Гидротехнические сооружения

аа)

8

7

НПУ

1

10

m2

m

1

УНБ

5

3

2

4

бб)

6

9

У

11

7

m1

m2

Т

7

<12°

Н

10

1

8

Б

Рис. 4.1. Схема бетонной водосливной плот ны на нескальном основании:

а – продольный разрез; б – план: 1 – водослйв; 2 – водобой; 3 – рисберма;

4 – предохранительный ковш; 5 –

; 6 – шпунт; 7 – сопрягающие устои;

8 – быки; 9 – земляная пл тина; 10 –изатво ы; 11 – монтажная площадка

4.3.2. Профили бе

понур

нных водосбросных плотин

с поверхностнымиоводосливными отверстиями

т

Поперечный проф ль водосливной плотины образуется из сле-

дующих

(

. 4.2):

рис

вертикальн й или наклонной грани АВ с консолью (рис. 4.2, в)

з

или без нее (рис. 4.2, б);

криволинейного участка ВС, который строится по координа-

элементов

там Криг ра–Офицерова для безвакуумных водосливов практиче-

скогопрофиля (табл. П 5.1) или по координатам Н.П. Розанова для

вакуумных водосливов практического профиля (табл. П 5.2);

е

прямолинейного участка СD, наклоненного к горизонту под

углом, величина которого определяется в основном принятым зна-

Р

чением ширины подошвы плотины bпл (см. главу 3);

дуги окружности DЕ, описанной радиусом R и сопрягающей

участок СD с поверхностью водобоя (табл. П 5.3).

аа)

НПУ

Hпр

пр

x

Н

B

0

C

P

D

R

Р

У

A

E

y

bпл

бб)

НПУ

Hпр

горизонтальная вставка

Т

пр

Н

0 B'

C'

x

Н

B

C

P

Б

A

D

R

Р

й E

y

и

bпл

в)

НПУ

р

в

Hпр

г ризонтальная вставка

пр

Н

о

x

0

B'

C'

B

т

и

C

P

з

R

Р

о

A

D

E

п

y

е

bпл

ис. 4.2. Проектирование поперечного профиля водосливных плотин:

а – с наклонной напорной гранью (без горизонтальной вставки на гребне);

Р

– с вертикальной напорной гранью (с горизонтальной вставкой на гребне);

б

в – с вертикальной напорной гранью и консолью (с горизонтальной

вставкой на гребне)

Если на гребне водослива предусматриваются плоские затворы, то

на нем в случае безвакуумного профиля часто устраивают горизон-

тальную вставку В'C' (см. рис. 4.2, б, в) для более удобного размещения

рабочих и ремонтных затворов. В этом случае профиль по координа-

там Кригера–Офицерова строится до наивысшей точки на гребне, по-

сле которой ко всем значениям абсцисс х добавляется величина гори-

зонтальной вставки В'C' . При вакуумных профилях горизонтальная

вставка не устраивается, так как в этом случае, как правило, применя-

ются затворы, не требующие пазов, например сегментные (наличие

пазов в быках может привести к срыву вакуума). Радиус дуги окружУ-

ности, по которой водосливная поверхность сопрягается с поверхно-

стью водобоя, принимается по табл. П 5.3. Напорная граньТможет быть

вертикальной (см. рис. 4.2, б, в) или наклонной (см. рис. 4.2, а). Выбор

очертания напорной грани,

а также наличие консоли обусловлены

Н

главным образом шириной подошвы плотины, принимаемой в зависи-

мостиот грунтовоснования (см. п. 3.2).

Б

Низконапорные плотины на нескальных основаниях выполняют-

ся в виде водосливов с широким порогом (р с. 4.3).

й

НПУ

и

УНБ

р

H

о

т

гребень плотины

P

и

з

о

b

п

Рис. 4.3. Схема плотины с широким порогом

е

Р

4.3.3. Конструкции быков и береговых устоев

– это элементы водосливных плотин, разделяющие общий

Быки

водосливный фронт на отдельные отверстия. Быки выполняют сле-

дующие основные функции:

ные и неразрезные.

Т

У разрезных быков деформационный шов проходит по продоль-

ной оси быка. Каждая половина такого быка с примыкающейУча-

стью водосливной плотины составляет единую монолитную кон-

струкцию. Разрезные быки устраиваются, как правило, в случае

мягких грунтов оснований, более подверженных неравномерным

осадкам. Неравномерная осадка в таком случае не приводитНк пере-

й

косам соседних быков и заклиниванию затворов. Неразрезной бык

представляет собой конструкцию, отделеннуюБдеформационными

швами от тела плотины. Такие конструкц

, как правило, применя-

р

ются в случае скальных основан й.

