Гидротехнические сооружения

ных и иных условий. Главная задача трамплина – отброс потока от

сооружения. При этом некоторые типы трамплинов позволяют транс-

формировать отбрасываемую струю, придавая ей требуемую кон-

фигурацию и нужное направление движения в полете. Известны

следующие типы трамплинов: консольный сброс, рассеивающие

трамплины, сужающиеся трамплины, трамплины-виражи.

У

аа)

Т

У

Б

бб)

y

Н

Б

h1h1

й

x

hп

и

УНБ

п

h

L

h2

р

L1

uв

h р

о

2

ив

р

h

h

т

Р с. 4.26. Консольный перепад:

а –

й в

д; б – схема к расчету дальности отброса струи

и

Наиб лее прзстым трамплином является консольный сброс, пред-

ставляющий с б й короткий канал (консоль) с нулевым или не-

общ

большим обратным уклоном, имеющий постоянную ширину и

огранич нный боковыми стенками. Консоль с плоским дном может

п

им ть обратный уклон до 0,15. Больший уклон создает опасность

увеличения

динамического воздействия потока. Консоль с цилин-

дрическим дном позволяет увеличить угол наклона носка , и при

Р= 30–35 достигается наибольшая дальность отлета струи от со-

оружения. Для уменьшения динамического воздействия на консоль

с плоским дном сопряжение ее с быстротоком может быть выпол-

нено с помощью цилиндрической вставки.

размыва.

Длина отброса струи вычисляется по формуле

У

L k

2 cos

0

sin2

2h g

,

Т

a

1

sin α

0

0

п

g

12

2

Н

Б

где ka – коэффициент, учитывающий влияние аэрации на дальность

отлета струи; при Fr ≤ 35 имеем ka = 1; при Fr > 35

ka = 0,8–0,9, где

Fr =

1

– число Фруда;

й

gh

длинеконсоли l > 3h1

принима-

угла наклона дна трамплина α. П

1 – скорость схода струи с трампл на (можно принимать рав-

ной скорости потока в конце

быстротока

);

0 – угол наклона струи к го

зонту, в общем случае он меньше

ется 0 = . При l <

3h1 0

следует находить по специальным гра-

фикам [3, рис. 10.3];

т

осиh

p

h1

;

hп – превышение

ос руи на носке над уровнем воды в ниж-

нем бьефе:

о

п

з

п

2cos

p – ревышение сливной кромки носка над уровнем воды в

нижн м бьефе (высота падения струи);

Р

– толщина струи на носке.

h1

еГлубина воды в воронке размыва после его завершения для не-

0,8

q

0,8

hp = kp

,

0,25

1,15

gd50

– коэффициент неравномерности распределения удельного рас-

хода;

У

d50 – для несвязных грунтов – средний диаметр частиц грунтов,

Т

соответствующий 50 % по кривой гранулометрического состава;

для глинистых грунтов d50 = dэ, где dэ – эквивалентный диаметр аг-

Н

регатов, на который распадается связный грунт, зависящий от ко-

эффициента пористости ε и состава грунта (табл. 4.7).

Б

Таблица 4.7

Эквивалентный диаметр dэ агрегатов связных грунтов

Содержание частиц,

Эквивалентный диаметр dэ, мм,

%, размером, мм

для частиц различных грунтов

йсредне-

Грунты

мало-

плотных,

очень

0,005

0,005–0,05

плотных,

плотных,

плотных,

=

=

=

и

= 0,6–0,3

т

> 1,2

= 1,2–0,6

= 0,3–0,2

р

2

Глины

30–50

50–70 0,15

10

50

Тяжелые

20–30

70–80

0,15

3

10

50

суглинки

о

3

Тощие суглинки

10–20

80–90

0,15

10

50

Лессовидные

и–

в условиях

–

0,05

1,5

5

20

закончившихся

з

п

просадок

Произведениеокоэффициентов kр 0,8

при отбросе струи с трам-

плина вычисляется по формуле

Р

0,45n 2 y

е

kр

0,8 = k

0

3,4

a

0

,

hкр

торая затем разбивается на отдельные равные между собой ступени.

Высота ступеней p обычно назначается одинаковой, не превышаю-

щей, как правило, 5–6 м. Длина ступеней – до 20 м. ГлубинаУводо-

бойного колодца при этом предварительно может быть принята

Т

dк = p/3.

Н

Тогда средняя высота ступеней

Б

p = P/n + dк,

где P – разность отметок в начале

й

в конце перепада.

