Проектирование и расчет гидротехнических сооружений
Приемы проектирования и строительства аналогичны проектированию сопрягающих гидротехнических сооружений. Основное назначение – гашение избыточной энергии воды при подаче воды с высоких отметок на низкие и получение соответствующего эстетического восприятия водного устройства. Наиболее распространенным и надежным гасителем является водобойный колодец или водобойная стенка. Гидротехнические сооружения должны работать с устойчивым гидравлическим режимом, позволять использовать передовую технологию и дешевые строительные материалы, быть простыми в исполнении. Конкретный тип и конструктивное оформление сооружений выбирают на основе сравнения различных вариантов, отвечающих ландшафтно-проектировочному решению устройства парка, лесопарковой зоны, агроландшафта.
3.1 Быстроток
Наиболее простой тип гидросооружения. Это тот же канал, но с уклоном больше критического. Наличие больших скоростей на быстротоке вызывает необходимость принимать при проектировании дополнительные меры для их снижения и использовать сложные приемы гидравлического расчета.
Быстроток состоит из входного участка, лотка (транзитная часть) и выходного участка (гасителя). Длина входного участка зависит от условий его сопряжения с подводящим каналом. В первом приближении ее принимают равной (2…3)Н, где Н – глубина воды подводящего канала
Рис.1 Схема бетонного быстротока
1,3-входной и выходной участки; 2-лоток; 4-водобойный колодец; 5-отводящий канал; 6-деформационные швы.
Лоток быстротока должен иметь, по возможности, минимальную длину и лежать на естественных грунтах основания. Форма его поперечного сечения может быть различной: прямоугольной, трапецеидальной, полуциркулярной, полигональной и др. Наиболее распространено прямоугольное поперечное сечение, так как поток воды в лотке с таким сечением гидравлически более стабилен и не вызывает нежелательных деформаций секций быстротока. Недостаток прямоугольного сечения – появление по длине сооружения катящихся волн, существенно снижающих пропускную способность быстротока. Наиболее экономичным и простым по технологии строительства считают трапецеидальный лоток. Однако в таком лотке также образуются катящиеся волны, а в зимнее время по наклонной облицовке быстротока намерзают наледи, усложняющие пропуск расчетных расходов. Полуциркулярное, треугольное, полигональное сечение лотка является безволновым, то есть в лотках таких сечений не возникают косые стоячие и катящиеся волны. С эстетической точки зрения состояние поверхности воды в лотках быстротоков таких сечений в местах отдыха нежелательно.
Быстротоки следует устраивать по возможности прямолинейными, не допускается в естественных условиях рельефа выполнять их с поворотами. Минимальный радиус закругления быстотока в плане принимают не менее десяти ширин лотка. Лоток для предотвращения разрущающих температурных и осадочных деформаций разрезают продольными и поперечными деформационными швами (рис.1).
Деформационные швы могут быть водопроницаемые и водонепроницаемые. Под водопроницаемыми швами обязательно устраивают обратные фильтры и дренажи, которые ограждают боковыми водонепроницаемыми стенками (рис.2). Это уменьшает вероятность озникновения контактной суффозии в зоне шва.
1-деформационный шов; 2-обратный фильтр; 3-дренаж.
В зависимости от климатической зоны строительства поперечные деформационные швы нарезают через 5-20 м, а продольные, как правило, совмещают с обрезами фундаментов подпорных стенок лотков. Швы герметизируют уплотнителями в виде профилированной резины, металлических пластин, просмоленных досок, полимерных профилей и т.д.
Выходной участок является наиболее ответственным элементом быстротока, так как на нем гасится основная часть кинетической энергии потока. В его пределах обычно располагают водобойный колодец и различные по конструкции гасители. За водобойным колодцем устраивают рисберму из каменной наброски или бетонного покрытия с водопроницаемыми швами для выхода фильтрационного потока. Чтобы предотвратить сбойное течение воды в отводящем канале, угол конусности концевой части быстротока в плане принимают α =12…18о.