116 Устои и быки

Устои плотины подразделяют на сопрягающие и раздельные Первые из них предназначены для сопряжения водосливной пло­тины с грунтовой плотиной или с берегом, вторые отделяют водо­сливную плотину от глухой бетонной плотины или от здания ГЭС Сопрягающие устои состоят из верховой и низовой сопрягающих стенок и продольной стенки (рис 11 22) Все три стены отделены

* Давление льда на затворы не учитывают В период ледостава необходимо производиib околку льда или обогрев затворов

356

друг от друга конструктивными швами с уплотняющими шпон­ками В ряде случаев в состав сопрягающих устоев входят проти-вофильтрационные диафрагмы или стенки

Гребень верховой стенки (открылка) устоя обычно располага­ют выше отметки НПУ Иногда эту стенку выполняют ныряющей (рис 11 23), что дает экономию бетона, по ххудшает фильтрацион­ные и гидравлические условия работы плотин Гребень низовой стенки следует очертанию откоса плотины или планировки берега

Рис 11 22 Схема сопрягающего устоя

а — профиль б — план / — верховая сопрягающая стенка, 2 — продольная сгенка 3- низовая сопрягающая стенка, 4 — диафра]ма, 5 — дренаж

Рис. 11 23 Схема ныряю

V щей верховой сопрягающей

стенки

о — профиль, б — план, / — урез воды

Рис. 11 24 Схема к расчету

устойчивости устоя. / — уровень грунтовых вод

357

Для обеспечения надежного контакта тыловых граней стенок с грунтовой плотиной или берегом эти грани выполняют гладкими с уклоном 10 : 1 или положе.

Все три стенки устоя являются подпорными. Из них рассчиты­вают лишь продольную стенку, как наиболее нагруженную. Про­дольные стенки в неразрезнои конструкции рассматривают как часть водосливной плотины и рассчитывают ее совместно с по­следней. В разрезных конструкциях устои рассматривают как са­мостоятельные элементы. Расчеты их ведут, как и водосливных плотин, на прочность [формула (11.32)] и на устойчивость на сдвиг [формула (11.45)]. При расчете стенки на сдвиг расчетная сдви­гающая сила Nd включает в себя силы Е\, Е₂ и E_w (рис. 11.24), где Јj и £₂ — значения бокового давления соответственно сухого и взвешенного в воде грунта, определяемые с учетом эксплуатаци­онной нагрузки q на его поверхности; E_w — усилие от горизонталь­ного давления грунтовой воды.

К силам, определяющим сопротивление устоя сдвигу, относятся расчетные значения сил gi и 0% — соответственно весов самого ус­тоя и грунта, расположенного на нем (с учетом взвешивания), и сила Wf_tt. Устойчивость про­дольной стенки на сдвиг опреде­ляют при отсутствии воды в ниж­нем бьефе или при минимальном ее уровне. Отпор водосливной части плотины при этом не учи­тывают.

Рис. 11.25 Схема обходной фильт­рации (вокруг устоя):

а — эпюра фильтрационного давления

На устой, б--схема усгоя; /—линии равных напоров, 2 — линии токов, 3 — устой, 4 - водосливная плотина

Фильтрационное давление на устой, если последний не сопря­гается с водоупором, определя­ется наличием двух фильтраци­онных потоков: напорного под плотиной и безнапорного в обход устоя.

Если не учитывать влияния фильтрационного потока под плотиной, то относительные ординаты эпюры давления при безнапорной фильтрации по подземному контуру вокруг устоя А,/Я могут быть получены в зависимости от ординат эпюры давления при напорной фильтрации по такому же контуру Ар/Я из выражения h_i/H=y^rh_p/H, где Я— напор на пло­тину.

При глубине воды над водоупором в верхнем Н\ и нижнем hi бьефах ординаты эпюры давления при безнапорной фильтрации в любой точке i подземного контура устоя (рис. 11.25) могут быть вычислены по формуле

(И-47)

где Н_г определяется для точки i флютбета при напорной фильтра­ции.

358

Если рассчитывать давление при напорной фильтрации мето­дом коэффициентов сопротивления, то необходимо знать расчетное заглубление водоупора Та- Для рассматриваемой задачи его при­нимают равным

(11.48)

где /о— длина горизонтальной проекции устоя.

При необходимости увеличения длины подземного контура ус­тоя устраивают железобетонную или шпунтовую диафрагму (см. рис. 11.22). Иногда для снижения фильтрационного давления на устой и организованного отвода профильтровавшейся воды устра­ивают застенный дренаж (см. рис. 11.22, б). Располагают его не­сколько выше уровня воды в реке обеспеченностью 25 ...30%.

