Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu

Wydział Melioracji i Inżynierii Środowiska

Katedra Budownictwa Wodnego

BUDOWNICTWO WODNE

- projekt betonowego jazu ruchomego piętrzącego wodę do nawodnień.

rok IV, gr. II studia niestacjonarne

rok akad. 2008/2009

Celem wykonania opracowania jest zaprojektowanie betonowego jazu ruchomego piętrzącego wodę do nawodnień.

Zakres opracowania obejmuje:

- określenie miarodajnej i kontrolnej wielkiej wody,

- obliczenie hydrauliczne światła jazu,

- przyjęcie wymiarów jazu,

- dobór zamknięcia jazu,

- obliczenia hydrauliczne niecki wypadowej

- obliczenie umocnień stanowiska dolnego,

- obliczenie filtracji pod jazem,

- rysunki: widok jazu z góry, przekroje poprzeczne od strony dolnej i górnej wody, przekrój podłużny,

DANE WYJŚCIOWE:

Rzeka Dobrzyca

- obszar nawadniany - 460 [ha];

- normalny poziom piętrzenia - 78,70 [m n.p.m.];

- przepływ średni - 5,25 [m³/s];

- stan średni niski - 75,87 [m n.p.m.];

- współczynnik szorstkości 1/n - 25 [-];

1. Określenie miarodajnej i kontrolnej wielkiej wody

1.1. Określenie klasy budowli na podstawie klasyfikacji budowli hydrotechnicznych.

• wg wysokości piętrzenia Hp:

Budowle piętrzące na podłożu nieskalnym- Klasa IV

• wg powierzchni nawadniania F:

F = 460 ha = 4,60 km²

Budowle do nawodnień lub odwodnień - Klasa III

Ostatecznie przyjmuję III klasę budowli hydrotechnicznych

1.2. Określenie wartości przepływu miarodajnego Q_m i kontrolnego Q_k na podstawie krzywej pojawienia się przepływów maksymalnych.

- dla 2,0 % Q_m= 55,00 [m³/s]

- dla 0,5 % Q_k= 74,00 [m³/s]

Na podstawie przepływu miarodajnego i kontrolnego odczytuje rzędne zwierciadła wody przy Q_m i Qk korzystając z krzywej natężenia przepływu :

Q_m = 55,00 [m³/s] H_m= 78,68 [m npm]

Q_k = 74,00 [m³/s] H_k= 79,10 [m npm]

2. Obliczenie światła jazu

2.1. Obliczenie szerokości minimalnej B_min według Balcerskiego.

Lp.	Obwód zwilżony χ [m]	Powierzchnia A [m^2]	Promień hydrauliczny Rh [m]	Rh^(2/3) [m]
										A*Rh^(2/3)
1.	0,440	0,020	0,045	0,127	0,003
2.	2,690	1,463	0,544	0,666	0,974
3.	1,140	0,798	0,700	0,788	0,628
4.	4,080	10,060	2,466	1,825	18,361
5.	2,000	5,840	2,920	2,043	11,931
6.	2,060	5,340	2,592	1,887	10,077
7.	1,530	3,398	2,221	1,702	5,783
8.	0,800	0,898	1,122	1,080	0,969
9.	1,050	1,320	1,257	1,165	1,538
10.	3,950	2,188	0,554	0,674	1,476
				Σ=	51,739

2.2. Obliczenie szerokości przęsła

Przyjęto b₁= 2 m

3. Obliczenie rzędnej korony progu

b = 3 ^. 2 = 6

Pierwsze przybliżenie:

Drugie przybliżenie:

Trzecie przybliżenie:

Czwarte przybliżenie:

Piąte przybliżenie:

4. Wyznaczenie nadpiętrzenia

Pierwsze przybliżenie:

H₂ - H₁ = 5,16 m

Drugie przybliżenie:

H₃ - H₂ = -1,37 m

Warunek -1,37<0,02 spełniony

Obliczenie rzędnej nadpiętrzenia

H = NPP - Rz_kp = 78,70 - 76,77 = 1,93 m

Obliczenie wysokości zamknięcia

H_z = H + 0,1 = 1,93 + 0,1 = 2,0 m

Dół zamknięcia min 50 cm ponad NPP

NPP + 0,5 = 78,70 + 0,5 = 79,20

5. Przyjęcie rzędnych filarów i przyczółków

Rzędna nadpiętrzenia + 0,1m = 82,49 + 0,1 = 82,59 m

0,1m - tab.7 (`Bezpieczne wzniesienie korony stałych budowli hydrotechnicznych')

Bezpieczne wzniesienie budowli hydrotechnicznych dla III klasy = 0,5

NPP + 0,5 = 78,70 + 0,5 = 79,20 m

Napiętrzenie + 0,1 = 82,49 + 0,1 = 82,59 m

Rzędna przyczółków i filarków

- od dolnej wody:

Hm + 0,5 = 78,68 + 0,5 = 79,18 m n.p.m.

