книги из ГПНТБ / Швайнштейн А.М. Водосбросы зарубежных гидроузлов с высокими бетонными плотинами

строительных туннелей. Максимальная пропускная способность обоих туннель­ ных водосбросов гидроузла Фонтана 2830 м3/сек. При пропуске паводко­ вых расходов воды режим потока в этих туннельных водосбросах безнапорный на всей их длине.

На выходе из туннельных водосбросов поток с помощью носка-трампли­ на отбрасывается от сооружения. Форма криволинейного в плане носка-трам­ плина была подобрана в результате лабораторных исследований. При выполне­ нии бетонных работ па эксплуатационных водосбросах особое внимание было уделено тщательности выполнения поверхности этого носка-трамплина.

На рис. 31 показана общая картина потока в нижнем бьефе при пропуске через эксплуатационные водосбросы 570 м3/сеіс воды. При' максимальном рас­ четном расходе дальность отброса струй носками-трамплинами должна со­ ставлять около 220 м.

Безнапорные туннельные водосбросы предназначены для сброса паводко­ вых расходов в составе гидроузлов Сарран на р. Трюйер во Франции [91] и Фодда иа реке того же названия в Алжире [98].

9. ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВОДОСБРОСОВ ГИДРОУЗЛОВ

С ГРАВИТАЦИОННЫМИ ПЛОТИНАМИ

Па основе рассмотренных в этой главе водосбросных сооружении высоко­ напорных гидроузлов с гравитационными плотинами можно выявить ряд ха­ рактерных особенностей проектирования этих сооружении.

1. В составе рассмативаемых гидроузлов основными водосбросами являют­ ся, как правило, водосбросы с поверхностными водозаборами. Водосбросы с глубинным водозабором либо имеют вспомогательное значение, либо выпол­ нены в виде водовыпусков, предназначенных для ирригации и других видов попусков в нижний бьеф. В тех редких случаях, когда глубинные водосбросы, рассчитанные на значительные расходы, входят в состав гидроузла (гидроузлы Жениссиа, Сапьмынься и Мантаро), они пропускают лишь часть максимально­ го сбросного расхода.

2.Открытые поверхностные водосбросы в большинстве случаев совмеща­ ются с гравитационными плотинами, и лишь при наличии благоприятных то­ пографических условий (возможность сброса воды в соседний водоток либо па участок русла за поворотом реки) их выполняют за пределами плотины (гид­ роузлы Огати и Кемер).

3.Туннельные водосбросы практически не используются в последнюю чет: верть века в составе новых высоконапорных гидроузлов с гравитационными

плотинами.

4. Наиболее распространенными схемами сопряжения бьефов являются схемы сопряжения посредством донного гидравлического прыжка и с помощью струй, отброшенных от сооружения носками-трамплинами. В практике гидро­ строительства США использовались схема сопряжения бьефов посредством поверхностного прыжка (гидроузлы Гранд Кули и Хеллс Каньон) и комбини­ рованная схема сопряжения бьефов, когда на расположенном в нижнем бьефе водосброса бетонном креплении при часто повторяющихся расходах обеспечи­ вается донный гидравлический прыжок, а при максимальных расчетных расхо­ дах поток отбрасывается с этого крепления, как с носка-трамплина (гидроузел Дворшак и др.).

5. Совмещение основных водосбросов и гидроэлектростанции с плотиной для различных схем сопряжения бьефов достигалось при следующих минималь­ ных соотношениях длины плотины по гребню к ее высоте:

а) около 2,5 в случае сопряжения бьефов посредством донного гидрав­ лического прыжка (гидроузлы Бхакра, Уаррагамба, Лос Пеарес);

б) 4,2—5,0 при комбинированной схеме сопряжения бьефов (гидроузлы Дворшак и Хайвассн);

