Гидротехнические сооружения

R – расчетное значение силы предельного сопротивления при

сдвиге, которое вычисляется по зависимости

Н

У

R N tg ωc ,

Б

Т

где N – равнодействующая всех вертикальных сил;

й

и c – расчетные значения характеристик грунтов (угла внут-

реннего трения и сцепления) по поверхности сдвига;

и

– площадь поверхности сдвига.

В случае анкерного (железобетонного) понура при определении N

учитываются также вес пону а, вес п г узки (воды и грунта) над по-

основном сочетании

нагруз к. На поперечном разрезе плотины

намечается расчетное

о

гор зонтальное сечение (например сечение

т

2–2, см. рис. 4.22), которое выбирается в местах приложения сосре-

доточенных сил, ре кого змерения ширины профиля или ослабле-

и

ния его внутренними отверстиями.

з

Определяются т лько силы и нагрузки, которые действуют выше

го г риз нтального сечения 2–2. Относительно центра тя-

о

ж сти, то есть середины рассматриваемого сечения (точка О1) вы-

числяютсяпмоменты всех действующих сил. Нормальные напряже-

ния на гранях плотины определяются по формуле (4.13). Главные

нормальныерасчетн

напряжения, действующие по площадкам, нормальным

к граням плотин, определяются по зависимостям:

Рна напорной грани плотины

N1 min 1 m12 w ym12 ;

(4.14)

на низовой грани плотины

N2 man 1 m22 ,

(4.15)

где min,

max – нормальные напряжения соответственно на напор-

ной и низовой гранях плотины;

m1, m2 – коэффициенты заложения соответственно напорной и

низовой граней плотины;

Т

У

у – заглубление расчетного сечения под НПУ;

w – удельный вес воды.

Вычисленные по формулам (4.14) и (4.15) главные нормальные

напряжения на гранях плотины должны удовлетворять следующим

двум условиям:

й

Н

1. На напорной грани плотины не должно быть растягивающих

напряжений:

и

Б

N'1

0.

р

2. Максимальные сжимающие нап яжен я на низовой грани пло-

о

тины не должны превышать

асчетного сопротивления бетона на

т

m

сжатие. В соответствии с первым предельным состоянием (1.1) это

условие записывается в виде

и

nc N2 Rp

,

о

kн

п

где Rр – расчетнзе сопротивление бетона на сжатие, определяемое

по нормативн й литературе с учетом коэффициента перегрузки.

е

4.4. Открытые береговые водосбросы

4.4.1. Состав сооружений и выбор оси

водосбросного тракта

РОткрытые береговые водосбросы в общем случае состоят из сле-

а

НПУ

1

2

3

5

У

4

6

3

4

Т

бб)

НПУ

Н

2

5

Б

УНБ

й

6

Рис. 4.23. Схема отк ытого бе егового водосброса:

а – план; б – продольный разрез: 1 – г унтоваяиплотина; 2 – подводящий канал;

3 – головное сооружение; 4 – пр межут чный канал; 5 – сопрягающее сооружение;

6 – в д брйн е сооружение

Подводящий канал

обеспечивать плавный подвод воды к

должен

водосливу. В плане он обычно имеет криволинейное очертание. При

т

больших глубинах канал может выполняться с горизонтальным дном,

а при малых – с

ибратным уклоном, благодаря чему вода входит в

канал б лее равн мерно и плавно. Поперечное сечение подводящего

з

канала тра ецеидальное с заложением откосов от 1,5 до 2,5 в нескаль-

ных грунтахоти

0,5 до вертикальных – в скальных. Если скорости

потока в канале превышают допустимые по размыву, дно и откосы

п

канала укрепляются каменной наброской или бетонными плитами.

Головная часть представляет собой водосливную плотину с ши-

е

роким порогом или практического профиля. Водослив может рас-

полагаться фронтально по отношению к оси сбросного тракта или

Р

параллельно ей. Во втором случае водосброс называется траншей-

ным (см. ниже, п. 4.4.5). Головное сооружение фронтального водо-

сброса устраивается на его прямолинейном участке. Водосливная

незначительного напора на пороге водослива

Н

Н = ФПУ – НПУ

Б

при больших расходах ширина водосл ва получается оченьбольшой.

й

Проектирование и расчеты головной части береговых водосбро-

сов выполняются в соответствии сип авилами, изложенными выше.

Промежуточный канал п екти уется в том случае, когда про-

дольный профиль дневн й п верхности по оси водосбросного трак-

та имеет небольшой уклон и устройство сопрягающего сооружения

непосредственно

о

водосливом ведет к резкому увеличению объе-

т

мов земляных работ в котлованах сооружений. Уклон дна канала

принимается меньше кр т ческого, расчет выполняется по форму-

и

за

о

лам равн мерн го движения воды. Поперечное сечение промежу-

точного канала имеет трапецеидальную форму, его дно и откосы

могут кре иться каменной наброской или бетонными плитами в

е

зависимости от скорости потока и геологических условий.

Сопрягающееп

сооружение в береговых открытых водосбросах

устраива тся в виде быстротока, консольного перепада (чаще с

быстротоком) или многоступенчатого перепада. Если сопрягающее

сооружение располагается непосредственно за водосливной плоти-

Рной (промежуточный канал отсутствует), то гасители кинетической

где bк – ширина канала по дну.

Ось фронтального водослива может располагатьсяНкак вне тела

й

плотины, что удобнее по условиям производства работ, так и через

плотину. Во втором случае необходимо следитьБза тем, чтобы осно-

и

вания сооружений составляли матер нск е, а не насыпные грунты.

