10. Установление характера сопряжения падающей с водослива струи с нижним бьефом

В зависимости от напора и расхода воды, пропускаемого в паводок в нижний бьеф, а также грунтов основания могут устанавливаться следующие режимы сопряжения бьефов: донный, поверхностный и с отбросом струи.

Для обеспечения донного режима сопряжения в условиях затопленного прыжка необходимо соблюсти условие, при котором глубина нижнего бьефа при пропуске паводка была бы больше сопряженной глубины

; .

Сопряженную глубину определяют из условия гидравлического прыжка

, м

где ‒ коэффициент, учитывающий неравномерность распределения скоростей течения по сечению потока;

– удельный расход в сжатом сечении потока, принимаемый равным удельному расходу на гребне водослива ;

– глубина воды в сжатом сечении потока

, м (32)

где – скорость потока в сжатом сечении, определяемая по выражению

, м/с

Здесь – скоростной коэффициент.

Типы и размеры устройств нижнего бьефа определяются в зависимости от скорости течения и материала, из которого они изготовлены. Если скорости потока превышают допустимые значения, то в этом случае на водобое и рисберме предусматривается устройство гасителей.

Допустимый удельный расход воды на рисберме определяется по зависимости

,=4*2,5= 10 м²/с м²/с (35)

где =20-15=5, м – бытовая глубина нижнего бьефа при НПУ;

– допустимая скорость течения на рисберме, принимаемая в зависимости от рода материалов: для бетонных плит – (1,5–2,5) м/с; железобетона – (2,5–3,0) м/с; камня – (3,0–3,5) м/с.

Если допустимая величина расхода (35) окажется больше расчетного , то гасители не требуются, а при на водобое и рисберме требуется устройство гасителей.

Расчетный удельный расход воды на рисберме определяют по зависимости

= , м²/с

10<13,8, поэтому на водобое и рисберме требуется устройство гасителей.

В качестве гасителей могут использоваться пирсы, шашки, рассекатели, зубъя-выступы, решетки, носки-расщепители, др. и их комбинации. Их размеры подбираются по результатам лабораторных исследований. Наиболее широкое применение получили пирсы, шашки и зубья-выступы, их располагают в плане рядами в шахматном порядке. Первый ряд гасителей обычно устраивают на расстоянии от сжатого сечения, шашки и зубья принимают прямоугольного или трапециевидного сечений высотой = 1*1,03= 1,03 м

и = 0,8*1,03= 0,82 м.

11. Конструкция бетонной водосливной плотины на нескальном основании

Тело плотины с водосливом располагается на фундаментной плите, длина которой =34 м,была определена при построении сливной части плотины (см. п. 13) и должна находиться в пределах рекомендуемых значений =2,2*12=26,4: не менее 1,5H для плотин на песчаных грунтах и 2,2H – для глинистых. В теле плотины предусматривается устройство по высоте смотровых галерей (патерн), предназначенных для организации наблюдений за состоянием бетона, приема фильтрующей через бетон воды и других целей. Галереи размером (2×3) м или (3×4) м располагают в пределах высоты, равной =28-20=8 (обычно одна или две), на расстоянии 1/5H=1/5*12=2,4 от напорной грани плотины (не менее 2,0 м). Профильтровавшуюся воду из галерей отводят по дренажным трубам в нижний бьеф.

Затворы плотин в зависимости от их конструкции располагают на гребне плотины или в пазах быков. Размеры и очертания плоского затвора принимаются в зависимости от ширины пролета водопропускного отверстия =14 и напора на гребне водослива =4.

Толщину затвора (ригеля) принимают в пределах

=0,1*14=1,4, м

а расположение ригелей из условия равнонагруженности. Для двухригельных затворов равенство нагрузки обеспечивается при их расположении по высоте на расстоянии “a” от равнодействующей гидростатического давления . Это расстояние рекомендуется принимать равным

, м.

Размеры пазов в быках зависят от конструкции опор затвора и их предварительно можно принять: ширину паза =0,6*1,4=0,84, м; глубину – .=0,5*0,84=0,42 Расстояние между пазами рабочего и ремонтного затворов должно быть не менее 2,0 м.

Быки плотины являются монолитными бетонными (железо-бетонными) конструкциями, их высота и толщина определены, а флютбеты имеют те же размеры, что и тело плотины.

Основными элементами устройств, регулирующих фильтрацию воды в основании плотин (подземный противофильтрационный контур), являются понуры, шпунты и не дренированные участки фундаментной плиты (флютбет).

Основное назначение понура и шпунтов – увеличение путей фильтрации потока с целью снижения противофильтрационного давления в основании плотины.

По конструкции понуры могут быть гибкими (из глинистых грунтов, полимерных материалов, асфальтовыми и др.) и жесткими (обычно железобетонными). Тип понура выбирают в зависимости от водопроницаемости грунтов основания: на глинистых грунтах устраивают водонепроницаемый понур.

Толщина железобетонного понура принимается равной (0,4–0,75) м, Принимаем 0,5 м., а длина – предварительно в пределах

=1,3*12=15,6 м.

Для увеличения устойчивости плотины на сдвиг понур может соединяться с флютбетом арматурой (анкерами) и работать совместно.

