Расчет и проектирование бетонных водосливных плотин на нескальном основании

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
 
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ 
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 
 
 
 
М.П. Саинов, Ф.В. Котов 
 
 
 
 
 
РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ  
БЕТОННЫХ ВОДОСЛИВНЫХ ПЛОТИН  
НА НЕСКАЛЬНОМ ОСНОВАНИИ 
 
Учебно-методическое пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва 
Издательство МИСИ – МГСУ 
2019 
50 

УДК 627 
ББК 38.773 
         С14 
Рецензенты: 
кандидат технических наук, профессор А.Г. Журавлева,  
декан факультета гидротехнического, агропромышленного  
и гражданского строительства РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева; 
кандидат технических наук, доцент В.В. Малаханов,  
доцент кафедры ГиГС НИУ МГСУ 
 
 
 
 
 
 
 
 
        Саинов, Михаил Петрович. 
С14       Расчет и проектирование бетонных водосливных плотин на нескальном основании : учебно-методическое пособие / М.П. Саинов, 
Ф.В. Котов ; М-во науки и высшего образования Рос. Федерации, 
Нац. исследоват. Моск. гос. строит. ун-т. — Москва : Издательство 
МИСИ – МГСУ, 2019. — 76 с. 
ISBN 978-5-7264-1934-3 
В учебно-методическом пособии содержатся сведения о порядке выполнения курсовой работы, а также самостоятельной работы. Рассмотрены 
вопросы анализа условий района строительства и компоновки сооружений, гидравлических, фильтрационных и статических расчетов, выбора 
проектно-конструкторских решений. Приведены методики расчетов по 
наиболее важным моментам проекта, требования и примеры оформления 
пояснительной записки и чертежей к ней, дан список литературы. 
Для обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль «Строительство инженерных, энергетических, гидротехнических и природоохранных сооружений». 
 
УДК 627 
ББК 38.773 
 
 
ISBN 978-5-7264-1934-3  
 
   © Национальный исследовательский 
 Московский государственный 
 строительный университет, 2019 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Практические занятия и самостоятельная работа обучающегося 
по дисциплине «Гидротехнические и природоохранные сооружения. 
Гидротехническое строительство» в основном посвящены вопросам 
выполнения курсовой работы. В ней рассматривается одно из важных и наиболее распространенных гидротехнических сооружений — 
бетонная водосбросная плотина на нескальном основании. В процессе выполнения курсовой работы обучающийся знакомится с 
устройством этого сооружения, принципом его работы, а также получает навыки его конструирования и расчета.  
Цель курсовой работы — запроектировать водосбросную плотину в составе низко- или средненапорного гидроузла в заданных 
условиях. 
В ходе выполнения курсовой работы обучающийся решает ряд 
задач: 
1) конструирование водосливной (в/с) плотины на нескальном 
основании; 
2) выбор компоновки комплексного средне- или низконапорного 
гидроузла на равнинной реке; 
3) расчетное обоснование схемы пропуска расходов воды в периоды эксплуатации и строительства гидроузла. 
Обучающийся выступает в роли инженера и решает общие вопросы конструирования и расчетного обоснования конструкции бетонной водосливной плотины, а именно: 
1) составление компоновочной схемы гидроузла, схемы пропуска 
расходов строительного периода; 
2) выбор удельного расхода водосливной плотины; 
3) обоснование типа, конструкции и размеров крепления нижнего 
бьефа и отдельных его элементов; 
4) конструирование подземного контура водосливной плотины; 
5) конструирование профиля водосливной плотины; 
6) учет влияния несущей способности основания на конструирование профиля плотины. 
 
 
3 

В качестве отчетных материалов курсовой работы выступают: 
1) пояснительная записка с расчетами по обоснованию принятых 
конструктивных и компоновочных решений по вышеперечисленным 
вопросам; 
2) чертеж формата A2 с показом компоновки гидроузла на разрезе по створу и конструкции водосброса (водосливной плотины, 
крепления нижнего бьефа). 
Общая последовательность выполнения курсовой работы следующая: 
1) изучение задания. Выполнение анализа природных условий 
района строительства; 
2) предварительная компоновка сооружений; 
3) конструирование водосброса и его гидравлические расчеты; 
4) компоновка водосливной плотины в составе гидроузла; 
5) выбор профиля и конструирование элементов секции плотины; 
6) конструирование подземного контура водосливной плотины и 
выполнение фильтрационных расчетов; 
7) выполнение статических расчетов и принятие мер по обеспечению несущей способности основания; 
8) выбор схемы пропуска строительных расходов. 
Требования и рекомендации к выполнению этих задач, а также 
рекомендуемая последовательность расчетов изложены в соответствующих главах данного пособия.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. УСЛОВИЯ РАЙОНА СТРОИТЕЛЬСТВА 
 
В качестве исходной информации к курсовой работе задаются: 
 топография района строительства; 
 геологическое строение в заданном створе; 
 гидрологические данные о реке; 
 проектные уровни водохранилища (нормальный подпорный 
уровень (НПУ), уровень мертвого объема (УМО)). 
 
