Přednášky

drži Nových Mlýnů, aj. jezy válcové Ve srovnání s ostatními jezovými soustavami se válcové hradící konstrukce začly používat až počátkem 20. století. Základ konstrukce byl vlastně vyztužená roura, která se valivým pohybem pohybovala v šikmé drážce v pilíři.  Válec je při zdvihu nadlehčován vztlakem, takže je třeba nevelké tažné síly.  - dnes jsou válce opatřovány pevným (případně pohyblivým) dolním štítem  - pohyb válce dnes zajišťují Gallovy řetězy  - válcové uzávěry můžeme navrhovat - zdvižné, spustné, s klapkou V současnosti se navrhují zřídka, u nás je tato konstrukce navržena např. na Vltavě v Hluboké. jezy hydrostatické (klasické a vakové) Ke svému - zpravidla automatickému - chodu využívají hydrostatického tlaku v tlačné komoře.  Jsou nejrůznější konstrukce - poklopové, tabulové, segmentové... Sem řadíme také vakové jezy . (viz instruktážní film) - nepotřebují nábřežní pilíře  - montuje se na betonový práh (široká koruna)   - plnění vaku možno zajistit samospádem  Jedná se o levnou, pružnou hradící konstrukci, která bývá poškozována zpravidla lidským zásahem. Provizorní hrazení Při návrhu dvou a vícepolového pohyblivého jezu je nutno navrhnout provizorní hrazení pro umožnění oprav a revizí hradící konstrukce. Nejčastěji užíváme :  Hradidlovou konstrukci - ocelová hradidla kruhového nebo obdélníkového průřezu se osazují do . svislých vodících drážek v pilířích.  Hradlová konstrukce - obdoba hradlového jezu, dnes málo užívaná.   
Hydrotechnika II – 2aJaromír Říha
Ústav vodních staveb FAST VUT v Brně
Sypané přehrady
Typy
zemní přehrady - základní staticky působící stavební hmotou je soudržná nebo nesoudržná zemina,
kamenité (rockfillové) přehrady - kde základní stavební hmotou je kámen bez pojiva získaný z rozpojených hornin. Velké balvany - balvanité přehrady,
smíšené (zonální) - kamenité a zemní - stabilizační část je zčásti kamenitá a zčásti zemní.
Uspořádání příčného profilu
Část stabilizační – návodní a vzdušní
Koruna hráze
Část těsnicí – hráze a podloží
Ochranné prvky - Uvnitř hráze
- Ochrana líců
Odvodnění hráze a podloží
Návrh příčného profilu
Odpovídá požadavkům a závěrům IG průzkumu - geologické
- hydrogeologické
- geotechnické poměry
Týká se - místa přehrady
- funkčních objektů
naleziště sypaniny
Návrh příčného profilu – podklady
- zeminy sypké (nesoudržné)
úplná čára zrnitosti (u hrubozrnných zemin postačí pouze podíly jednotlivých frakcí),
přirozená vlhkost,
měrná hmotnost,
objemová hmotnost a pórovitost v původním uložení,
maximální a minimální ulehlost,
tvar zrn,
- zeminy soudržné
konzistenční meze,
zrnitost,
přirozená vlhkost,
měrná hmotnost,
obsah organických látek a rozpustných solí,
objemová hmotnost a pórovitost v původním uložení,
závislost mezi vlhkostí a objemovou hmotností hutnicí zkoušky - Proctor standard,
- kamenivo
zrnitost, zejména obsah částic menších než 16 mm a větších než 125 mm a 400 mm a určení tvaru zrn,
měrná hmotnost,
přirozená vlhkost a nasákavost,
objemová hmotnost, pórovitost a mezerovitost při různých uloženích,
mineralogické a chemické složení,
zvětratelnost a mrazuvzdornost.
Posuzování bezpečnosti
- Globální
Metody mezní rovnováhy
Metody vycházející z redukce parametrů
- Lokální
Vyšetření stavových veličin jako f(x,y,z,t)
Porovnání s lokální „pevností“
nemusí vést k poruše konstrukce
Posuzování podle mezních stavů
MS - Stability polohy
- Vzniku havarijních trhlin (patří i filtrační deformace)
- Přetvoření (ztráta použitelnosti)
Globální bezpečnost – celková stabilita polohy
Petterssonova metoda- momentová mezní rovnováha k ose válce
Kombinace zatížení a zatěžovací stavy
A. Zatěžovací stav během výstavby
a) Pro vypočtené pórové tlaky1,2
b) Pro měřené pórové tlaky1,1
B. Zatěžovací stav po dokončení výstavby
a) Nádrž prázdná
