Учебное пособие 1474

Продолжение табл. 6

На реках судоходных и лесосплавных с легкими и средними природными условиями и большими скоростями течения при средней и большой производительности водозабора.

Достоинства: хорошо обтекаемый, устойчивый, изготовляется в заводских условиях.

Недостатки: чрезвычайно сложный в изготовлении и монтаже, недоступный для осмотра, требует устройства рыбозаградителей.

Сборный железобетонный оголовок каплевидный

1 - сороудерживающая решетка на водоприемных отверстиях; 2 - верхний блок; 3 - самотечный или сифонный водовод; 4 - нижний блок; 5 - каменная наброска

крепления дна русла в месте установки оголовка

На реках с легкими или средними природными условиями при большой производительности водозабора.

Достоинства: обеспечивает очень малые входные скорости, хорошо промывается, устойчивый.

Недостатки: сложный в

Сифонный железобетонный оголовок: монтаже, недоступный для осмотра

и контроля за работой.

1 - сороудерживающая решетка на водоприемном отверстии; 2 - козырек; 3 - самотечные или сифонные водоводы.

31

Продолжение табл. 6

На реках с небольшой глубиной и большим количеством донных и взвешенных насосов.

Достоинства: надежный в работе в сложных условиях

Недостатки: сложный в монтаже и эксплуатации

Донный комбинированный водоприемник:

1 - обратный фильтр из каменной наброски; 2 - самотечные или сифонные водоводы;

3 - двойная сороудерживающая решетка;

4 - водоприемная галерея

В определенных условиях (при заборе воды из рек с малой глубиной) наиболее подходящими являются донные оголовки с расположением входных окон в горизонтальной плоскости. Оголовки могут представлять собой дырчатые трубы в щебеночной обсыпке. Разработано множество конструкций различных оголовков.

Продолжение табл. 6

На реках со средними и тяжелыми природными условиями с большим количеством донных наносов и средней и большой производительностью водозаборов.

Достоинства: надежный в работе при тяжелых шуголедовых условиях, не требует устройства рыбозащиты, может изготовляться в заводских условиях.

Недостатки: сложный в

Сборный фильтрующий водоприемник: монтаже, требует достаточно

1 - фильтрующие пласты на больших напоров для промывки.

водоприемном отверстии; 2 - водоприемный раструб; 3 - направляющие на входе в самотечный

или сифонный водовод; 4 - обсыпка оголовка щебнем или камнем; 5 - самотечные или сифонные водоводы

32

Таблица 7

Ориентировочные скорости движения воды в самотечных и сифонных водоводах при нормальном режиме работы водозаборных сооружений

для сифонных V = 0,6 – 0,75 м/с;

для всасывающих V = 1,2 – 2,0 м/с; для напорных V = 1,5 -3,0м/с.

Размеры трубопроводов рассчитываются по формуле:

где: Qр – расчетный расход одной секции, м3/с;

V – допускаемая расчетная скорость в трубопроводе, м/с.

На практике, как правило, диаметр трубопровода подбирается по [7] в зависимости от расчетного расхода Qр и скорости V.

Самотечные водоводы

Количество водоводов должно быть не менее двух. Если самотечные линии прокладываются в осушенном (с водоотливом) котловане водозабора, их выполняют из железобетонных, чугунных, асбестоцементных труб или в виде железобетонных галерей. В случае укладки самотечных водоводов путем опускания под воду применяют стальные трубы с весьма усиленной изоляцией.

Диаметр самотечных труб определяется по расходу при нормальном режиме работы водозабора и скорости движения воды в них, которая принимается по

(табл. 7).

Достаточность принятой величины скорости проверяется по двум условиям: незаиляемости самотечных труб и подвижности захватываемых в трубу влекомых наносов при выбранном режиме движения и заданном качестве воды

[4, ( 1.2, 1.3)].

