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

Пропуск расходов р. Трюйер в строительный период осуществлялся через обводной туннель, расположенным на правом берегу реки. Пропускная спо­ собность этого туннеля 300 м3/сек, и во время строительства один раз павод­ ковые расходы превысили расчетную пропускную способность туннеля. Через верховую бетонную перемычку переливался слой воды толщиной 30 см, по па­ водок был кратковременным и не произвел серьезных разрушений.

Интересно отметить, что при сопоставлении проектных вариантов этого гидроузла от арочной плотины пришлось отказаться, так как створ характери­ зуется относительно большой шириной плотимы понизу и недостаточно прочной скалой в бортах долины. Многоарочпая же плотина имела существенные пре­ имущества по сравнению с плотинами из местных материалов с точки зрения пропуска строительных расходов и размещения здания гидроэлектростанции.

Рис. 40. Строительный водосброс-быстроток гидроузла Эррагеи.

Гидроузел Эррагеи [ПО], возведенный на р. Дьеи-Дьеп (рпс. 39), дол­ жен улучшить энергоснабжение Алжира и обеспечить подачу воды двум гидро­ электростанциям, одна из которых приплотинная, а вторая расположена на расстоянии 13,5 км от плотины. Многоарочная плотина гидроузла Эррагеи име­ ет высоту 86 м и длину по гребню 500 м. Ее контрфорсы толщиной 3 м опира­ ются на специальные бетонные массивы, расположенные у подошвы плотины; расстояние между контрфорсами 35 м.

Водосброс гидроузла расположен между контрфорсами у правого бере­ га реки. Его пропускная способность при нормальном уровне водохранилища составляет 1500 м3/сек. Водосброс оборудован двумя сегментными затворами и снабжен носком-трамплином, отбрасывающим воду в нижний бьеф гидро­ узла. Пропуск расходов во время строительства гидроузла Эррагеи осущест­ влялся с помощью быстротока, расположенного на левом берегу между вторым II третьим по порядку от этого берега контрфорсами. Этот быстроток (рис. 40)

имел длину 100 м, ширину 20 м и уклон дна 0,01. В начале быстротока был выполнен порог высотой 3,0 м, а в конце его — порог высотой 2,0 м. Гидроузел Эррагеи был возведен в глубокой эрозионной долине, дно и борта которой сло­ жены кристаллическими сланцами. Мощность аллювиальных отложений в рус­ ле р. Дьен-Дьеи составляла 20 м.

Характерной особенностью гидроузлов Гранваль и Эррагеи является то обстоятельство, что их водосбросные сооружения занимают очень малую часть фронта плотины; тем не менее удельные расходы водосбросов этих гидроузлов, особенно на гидроузле Эррагеи, ие очень велики. Форма их носков-трампли­ нов цилиндрическая, не обеспечивающая какого-либо расширения струй в ниж­ нем бьефе сооружения.

50

12. ВОДОСБРОСЫ КОНТРФОРСНЫХ плотин, РАСПОЛОЖЕННЫЕ В БОКОВЫХ ПРИМЫКАНИЯХ

Водосбросы контрфорсных плотни размещают в боковых примыканиях довольно часто. Как видно из табл. 9. они могут быть самых различных типов. Остановимся на описании некоторых из этих гидроузлов н их водосбросов. Особое место среди контрфорсных плотин занимает плотина Маникуаган-5, возведенная па реке того же названия в Канаде [16, 111].

Таблица 9

Гидроузлы с контрфорсными плотинами, водосбросы которых расположены в береговых примыканиях

П р и м е ч а и и е. К — контрфорсная плотина; МА — многоарочная пло тина.

Эта мпогоарочпая плотина высотой 215 м и длиной по гребню 1220 м со­ стоит из 13 арочных пролетов по 76 м и расположенной в пределах русла глав­ ной арки, пролет которой 161,5 м. В состав гидроузла Маиикуагаи-5 (рис. 41), назначение которого — улучшение энергоснабжения провинции Квебек с горо­ дами Монреаль и Квебек, кроме многоарочиой плотины входят водоприемник, туннельные водоводы, здание гидроэлектростанции, мощность которой в восьми агрегатах 1344 Мет, а автономно расположенный поверхностный водосброс.