Анкерные железобетонные понуры защищаются гидроизоляцион-ными материалами (битумными или полимерными) и прикрываются сверху защитными слоями из глинистых и песчаных грунтов толщиной не менее (0,4–0,5) м каждый. Песчаный слой во избежание размыва закрывается железобетонными плитами толщиной (0,2–0,4) м. Продольная арматура понура одним концом заделывается к флютбету, а другим к анкерной стенке шириной (0,5–1,0) м и высотой (1–1,5) м. Водонепроницаемость в месте сопряжения понура с флютбетом обеспечивается уплотнением с использованием шпонок.

Бесшпунтовую схему подземного контура целесообразно использовать также при устройстве плотин на глинистых грунтах как для малых, так и для средних напоров. По устройству анкерные железобетонные понуры аналогичны ранее рассмотренным понурам для плотин средних напоров на песчаных грунтах, но при отсутствии шпунтов. Различие лишь в размерах: толщина должна быть не менее 1,0 м, а длину понура предварительно принимают в пределах

=2,5*12=30 м.

В конце со стороны верхнего бьефа очень часто устраивают зуб с целью увеличения устойчивости плотины на сдвиг. При проверке устойчивости плотин на глинистых грунтах кроме сил веса плотины фильтрационного давления учитывают и вес воды, расположенной над понуром.

Основными элементами устройств по гашению энергии сбрасываемого с водослива потока в нижний бьеф являются водобой с гасителями и рисберма.

Водобой устраивают в виде горизонтальной бетонной плиты, предназначенной для восприятия динамического воздействия сбрасываемого потока и интенсивного гашения избыточной энергии. Длина водобоя приближенно определяется длиной прыжка при донном режиме сопряжения бьефов

=(5-6)(h₂-h_c)=5,5*(7,5-1,03)= 35,6 м

и в зависимости от наличия или отсутствия гасителей может быть принята равной:

при наличии гасителей энергии

=0,8*35,6=28,5, м.

Толщина водобойной плиты приближенно определяется по формуле В. Д. Домбровского

, м (37)

Для успокоения потока и рассеивания его за пределами водобоя предназначается рисберма, которая по устройству может быть горизонтальной, наклонной или горизонтальной с наклонным участком. Она состоит из двух частей: первый участок, примыкающий к водобою, предназначен для приема фильтрующей воды из-под основания плотины (считается более массивным), а второй (гибкий) – для сопряжения с естественным дном русла реки.

В конструктивном отношении рисберма должна быть гибкой, достаточно проницаемой для отвода фильтрационных вод и воспринимать возможные деформации дна без нарушения ее прочности. Полная длина рисбермы принимается равной

, =6*12-28,5=43,5м.

Первый участок длиной =1*28,5=28,5 м выполняется из массивных плит толщиной (0,5–1,0) м, в которых устраиваются дренажные колодцы с размерами в плане от (0,25×0,25) м до (1,0×1,0) м заполненные камнем. Колодцы располагают в шахматном порядке через (5–10) м.

Второй участок рисбермы длиной =43,5-28,5=15 выполняется из бетонных плит толщиной (0,2–0,4) м, концевой участок которого может сопрягаться с естественным основанием дна реки устройством стенки или успокоительного ковша.

При размываемых грунтах основания в конце рисбермы предусматривают успокоительный участок в виде ковша. Тогда рисберму чаще всего выполняют горизонтальной с наклонным участком к ковшу или полностью наклонной, требующей значительных объемов дноуглубительных работ. Необходимость в использовании указанных схем рисберм определяется по условию

Если глубина воды в конце рисбермы окажется больше глубины воды на рисберме в паводок , то в этом случае требуется устройство ковша.3,7<9 устройство ковша не требуется

Глубину ковша по условиям размыва находят по зависимости

, м (38)

Здесь – коэффициент, зависящий от условий размыва, принимаемый при успокоенном потоке в пределах крепления равным (1,05–1,0);

– неразмывающая скорость течения для грунта при глубине потока 1,0 м.

Для глинистых грунтов с удельным сцеплением (5–25) кН/м² =(0,8–1,5) м/с.

После предварительного установления основных размеров продольного профиля водосливной плотины производится проверка достаточности длины пути фильтрации под плотиной из условия недопущения выноса грунта при соблюдении требования

,

где – приведенная длина пути подземного контура, определяемая по зависимости

, м

, м (39)

Здесь – коэффициент, учитывающий большие потери фильтрационного напора на вертикальных путях по сравнению с горизонтальными (рекомендуется принять – для глинистых);

и – длины путей фильтрации, соответственно вертикаль-ных и горизонтальных;

– допустимая длина пути фильтрации, определяемая по формуле

, м (40)

где – коэффициент, принимаемый для песка в пределах (10–12), для глины (7–9).

Превышение принятой длины подземного контура над расчетной допускается в пределах 10%. При больших значениях рекомендуется уменьшить длину шпунтов и в двухшпунтовой схеме подземного контура или длину понура в бесшпунтовой схеме. При несоблюдении условия поступают наоборот: увеличивают длину шпунтов или длину понура.

По окончательно принятым размерам вычерчивается схема водосливной плотины в разрезе по оси потока (см. рис. 17, 19 и 20) в масштабе 1:100 или 1:200.

14