= 1,22 − 0 = 1,22m

=

−

=

1,37 − 1,22

1,22

= 0,123

Odczytano z tablic:

Φ

= 0,9098

Zasięg cofki:

= Φ

∙

= 0,9098 ∙

1,22

0,002

= 556,123 m

XII. Obliczanie profilu Creager’a

XI.I. Wysokość energii przepływu H

0

kształtującego profil

Dane:

Wysokość wody spiętrzonej dla Q

5

:

= 1,37 m n.p.m

Rzędna korony jazu:

= 0,76 m n.p.m

Przepływ rzeczywisty wody miarodajnej:

%

∗

= 19,63

m

3

s

Długość części stałej:

= 14,5 m

Przyspieszenie ziemskie:

= 9,81

m

s

2

=

−

= 1,37 − 0,76 = 0,61 m

=

%

∗

=

19,63

14,5

= 1,35

m

s∙mb

=

=

1,35
0,61

= 2,21

m

s

2,21

m

s

< 2,50

m

s

Wysokość energii:

=

=

+

v

2 ∙ g

= 0,61 +

2,21

2 ∙ 9,81

= 0,86 m

~ 24 ~

H(0)

x/Ho

X

Y1/Ho

(współrzędna

wierzchu

strugi)

Y1

Y2/Ho

(współrzędna

spodu strugi)

Y2

0,86

0,1

0,09

0,803

0,69

-0,036

-0,03

0,86

0,2

0,17

0,772

0,66

-0,007

-0,01

0,86

0,3

0,26

0,74

0,64

0

0,00

0,86

0,4

0,34

0,702

0,60

-0,007

-0,01

0,86

0,6

0,52

0,62

0,53

-0,063

-0,05

0,86

0,8

0,69

0,511

0,44

-0,153

-0,13

0,86

1

0,86

0,38

0,33

-0,267

-0,23

0,86

1,2

1,03

0,219

0,19

-0,41

-0,35

0,86

1,4

1,20

0,03

0,03

-0,591

-0,51

0,86

1,7

1,46

-0,305

-0,26

-0,918

-0,79

0,86

2

1,72

-0,695

-0,60

-1,31

-1,13

0,86

2,5

2,15

-1,5

-1,29

-2,11

-1,81

0,86

3

2,58

-2,5

-2,15

-3,09

-2,66

0,86

3,5

3,01

-3,66

-3,15

-4,26

-3,66

0,86

4

3,44

-5

-4,30

-5,61

-4,82

0,86

4,5

3,87

-6,54

-5,62

-7,15

-6,15

Na podstawie powyższej tabeli utworzono górną krawędź profilu przelewu Creager’a:

-7,00

-6,00

-5,00

-4,00

-3,00

-2,00

-1,00

0,00

1,00

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

wierzch strugi

spód strugi

~ 25 ~

Promień łuku dobiera się w pewnych proporcjach do grubości strugi na przelewie

h i wysokości ściany spadowej p, orientacyjnie ze wzoru:

0,75∙h r h 0,2 ∙p^(1/2)

Dla danych:



h = 0,15 m



p= 1,22 m

Wartości graniczne wynoszą:

0,75 ∙ ℎ = 0,11

ℎ + 0,2 ∙

,

= 0,33

Przyjęto promień łuku :

r = 0,25 m.