Pro vypočtené pórové tlaky1,5
Pro měřené pórové tlaky1,3
b) Nádrž částečně naplněná1,5
c) Nádrž plná1,5
Náhlý pokles v nádrži na kritickou hladinu
d) z maximální na kritickou 1,1
e) podle manipulačního řádu1,5
C. Zemětřesení do 8o MSK 64 včetně1,0
A, a), b) - stacionární filtrační proudění,
d), e) - kritickou hladinou se rozumí hladina, pro kterou je SF minimální.
smykové plochy v propustných štěrcích nebo kam. sypanině je SF > 1,2.
Kombinace zatížení a zatěžovací stavy
S + ND + 1NK
S + ND + 2NK
S + ND + NK + M
Návrh příčného profilu – důležité vlastnosti
smyková pevnost
v efektivních nebo v totálních parametrech
zkouška - vzorky s optimálním zhutněním a vlhkostí
zhutnění a vlhkost očekávané v hrázi po dokončení stavby
smyková pevnost
pro případ nasycení zeminy vodou
zvláštní podmínky (vibrace, zemětřesení, apod.)
stlačitelnost
stlačitelnost
součinitel časového průběhu konsolidace zeminy
vliv prosycení zeminy a její prosedání
vlhkost, pří níž již dochází k význačnějšímu prosedání zatížené horniny
bobtnání zeminy po styku s vodou a odpovídající potřebný tlak
propustnost
na zhutněných vzorcích
při hydraulickém gradientu očekávanému v hrázi.
Stabilizační část
Zajišťuje stabilitu hráze při všech zatěžovacích stavech
Bez škodlivých deformací přenáší účinky zatížení hráze
do podloží
do boků údolí
Zatížení
hydrostatický tlak působící na těsnicí prvek
vlastní tíhu těsnění
vlastní tíhu samotné stabilizační části
síly od provozu po koruně přehrady
účinky zemětřesení
Stabilizační část:
vzdušní mezi vnitřním těsněním a vzdušním svahem,
návodní mezi návodním svahem a vnitřním těsněním
Musí umožnit odvodnění vzdušní části
Přednost se dává nesoudržným materiálům
Tvar tělesa hráze – vnější obrys – sklony svahů
Dle požadavků stability
Obecně dle ( stabilizační části
Dle umístění těsnicího prvku
Návodní sklon dle použitého plášťového těsnění
Dle požadavků údržby
Lavičky, bermy – šířka, vzdálenost, uspořádání, odvodnění
Stabilizační část
zrnitost v oblasti 3, resp. 4 diagramu
po zhutnění propustné, objemově stálé vůči změnám počasí
nesmí obsahovat organické látky
Těleso hráze
Vhodnost zemin - zatřídění podle ČSN 72 1001 a 73 1001
Pevnostní charakteristiky
Pevnostní charakteristiky - (, c
Smyková krabicová zkouška
Dle typů těsnění
Vnitřní - (
Zemní střední
Asfaltobetonová
Betonová
Plášťová
Asfaltobetonová – 1 : 1,8 až 1 : 2
Betonová – 1 : 1,75
Plastová fólie – bez omezení
Odhad sklonu svahu stabilizační části
Suchá zemina (přiroz. vlhká)SF = m . tg(
Pokles hladiny
Koruna hráze – základní požadavky
Musí být odvodněna – vodárenské vzdušní svah
Musí umožnit po celé délce pojezd autojeřábu a nákl. Vozů
Obvykle oboustranné zábradlí, resp. vzdušní i ozeleněním
Plné zábradlí jen na návodní straně
Vlnolam
Zapojení do krajiny
Až po hlavních sedáních
Dilatace po max. 8 m
Kabelové trasy – pískové lože, prefabrikáty, rezerva
Koruna hráze – výškové umístění
Návrhový průtok
max. hladina
výběh větrové vlny
rezerva
Kontrolní PV
max. kontrolní hladina
nesmí dojít k protržení hráze - MBH
Koruna hráze – výškové umístění
Těsnění hráze
Min. 0,5 – 1 m nad maximální hladinou – po dosednutí
V nezámrzné hloubce (min 0,80 m)
Požadavky MBH
Koruna hráze – šířka
Dle komunikace, která po ní vede
Dle šířky těsnění a šířky filtrů
Filtry min 1 m od návodního líce
Úpravy svahů
Kamenité hráze
Svahy pouze urovnáním kamene (popř. s vyklínováním, resp. dlažba)
Lavičky vodorovné – bez odvodnění, uválcované
Úprava kor;uny hráze
Bezpečnostní rezerva c v [m]
Koruna hráze bez zábradlí, se zábradlím s otvory nebo s přerušovaným zábradlím
1,0
Koruna hráze opatřená na návodní straně v celé délce plným, nepřerušovaným zábradlím nebo zídkou s horní hranou alespoň 0,80 m nad úrovní koruny hráze
0,5
Koruna hráze opatřená vlnolamem
0,0