р

4.4.2. Быст оток

онного

Быстротоками называются каналы с уклоном больше критиче-

т

ского, сбрасывающие в ду из верхнего бьефа в нижний. Быстроток

выполняется в виде бе

или железобетонного лотка с прямо-

угольным, трапеце дальным или полигональным поперечным сече-

з

нием (рис. 4.24). Уклон дна быстротока всегда принимается больше

о

критического и наиболеечасто задается в пределах 0,05–0,25. Ши-

рина быстр т ка м жет быть постоянной или переменной, что обу-

словливается как условиями гашения энергии в нижнем бьефе, так и

е

возможностью некоторого сокращения объемов работ. В быстротоках

н большой ширины на нескальном основании стенки и днища пред-

Р

аа)

l

h1

УНБ

вв)

h2

d к

У

l к

б)б

дренаж

h2

Т

d к

УНБ

l1

l к

Рис. 4.24. Быстроток:

Б

а – без стенки падения; б – со

падения;

в – примеры поперечных сечен

лотка быстротока

В плане быстротокам необход мо п

стенкой

давать прямолинейное очер-

тание, но иногда для уменьшенияиобъемов строительных работ

устраивают быстротоки с ви аж м. На криволинейном участке дну

р

быстротока придае ся п перечный уклон, его вогнутая боковая

стенка имеет большую высо у, чем выпуклая. В быстротоках боль-

о

шой ширины, а также на криволинейных участках без поперечного

т

уклона дна для обеспечения устойчивости потока в поперечном

направлении устра вают продольные раздельные стенки.

и

При выс к м положении уровней фильтрационного потока по

з

трассе быстр т ка устраивается дренаж под днищем и за боковыми

. Чаще всего применяется трубчатый дренаж.

о

Пр вышение боковых стенок быстротока над уровнем воды в

н м (пкривая свободной поверхности воды в быстротоке устанавли-

ва тся гидравлическим расчетом) принимается по табл. 4.6.

стенками

Таблица 4.6

Р

3

До 1

1–10

10–30

30–50

50–100

Расход в быстротоке, м /с

Превышение боковых стенок

20

30

40

50

60

над уровнем воды, см

работ, не была чрезмерно заглублена.

У

Построение кривой свободной поверхности выполняется по урав-

нению Б.А. Бахметьева:

Т

i0l

=

– – (1 – j

ср

)[ ( ) – ( )],

(4.16)

h0

2

1

2

1 Н

Б

где i0 – уклон дна быстротока;

й

l – длина быстротока;

h0 – нормальная глубина, то есть глубина при равномерном

движении потока на быстротоке;

и

h1

,

h2

–

сительные глубины в начале и в конце

1

h0

2

h0

р

о

быстротока;

( 1), ( 2) – функц

относительных глубин, определяемые по

тн

справочной литературе (например [2, 4, 19 и др.]);

и

з

j

C2 b i

о

ср

б 0 ;

ср

gχ

п

е

Р

h hкр 3

Q2

,

bб2 g

1

где = 1–1,1 – коэффициент Кориолиса;

Q – расход в быстротоке;

bб – ширина быстротока.

Т

Из уравнения (4.16) последовательным приближением определя-

ется глубина воды в конце быстротока h2. Подробно методика рас-

чета изложена в [2, п. 4.3.4].

У

После окончательного определения h2

определяется максималь-

ная скорость в конце быстротока:

Б

Q

,

Н

max

й

bбh2

и

величина которой не должна превышать допустимого значения (см.

k=0,88

90 o

k=1,85

90 o

k=1,2

90 o

k=2,0

У

Т

k=1,65

Н

Б

Рис. 4.25. Типы усиленной шероховатости на быстротоке

й

Если усиленная шероховатость предназначена для создания

определенного режима лишь на выходе в целях уменьшения разме-

и

ров водобойной части, то в эт м случае ребрами снабжают лишь

концевой участок длиной

р

о

т

l∆

≈ 20 h,

где h – расчетное

начен

глубины потока при равномерном дви-

жении на участкеусиленной шероховатости.

Концев й участзк быстротока выполняется в виде водобойного ко-

лодца либо в д б йной стенки (при донном режиме сопряжения бье-

о

фов) или с консольным перепадом (при режиме сопряжения отбро-

ш нной струей). Водобойный колодец обычно устраивается на не-

п

Консольный перепад – чащена скальных грунтах.

скальных грунтах.

еВодобойный колодец может быть со стенкой падения или без нее.

асчет донного режима сопряжения бьефов выполняется при от-

сутствии стенки падения (см. рис. 4.24, а) так же, как и в п. 4.3.7, по

Р

формулам (4.6)–(4.8). При этом первая сопряженная глубина принима-

ется равной глубине в конце быстротока, то естьh' = hс = h2.

q h

2

2g h

d

h

,

У

c

2

к

2g

c

Т

где – коэффициент скорости, при высоте падения струи от 1 до 5 м

''

Н

принимается соответственно от 0,97 до 0,85 (промежуточные значе-

ния – по интерполяции);

Б

– скорость в конце быстротока.

Затем по формуле (4.6) определяется h'' и проверяется условие

hнб + dк h . Если это условие не выполняется, то следует задаться

й

другой величиной dк и повторить расчет. Если же указанное усло-

и

вие выполняется, то глубина колодца задана верно. Затем определя-

ется длина колодца

lк = l1

+ 0,8lпр,

о

к

струи1

где l1 – дальность полета

р:

и

2

h2

о

l

g

d

2g

;

п

lпр – длиназпрыжка, определяемая по формуле (4.3).

концевой частью в виде консольного свеса (трамплина), с которого

Р

4.4.3. Консольный перепад