Politechnika Wrocławska

Instytut Geotechniki i Hydrotechniki

Zakład Budownictwa Wodnego i Geodezji

Projekt z przedmiotu:

BUDOWNICTWO WODNE - PODSTAWY

Prowadzący: dr inż.. Stanisław Kostecki

Student: Lidia Piotrowiak

Wrocław 2009

1. Na podstawie profilu poprzecznego i podłużnego rzeki km 5+200 obliczyć i narysować krzywą wydatku przekroju Q=f(h) ze wzoru Manninga

a) wyznaczenie współczynników szorstkości dla koryta głównego i terenów zalewowych:

	n0	n1	n2	n3	n4	n5	n
dla koryta głównego	0,025 Materiał dna - okruchy skalne	0,005 Stopień nieregularności przekroju - mały	0,01 Zmienność przekroju - naprzemian często	0,01 Względny wpływ przeszkód w korycie - mały	0,005 Roślinność - niska	1 Stopień meandrowania - mały	0,055
dla terenów zalewowych	0,04 łąki, pola, niska roślinność						0,04

b) wyznaczenie średniego spadku linii zwierciadła wody:

H1	H2	L1-2	Isw
42,94	42,78	200	0,0008
37,54	37,48	100	0,0006
37,71	37,54	200	0,00085
			0,00075

c) wyznaczenie wydatku wody w rzece dla 10 różnych poziomów wody:

Dane odczytane z przekroju koryta rzecznego:

- rzędna wysokości wody

- pole przekroju dla danych poziomów

- długość obwodu zwilżonego

Wzory:

Oznaczenia:

- Rh - promień hydrauliczny

- A - pole powierzchni przekroju

- u - długość obwodu zwilżonego

- n - współczynnik szorstkości koryta

- I - spadek poziomu zwierciadła wody w rzece

- Q - wydatek przekroju

Wydatek przekroju jest sumą wydatków wyznaczonych dla koryta głównego i terenów zalewowych.

L.p.	rzędna wysokości wody	pole przekroju poprzecznego	długość obwodu zwilżonego	promień hydrauliczny	prędkość przepływu wody w przekroju	wydatek (dla koryta głównego)
	m n.p.m.	m2	M	m	m/s	m3/s
1.	35,613	0,000	1,000	0,000	0,000	0,000
2.	36,340	11,556	26,534	0,436	0,286	3,306
3.	37,060	33,424	33,774	0,990	0,494	16,527
4.	37,626	54,198	38,394	1,412	0,627	33,960
5.	38,510	88,314	39,976	2,209	0,845	74,590
6.	39,240	117,525	41,371	2,841	0,999	117,377
7.	39,960	147,239	42,265	3,484	1,144	168,482
8.	40,690	177,360	42,265	4,196	1,295	229,760
9.	41,420	207,307	42,265	4,905	1,437	297,993
10.	42,142	237,424	42,265	5,618	1,574	373,587

rzędna wysokości wody	pole przekroju poprzecznego	długość obwodu zwilżonego	promień hydrauliczny	prędkość przepływu wody w przekroju	wydatek (dla terenów zalewowych z lewej strony)
m n.p.m.	m2	m	m	m/s	m3/s
35,613
36,340
37,060
37,626
38,510
39,240
39,960	0,332	2,637	0,126	0,172	0,057
40,690	5,188	10,592	0,490	0,425	2,207
41,420	15,666	18,763	0,835	0,607	9,511
42,142	47,214	60,113	0,785	0,583	27,518

rzędna wysokości wody	pole przekroju poprzecznego	długość obwodu zwilżonego	promień hydrauliczny	prędkość przepływu wody w przekroju	wydatek (dla terenów zalewowych z prawej strony)
m n.p.m.	m2	m	m	m/s	m3/s
35,613
36,340
37,060
37,626
38,510	3,408	7,751	0,440	0,396	1,349
39,240	11,703	16,611	0,705	0,542	6,344
39,960	28,677	26,736	1,073	0,717	20,573
40,690	52,081	34,044	1,530	0,909	47,341
41,420	83,542	51,292	1,629	0,948	79,180
42,142	125,492	57,562	2,180	1,151	144,457