40

Глава II. В0ДОСБРОС.НЫЕ СООРУЖЕНИЯ ГИДРОУЗЛОВ

СОБЛЕГЧЕННЫМИ ГРАВИТАЦИОННЫМИ

ИКОНТРФОРСНЫМИ ПЛОТИНАМИ

Гидроузлы с плотинами рассматриваемых типов в основном возводятся в створах, где отношение длины плотины по гребню к ее высоте превышает 2,5—3,0, либо где применение арочных плотин по каким-либо причинам невоз­ можно, например, из-за неблагоприятного геологического строения берегов реки. Гравитационные облегченные плотины являются по своей конструкции проме­ жуточными между массивными гравитационными и контрфорсными. В них соединяются преимущества контрфорсных плотин с массивными оголовками (экономия бетона, уменьшение фильтрационного давления па основание, хоро­ шие условия для естественного охлаждения бетона и возможность надзора за состоянием плотины при ее эксплуатации) с преимуществами гравитационных плотин (стойкость сооружения к воздействиям расходов воды и льда при про­ пуске их через недостроенное сооружение). К плотинам с расширенными шва­ ми относятся швейцарские плотины Альбннья, Обераар, Ритернхсбоден [99— 102], на которых, однако, не будем останавливаться подробно, так как сброс­ ные расходы водосбросов швейцарских плотин невелики.

Контрфорсные плотины даже по сравнению с облегченными гравитацион­ ными плотинами более экономичны, по строительство их предпочтительнее в условиях относительно мягкого климата. Тем не менее уже сейчас есть примеры высоких плотин этого типа, возведенных в довольно суровых климатических условиях (многоарочная плотина Маникуаган-5). При проектировании таких плотин избегают створов с тяжелыми ледовыми условиями, где необходимо пропускать во время строительства гидроузлов значительные массы льда.

Количество построенных облегченных гравитационных и контрфорсных пло­ тин высотою более 80 м сравнительно невелико; еще меньше гидроузлов с та­ кими плотинами, где сбросные расходы значительны.

10.ВОДОСБРОСЫ, СОВМЕЩЕННЫЕ С ПЛОТИНАМИ.

ПРИ СОПРЯЖЕНИИ БЬЕФОВ ПОСРЕДСТВОМ

ДОННОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРЫЖКА

Совмещение водосброса с плотиной и гашение избыточной кинетической энергии в пределах бетонного крепления, расположенного в нижнем бьефе, яв­ ляется наиболее распространенной схемой сопряжения бьефов для гидроузлов с высокими облегченными гравитационными и контрфорсными плотинами. Ха­ рактеристики таких гидроузлов приведены в табл. 7.

Наиболее высокой является плотина Хатанаги-1 [10, 103], построенная на р. Ои в Японии; ее максимальная высота равна 125 м при длине по гребню 269 .и. Здание гидроэлектростанции Хатанаги-1 примыкает к плотине со сто­ роны нижнего бьефа (рис. 32), а иад зданием ГЭС выполнен водосброс, через четыре пролета которого пропускается до 2400 м3/сек воды. В нижнем бьефе водосброса имеется водобойный колодец сложной конструкции.

Водобойный колодец сложной конструкции используется для гашения избыточной кинетической энергии также па гидроузле Икава [104], построен-

42

Таблица 7

Гидроузлы с открытыми водосбросами, совмещенными с облегченными гравитационными или контрфорсными

плотинами, при гашении энергии в донном гидравлическом. прыжке

ном па р. Он. В состав этого гидроузла (рис. 33) входят контрфорсная плотина, высотой 103,6 м, длиной по гребню 243 м и здание гидроэлектростанции приплотинного типа (два гидроагрегата по 33 Д4аг). Водосброс гидроузла поверх­ ностного типа находится в центральной части плотины; справа и слева от него расположены два глубинных водоспуска диаметрами 1,6 и 2,3 м. Из водо­ сброса и водоспусков вода поступает в водобойный колодец, начальный уча­ сток которого заглублен, а крепление имеет обратный уклон. В конце колод­

ца за поворотом русла реки установлена водобойная стенка высотой 10 дг.

Открытый водосброс оборудован на гребне тремя сегментными затворами раз­ мером 11,0X12,6 дг, пропускная способность водосброса составляет 2400 лі3/се/с.