Принятая расчетная скорость в самотечном трубопроводе Vн (м/с), должна быть не меньше критической скорости Vкр, при которой происходит заиливание трубопровода.

Расчетный расход воды для промывки самотечных водоводов определяется по требуемой величине скорости Vпр для размыва отложений в трубах на основании эмпирических формул А.С.Образовского:

или В.П. Сироткина:

где: В - коэффициент, значение которого принимается в зависимости от скорости, обеспечивающей:

-сплошное движение частиц средней крупностью d по дну (В=7,5);

-частичное взвешивание частиц наносов в толщине потока воды дну (В=18);

Д- диаметр водовода, м;

d - средний диаметр отложений наносов в трубе, м;

Vн – незаиляющая скорость в трубе, по которой был определен диаметр трубопровода, и осуществлена проверка на незаиляемость.

По направлению течения воды в промывной трубе различают прямую и обратную промывку. Наибольшее практическое применение получила последняя, при которой на водозаборном сооружении предусматривается присоединение самотечных и сифонных водоводов к напорным водоводам насосной станции I подъема и возможность включения в работу резервных насосов на период промывки. Достоинством обратной промывки является то, что одновременно с трубами промываются и решетки на оголовке.

Диаметр трубы для подвода промывной воды от насосной станции к самотечным линиям назначается по наибольшему потребному расходу (для очистки труб или решеток) и скорости 2-3 м/с.

Гидравлический расчет промывки труб от насосов производят для того, чтобы определить:

∙напор Н, необходимый для промывки; если же напор известен, то проверяют его достаточность;

∙необходимую продолжительность промывки Т;

∙объем воды Wпр, необходимый для промывки.

Необходимый для промывки напор определяется по скорости;

Необходимую продолжительность промывки можно определить по формуле:

где: ρ – транспортирующая способность потока в трубе при промывной скорости, кг/м3;

ρ0 – количество наносов в воде, подаваемой для промывки, кг/м3. Транспортирующую способность можно определить по формуле

3,65 ×ω 15 × Q 5

Сифонные водоводы

Количество их принимается не менее двух. Сифонные водоводы применяют

вводозаборах II и III категорий надежности подачи воды при тяжелых геологических условиях (сложение берега из скальных или сильноводоносных пород) или при очень большой глубине берегового колодца. Проектирование сифонных водоводов в водозаборах I категории надежности возможно при соответствующих обоснованиях. Использование сифонных труб вместо самотечных позволяет уменьшить глубину их заложения, но заглубление берегового колодца в обоих случаях практически одинаково.

Сифонные водоводы обычно выполняются из стальных труб.

Расчет сифона сводится к определению диаметра водоводов, высоты сифона, потерь напора в восходящей и нисходящей ветвях и производительности вакуум-насоса.

Диаметр водоводов назначается по скорости движения воды в них (табл.7) и расходу при нормальном режиме работы водозабора.

Наибольшая величина вакуума должна создаваться в верхней точке сифона,

вкоторой устанавливается воздухосборник, соединенный с вакуум-насосом.

36

Допускаемый вакуум Рвак ρg в высшей точке сифона для воды с температурой

до 25ºС принимается 60-70 кПа (6-7 м вод. ст.) [4].

При этом условии допускаемая высота сифона, равная разности отметок его верхней точки и летнего низшего уровня воды (ЛНУВ) в источнике, определяется при аварийном (чрезвычайном) режиме работы водозаборов по формуле

где: hв - потери напора в восходящей ветви сифона, м;

λlcV 2 - потери напора по длине сифона руслового водоприемника до d

воздухосборника, м; ∑ζ - сумма коэффициентов местных сопротивлений в сифоне;

V - скорость движения води при аварийном режиме в сифонном водоводе,

м/с.

Общие потери напора в сифонном водоводе и водоприемнике равны

где: hн + hв - потери напора по длине и местные сопротивления в нисходящей и восходящей ветвях сифона, м;

hр - потери напора в решетке, м.