Очертание быка в плане со сто оны верхнего бьефа должно

случае пропуска через

водосброс

льда – криволинейно-заострен-

обеспечивать плавный вход в водосливноеи

отверстие и минималь-

ное боковое сжатие пот ка. Исх дя из этого условия верховая грань

т

быка выполняется полукругл й, ин гда в виде двугранного угла, а в

углами

ной. Низовая грань чаще всего делается полукруглой или плоской с

з

(р с. 4.4).

закругленными

лжно

В быках устраиваются пазы для размещения в них опорно-

ходовых частей ремонтных и рабочих затворов, расстояние между

которыми д

быть не менее 1,5 м, чтобы обеспечить удобную

е

работу ерсоналу для осмотра и ремонта затвора непосредственно в

водосливном

ролете. Пазы для ремонтных затворов устраиваются

Р

аа)

3

2

4

б

l б

У

НПУ h hб

1

Т

Н

Б

2

1

5

бб)

0

d0

й

d

d

0

и

d

d

d0

6

р

2

1

о

вв)

т

и

0

d0

d d

d

з

Рис. 4.4. Конструкции быков:

а – вид

; б – план разрезного быка; в – план неразрезного быка:

сбоку

1 – азы рабочего затвора; 2 – пазы ремонтного затвора; 3 – козловой кран;

п

4 – мост; 5 – шов; 6 – уплотнение шва

еНекоторые типы затворов (например, сегментный затвор) не тре-

буют устройства пазов в быках. В этом случае толщина быка будет

Ропределяться размерами пазов ремонтных затворов и может быть

уменьшена до 1,5–2,0 м.

Отметку гребня (верха) быков назначают с учетом отметки греб-

ня глухой плотины, типа затворов, условий маневрирования ими,

hб = hф

+ hз + (1–2), м;

У

при передвижном кране

Т

hб = hф + 0,6 hз,

Н

где hф – глубина воды на водосливе при форсированном уровне во-

ды в верхнем бьефе;

Б

hз – высота затвора.

Отметка гребня быка по его дл не йможет быть переменной. По

виду сбоку различают быки без уступа (с постоянной отметкой

и

гребня), с одним уступом (см. ис. 4.4, а), с двумя или тремя усту-

пами. По уступам прокладывают транзитные (автодорожные или

р

железнодорожные) служебные мосты. Эти уступы назначают по

условию незатоплен я гребняобыков и минимального объема бе-

тонной кладки.

т

Длина быка lб на начается из условия размещения ремонтных и

рабочих затв р винеобходимого расстояния между ними, служеб-

ного моста, механизмов подъема затворов и транспортного моста.

По отн шению к гребню водосливной плотины быки располагают

так, чтобыосьрабочих затворов (линия опирания затворов на гребень

водослива) роходила по наивысшим отметкам водосливной поверх-

п

ности. В связи с этим для размещения ремонтных затворов иногда

приходится выдвигать бык за напорную грань плотины в сторону

е

верхнего бьефа, что целесообразно с гидравлической точки зрения, а

при вакуумных оголовках – обязательно, так как пазы ремонтных за-

Р

щая образование сбойных течений в нижнем бьефе. Конструкция

устоя в том случае, когда она выполняет только разделительную

функцию, выполняется тонкой бетонной или железобетоннойУмо-

нолитной прямоугольного сечения. Иногда в устоях размещают ры-

бопропускные сооружения.

Т

Сопряжение водосливной плотины с земляной плотиной или с

берегом осуществляется с помощью береговых устоев.

Н

Береговые устои предназначены для защиты земляной плотины

или берега от действия воды, сливающе Бся через водосброс,

направления воды в отверстие плот ны обеспечения плавного ее

растекания в нижнем бьефе, а также для предотвращения опасного

й

воздействия фильтрационного потока в зоне примыкания водослива

к берегу или плотине. Кроме того,

служат опорами затворов и

устои

мостов, в связи с чем лицевая г ань устоев в пределах водослива

делается аналогично бок вымграням

быков. Береговой устой со-

стоит из трех основных

элементов: вертикальной продольной стен-

ки, верховой сопрягающей с енки и низовой сопрягающей стенки

т

(см. рис. 4.1). Верховая

низовая сопрягающие стенки называются

открылками. Верт кальная продольная стенка устраивается в пре-

и

делах в д слива и выполняет все функции быков водосливной пло-

з

тины. На нее

т затворов передается давление воды, а, кроме того,

на вертикальную стенку действует давление грунта со стороны зем-

о

ляной лотины или берега. Учитывая разный характер нагрузок,

д йствующихп

на водосливную плотину и устой, и возможные раз-

их д формации, во избежание заклинивания затворов вертикаль-

ные

ную продольную стенку следует объединять с водосливной плоти-

ной в единую конструкцию (рис. 4.5, а). Отметка верха вертикаль-

Рной продольной стенки устраивается на одной отметке с верхом

а

б

Рис. 4.5. Конструкция берегового устоя:

У

а – поперечный разрез по вертикальной продольной стенке;

б – поперечный разрез по сопрягающему открылку

Т

Участок земляной плотины или берега,

примыкающий к про-

дольной стенке, выполняется в виде

Н

которая

площадки,

называется монтажной (см. рис. 4.1), чтобы обеспечить выезд на нее

Б

крана с плотины и производства монтажных и ремонтных работ по

затворам. Длина монтажной площадки назначается в пределах

уширенной

lпл = (1,5–2,5)b,

и

где b – ширина водосливн

тве стия плотины.

р

В пределах мон ажн й пл щадки обычно размещают затворо-

хранилище.

го

Верховой сопрягающ й о крылок в плане может иметь прямо-

линейную (прямой

т

тупой угол) или криволинейную форму,

очерченную

дуге окружности, эллипсу и т. д. Прямолинейное

очертание

ли

криволиней-

ще с точки зрения производства работ,

з

ное лучше с гидравлической точки зрения, поэтому криволинейные

открылки применяются только в низконапорных плоти-

по

нах, где скорости течения воды на входе в водосливное отверстие

пр

значит льны и плавность входа потока влияет на пропускную спо-

собность водослива.

верховые

В плане прямолинейный открылок может выполняться в одной

плоскости с вертикальной продольной стенкой, а может отклонять-

Р

ся от ее продольной оси на угол 5–12 , образуя постепенное плав-

ное сужение потока на входе в водосливные отверстия.

В поперечном сечении верховой и низовой открылки могут вы-

полняться в виде массивной продольной стенки (см. рис. 4.5),Уоб-

Н

легченных железобетонных, контрфорсных или ячеистых кон-

струкций. Минимальная толщина открылков поверху 0,5–1Тм. От

Б

вертикальной стенки открылки отрезаются деформационными шва-

ми и по длине разрезаются швами на секции длиной 10–25 м. Водо-

й

непроницаемость швов обеспечивается устройством уплотнений.

и

4.3.4. Определение размеров поверхностных

водосливных отверстий

Гидравлический расчет

вной плотины состоит в опреде-

водосл

лении размеров (ширины и выс ты) водосливных отверстий, их ко-

Расчет

0

личества и проверки пр пускнрй способности принятых размеров

водосливных отверс .

выполняется по формуле

о

Q = п m B 2g H 3/2 ,

(4.1)

где п – к эффициентийподтопления водослива;

п

– к эффициентзбокового сжатия;

m – к эффициент расхода водослива;

B – ширина водосливного фронта:

гдеn – число пролетов;

B = nb,

b – ширина одного пролета.

РСледует иметь в виду, что ширины отдельных пролетов могут

аа)

H

v0

бб)

1–1

1

У

H

Т

b

d

b

d

b

Н

Б

Рис. 4.6. Схема к определению размеров поверхностных водосливных отверстий:

а – разрез по оси; б – йазрез 1–1

и

Порядок расчета может быть следующим. В первом приближении

принимают: п

= 1,0; = 1,0; к эффициент расхода для водослива с

р

широким порогом m = 0,32–0,38, для безвакуумного водослива

практического проф ля mо= 0,47–0,49, для вакуумного m = 0,57;

H0 = H. Величиной H задаются в пределах 2–5 м в зависимости от рас-

хода в соответств

со стандартными размерами отверстий (табл. 4.2).

Подставляя в ф рмулуи(4.1) ориентировочные значения п, , m и H,

определяют величинузB. По найденной величине В в соответствии со

стандартными размерами отверстий (табл. 4.3) и учитывая, что по

условиямоэкс луатации количество водосливных отверстий жела-

т льно

ринимать не менее трех,

назначают ширину водосливных

п

отв рстий b и их количество n.

е

Таблица 4.2

Р

Высота водосливных отверстий

Высота

0,6; 0,8; 1; 1,25; 1,5; 1,75; 2; 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5; 5; 5,5;

отверстий H, м 6; 7; 8; 9; 10; 12; 14; 16; 18; 20