1.1. Природные условия 
 
1.1.1. Топография и геологические условия  
площадки строительства 
 
В качестве данных о рельефе площадки строительства обучающийся получает топографическую карту (масштаб 1:2000–1:10000), 
на основе которой формируется генплан (компоновочная схема) 
гидроузла. 
Геологическое строение площадки строительства задается в виде 
геологического разреза по линии предполагаемого створа гидроузла, 
обозначенной на топографической карте. В задании указываются 
физико-механические свойства пород основания: удельные веса 
грунта в сухом состоянии сух и его частиц ч, коэффициент 
фильтрации kф, прочностные показатели (угол внутреннего трения  
и удельное сцепление c), а также задаются кривые зернового 
(гранулометрического) состава этих пород. 
 
1.1.2. Гидрологические условия 
 
В качестве гидрологических данных задаются характерные бытовые расходы реки: 
 расчетный (Qрасч) — максимальный расход половодья (или паводка) для основного расчетного случая1; 
 максимальный строительный — максимальный расчетный расход 
воды для работы временных сооружений в период строительства; 
 расход при перекрытии русла; 
 минимальный — расход полезного попуска гидроузла. 
                                                 
1Обеспеченность расхода основного расчетного случая в зависимости от 
класса сооружений составляет: 0,1 % для первого класса, 1 % для второго, 3 % 
для третьего [1]. 
5 

Рис. 1.1. Батиграфическая кривая
Кроме того, задается батиграфическая характеристика реки, которая представляет собой 
связь между уровнями воды в 
реке и расходами (рис. 1.1). 
За отметку дна реки дна принимается уровень, соответствующий 
нулю 
батиграфической 
кривой. 
 
1.2. Данные о проектируемом гидроузле 
 
1.2.1. Назначение и состав гидроузла 
 
Назначение гидроузла указывается в задании. В курсовой работе 
бакалавра, как правило, рассматривается гидроузел, назначением 
которого является водоснабжение или ирригация. В этом случае помимо бетонной водосливной плотины в состав гидроузлов входит 
грунтовая плотина. Принимается, что сооружения отраслевого 
назначения (насосная станция, водозабор) находятся далеко от створа гидроузла, а гидроузел используется в качестве мостового перехода в интересах развития автомобильного (или железнодорожного, 
если это указано в задании) транспорта. 
 
1.3. Компоновка гидроузла 
 
Одной из задач курсовой работы является выбор схемы компоновки сооружений гидроузла. Как правило, сооружения гидроузла 
располагают в том же створе, который указан в задании. Но по согласованию с консультантом может быть принят и иной створ. 
 
1.3.1. Выбор типа компоновки гидроузла 
 
Компоновка гидроузла тесно связана с величиной напора на 
гидроузел (H = НПУ – УНБmin). Виды компоновки низконапорных 
(H  210 м), средненапорных (H  1050 м) и высоконапорных 
гидроузлов заметно отличаются (H > 50 м). 
Низконапорные гидроузлы создают водохранилище, которое почти не выходит за пределы русла. Поэтому обычно его бетонные 
сооружения располагаются в русле (русловая компоновка) и в его 
составе нет русловой грунтовой плотины. При компоновке такого 
гидроузла желательно расположить воднотранспортные и энергетические сооружения на разных берегах. Водосброс располагается 
между ними в русле реки для удобства пропуска льда и наносов. 
6 

Средненапорный гидроузел создает водохранилище, которое затапливает пойму и частично долину реки. Различают 3 вида компоновки 
средненапорных гидроузлов в зависимости от места расположения 
бетонных сооружений: пойменная (на пойме), русловая (в русле) и 
полупойменная (с расположением части бетонных сооружений в 
русле реки, а части — на пойме). Каждый из типов компоновки  
обладает своими преимуществами и недостатками. 
Обычно стремятся к пойменной компоновке (рис. 1.2), так как это 
упрощает пропуск строительных расходов, бетонные сооружения 
гидроузла до перекрытия русла реки строятся в котловане на пойме, 
под защитой естественной перемычки. Водный поток реки в этот 
период проходит по естественному руслу.  
 
 
а 
 
б 
Рис. 1.2. Пойменная компоновка гидроузла: а — генплан;  
б — разрез по створу; 1 — бетонная водосливная плотина;  
2 — грунтовая (земляная) плотина; 3 — подводящий канал к бетонной  
водосливной плотине; 4 — отводящий канал; 5 — струенаправляющая дамба 
7 

По мере готовности бетонной водосливной плотины русло реки 
перекрывают глухой грунтовой плотиной. Недостаток пойменной 
компоновки заключается в том, что ее применение может потребовать выполнения большого объема земляных работ. Поэтому данная 
компоновка рекомендуется при наличии у реки широкой поймы, на 
которой могут разместиться бетонные сооружения гидроузла. 
 
 
 
а 
 
 
б 
 
Рис. 1.3. Русловая компоновка гидроузла: а — генплан; б — разрез по створу; 
остальные обозначения см. на рис. 1.2 
 
Использование русловой компоновки ведет к усложнению схемы 
возведения гидроузла и пропуска воды в период строительства. При 
8