5.3.2. Консольный перепад

а

и

р

о

УНБ

б

б)

тy

иh1

з

x

о

hп

п

УНБ

L

h2

е

uв

L1

hр

Р

Рис. 5.10. Консольный перепад:

а – общий вид; б – схема к расчету дальности отброса струи

v12 cos α0

2

2hпg

У

a

a

L = k

a

sin α

0

+

sin α

0

+

2

,

(5.46)

g

v1

Т

где ka – коэффициент, учитывающий влияние аэрации на дальность

отлета струи; при Fr ≤ 35 имеем k

= 1; при Fr > 35 k

= 0,8–0,9, где

Fr =

v12

– число Фруда;

Б

gh

v1 – скорость схода струи с трамплина (можно принимать рав-

ной скорости потока в конце быстротока);

Н

й

α0 – угол наклона струи к горизонту, в общем случае он меньше

угла наклона дна трамплина α. При

консоли l > 3h1 принима-

ется α0

= α. При l < 3h1

длине

α0 следует наход ть по специальным гра-

фикам [3, рис. 10.3];

рh1

hп – превышение оси ст уи на носке над уровнем воды в ниж-

нем бьефе:

о

hп = p + 2cosα ,

(5.47)

h1 – т лщинаструина носке.

з

где p – превышен е слтвной кромки носка над уровнем воды в ниж-

нем бьефе (высота паден я струи);

о

Глубина в ды в воронке размыва после его завершения для не-

скальных грунт в

е

п

q

0,8

hp = kp κ0,8

,

(5.48)

0,25

1,15

gd50

где kр – коэффициент размывающей способности потока;

Рκ – коэффициент неравномерности распределения

удельного

расхода;

эффициента пористости ε и состава грунта (табл. 5.8).

У

Таблица 5.8

Эквивалентный диаметр dэ агрегатов связных грунтов

Содержание час-

Эквивалентный диаметр dэ, мм,

тиц, %, разме-

для частиц различных грунтов

ром, мм

Грунты

Т

0,005

0,005–0,05

мало-

средне-

плотных,

очень

плотных,

плотных,

ε =Н0,6–0,3

плотных,

ε > 1,2

ε = 1,2–0,6

ε = 0,3–0,2

Глины

30–50

50–70

0,15

й

10

50

2

Б

Тяжелыесуглинки

20–30

70–80

0,15

3

10

50

Тощие суглинки

10–20

80–90

0,15

3

10

50

Лессовидные

в условиях

–

–

0,05

1,5

5

20

закончившихся

о

и

просадок

0,8

при отбросе струи с трамп-

Произведение коэффициенрв k κ

и

лина вычисляется по ф рмуле

з

т

0,45naϕ

2

y0

k

р κ0,8 = k0

3,4 +

,

(5.49)

о

hкр

п

где k0 – к эффициент, учитывающий пространственность и условия

со ряжения адающей струи с нижним бьефом. Для консольного

е2

сброса за быстротоком k0 = 0,44;

nа – коэффициент, учитывающий влияние аэрации струи, при

Fr = 25

na = 0,9; при Fr = 50

na = 0,85; при Fr = 100 na

= 0,6, где

РFr =

v1

– число Фруда в начальном сечении струи;

y0 – разность уровней воды в бьефах, при расчете быстротока

можно принимать y

= p + h

+

v2

;

0

1

2g

hкр – критическая глубина.

5.3.3. Многоступенчатый перепад

Многоступенчатый перепад представляет собой ряд ступеней

У

из одинаковых по размерам колодцев, образованных продольными

(боковыми) и поперечными (водобойными) стенками (рис. 5.11). Он

Т

устраивается при значительных (более 0,25) уклонах местности по

трассе водосброса.

Н

1

Б

Р

Н

йhнб

1

h Р

1

P

1

Н

h

h 1

к

УНБ

d

lк

и

нб h нб

р

к

h

L

d

dк

l кlк

о

L

Р с. 5.11. Многоступенчатый перепад

т

Размеры колодцев

высота водобойных стенок определяются на

основании гидравлическогои

расчета из условия полного гашения

энергии

т ка.