Hk + 0,1 = 79,10 + 0,1 = 79,20 m n.p.m.

- od górnej wody:

NPP + a = 78,70 + 0,7 = 79,40 m n.p.m.

NPP + ∆h + b = 79,13 m n.p.m.

6. Głębokość niecki wypadowej

Dane:

Rz_DNA = 75,76 m

A_npp = 31,70 m²

NPP = 78,70 m

α = 1

φ = 0,9

q - przyjąć z przedziału q ={0,1-2/3(Q_m/B)}

Rz_ZW - rzędna ZW przy Q_i

q	Qi	Rzzw	t	Vi	T	h1	V1	Fr1	h2	d
[m^3/ms]	[m^3/s]	[m n.p.m]	[m]	[m/s]	[m]	[m]	[m/s]	[-]	[m]	[m]
0,1	0,72	75,90	0,14	0,0227	2,9400	0,0147	6,8184	17,9758	0,3656	0,2256
0,3	2,16	76,15	0,39	0,0681	2,9402	0,0442	6,7841	10,3005	0,6224	0,2324
0,5	3,60	76,45	0,69	0,1136	2,9407	0,0741	6,7495	7,9176	0,7933	0,1033
0,7	5,04	76,60	0,84	0,1590	2,9413	0,1042	6,7147	6,6398	0,9282	0,0882
0,9	6,48	76,70	0,94	0,2044	2,9421	0,1347	6,6795	5,8098	1,0417	0,1017
1,1	7,92	76,85	1,09	0,2498	2,9432	0,1656	6,6440	5,2134	1,1407	0,0507
1,3	9,36	76,92	1,16	0,2953	2,9444	0,1967	6,6081	4,7568	1,2287	0,0687
1,5	10,80	77,02	1,26	0,3407	2,9459	0,2282	6,5719	4,3919	1,3081	0,0481
1,7	12,24	77,10	1,34	0,3861	2,9476	0,2601	6,5353	4,0911	1,3805	0,0405
1,9	13,68	77,18	1,42	0,4315	2,9495	0,2924	6,4983	3,8369	1,4471	0,0271
2,1	15,12	77,26	1,50	0,4770	2,9516	0,3250	6,4608	3,6181	1,5086	0,0086
2,3	16,56	77,31	1,55	0,5224	2,9539	0,3581	6,4229	3,4268	1,5656	0,0156
2,5	18,00	77,40	1,64	0,5678	2,9564	0,3916	6,3845	3,2575	1,6187	-0,0213
2,7	19,44	77,42	1,66	0,6132	2,9592	0,4255	6,3455	3,1059	1,6683	0,0083
2,9	20,88	77,51	1,75	0,6587	2,9621	0,4599	6,3060	2,9689	1,7146	-0,0354
3,1	22,32	77,60	1,84	0,7041	2,9653	0,4947	6,2660	2,8442	1,7580	-0,0820
3,3	23,76	77,68	1,92	0,7495	2,9686	0,5301	6,2252	2,7299	1,7986	-0,1214
3,5	25,20	77,70	1,94	0,7950	2,9722	0,5660	6,1839	2,6243	1,8366	-0,1034
3,7	26,64	77,75	1,99	0,8404	2,9760	0,6024	6,1418	2,5264	1,8722	-0,1178
3,9	28,08	77,83	2,07	0,8858	2,9800	0,6395	6,0989	2,4351	1,9055	-0,1645
4,1	29,52	77,90	2,14	0,9312	2,9842	0,6771	6,0551	2,3494	1,9365	-0,2035
4,5	32,40	77,96	2,20	1,0221	2,9932	0,7544	5,9649	2,1926	1,9923	-0,2077
5,09	36,65	78,10	2,34	1,1561	3,0081	0,8740	5,8237	1,9889	2,0599	-0,2801

Q_i = B ^. q_i

H_i - rzędna odczytana z krzywej konsumpcyjnej na podstawie Q_i

t_i = H_i - Rz_dna

dla każdego q_i:

I przybliżenie h₁=0

II przybliżenie

warunek v_1n=v_1n-1 ->

d_max = 0,23 m

di	v1	h1	Fr1	h2	n
[m]	[m/s]	[m]	[-]	[m]	[-]
0,207	7,024	0,043	10,8515	0,6344	0,941
0,230	7,050	0,043	10,9121	0,6357	0,975
0,253	7,076	0,042	10,9727	0,6370	1,009
0,276	7,102	0,042	11,0331	0,6383	1,043
0,299	7,128	0,042	11,0934	0,6396	1,077

gdzie:

n - współczynnik konsekwencji zniszczenia budowli hydrotechnicznej

odczytano d_n = 0,30 m

7. Długość niecki wypadowej

gdzie:

L_s - zasięg spadku strugi

L₀ - długość odskoku

Dane:

H₀ = 1,937 m

Hp = Rz_kr - Rz_DNA = 76,77 - 74,76 = 1,01 m

p = Hp + d = 1,01 + 0,30 = 1,31 m

8. Grubość płyty niecki wypadowej

V_1max = 6,8184 m/s h₁ = 0,0147 m

V_2min = 5,8237 m/s h₂ = 0,8740 m

Przyjęto t = 0,8 m

9. Filtracja pod jazem

Obliczenie ścianek szczelnych

gdzie:

c_L - f (rodzaj gruntu)

h_i - odcinki pionowe podziemnego obrysu budowli

L_i - odcinki poziome podziemnego obrysu budowli

dla piasku średniego - c_L = 4 (metoda Lena)

H' = NPP - SNQ = 78,70 - 75,87 = 2,83 [m]

L_p = H' ^. C_L = 2,83 ^. 4 = 11,32 m

∑h_i = 2 ^. (d_n + t ) = 2 ^. (0,30 + 0,8) = 2,20 m

∑l_i = c + l_s + l_o + 0,3 = 2 + 9,0 + 0,3 = 11,30 m

Warunek nie został spełniony

• Wydłużenie ścianki filtracji:

s - całkowita długość ścianek szczelnych

Przyjęto:

s₁ = 2,00 [m]

s₂ = 1,00 [m]

10. Siła wyporu

Siła wyporu:

11. Stateczność budowli wodnych

Parcie wody górnej:

Parcie wody dolnej:

Obliczenie ciężaru budowli:

Dane:

NPP - 78,70 m n.p.m.

SSN - 75,87 m n.p.m.

Rzędna korony filarów od górnej wody - 82,59 m n.p.m.

Rzędna korony progu - 76,77 m n.p.m.

Rzędna przyczółków od dolnej wody - 79,20 m n.p.m.

Rzędna dna - 75,76 m n.p.m.

Rzędna dna niecki - 75,46 m n.p.m.

Rzędna dna płyty wypadu - 74,66 m n.p.m.

Długość płyty L = 11,30 m

Długość progu c = 2,00 m

Długość progu wypadu d = 0,30 m

Głębokość niecki d_n = 0,30 m

Grubość płyty wypadu t = 0,80 m

Szerokość płyty B = 8,40 m

Szerokość filarka i przyczółka f = 0,60 m

Szerokość między filarami b₁ = 2,00 m

Długość dna niecki L_dn = 7,39 m

Ciężar betonu - 25 kN/m³

Ciężar wody 9,81 kN/m³

Ciężar płyty

Łączny ciężar płyty:

Ciężar przyczółka:

Łączny ciężar przyczółka:

Ciężar filarka:

Łączny ciężar filarka:

Ciężar górnej wody:

Łączny ciężar górnej wody:

Ciężar dolnej wody:

Objętość :

Łączny ciężar dolnej wody:

Ciężar budowli:

12. Sprawdzenie warunków stateczności

Warunek na przesunięcie:

n_dop = 1,1 dla III klasy budowli

WARUNEK ZOSTAŁ SPEŁNIONY

Warunek na wypłynięcie:

n_dop = 1,15 dla III klasy budowli

WARUNEK ZOSTAŁ SPEŁNIONY

13. Umocnienia stanowiska dolnego

L_B - umocnienia betonowe (płyty betonowe)

L_E -umocnienia elastyczne (materace faszynowo - kamienne, siatkowo - kamienne

L^* - narzut kamienny

Warunki:

Przyjęto L = 30 [m]

Gdzie:

L' - długość niecki wypadowej

[m]

k₁ - współczynnik uwzględniający burzliwość strumienia (1,70 - bez pogłębienia)

h₀ - 3,44 [m]

Q_m = 55,00 [m³/s]

Przyjęto - 15 [m]

14. Długość umocnienia

M = 1,63 - dla budowli z wypadem

15. Średnica narzutu kamiennego

Dobrano:

L_B = 5 m umocnienia betonowego

L_E = 30 m umocnienia elastycznego

L_D = 30 m narzutu kamiennego

2

L

L_D

h_max

h

6

=2,94 m

h

5

=2,11 m

h

4

=1,57 m

h

3

=0,56 m

h

2

=0,29 m

L

1

=1,1 m

L

2

=1,0 m

L

3

=3,77 m

L

4

=2,0 m

L

5

=3,1 m

---