5. Гидравлический расчет водобойной стенки

Р ассчитаем высоту водобойной стенки , когда она образует подтопленный водослив, т. к. иначе за ней может возникнуть отогнанный гидравлический прыжок (рис. 3).

Рисунок 3. Влияние водобойной стенки на прыжок

Определим удельный расход для плотины:

Определим скорость подхода к водобойной стенке:

;

Полагая, что q_ст = q_пл найдем полный напор на водобойной стенке :

,

где m^’ = 0.42 – коэффициент расхода для водобойной стенки.

Зная полный напор на водобойной стенки определяем геометрический напор на водобойной стенке:

Установим теоретическую высоту стенки с₀:

.

Практическая высота стенки с, отвечающая затопленному прыжку определяется по формуле:

.

Эта формула верна, если выполняется следующее условие:

,

где А – степень затопления прыжка, находящиеся в пределах А = (1,05 1,10).

.

Теперь необходимо рассчитать сопряжение бьефов за водобойной стенкой.

Определим отношения H/( ):

, следовательно, значение коэффициента скорости .

Находим полную высоту падания струи:

.

Относительная удельная энергия сечения в верхнем бьефе:

;

.

Определим , .

Определим сопряженные глубины:

Глубина в НБ h_НБ = 5,59 м, следовательно, за водобойной стенкой затопленный прыжок (h_c^’’< h_НБ), устройство дополнительных водогасителей не требуется.

Длина водобоя перед стенкой определяется как:

,

где l_пр – длина гидравлического прыжка, вычисляемая по формуле Павловского:

Тогда длина водобоя перед стенкой:

3. Назначение размеров основных элементов плотины

У бетонных водосливных плотин на нескальном основании следует различать следующие основные элементы: фундаментные плиты, быки и устои, водосливы, деформационные швы и их уплотнения, водобой и рисберму, противофильтрационные устройства (понур, шпунты, буробетонные стенки и сваи, зубья, противофильтрационные завесы), дренажи.

3.1.1. Понур и шпунтовые стенки

Принимаем гибкий понур, который должен отвечать требованиям деформативности – следовать за деформациями основания. Примем суглинистый понур с толщиной у плотины:

,

где - максимальный напор на плотину; - определяется при ; - допустимый градиент фильтрационного потока (для суглинка примем ).

В верхнем конце толщину понура примем равной 0,5 м.

Длина понура:

,

Поверх понура отсыпается обратный фильтр толщиной 0,3 м, на который кладутся бетонные плиты толщиной 0,5 м.

В устройстве шпунтовых стенок для данного сооружения нет необходимости, так как напор имеет небольшое значение.

3.1.3. Водобой

Толщина водобоя может быть определена по формуле В.Д. Домбровского:

- скорость потока в сжатом сечении.

Длина водобойной плиты была определена в пункте 2.2.5 ( )

Далее производится проверка водобоя на всплытие. Устойчивость на всплытие определяется условием:

- коэффициент условий работы (примем равным 0,9);

- коэффициент сочетания нагрузок (примем равным 1);

- коэффициент надежности;

- дефицит давления ( );

- расстояние от сжатого сечения до второго ряда дренажных колодцев на водобое.

Для данной водобойной плиты устроим 2 ряда дренажных колодцев. Первый ряд расположим на расстоянии 5,69 м от края водосливной плотины, второй – на расстоянии 11,38 м. Тогда

;

;

- пульсационная вертикальная динамическая нагрузка:

;

- скорость в сжатом сечении; ;

- фильтрационное противодавление:

Тогда:

Условие выполняется с большим запасом. Поэтому можно уменьшить толщину водобойной плиты до . Пересчитаем пульсационную вертикальную динамическую нагрузку, фильтрационное противодавление и коэффициент всплытия:

Условие выполняется. Во всех дальнейших расчетах принимаем .