з

Прежде чем приступать к расчетам, необходимо построить про-

дольный

по оси предварительно выбранной трассы водо-

рофиль

сброса, в который вписывается многоступенчатый перепад. Для это-

го попродольному профилю находится общая высота падения, ко-

торая затем разбивается на отдельные равные между собой ступени.

е

Высота ступеней p обычно назначается одинаковой, не превышающей,

как правило, 5–6 м. Длина ступеней – до 20 м. Глубина водобойного

Р

= p/3. Тогда

колодца при этом предварительно может быть принята dк

средняя высота ступеней p = P/n + dк, где P – разность отметок в

начале и в конце перепада.

0,5–1,0 м; продольная стенка: поверху – 0,3–0,7 м, понизу – 1–2 м;

водобойная стенка: поверху – 0,5–0,7 м, понизу – 1,2–2,0 м. В

скальных породах водобойные плиты могут не устраиваться или

У

может выполняться выравнивающая облицовка толщиной 0,3–0,4 м.

Гидравлическим расчетом уточняются принятые предварительно

Т

длины ступеней и высоты водобойной стенки. Расчеты выполняют-

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

остальных ступеней принимаются такими же, как и размерыНвторой

ступени. Расчеты выполняются следующим образом. Из формулы

Б

Q = ϕ h1 b

(5.50)

2g(H0

+ p −h1)

й

определяется глубина на ступени в сжатом сечении, равная h1, ко-

и

h

′

. Ко-

торая принимается в качестве пе вой сопряженной глубины

эффициент скорости ϕ принимается по графикам в зависимости от

высоты и конструк ивных

р

бенностей ступени [2, рис. 4.8]. По

формуле (5.9) определяе ся в орая сопряженная глубина h''. Глуби-

со

на воды над порогом водослива в начале следующей ступени (H1)

т

определяется уравнен

я водослива с тонкой стенкой:

и

из

Q = m b

2g H13,0/ 2 ,

(5.51)

откуда

о

2/ 3

п

Q

2

H

1

=

− αv0 ,

(5.52)

е

2g

m b

2g

где m – коэффициент расхода, принимаемый как для водослива с

Ртонкой стенкой;

v =

Q

– скорость подхода.

′′

0

bh

l1 =

q

2 p + hкр

,

(5.53)

hкр

g

У

где q – удельный расход: q = Q/b;

hкр – критическая глубина, определяемая по формуле (5.10).

При расчете последней ступени перепада глубина водобойногоТ

колодца определяется так же, как в п. 5.2.3.

Отводящий канал устраивается между сопрягающим сооружени-

Н

ем и руслом реки. Канал выполняется в выемке таким образом, чтобы

дно его сопрягалось с дном реки. Дно отводящего канала может быть

горизонтальным или ему может

Б

уклон меньше критиче-

ского. Гидравлический

расчет канала

про зводится по

формулам

й

равномерного движения воды. Если скорости потока в канале пре-

вышают допустимые по размыву, дно

откосы его укрепляются.

придаваться

5.4. Башенныерводосбросы

Башенный водосброс (орис. 5.12) состоит из головной части (баш-

ни), одной или нескольк х ниток труб и концевого участка, на кото-

ром располагаются

т

необходимости гасители энергии потока. Ось

башенного водосброса трассируется по возможности перпендику-

при

лярно к си пл тины в русле или в пониженных местах поймы.

з

В башне размещаются ремонтные и рабочие затворы, перекры-

входные сечения труб, сороудерживающие решетки и ме-

ханизмы для маневрирования ими, а также служебные помещения.

С чпние башни в плане может быть круглым или прямоугольным.

азм ры е зависят от диаметратрубопроводов. Толщина стенок баш-

вающиени обычно уменьшается снизу вверх, но она не должна быть мень-

ше 20 см. Размещать башню можно в зоне подошвы верхового от-

Ркоса плотины, в средней его части или у гребня плотины, но всегда

ми. Металлические трубопроводы чаще всего укладываются внутри

железобетонных галерей, которые используются в период возведе-

ния гидроузла для пропуска строительных расходов.