Из приведенных в табл. 7 гидроузлов следует отметить гидроузел БайнаБашта [24, 105]. построенный на р. Дрина в Югославии (рис. 34), водосбросы которого рассчитаны на пропуск значительного расхода. Бетонная плотикд

этого гидроузла высотой 90 лі и длиной по гребню 500 дг выполнена с двойны­ ми контрфорсами (типа Марчелло). При выборе типа плотины отказались от вариантов с насыпной и каменноиабросиой плотинами в этом створе из-за необходимости пропуска значительных расходов через туннели большого попе­ речного сечения и строительства высоких перемычек, а вариант с гравитацион­ ной плотиной был отклонен ввиду того, что сланцы основания плотины обла­ дают способностью деформироваться Тіри значительной нагрузке.

В состав гидроузла Байиа-Башта входит приплотинная гидроэлектростан­ ция, расположенная в правобережной части русла (рис. 34). Открытый водо­ сброс (рис. 35), размещающийся в левобережной части русла, имеет на гребне

44

пять пролетов, перекрытых сегментными затворами размером 16,5X14,0 м, и рассчитан на пропуск катастрофического паводка 12 000 м3/сек. Гашение из­ быточной кинетической энергии потока на этом гидроузле осуществляется в водобойном колодце, в конце которого установлена стенка высотой 8,5 м. Удельные расходы в водобойном колодце гидроузла Байна-Башта составдя-

Рпс. 34. План гидроузла Байна-Башта

3000 м3/сек\ при этом допускалось временное затопление бетонных перемычек, возводимых на деревянных опускных колодцах.

НПУ ?90,0

Рис. 35. Разрез по водосбросу плотины Байна-Башта.

На большие удельные расходы рассчитано крепление нижнего бьефа за водосбросом гидроузла Миранда, построенного на р. Дуэро [15, 105, 106] в Португалии. В состав гидроузла (рис. 36) входят: контрфорсная водосливная плотина, глубинный водоприемник, подземная гидроэлектростанция мощностью в трех агрегатах 156 Мет, отводящий туннель и вспомогательный туннельный водосброс.

45

Створ плотины, высота которой равна 8Ü длина по гребню 253 м, рас­ полагается выше по течению поворота реки под углом около 135°, а сооруже­ ния гидроузла размещаются па узком полуострове, образованном излучиной реки. Плотина Миранда несколько изогнута в плане, а поперечный профиль ее водосливного участка очерчен по Кригеру; водосливная грань плотины плав­ но сопрягается с горизонтальной плитой крепления нижнего бьефа. На пребне водослива установлены четыре сегментных затвора размером 24,0X8,73 м. При пропуске через водосброс расчетного расхода, равного 11 000 м3/сек, напор на гребне плотины достигает 13 м, а удельные расходы в конце бетонного крепле­ ния 170—180 мг/сек.

Рис. 36. План гидроузла Миранда

/ —верховая перемычка; 2 —строительный туннель п дополнительный водосброс; 3—крепление нижнего бьефа; 4—глубинный водоприемник; J —подземная гидро­ электростанция; б—подстанция; 7—отводящие туннели гидроэлектростанции; S —служебное помещение; 9 —низовая перемычка.

В состав гидроузла Миранда кроме основного водосброса входят также безнапорный туннельный водосброс и два водоспуска. Туннельный водосброс, расположенный на правом берегу реки, имеет пропускную способность 500 лР/сек. В качестве отводящего участка этого туннельного водосброса (его начальный участок круто наклонен к горизонту) используется часть строи­ тельного туннеля. На гребне входного оголовка дополнительного туннельного водосброса установлены сегментные затворы. Водоспуски плотины Миранда размещаются в центральных контрфорсах. При диаметре 2,5 м их пропускная способность составляет 200 м3/сек. Расходы р. Дуэро в строительный период пропускались через туннель корытообразного поперечного сечения с площадью, эквивалентной круглому туннелю диаметром 10,8 м; туннель рассчитан на расход 1300 м3/сек. Гидроузел Миранда возведен на хорошем основании, ко­ торое представлено кристаллическими сланцами н гранитом. Обе эти породы отличаются в створе высокой прочностью и почти полным отсутствием трещин.

Гашение энергии в пределах крепления осуществляется и на гидроузле То-

46

узле с обратным уклоном, а в конце колодца установлена водобойная стенка высотой 3 м.