В случае забивки шпунтовых рядов под сопрягающими стен­ками (открылками) глубина их погружения должна быть в сред­нем в 1,5... 2 раза больше длины шпунтов под водобоем. Ширину стены устоя поверху принимают равной половине толщины быка плотины, но не менее 1 м.

Рис. 11.26. Схемы быков:

а — неразрезной конструкции, 6 - разрезной кон­струкции, / — паз для аварийно ремонтного за­твора, > рабочий затвор, J— паз для рабочего затвора, 4 - паз для ремонтного затвора, 5 -контурное наружное уплотнение шва, 6 — внут­реннее уплотнение шва

Быки. Размеры быков зависят от конструкции затворов, пролета перекрываемых ими отверстий, наличия и размеров мостов и подъ­емных механизмов. Как указано выше (см. рис. 11.8), в разрезной кон­струкции плотины быки отрезаны от водослива швами, в неразрезной — швы между секциями плотины проходят посе­редине быков. Те и дру­гие швы имеют противо-фильтрационные устрой­ства. Для установки ра­бочих и аварийно-ремонт­ных затворов в быках устраивают специальные пазы (рис. 11.26). Быки разрезной конструкции имеют большую толщи­ну, чем неразрезные. Объясняется это тем, что минимальную толщину непрорезаемой пазами шейки быка d назначают равной 0,8. ..1,5 м. Разрезной бык имеет две таких шейки, нераз­резной— одну (рис. 11.26). Минимальная толщина неразрезного быка 2.. .2,5 м.

Для поддержания затворов в открытом состоянии средняя часть быка должна возвышаться над водосливом на высоту, достаточную

359

Рис. 11.27. Схема к расчету устойчивости быка в эксплуатационном случае

Рис. 11.28 Схема к расчету устойчивости

быка в ремонтном случае:

а — фасад, б — план

для полного подъема затвора выше уровня воды при открытом зат­воре. Это составляет величину, примерно равную 1,5 ... 2 напорам на водосливе.

Форма быков в плане со стороны верхнего бьефа должна быть плавной, при необходимости пропуска льда криволинейно-заострен­ной, если быки не разрезаны швами.

Расчет быков на прочность и устойчивость производят анало­гично расчетам водосливных частей плотин. При этом обычно рас­сматривают два случая: 1) эксплуатационный, когда рабочие затво­ры закрыты и в верхнем бьефе уровень воды соответствует отмет­ке НПУ или ФПУ; давление от затворов, при соответствующей их конструкции, передается на быки; кроме того, учитывают давление льда, действующего непосредственно на бык; максимальные верти­кальные нормальные напряжения в этом случае наблюдаются в нижней части быка (рис. 11.27); 2) ремонтный, когда пролет ограж­ден ремонтными затворами и вода из пролета удалена; в этом слу­чае рассматриваемый бык испытывает боковое давление воды со стороны соседнего пролета (рис. 11.28).

В обоих случаях принимается минимальная вертикальная рас­четная нагрузка на быки. В первом расчетном случае проверяют лишь устойчивость быка на сдвиг.

Рис. ! 1 28 Поперечный

разрез массивной глухой

бетонной плотины

Глухие плотины. Применяют их для создания водохранилищ при наличии скального основания. Профиль глухой плотины (рис. 11.29) приближается к прямоугольному треугольнику с шириной, по основанию равной (0,7 ... 0,8) Я, где Я— высота плотины. Ее верхо­вую грань обычно делают вертикальной или слегка наклонной. Заложение низовой гра­ни в построенных плотинах колеблется в пределах 0,65.. .0,85. Возвышение гребня над расчетным уровнем устанавливают так же, как и для земляных плотин (см. гл. 10). Запас по высоте плотины а с учетом пара­пета принимают: для плотин I класса — 0,8 м, II класса — 0,6 м, III и IV классов — 0,4 м. Ширину плотины по гребню назнача­ют в зависимости от типа плотины, условий производства работ, а также характера ис­пользования гребня в период эксплуатации. Минимальная его ширина 2 м.

Глухие плотины, как и водосливные, разрезают временными (строительными) и постоянными швами. Строительные швы образуются в результате разрезки тела плотины на блоки бетони­рования. Для уменьшения опасности трещинообразования эти швы к моменту ввода сооружения в эксплуатацию частично или полностью бетонируют. Конструктивные швы выполняют, так же как и в водосливных плотинах, с шагом от 7.. .8 до 15. ..22 м.

361

Врезка плотин в скалу при их возведении должна быть мини­мальной и обоснована расчетами плотин на прочность и устойчи­вость как для водосливных плотин.