При выборе параметров и компоновке сооружений гидроузла рассматри­ вался ряд вариантов с различным размещением гидроэлектростанции: у глав­ ной арки плотины; совмещенной с главной аркой; с деривационной подземной

гидроэлектростанцией, энергетический туннель которой должен был иметь дли­ ну 5.G км. От этих вариантов отказались, а был принят вариант с наземным зданием гидроэлектростанции, расположенным на 790 м ниже плотины на ле­ вом берегу реки. Основные причины отказа от приплотишюго здания гидро­ электростанции следующие: возможность передачи вибрации от гидроагрегатов на плотину, что уменьшает надежность ее работы; зависимость сроков возве­ дения плотины в наполнения водохранилища от готовности подводящих трубо­ проводов гидроэлектростанции; ограниченность площадки для возведения зда­

и т чиом ния гидроэлектростанции

и вследствие этого невоз­ можность расширения ее мощности; возможность обледенения воздушных выводов линии электро­ передач при работе водо­ сбросов.

поре и полном открытии затворов струи воды из глубинных водосбросов отбра­ сывались ма расстояние около 210 м. Во избежание размыва правого берега ре­ ки (расчетный расход глубинных водосбросов' достигал 1000 м3/сек) струи воды из глубинных водосбросов слегка отклонялись влево, а основание, в месте падения струй сложенное гранитами и гнейсами, было укреплено тощим бетоном.

В строительный период расходы р. Маникуаган пропускались через два необлицованных паводкообразных строительных туннеля, рассчитанных на расход 3110 м3[сек, с площадью поперечного сечения каждого около 160 м2.

Гидроузел Менжиль возведен ма р. Сефидруд в 200 км от Тегерана [112— 113]. Плотина этого гидроузла высотой 106 м и длиной по гребню 417 м состоит из 24 контрфорсов и плоского перекрытия правобережного устоя и левобереж­ ной массивной стенки (рис. 42). Здание гидроэлектростанции этого гидроузла приплотиниого типа.

пертого уровня на левом берегу реки и рассчитанный на пропуск расхода, рав­ ного 2000 м3/сек.

52

2) два шахтных нерегулируемых водосброса, использующих в качестве отводящих трактов часть строительных туннелей, с пропускной способностью

3000 л<3/сек; 3) пять донных водоспусков: три на правом берегу с пропускной спо­

собностью 480 лР/сек и два на левом берегу с пропускной способностью 500 лР/сек.

Глубинный водосброс, встроенный в левобережную массивную секцию пло­ тины, сопрягается с нижним бьефом быстротоком, в когте которого устроен водобойный колодец. Водосброс состоит из двух труб, оборудованных сегмент­ ными затворами.

Размеры в метрах.

Шахтные водосбросы гидроузла имеют оголовки, очерченные по кривой практического профиля; диаметр их воронки 40 лі. Вертикальные шахты этих водосбросов сопрягаются с отводящим туннелем коленом, радиус кривизны которого 23 лі. Участок поворота этих водосбросов облицован металлом тол­ щиной 32 мм, который заапкерен в скалу. Диаметры поперечного сечения вер­ тикальной шахты и отводящего участка водосброса 8,0 лі. Для отброса струн на выходе из каждого шахтного водосброса устроены носки-трамплины. На тракт шахтных водосбросов предусмотрена подача воздуха, которая позволяет избежать при прбпуске расходов, значительно меньших максимального рас­ четного, переходных режимов и сопутствующих им пульсаций давления.

Донные водоспуски гидроузла Менціиль пропускают расходы при значи­ тельных напорах и скоростях^ течения (до 38 м/сек). Поэтому их бетонные поверхности тщательно обработаны, а на головном участке водоспусков их

53

Поверхность облицована металлом. Каждый водоспуск оборудован ремонтным плоским затвором размером 2,5x4,0 м и рабочим сегментным затвором (на правобережных водоспусках размером 2X2 м, на левобережных — 3X2,5 м). Выходные участки донных водоспусков снабжены носками-трамплинами. Ос­ нованием плотины Мепжпль является перекрнсталлпзированпая андезитовая лава.

В состав другого гидроузла — Летпап [114], построенного в Ираме, входят массивная контрфорсная плотина высотой 104 м при длине по гребню около 450 ,и и безнапорный туннельный водосброс, рассчитанный па расход

Q =4900 мУсек

Рис. 43. Гидроузел Бартлет

о —план гидроузла; б -разрез по водосбросу. Размеры в футах.