Определение h производится для условий нормального и аварийного режима работы водозабора.

Расстояние между самотечными или сифонными линиями водоводов – от 0,7 до 1,5 м, водоводы заглубляются под дно реки не менее, чем на 0,5 м на несудоходных реках и на 0,8-1,5 м – на судоходных, для защиты от подмыва речным потоком, истирания песком и повреждения якорями судов и плотов. Траншеи с уложенными водоводами засыпаются грунтом, который сверху укрепляется каменной наброской.

Самотечные водоводы могут быть уложены как горизонтально, так и с прямым или обратным уклоном, в зависимости от глубины реки и от проектируемого способа промывки (прямой или обратной). Водоводы не должны иметь резких поворотов в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Сифонные водоводы укладывают с подъемом i, равным i=0,001-0,005, к высшей точке для сбора и удаления воздуха. Воздухосборник соединяют с трубкой с суженным сечением трубы Вентури, смонтированной но нисходящей ветви, которая действует как насос и служит для постоянного автоматического отсоса воздуха из работающего сифона.

37

Вместе примыкания к береговому колодцу самотечные линии требуется укладывать на большую глубину, поэтому применяется бестраншейная укладка этих труб методом прокола, продавливания или горизонтального бурения.

При проектировании и устройстве самотечных и сифонных линий необходимо руководствоваться требованиями [1, п.п. 5.99-5.104].

Вбереговой колодец водоводы вводят с помощью сальникового устройства. При проектировании водозаборных сооружений необходимо предусматри-

вать промывку самотечных и сифонных водоводов, а также установленных в береговом колодце сеток согласно [1, п. 5.109].

Всасывающие трубы

Количество всасывающих линий на насосной станции независимо от числа и групп установленных насосов должно быть не менее двух [1, п. 7.5]. При включении одной линии, остальные должны быть рассчитаны на пропуск полного расчетного расхода для насосных станций I и II категории и 70% расчетного расхода для III категории.

Диаметр всасывающих линий определяется [7] по расчетному расходу при нормальном режиме работы водозабора и скорости движения воды в них, принимаемой по [1, табл. 33].

Всасывающие трубы не должны иметь резких поворотов и расширений. Поворот трубы в плане и в вертикальной плоскости осуществляется по кривой с радиусом не менее 3,5d, где d – диаметр всасывающей трубы. Трубы укладывают с подъемом i=0,005 к насосам во избежание образования в них воздушных мешков.

На входном конце всасывающей трубы устраивается воронка в виде раструба диаметром Dвх=(1,3-1,5)d, высотой (Dвх-d)·2+150 мм для уменьшения потери напора и подсоса донных осадков (рис.). Слой воды над входным отверстием всасывающей трубы принимается 2Dвх, но не менее 1 м для предотвращения возможности образования воронок и подсоса воздуха. Расстояние от входного отверстия до дна колодца принимается 0,8 Dвх, но не менее 0,5 м. Зазор от края воронки до стены берется в пределах (0,75-1) Dвх, но не менее 0,7 м для возможности осуществления ремонтных работ.

Размеры и число секций всасывающего отделения зависят от диаметра всасывающих труб и их количества. Число секций должно быть не менее двух для насосных станций I и II категорий. В одной секции можно располагать две или несколько всасывающих труб небольших диаметров, расстояния между которыми указаны на рис.

При установке крупных насосных агрегатов число секций и труб принимается равным числу установленных насосов.

Приемное отделение рекомендуется проектировать несколько больших размеров в плане, чем всасывающее.

Дно секций выполняется с уклоном 0,01-0,1 к приямкам для сбора осадка, из которых он удаляется с помощью эжектора или насоса. Углы секций в плане

38

скругляются для удобства их очистки. Секции оборудуются лестницами для очистки.