Hydrotechnika II – 2bTěsnění hráze a podloží
Uspořádání příčného profilu
Část stabilizační – návodní a vzdušní
Koruna hráze
Část těsnicí – hráze a podloží
Ochranné prvky
Uvnitř hráze
Ochrana líců
Odvodnění hráze a podloží
Těsnění sypaných přehrad – obecně
Požadovaná těsnicí funkce
v provozu trvalá,
průsak neohrožuje statickou a dynamickou stabilitu přehrady,
průsak neovlivní funkci nádrže
deformace přehrady nenaruší funkci těsnění.
Těsnění
střední
návodní.
Těsnění střední
objem přehradního tělesa a tím i objektů, které jím procházejí minimální,
těsnění je dobře chráněno stabilizačními částmi proti poškození vnějšími vlivy,
těsnění se šikmou osou se dobře přizpůsobuje deformacím přehradního tělesa.
provádění stabilizačních částí a těsnění se navzájem ovlivňují
vzniklá porucha se těžko identifikuje a opravuje,
přehrada je citlivější na účinky zemětřesení,
těsnění ve spodní části je vystaveno značným vodorovným deformacím,
následné zvyšování přehrady je obtížnější.
Těsnění návodní.
technologie neovlivňuje provádění vzdušní stabilizační části (v předstihu)
při poruše těsnění je přehrada bezpečnější proti havárii,
poruchu lze opravit,
přehradní těleso je tužší a odolnější proti účinkům zemětřesení
těsnění i těleso přehrady lze snadněji dodatečně zvyšovat.
šikmé těsnění je nepříznivě namáháno deformacemi návodního svahu,
není chráněno proti poškozeni vnějšími vlivy (vyjma zemního těsnění),
injekční štola (nebo bloček) je delší,
plášťové (asfaltobetonové, betonové) má větší výběh větrové vlny - převýšení
mírnější sklony (kubatura násypu je větší).
Zemní těsnění
Nejrozšířenější
Dobře se přizpůsobuje deformacím hráze
Běžné technologie provádění
Tam, kde je dostatek vhodných zemin
jílovito-hlinité zeminy, hlíny, spraše
vhodnost se ověří laboratorními a polními zkouškami
součinitel hydraulické vodivosti k menší než k = 5.10-6 m/s.
součinitel konsolidace Cv = k/(M. (),
M je součinitel objemové stlačitelnosti - čím větší M (více stlačitelné zeminy), tím více vody je třeba z pórů zeminy vytlačit a tím bude delší doba konsolidace.
Pevnostní charakteristiky - ovlivňují stabilitu svahů přehrady
Přetvárné charakteristiky - přetvoření tělesa přehrady.
Objemová hmotnost zeminy souvisí s vlhkostí zeminy - optimální vlhkost dle Proctora
Sypání hráze
po vrstvách
odvodnění pláně
hutnění
Zhutnění
zvyšování smykové pevnosti
snižování stlačitelnosti
snížení propustnosti
určuje bezpečnost hráze – rozbor 700 poruch z 9000 hrází
Požadované zhutnění
soudržné
alespoň na 95 % objemové hmotnosti podle PS (> 1558).
vlhkost -2% až + 3%
sypké – na 0,7 relativní hutnosti ID
hutnicí pokus
Pevnostní charakteristiky
Pevnostní charakteristiky - (, c
Smyková krabicová zkouška
Zemní těsnění
Tvar a tloušťka těsnění - empirická pravidla
Vodorovná šířka těsnění nejméně 2,5 m
Dle mechanizace použité při ukládání zeminy a hutnění.
Šířka zemního těsnění ve směru průsaku > 0,1 výšky vodního sloupce H při max.hladině (L/H > 0,1).
Praxe - bezpečnější hodnoty L/H = 0,15 až 0,20 (tenká), resp. L/H = 0,30 až 0,50 (spolehlivá).
Přípustný průsak nepřekročí 0,1 % Qa
Průsak také nesmí ohrozit bezpečnost přehradní hráze.
Převýšení zemního těsnění nad maximální hladinou musí být alespoň 0,5 m.
Úroveň koruny těsnění v nezámrzné hloubce (po proběhnutí přetvoření těsnicího jádra)
Návrh
posouzení výpočtem