Dane do sporządzenia wykresu:

	Wydatek wody w rzece	rzędna wysokości wody
	m3/s	m3/s
	0,000	35,613
	3,306	36,340
	16,527	37,060
	33,960	37,626
	75,939	38,510
	123,722	39,240
	189,112	39,960
Qm	279,308	40,690	WM
	386,683	41,420
	545,562	42,142

d) krzywa wydatku przekroju Q = f (H):

2. Obliczyć światło jazu ruchomego.

Dane:

Qm=	260,02
Współrzędna dna:	35,61
Współrzędna wody średniej:	37,63
Współrzędna wielkiej wody miarowej:	40,69

Wysokość progu:
wysokości średniej wody

0,5*(37,626-35,613)=0,5*2,013=1,00645

Pg=

1,01 m

Wyznaczenie wysokość hz: wysokość wody miarodajnej pomniejszona o wysokość progu

hz = 40,690 - 35,613 - 1,006 = 4,07 m

Założona wysokość piętrzenia wody z:

z = 0,3 m

Wysokość wody spiętrzonej:

H = hz + z

H = 4,07 + 0,3 = 4,37 m

Rzędna wysokości wody miarowej spiętrzonej: WMsp = WM + z

WMsp = 40,69 + 0,3 = 40,99 m

Odczytane z przekroju pole powierzchni dla poziomu wody spiętrzonej:

Asp = 262,10 m2

Ilość przęseł w projektowanym jazie:

n = 4

Prędkość przepływu wody:

v = 260,02/262,10 = 0,99 m/s

Wysokość linii energii:

H0 = 4,37 + (0,99)^2/(2*9,81) = 4,42 m

Szerokość wody miarodajnej:

Brz = 95,18 m

Szerokość przęsła jazu: od 0,4 do 0,7 *(Brz/n) dla wartości 0,5

B = 0,5*(95,18/4) = 11,00 m

Szerokość filara:

d = 2m

Przyjęto współczynniki:

Współczynnik wydatku: m = 0,439

(długość wstawki L=2,62m L/H = 0,6 Ho/pg = 4,392;

dla wartości 4 m = 0,445
dla wartości 5 m = 0,435

Stąd: dla wartości 4,392 m = 0,439)

Współczynnik kształtu progu:

Wartość odczytana z tabeli dla:

Współczynnik zatopienia:

(hz/Ho = 0,92

dla wartości 0,9
= 0,590
dla wartości 0,95
= 0,410

Stąd: dla wartości 0,92
= 0,485)

Współczynnik dla kształtu filara:

Sprawdzenie warunku 1.:

n * B + (n - 1)*d =< Brz

4 * 11 + (4 - 1)* 2 = 50 m

50 m < 95,18 m

Warunek 1. jest spełniony

Sprawdzenie warunku 2.:

4,07: 4,42 = 0,92

0,92 > 0,9

Warunek 2. nie jest spełniony

Warunek 2. nie został spełniony współczynnik kontrakcji bocznej wyznaczamy ze wzoru:

Wyznaczenie przepływu przez jaz:

Q = 262 m3/s

262 > 260,02

Q > Qm

Q=101% Qm

3. Krzywa wydatku jazu ruchomego

Do obliczeń przyjęto:

- promień krzywizny R = 6m

- σ_z = 1

Obliczanie przepływu metodą iteracji:

H = 0,2m

y = 3,70m

Wyznaczenie współczynnika m:

Wyznaczenie współczynnika ε:

Obliczenie przepływu pozornego:

Obliczenie prędkości właściwej:

Obliczenie wysokości właściwej linii energii:

Obliczenie prawdziwego współczynnika ε:

Obliczenie prawdziwego przepływu Q:

Sprawdzenie warunku na różnicę przepływu pozornego a prawdziwego:

Wyznaczenie wysokości wody dolnej dla obliczonego przepływu Q:

Rzędna: h_d = 36,6m

wypływ nie zatopiony

Zestawienie wartości obliczeń dla różnych wysokości klapy:

Położenie klapy	h	y	Epsilon	Q	v0	H0	epsilon	Q	Spr Q	Rzędna hd	spr	Rzedna wysokości wody	wypływ
	m	m		m^3/s	m/s	m		m^3/s	%
1.	0,2	3,70	0,997	8,06	0,0367	0,20	0,997	8,07	0,1	36,6	<	40,32	niezatopiony
2.	0,4	3,50	0,994	22,74	0,1034	0,40	0,994	22,80	0,2	37,3	<	40,12	niezatopiony
3.	0,6	3,30	0,991	41,66	0,1895	0,60	0,991	41,87	0,5	37,9	<	39,92	niezatopiony
4.	0,8	3,10	0,988	63,95	0,2908	0,80	0,988	64,52	0,9	38,2	<	39,72	niezatopiony
5.	1	2,90	0,985	89,12	0,4052	1,01	0,985	90,34	1,4	38,5	<	39,52	niezatopiony
6.	1,2	2,70	0,983	116,80	0,5311	1,22	0,982	119,09	1,9	39,1	<	39,32	niezatopiony
7.	1,4	2,50	0,980	146,75	0,6673	1,42	0,979	150,64	2,6	39,6	>	39,12	zatopiony

Wykres natężenia przepływu dla jazu

4. Wymiarowanie niecki wypadowej

Przyjęte wartości:

d = 0,5m

α = 1,1

β = 1,05

p_g = 1,0m

Obliczenia dla pierwszej pozycji otwarcia klapy:

q jednostkowe:

wartość E₁:

pierwsza głębokość sprzężona:

druga głębokość sprzężona:

zatopienie odskoku:

Położenie klapy	q	h1	h2	hd
	M^2/s	m	m	m	m
1.	0,18	0,016	0,662	0,99	1,49	1,74
2.	0,52	0,052	1,026	1,69	2,19	2,17
3.	0,95	0,097	1,365	2,29	2,79	2,65
4.	1,47	0,151	1,670	2,59	3,09	2,89
5.	2,05	0,212	1,958	2,89	3,39	3,14
6.	2,71	0,282	2,223	3,49	3,99	3,71

długość niecki:

wysokość spadania wody:

obliczanie czasu spadania oraz długości wody z wysokości H_k:

obliczenie długości całkowitej niecki:

(długość X została odczytana z rysunku za pomocą programu AUTOCAD)

Przyjęto długość niecki równą 13,6 m.

L. p.	Hk	Ls	L0	x	Długość niecki
	m	m	m	m	m
1.	5,28	1,36	3,23	0,59	5,17
2.	5,15	1,90	4,87	0,61	7,37
3.	5,02	2,29	6,34	0,66	9,29
4.	4,89	2,61	7,60	0,70	10,90
5.	4,76	2,89	8,73	0,73	12,34
6.	4,63	3,13	9,71	0,77	13,60

5. Obliczenie ścianek szczelnych metodą przybliżoną

podłoże gruntowe - piasek drobnoziarnisty

metoda Bligha:

przyjęte wartości odpowiadające stosunkowi

:

Przyjęto s₁ = 5,40 m oraz s₂ = 3,60 m.

6. Obliczenie stateczności płyty jazu na wypłynięcie.

h_w wysokość wody nad płytą niecki jazu

h_w=rz_św−rz_dnad=37,63 −35,610,5=2,52[m]

_woda ciężar objętościowy wody

_beton ciężar objętościowy betonu

t grubość płyty niecki

Pw=hh₀⋅w=hh_wt ⋅w gdzie:

h wysokość piezometryczna

h₀ odległość od dna płyty do poziomu

Warunek stateczności:

Siły utrzymujące:

Siły powodujące wypłynięcie:

Grubość płyty jazu:

, gdzie n - współczynnik pewności (n = 1,1)

stąd:

stan remontu budowli:

h₀ = 0

Przyjęto grubość płyty niecki równą 2 m.

W okresie remontowym należy ja dociążyć płytą o grubości co najmniej 1,4m.