1100 м3/сек. В теле плотины предусмотрены донные водоспуски для промыва донных наносов и пропуска 100 м3/сек воды. Кроме того, между двумя контр­ форсами для пропуска катастрофических расходов устроен открытый водо­ сброс, оборудованный сегментным затвором. Его пропускная способность рав­ на 450 м3/сек.

На значительные сбросные расходы рассчитаны водосбросы мпогоарочпой плотины Бартлет [94], построенной еще в 1939 г. Высота этой плотины 87,6 м при длине ее по гребню 225 м (рис. 43). Каньон р. Верде, где располагается

54

Глава III. ВОДОСБРОСНЫЕ СООРУЖЕНИЯ ГИДРОУЗЛОВ С АРОЧНЫМИ И АРОЧНО-ГРАВИТАЦИОННЫМИ ПЛОТИНАМИ

Арочные и арочно-гравнтацпонмые плотины 1 являются сейчас наиболее распространенным типом высоких бетонных плотни. Однако они не всегда мо­ гут быть применены по топографическим, геологическим условиям и по усло­ виям производства строительных работ. В некоторых случаях основные труд­ ности на пути применения этих плотин связаны с необходимостью пропуска значительных расходов в период их строительства и эксплуатации. Они вызы­ ваются, например, необходимостью вырезки участка верхнего пояса плотины для размещения водосбросных отверстий или практической невозможностью вписать обычные водосливные профили в профиль арочной плотины. Эти за­ труднения усугубляются узостью створов, в которых возводятся арочные и арочно-гравитационные плотины, а также тем, что продольные элементы совмещенных с этими плотинами водосбросов имеют радиальное направление. В этом случае приходится прибегать к мероприятиям по расширению сбрасывае­ мого потока в плане, а когда это невозможно, к распределению его по длине русла. В узких створах, естественно, сложнее совместить с плотиной и водо­ сбросы, и гидроэлектростанции. Однако ряд таких решений имеется.

Конструктивные особенности арочных и арочно-гравитационных плотин обуславливают то, что некоторые схемы сопряжения бьефов и гашения энер­ гии с этими плотинами вообще не применяются (комбинированная схема со­ пряжения бьефов и схема сопряжения бьефов посредством поверхностного прыжка) или применяются сравнительно редко (водосбросы, пропускающие воду по сливной грани при гашении избыточной кинетической энергии в дон­ ном гидравлическом прыжке в водобойном колодце). Водосбросы в боковых примыканиях с этими типами плотни используются чаще, чем с другими пло­ тинами; применяются в этом случае и новые схемы сопряжения бьефов, на­ пример, свободное падение струй с гребня плотин.

13.ПОВЕРХНОСТНЫЕ ВОДОСБРОСЫ

СПРОПУСКОМ РАСХОДОВ ПО СЛИВНОЙ ГРАНИ ПЛОТИНЫ В ВОДОБОЙНЫЙ КОЛОДЕЦ

Гашение энергии в пределах заранее устраиваемого крепления в нижнем бьефе гидроузла довольно часто используется за водосбросами, совмещенными с арочными или арочио-гравнтационнымп плотинами. Но при этом конструкции водосбросов для этих типов плотин, как правило, существенно отличаются. Конструкции водосбросов арочных плотин при таком способе' гашения энер­ гии будут рассмотрены в следующих параграфах.

1 Ориентировочно можно считать, что, если отношение тол­ щины Плотины у основания к ее высоте больше 0,6, то эта плоти­ на является гравитационной. Если это отношение изменяется в пределах 0,4—0,6, то плотину можно считать арочно-гравпта- цнонион, и если оно меньше 0,4—арочной.

56

В компоновках гидроузлов с арочно-гравитационными плотинами, обла­ дающими довольно развитым профилем, поток пропускается в колодец по сливной грани, которая сужается в плане. В связи с радиальным направлением продольных элементов водосливной грани, чтобы, с одной стороны, не допу­ стить концентрации расходов, а, с другой стороны, обеспечить удовлетворитель­ ные условия гашения избыточной кинетической энергии, водобойному колодцу придают специальное очертание. Примеров таких сооружений сравнительно немного, но они, несомненно, представляют интерес.

