3. Крепление нижнего бьефа.

Для закрепления грунта основания устраивают рисберму, которая состоит из трех частей: жесткой, гибкой и концевого устройства [8]. Задача рисбермы:

• уменьшить энергию потока за сет уменьшения скоростей;

• выровнять эпюру скоростей по глубине.

Рисберму устраивают в пределах послепрыжкового участка. По ее длине размывающая способность потока постепенно снижается за счет расширения рисбермы. При этом увеличивается фронт потока. Ширина фронта потока в конце рисбермы определяется по формуле:

VI.1

где —угол расширения рисбермы, ;

L_рис — длина всей рисбермы.

Длина рисбермы определяется по формуле:

VI.2

где L_кр—длина всех креплений (водобойная плита и рисберма), определяется по формуле:

VI.3

где C—коэффициент, зависящий от грунта:

• для песчаных грунтов С=7…10;

• для глинистых грунтов С=4…6.

В процессе эксплуатации плотины рисберма претерпевает деформации из-за выноса грунта основания из-под рисбермы. Поэтому конец рисбермы часто проектируют гибким, чтобы он мог деформироваться вслед за деформацией поверхности дна НБ, не снижая защитной роли.

Рис. VI.1. Крепление НБ - гладкий водобой со стенкой и рисберма с ковшом:

1 – водобой; 2 – водобойная стенка; 3 – рисберма; 4 – концевое устройство рисбермы

Длина жесткой части рисбермы определяется по формуле:

VI.4

Жесткую часть рисбермы выполняют из крупных монолитных железобетонных плит 5х5 м или 10х10 м, гибкую—из небольших монолитных или сборных железобетонных плит 2х2 м или 5х5 м на щебенистой подготовке.

Толщина жесткой части рисбермы определяется по формуле:

VI.5

где V_p—скорость на рисберме, определяется .

Толщину гибкой части рисбермы можно принимать конструктивно 0,5…0,8 м.

Скорость потока в конце рисбермы определяется по формуле:

VI.6

Концевой участок рисбермы выполняется в виде ковша (искусственной ямы размыва), в виде шпунта и в виде зуба, так как при сходе потока с рисбермы будут проходить размывы ( ), а сооружения будут этому противостоять.

Рис. VI.2. Схемы концевых устройств рисбермы:

1 - рисберма; 2 - ковш;

Ковш представляет собой яму размыва, глубина которой определяется по формуле:

VI.7

где h_я.р.—глубина воды в яме размыва, определяется по формуле:

VI.8

Яма размыва является контролируемым размывом грунта основания.

Выбор конструкции конечного участка определяется из следующих условий:

• если то рекомендуется устраивать ковш с глубиной ;

• если то рекомендуется забивка шпунта на глубину ;

• если то рисберма заканчивается глубоким зубом глубиной .

3. Устойчивость бетонной водосливной плотины.

Потеря устойчивости бетонной плотины на нескальном основании происходит по схеме плоского сдвига. Расчет устойчивости производят согласно СНиП 2.02.02-85 для оснований из песчаных, крупнообломочных, твердых и полутвердых глинистых грунтов при условии:

VII.1

где —коэффициент сочетания нагрузки, (основное сочетание);

—коэффициент условий работы, =0,75…1,15;

—коэффициент запаса, =1,2 для сооружений 2-го класса,

—сдвигающая сила;

—удерживающая сила.

Сдвигающие силы определяются по формуле:

VII.2

где — гидростатическое давление воды в ВБ;

— гидростатическое давление воды в НБ;

— активное давление грунта в ВБ.

Р ис. VII.1. Действующие нагрузки на плотины на нескальном основании: а) с гибким понуром; б) с анкерным понуром.

Удерживающие силы определяются по формуле:

VII.3

где Р—сумма всех вертикальных сил;

— пассивное давление грунта со стороны НБ;

F_п—площадь подошвы плотины, определяется по формуле:

, VII.4

где В_пл—проекция подошвы плотины на ось Х.

Напряжения в теле бетонной водосливной плотины определяются по формуле:

VII.5

где — сумма моментов всех сил.

Моменты сил берутся вокруг точки А, находящейся на нижней части фундаментной плиты на расстоянии В/2.

Допустимость напряжений определяется соотношением =K—коэффициент неравномерности нагрузки., который зависит от грунта основания, для песчаного грунта , для глинистого грунта .

При появлении растягивающих напряжений в теле бетонной плотины появляются микротрещины, что обуславливает фильтрацию через тело плотины. Поэтому растягивающие напряжения недопустимы.