Водобойные колодцы контрфорсных плотин практически ничем не отлича­ ются от колодцев водосбросов гравитационных плотин. В некоторых случаях их конструкции несколько сложнее (гидроузлы Хатанаги-1 и Икава), но это объясняется не типом плотины, а сложными топографическими условиями этих створов. Для всех рассмотренных гидроузлов, за исключением гидроузла Миранда, и гидроэлектростанция, и водосброс при таком типе гашения избы­ точной кинетической энергии совмещаются с плотиной. Таким образом, отме­ ченная в § 4 тенденция такого компоновочного решения наблюдается и в слу­ чае гидроузлов с контрфорсными плотинами.

Интересно отметить, что максимальные значения удельных расходов и величии qTa, характеризующих мощность потока, которая гасится на единицу ширины колодца, в водобойных устройствах этих двух типов плотин практиче­ ски одинаковы. Значения QT0 несколько меньше для колодцев водосбросов контрфорсных плотин, чем для колодцев гравитационных плотни. Это объяс­ няется тем, что построенные до сих пор контрфорсные плотины, где гашение энергии сбросного потока осуществляется в колодце, имеют меньшую высоту ■чем, например, плотина Бхакра.

11. В О Д О С Б Р О С Ы М Н О Г О А Р О Ч Н Ы Х п л о т и н С С О П Р Я Ж Е Н И Е М Б Ь Е Ф О В О Т Б Р О С О М С Т Р У Й

Рассматриваемая схема сопряжения бьефов для пропуска через водо­ сбросы контрфорсных плотин значительных расходов по существу не приме­ няется. Возможно, это обстоятельство связано с тем, что контрфорсные плоти­ ны довольно часто возводят на относительно плохих основаниях, а в этом ■случае при сопряжении бьефов отбросом струй воды размывы русла реки в нижнем бьефе сооружения могут быть столь значительными, что создадут опасность подмыва сооружения.

Наиболее значительные сбросные расходы при схеме сопряжения бьефов отбросом струй имеют водосбросы двух многоарочных плотин Гранваль и Эрраген (табл. 8). Гидроузел Гранваль (Франция) является верхней ступенью каскада гидроэлектростанций на р. Трюйер [108—109]. Многоарочная плотина Гранваль имеет высоту 88 м при длине по гребню 330 м. Ее бетонные арки

Таблица 8

Гидроузлы с водосбросами, совмещенными с многоарочными плотинами, и с сопряжением бьефов отбросом струй

от сооружения

47

7

Рис. 37. План гидроузла Граншіль

Рис. 38. Разрез по водосбросу плотины Гранваль

7—решетка водозабора гидроэлектростанции п донного водоспуска; 2 -сег­ ментный затвор. Размеры в метрах.

48

(рис. 37), опирающиеся на контрфорсы, работают так же, как и у арочных пло­ тин, а величины их пролетов в осях контрфорсов составляют около 50 м. Зда­ ние гидроэлектростанции Грапваль мощностью в двух агрегатах 68 Мет, рас­ полагается между центральными контрфорсами.

Водосбросные сооружения гидроузла (рис. 37, 38), рассчитанные на про­ пуск 1900 м3/сек воды, располагаются в двух центральных контрфорсах и обо­ рудованы на гребне сегментными затворами размером 10X13 м. С помощью носков-трамплинов струи воды отбрасываются в нижний бьеф сооружения. В плотине имеется также водоспуск.

Рис. 39. План гидроузла Эрраген

1, 2 —водоприемник и подводпщніі туннель гидроэлектростанции Мансоурня; о—дре­ нажная галереи; ‘/ —перемычка; о —дополнительная плотина; 6 —водоприемник; 7 - водослив; «У-прпплотішпан гидроэлектростанции; 9- многоарочная плотина.

Отметки в метрах.

Ввиду того, что основанием сооружения являются сильноскладчатые слю­ дистые сланцы, а выветрелость поверхностной зоны их местами значительная, при вводе сооружения в эксплуатацию было проведено апробирование работы поверхностных водосбросов и водоспуска. В результате этого испытания были полностью смыты аллювиальные отложения н в трех местах русла размыты коренные породы, что, впрочем, не представляло угрозы для сооружения. Тем не менее было принято решение выполнить в нижнем бьефе короткое крепле­ ние, защищающее русло реки от воздействия струй из водоспуска.