7. Zaprojektowanie ubezpieczenia za jazem

Wartości h₂ i h₁ dla maksymalnego otwarcia klapy:

Dla h₂/h₁=8 odczytujemy wartości:

Wyliczenie A, B, C

Gdzie:

1. całkowita długość ubezpieczeń

2. długość ubezpieczeń pionowych

3. górna szerokość rowu

Przyjęto jako zabezpieczenie:

4 x płyty betonowe 5,0x2,5x1,5 m
6 x płyty betonowe 4,0x2,0x1,0 m

Materac faszynowo-kamienny o grubości 1m na odcinku 9,45 m

Obliczenie głębokości h_t

v_nr - prędkość nie rozmywająca - v_nr = 0,6

Zagłębienie materacu faszynowo kamiennego:

37,63 - 4,5 = 33,13 m

Materac faszynowo-kamienny o grubości 1 m umieszczony jest pomiędzy 32,13 m npm a 33,13 m npm.

8. Opis techniczny jazu

I. Obiekt:

Jaz klapowy na rzece „Bóbr” w miejscowości Bolesławiec na profilu poprzecznym i podłużnym rzeki km 5+200. Podłoże występujące na tym odcinku to piasek drobnoziarnisty.

II. Obliczenia i założenia:

Na podstawie wyznaczonej obliczeniami wg. wzoru Manninga krzywej wydatku przekroju projektowaliśmy jaz na danej długości rzeki.

a) Próg i filary:

1. Dobrana wysokość progu
, kąty wyznaczające kształt progu mają wartość
.

2. Całkowita długość progu to 7,32 m, długość wstawki prostej progu: L=2,62m. Całość wykona z betonu C50.

3. Szerokość filara d=2 m; długość filara 20,92m:

Materiał, z jakiego wykonane są przyczółki i filary to beton C50

Przyjęta liczba przęseł n=4.

4.Zamknięcie remontowe wykonane przed jazem, grubość zamknięcia to 0,2m, a materiał stal St3SX.

b) Klapy:

Obliczona szerokość klapy to B=11m. Zastosowano kalpę podnoszoną hydraulicznie o promieniu 6 m. Zamocowaną ją na łożysku o
. Zarówno kalpa jak i łożysko wykonane są ze stali St3SX.

c) Niecka wypadowa:

Obliczona potrzebna długość niecki wypadkowej wynosi L=13,6 m. Głębokość niecki to d=0,5 m.

d) Ubezpieczenia przed jazem:

-płyty betonowe (C25) o wymiarach 1,6x4,0x0,5m ułożone w dwóch rzędach na długości 3,2 m

-warstwa wyrównawcza wykonana z wylewki betonowej o grubości 0,3m na długości 3,2m

-warstwa szczelna wykonana z gliny. Grubość warstwy to od 0,5 do 2,0m a długość to 3,2m

Obliczenia ścianek szczelnych wykonano według metody Blight-a, przy założeniu stałej prędkości wzdłuż drogi filtracji i przyjęto następujące długości ścianek:
i
szerokość ścianek szczelnych 0,1 m. Ścianka szczelna przedfiltracyjna umieszczona jest na głęboości 30,21 m npm. Druga ścianka szczelna zamontowana jest na głębokości 31,71 m npm.

Przyjęto grubość płyty jazu równą t=2m. Spełnia on warunek stateczności w warunkach eksploatacji jednak w czasie remontu trzeba będzie ją dociążyć płytami o grubości nie mniejszej niż 1,4 m.

e) Ubezpieczenie za jazem:

Parametry ubezpieczenia dobieram według Tarajmowicza. Ostatecznie przyjęto:

A- całkowita długość ubezpieczeń = 31,45 m

B- długość ubezpieczeń pionowych = 22,00 m

C- górna szerokość rowu = 9,45 m

Odcinek B składa się dwóch rzędów płyt betonowych (C25):

Odcinek I - płyty o wymiarach 5,0x2,5x1,5 m

Odcinek II- płyty o wymiarach 4,0x2,0x1,0 m

Pod płytami znajduje się filtr odwrotny o grubości 0,30 m.

Odcinek C to:

materac faszynowo-kamienny o grubości 1,0 m, nachyleniu 1:4 (długość w poziomie 9,45 m), pod nim filtr odwrotny o grubości 0,30 m

5

10

---