с арочно-гравитационными плотинами, и водобойными колодцами

Рис. 44. Разрез по плотине, зданию гидроэлектростанции и водо­ сбросу гидроузла Салиме

У—водозабор; 2 -дисковый затвор турбинного водовода; 3—турбинный водовод; V—здание гидроэлектростанции; 5 —шаровой затвор; 6 —расщепители; 7—распредели­ тельное устройство; 8 —выходной портал отводящего туннеля отсасывающих труб;

^-сегментный затвор водосброса; У0—водобойная стенка.

57

проектированная при участии английских специалистов, имеет высоту 139 м и длину по гребню 250 м. Характерной конструктивной особенностью гидро­ узла Салиме является водосливная гидроэлектростанция с криволинейным в плане машинным залом, расположенным под водосбросом (рис. 44). Для того, чтобы вода не попадала в машинный зал, между водосбросом и крышей гидро­ электростанции устроен специальный водонепроницаемый экран. Бода из отса­ сывающих труб гидроагрегатов поступает в специальный безнапорный^туннель

диаметром 7 иі и сбрасывается в нижний бьеф за водобойной стенкой. В ма­ шинном здании гидроэлект­

ростанции установлено че­ тыре гидроагрегата мощ­ ностью 36,8 Мет каждый. Трансформаторы и распре­ делительное устройство раз­ мещены вдоль левобережной стенки водобойного колод­ ца (рис. 45).

Расположенный над гид­ роэлектростанцией поверх­ ностный водосброс гидро­ узла Салиме рассчитан на пропуск максимального рас­ хода 2000 иі3/сек. Поверх­

ность водосброса двоякой кривизны выполнена соот­ ветственно очертанию низо­ вой грани плотины. Над зда­ нием гидроэлектростанции поверхности водосброса при­ дана кривизна, направлен­ ная выпуклостью вверх, что должно способствовать уменьшению давления пото­ ка воды на крышу гидро­ электростанции. На гребне водослива установлено че­ тыре сегментных затвора размером 12X7,0 м. Проле­

Рис. 45. Вид сверху на водосброс и распре­ ты водослива отделены друг делительное устройство гидроузла Салиме. от друга бычками шириной 4,0 м. В плане водосброс су­

жается до 35 м. В конце водобойного колодца, длина которого 40 м, уста­ новлена водобойная стенка высотой 11,0 м. На водосливной поверхности водо­ сброса перед входом в колодец (рис. 44, 45) имеется восемь расщепителей потока, под которые трубопроводом диаметром 0,5 м подводится воздух с целью аэрации потока и защиты расщепителей и поверхности водобойного колодца от кавитации.

Строительные расходы на гидроузле Салиме пропускались через обводной туннель. Для пропуска больших расходов были предусмотрены два временных трубчатых водосброса; один почти на уровне пола здания гидроэлектростан­ ции, а другой — па уровне крыши здания гидроэлектростанции.

Еще более сложную конструкцию имеют водобойные колодцы гидроузлов

1 Здесь рассматриваются сооружения гидроузла после их ре­ конструкции в I960—1961 гг.; о причинах разрушения водобойных устройств этого гидроузла до их реконструкции см. в гл. IV.

58

высотой 115 м и длиной по гребню 288 м, здянне гидроэлектростанции на ле­ вом берегу и вспомогательный туннельный водосброс на правом берегу.

Основным водосбросным сооружением гидроузла Сан-Эстебан является поверхностный водосброс, пропускная способность которого равна 4500 лі3/сек.

Рис. 46. План гидроузла Сан-Эстебан

/-арочно-гравитационная плотина; 2—здание гидроэлектростанции; J —входной портал вспомогательного водосброса; -/ —выходной портал вспомогательного водосброса; 5 —пролеты сегментных затворов; 6 —направляющие; 7 —водобойная стенка.

На его водосливном оголовке установлено шесть сегментных затворов размером 15,0x6,2 м, заглубленных на 1,8 м под уровень верхнего бьефа (рис. 47). Водосброс сужается в плане до 55 м. Начальный участок водобойного колодца имеет постоянную Ширину; колодец образован при помощи водобойной стенки.

вспомогательный туннельный водосброс, расположенный на правом берегу реки и состоящий из наклонного п горизонтального участков. Его пропускная способность равна 550 м3/сек. В начале водосброса установлен автоматический секторный затвор размером 15X7,5 м. Горизонтальный участок Тзодосброса

59