stabilita svahů hráze, napjatost a přetvoření tělesa hráze,
velikost průsaku a možnost nebezpečí porušením filtrační stability (kontaktní sufoze, hydraulické trhání, resp. prolomení).
Napojení na podloží
přímo (v našich poměrech jen výjimečně),
přes injekční štolu nebo bloček
očištění skalního podkladu
posledních 0,5 m ve zdravé skále dotěžit bez použití trhavin.
na očištěný povrch se položí vyrovnávací vrstva z vodostavebního betonu (vyplní a utěsní trhliny a pukliny)
zavázání do boků údolí - odstranit převislé horniny (1 : 1)
spojení zeminy s podložím a s objekty - na styku vlhčí a plastičtější zemina.
stykové plochy - zemina při sedání ke stykové spáře dotlačována 10 : 1
povrchy betonových konstrukcí - rovné bez nerovností, jílové mléko.
Další typy těsnění
Vnitřní
Asfaltobetonová
Betonová
Plášťová
Asfaltobetonová
Betonová
ŽB
Prostý beton
Plastová fólie
Dřevěné pláště
Ocelové pláště
Asfaltobetonová vnitřní
z hutněného AB,
z hutněného AB prokládaného kamenem,
z nehutněného AB prokládaného kamenem.
Umístění
svislé
mírně ukloněné ve sklonu až 1 : 0,4.
Tloušťka jádra 0,40 až 1,2 m
Ukládá se ve vrstvách tl. 0,20 až 0,25 m.
Hutnění AB s ochrannou vrstvou - brání vtlačování AB do materiálu stabilizační části.
Betonová vnitřní
Relativně málo používaná, odkaliště
Komplikované dilatace
Modifikace – jílobeton
Betonová vnitřní – dilatace klouby
Plášťová – asfaltobetonová
Velmi rozšířená – aplikace po celém světě – více než 350
Horní nádrže PVE – Dlouhé Stráně , Čierny Váh
Těsnění kanálů - Gabčíkovo
Tam, kde není dostatek zeminy – horské oblasti
Technologie
Strabag
Walo Bertschinger
AB – plášťové těsnění – detail zavázání
Betonová plášťová
Často používaná na kamenitých hrázích (CFRD)
Ve světě oblíbeny – Čína, Indie, Brazílie
Kongres ICOLD 2000 (Beijing)
Výšky nad 100 m
Problémy
Sklon svahu max 1 : 1,75
Povrchová eroze při deštích
Zpracování betonu
Dilatační spáry
Betonová plášťová
Vodotěsnost betonových desek
Vodotěsnost dilatačních spar.
Těsnění
z prostého betonu - systém dilatač. spar - desky od 10 do 15 m2,
ŽB - plocha 150 až 300 m2
Tloušťka betonové desky
menší přehrady cca 0,20 m,
vyšší - proměnná se zúžením směrem ke koruně hráze
d = 0,3 + a . H
d je tloušťka desky v [m],
H je maximální výška vodního sloupce nad daným místem desky
a je součinitel uvažovaný hodnotami 0,002 (Hydro Electric Commision Tasmania) až 0,0075 (Rumunsko).
Plastová fólie
Historie – jedna z prvních na VD Landštejn
Plastová fólie
V současnosti – PE fólie
Systémy
Sembenelli - Itálie
Carpi - Švýcarsko
V současnosti – PE fólie
Oprava VD Morávka
Spálov, …
Dřevěné pláště
Historicky
Odlehlé oblasti s dostatkem dřeva
Opravy další vrstvou desek
Vysoké průsaky
Příklady – Sabrina dam, South Lake
Opravy např. geomembránou
Těsnění podloží sypaných přehrad
Těsnění podloží + napojení na těsnicí prvek hráze
Důležité jsou charakteristiky propustnosti podloží přehrad.
Filtrační stabilita a působící síly – vliv na bezpečnost VD.
Proustnost průlinová
Propustnost puklinová
možnosti vzniku privilegovaných průsakových cest
Propustnost skalního podloží - vodní tlakové zkoušky ve vrtech.
Přípustná propustnost hornin – ztráta vody
Lugeon
1 l/min na běžný metr vrtu při tlaku 1 MPa při trvání VTZ 10 minut – hráze H>30m.
3 l/min na běžný metr vrtu při tlaku 1 MPa při trvání VTZ 10 minut – hráze H 5
Kontaktní sufoze - geometrická kritéria