3

У

7

УВБ

1

Т

5

У

Б

Н

l

2

Б

4

6

Рис. 5.12. Башенный водосброс:

1 – башня; 2 – отводящие трубы; 3 – помещен е дляйразмещения подъемного оборудо-

вания;4 – затвор;5 – сороудерживающая

ешетка;6

– водобой;7 – грунтовая плотина

и

Снаружи металлические т уб п оводы покрываются антикорро-

зионным покрытием. Трубы брльших поперечных сечений выпол-

няются из железобе она с круглыми, овальными или прямоуголь-

о

ными отверст ями. При ус ройстве нескольких труб они объеди-

няются в общую многоочковуют

конструкцию.

Трубы должны располагаться на плотном грунте основания на

уровне п д швыплотины или ниже ее, в траншее. По длине трубы

разрезаютсязтемпературно-осадочными швами на секции длиной не

более 10–15 м. Для предотвращения фильтрации воды через швы

они у лотняются шпонками, а для борьбы с контактной фильтраци-

й воды вдоль трубы, в местах стыков секций устанавливаются про-

п

тивофильтрационные ребра (диафрагмы).

Подходной участок к башенному водосбросу выполняется в виде

е

канала, рассчитанного на пропуск строительного расхода. Дно и от-

косы его крепятся каменной наброской или бетонными плитами в

Р

зависимости от скорости течения.

Пропускная способность одной трубы напорного башенного во-

досброса Qтр определяется по формуле

Qтр = µ ω

2gHд

,

(5.54)

где ω – площадь выходного поперечного сечения трубы;

µ – коэффициент расхода;

g – ускорение свободного падения;

У

Нд – действующий напор, принимаемый равным разности меж-

разности НПУ и уровня нижнего бьефа, соответствующего пропус-

Н

ку расчетного расхода, при затопленном выходном отверстии.

Коэффициент расхода напорного башенного водосбросаТ

µ =

1

,

Б

(5.55)

1

й

+∑ζi

и

виды местных сопротивлений:

– на вход (коэффициент с п

тивления для прямоугольного входа

ζвх = 0,42, при криволинейн

рм чертании (по радиусу) – 0,10, для

опре-деления ζвх

ф рм

г л вков имеются специальные графи-

ки [12];

о

затворов

– в пазах плоск

при относительной

ширине паза

bп / b < 0,1 следует пр н мать ζп = 0,05, при bп / b > 0,2 ζп = 0,1.

Здесь b – ширинадругихводосбросного отверстия на участке размещения

затвор в, b

– ширина паза. Для двух и более последовательно распо-

ложенных

з

аз в затворов коэффициенты сопротивлений следует сум-

мироватьо;

– на сороудерживающей решетке

п

е

ζр = β(

s

)4/3sin α,

(5.56)

bc

Ргде s – толщина стержня решетки;

Коэффициент сопротивления по длине

ξдл =

2gl

,

(5.57)

C2R

У

где l – длина трубы;

Т

R =

ω – гидравлический радиус, где χ – смоченный параметр;

χ

Н

d

для круглого сечения R =

, где d – диаметр трубы;

4

Б

С – коэффициент Шези, может быть определен по формуле Ма-

нинга

й

1

1/6

С =

и

(5.58)

n R

,

где n

р

– коэффициент шер х ват сти (для бетонной поверхности он

может быть пр нят равнымо0,012 [12]).

Гидравлическ й

башенного

водосброса выполняется в

расчет

следующем порядке:

1. На поперечномиразрезе земляной плотины выбирают место-

положение башни и определяют длину трубы.

2.

з

Задаются ф рмой и размерами поперечного сечения трубы и

по формуле (5.54) находят пропускную способность одной трубы.

3.

о

О ределяют необходимое количество труб для пропуска рас-

ч тногоппаводкового расхода Nт

= Qр / Qтр.

4.

По зависимости (5.54) проверяют пропуск поверочного павод-

е

кового расхода при уровне верхнего бьефа, равном ФПУ. Если при-

нятого количества труб и их размеров оказывается недостаточно для

Рпропуска поверочного паводкового расхода при ФПУ, то увеличива-