Толщина стен и дна колодца определяется в реальных условиях расчетом железобетонных конструкций, во многих случаях она составляет от 0,4 до 1,0м, толщина перегородок 0,2-0,3 м, бетонного основания 0,8-2,0 м.

Вводоприемниках с вертикальными насосами размеры секций назначаются

взависимости от компоновки насосных агрегатов в плане, но не менее рекомендуемых.

Верх перекрытия шахты водоприемника должен быть на 1 м выше отметки ВУВ с учетом высоты волны (0,67Нв). Для удобства эксплуатации над скважиной устраивается павильон из кирпича или сборных железобетонных элементов.

Вбереговых водоприемниках предусматривается следующее оборудование: задвижки, затворы и колонки управления ими, устройства для очистки и подъема решеток и сеток, лестницы, насосные установки и электроустройства.

Затопленные водоприемники

Размеры водоприемных окон или фильтра принимаются конструктивно в соответствии с вычисленной площадью. Основание водоприемника заглубляют на 1,0-1,5 м ниже реки для защиты от подмыва. Пространство между стенками водоприемника и откосами выемки под него заполняют камнем. При размываемых грунтах предусматривают укрепление дна вокруг водоприемника. Низ окон или фильтра должен быть выше дна не менее 0,2 - 0,3 м. Водоприемнику придают обтекаемую форму [4]. Концы труб, выведенных из водоприемника, соединяют под водой с самотечными или сифонными водоводами при помощи муфт [4, с. 120].

Береговые колодцы выполняются, как правило, из железобетона, круглыми в плане, диаметром от 4 до 8 м. Правила конструирования секций (за исклюючением водоприемных отверстий) такие же, как и для береговых водоприемников.

В приемном отделении вместо входных окон закреплены концы самотечных или сифонных труб, на которых устанавливают задвижки или затворы. Расстояние от низа трубы до дна колодца принимается от 0,5 до 1,5м в зависимости от содержания взвеси в воде реки. Верх трубы должен быть затоплен на 0,5-1,0 м, глубина колодца определяется конструктивно в зависимости от отметки Z минав и минимальных необходимых размеров при размещении по высоте самотечных и всасывающих труб.

3. БЕРЕГОУКРЕПЛЕНИЕ

Берегоукрепление – это комплекс гидротехнические сооружения и мероприятий, направленных на защиту берегов от размыва и обрушения. В той или иной степени негативное влияние на состояние берегов могут оказывать самые различные факторы, в числе которых - течения, волнения на водной поверхности, воздействие ледяной массы, ливневые потоки или грунтовые воды.

39

Для предотвращения нежелательных явлений необходим комплекс мероприятий, направленных на укрепление берегов водохранилища. На сегодняшний день имеется большое количество методов укрепления берегов. В зависимости от целей и местных гидротехнических условий используются различные конструкции и материалы. В общем они делятся на жесткие и гибкие системы.

Жесткие системы

Традиционные системы берегоукрепления позволяют искусственно укрепить поверхность, но дают ограниченную стабилизацию грунта или поддержание грунта при помощи конструкций.

Основные типы жестких конструкций берегоукреплений включают подпорные стены, бетонное покрытие береговой линии, цементогрунт и стальные листы.

Подпорные стены

В зависимости от конструкции и назначения гидротехнические подпорные стены подразделяются на следующие виды:

1.Гравитационные - возводимые на нескальном и скальном основаниях (рис. 11), выполняемые обычно из монолитного или сборного бетона и железобетона. Подпорные стены этого вида, как правило, входят в состав сооружений напорного фронта гидроузлов, причальных сооружений и набережных;

2а.)

УВ

б)

в)

Рис. 11. Основные виды гравитационных подпорных стен

а- массивные; б - уголковые; в - ячеистые;

1- монолитные; 2 - из сборных элементов; 3 - консольные; 4 - контрфорсные; 5 - с анкерными тягами; 6 - возводимые в котловане или наплавные;

7 - из оболочек большого диаметра

40