Vrstvy kolem otvorů
Kontaktní sufoze - hydraulická kritéria
Písčité zeminy
číslo stejnozrnnosti zeminy U = d60f/ d10f
U ( 10... Jmax = 0,3 až 0,4
10 ( U ( 20... Jmax = 0,2
U > 20 ... Jmax = 0,1
U kohezních zemin, pro IP > 3 … vysoké grad.
laboratorní výzkum
rozplavování hlíny
prolomení hlíny a odtrhávání kousků
Odvodňovací - drenážní systém
Odvodňovací systém
Neškodné odvodnění
přehradního tělesa
podloží
zachycení a neškodné odvodnění prosakující vody mimo přehradní těleso
typ drenážní soustavy souvisí s
typem a s vlastnostmi sypanin přehrady
geologickými poměry podloží.
Dostatečná propustnost sypaniny vzdušní části (kamenité, popř. balvanité hráze)
není nutné drenážní soustavu navrhovat
Odvodnění a kontrola průsaku
patní drény,
vnitřní drény (svislé, šikmé, vodorovné),
drenážní koberce,
odvodňovací štoly,
kombinace.
Oddělení vody prosakované tělesem hráze a podložím.
Nejistoty ve filtračních charakteristikách materiálu hráze a podloží - kapacita s trojnásobnou bezpečností.
Zamezení filtračních deformací sypanin (vnitřní, resp. kontaktní sufoze, eroze, kolmatace, rozplavování),
sedání
zmenšování kapacity až úplné ucpání drenáže.
Drenážní soustava
účinná i při maximální hladině dolní vody,
funkce nesmí být narušena mrazem
konstrukce jednoduchá a snadno proveditelná
Návrh
ověřuje se výpočtem:
poloha hladiny prosakující vody (stabilita přehrady, namrzavost zemin)
velikost celkových i lokálních průsaků
rychlosti filtrace
účinnost odvodnění tělesa přehrady, jejího podloží a území v prostoru vzdušní paty.
přirozené geologické a hydrogeologické podmínky podloží a sypanin přehrady
anizotropie v propustnosti materiálů podloží a tělesa přehrady
její vliv na průběh a velikost průsaků.
Konstrukční materiálem
dobře zrněný kámen
štěrk.
porézní materiály (beton, porézní tvárnice)
rovnanina z drenážních trubek.
zvýšení průtočnosti - perforované trouby
průměr závisí na množství prosáklé a dotékající vody
na podélném sklonu.
Požadavek proudění o volné hladině
Pozorování a měření (množství, zákal, atd.)
drenážní šachtice,
odpadní štola,
koryto řečiště
V podloží přehrady za těsnicím prvkem přirozené výrony vody,
řádně zachytit a svést samostatnou drenáží
Musí být umožněno samostatné měření a pozorování výronů.
Patní drény
s propustnější vzdušní stabilizační částí.
výška a šířka - bezpečné snížení hladiny prosáklé vody
široké, aby drén bylo možno při provádění mechanicky hutnit
výška drénu bývá od 5 % do 20 % výšky přehrady
Patním drénem nelze snížit hladinu prosakující vody
drén vsunout do tělesa přehrady
tzv. vnitřní drén
tvar a zapuštění závisí na propustnosti podloží a sypaniny hráze
Přehrada z méně propustných materiálů s anizotropií blízké jedné
plošné vodorovné drenážní prvky
tzv. drenážní koberce
tloušťka rovna dvojnásobku tloušťky filtru
drén zasahuje do 1/3, nejvíce však do 2/3 šířky základu
funkce
oddaluje hladinu prosáklé vody od vzdušního líce
zvyšuje průsak, střední hydraulické gradienty
větší nebezpečí porušení filtrační stability zemin v podloží a v tělese přehrady
voda svedena ke vzdušní patě přehrady podélnými drény ze štěrků nebo trubek
nedají se během provozu dodatečně opravovat
pevnostní charakteristiky
ne horší než charakteristiky materiálů podloží a násypu přehrady
nevytvořit uměle podmínky pro vznik kritické smykové plochy.
ion.3