На нескальных и полускальныхиг унтах продольные и попереч-

ные стенки отделяются

в д б йной плиты вертикальными де-

р

формационными швами. Все швы

борудуются противофильтраци-

онными уплотнениями.

Толщинуводобойной плиты и стенок опре-

деляют расчетом на ус ойчивость, предварительно назначая ее в

т

соответствии со следующ ми рекомендациями:

водобойная пл та – 0,5–1,0 м;

и

прод льная стенка: поверху – 0,3–0,7 м, понизу – 1–2 м;

з

о

водоб йная стенка: поверху – 0,5–0,7 м, понизу – 1,2–2,0 м.

мож т вы олняться выравнивающая облицовка толщиной 0,3–0,4 м.

Гидравлическимп

расчетом уточняются предварительно принятые

длины ступеней и высоты водобойной стенки. Расчеты выполняют-

е

ся только для первой, второй и последней ступеней. Размеры всех

остальных ступеней принимаются такими же, как и размеры второй

Рступени. Расчеты выполняются следующим образом. Из формулы (4.5)

Q m b

2g Н3/2 ,

У

1,0

откуда

Н

Q

2/3

2

Т

H

0

,

1

2g

m b

2g

й

где m – коэффициент расхода, принимаемыйБкак для водослива с

тонкой стенкой;

Q

р

0

bh

– скорость подхода.

наступени равна

колодца

Глубина водобойного

т

''

и

dк = h

– H1.

Длина ступени перепада (водобойного колодца)

з

L = l1 + 0,8 lпр ,

о

где lпр – длина прыжка.

Дальн сть

лета струи может быть определена по формуле

е

Р

п

l

q

2 р hкр

,

1

hкр

g

няющийся от нуля в начале траншеи до максимального расчетного

значения в конце. Поперечное сечение траншеи выполняется пря-

моугольным или трапецеидальным с заложением откосов, зависяУ-

Н

щим от категории грунта. Траншея может быть постоянной ширины

или расширяющейся в направлении движения потока, Тс плоским

или криволинейным дном.

Особенностью гидравлики траншеи является движение потока с

й

переменным расходом. В траншее, как правило, образуется винто-

образное течение, которое ухудшает условия гашенияБэнергии сбра-

сываемого потока, поэтому для его устранения часто применяются

различные конструктивные

, напр мер, водосливные носки-

меры

уступы, при которых на противоположной стенке траншеи устанав-

ливаются отражатели.

о

и

Длина траншеи определяется ши иной водосливного фронта во-

т

дослива. Сопрягающее с ружение может быть как открытым, так и

или

уннельным). В первом случае за тран-

закрытым (трубчатым

шеей, как и в случае фрон ального берегового водосброса, может

з

быть промежуточный канал, а за ним – сопрягающее сооружение

о

(быстроток, многоступенчатый перепад и др.). Во втором случае

для сопряжения траншеи с туннелем или трубой устраивается пере-

ходный участ к в виде открытого канала.

Гидравлический расчет траншейного водосброса состоит из

е

опр д л ния размеров водопропускных отверстий водослива, рас-

Р

4.5. Закрытые водосбросы

Закрытые водосбросы – это водосбросы, имеющие замкнутоеУпо-

перечное сечение водовода. Применение закрытых водосбросов поз-

воляет в период строительства иметь широкий фронт работТпо возве-

дению глухой плотины, так как пропуск строительных расходов

можно осуществлять по подземным водоводам. К закрытым водо-

Н

сбросам относятся трубчатые, туннельные и сифонные. Трубчатые

водосбросы выполняются из труб, чаще всегоБсборных, укладывае-

мых открытым способом в котлован

вырытую в береге траншею

с последующей обратной засыпкой. Так е водосбросы применяются

на небольших по напору (5–10 м)

й

асходу гидроузлах на нескаль-

ных основаниях. По конструкции входной части наиболее часто при-

ли

меняются башенные и к вш вые т убчатые водосбросы.

р

Туннельные водосбросы применяются на средне- и высоконапор-

ных гидроузлах, располагающихся в узких скальных створах.

о

Пропускная способнос ь водосброса зависит от гидравлического

т

режима течения потока, который может быть напорным и без-

напорным. Напорный реж м возникает при полном заполнении по-

и

перечного сечения водосброса. При неполном заполнении попереч-

з

ного сечения имеет место безнапорный режим течения.

о

4.5.1. Расчет пропускной способности

п

напорных водосбросов

е

Р