 EMBED Equation.3

 EMBED Equation.3

 EMBED Equation.3

 EMBED Equation.3

 EMBED Equation.3

 EMBED Equation.3

 EMBED Equation.3

 EMBED Equation.3

 EMBED Equation.3

 EMBED Equation.3

 EMBED Equation.3



Hydrotechnika II – 4aFunkční objekty - obecně- spodní výpusti
Funkční zařízení přehrad
Funkční objekty
též příslušenství přehrady
zajišťují požadovanou funkci přehrady
požadavky
na vybavení přehrady jednotlivými zařízeními
na uspořádání zařízení
na návrhové parametry.
upravuje ČSN 75 2340
Nezbytné příslušenství přehrad
Spodní výpusti
Pojistné zařízení
Odběrný objekt - nepovinný
Dispoziční řešení a typy funkčních objektů
Koncepční a dispoziční řešení
závisí na požadovaných funkcích vodního díla
na typu hráze
na morfologii a geologii přehradního profilu
Dispozice
samostatně fungující
sdružené v jednom objektu
funkční blok
samostatný blok betonové přehrady
nahrazuje část sypané přehrady
Dispoziční řešení a typy funkčních objektů
Za funkční objekty se nepovažují
samostatné objekty, které neobsahují funkční zařízení
vodní elektrárna
rybovod
plavební komora
lodní zdvihadla, apod.
Kombinování jednotlivých funkčních zařízení
sdružený objekt
hospodárnější řešení
konstrukčně náročnější
důvodem dispoziční řešení ve stísněných poměrech
další zařízení (VE, …)
Obecné zásady návrhu
musí se používat konstrukcí, které zaručují
bezpečnost a spolehlivý provoz
snadnou údržbu vodního díla
žádné objekty nesmějí být zakládány na piloty, prahy nebo sedla
výkopy pod tělesem hráze
nepažené
se šikmými st