Земляная плотина с паводковым водосбросом (стр. 6 из 8)

Головная часть представляет собой водосливную плотину с широким порогом прямолинейного очертания в плане. Водосливной фронт плотины делится быками на отдельные водосливные отверстия, перекрываемые рабочими и ремонтными затворами. Стандартные размеры водосливных отверстий приведены в табл.4.1.

Таблица 4.1

Пролет (ширина) отверстия, b, м	0,4 0,6 0,8 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25 3 3,5 4 4,5 5 6 7 8 10 12 14 16 18 20 22 24 27 30
Высота отверстия, H, м	0,6 0,8 1 1,25 1,5 1,75 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 10 11 12 13 14 15 16

Гидравлический расчет водосливной плотины с широким порогом состоит в определении размеров (ширины и высоты) водосливных отверстий, их количества и проверки пропускной способности принятых размеров водосливных отверстий по формуле:

Q = s_n emnb

(4.8)

где s_n - коэффициент подтопления водослива;

e- коэффициент бокового сжатия;

m - коэффициент расхода водослива;

H₀ - напор на водосливе с учетом скорости подхода;

g - ускорение свободного падения;

n - количество водосливных отверстий;

b - ширина водосливного отверстия.

В первом приближении принимают s_n = 1,0, e = 1,0 ,

m = 0,32...0,38 и H₀ = H. Величиной H задаются в пределах 2...5 м в соответствии со стандартными размерами отверстий (табл. 4.1).

Подставляя в формулу (4.8) ориентировочные значения s_,e, m и H определяют величину n.b. По найденной величине, в соответствии со стандартными размерами отверстий (табл. 4.1) и учитывая, что по условиям эксплуатации количество водосливных отверстий следует принимать не менее трех назначают ширину водосливного отверстия и их количество.

После определения высоты (H), ширины (b) и количества водосливных отверстий производится проверка пропускной способности проектируемой плотины.

Для этого необходимо уточнить значения H₀, m, e и s_n.

Напор с учетом скорости подхода определяется по зависимости

Н₀ = Н +

, (4.9)

где g - ускорение силы тяжести, принимаемое равным 9,81 м²/с;

a - коэффициент Кориолиса, равный 1...1,1;

V₀ - скорость подхода, равная средней скорости в ВВ в сечении, отстоящем от напорной грани водослива на расстоянии (3...5) Н.

Если непосредственно за головной частью устраивается сопрягающее сооружение (быстроток, перепад и т.д.), то водосливная плотина с широким порогом будет неподтоплена и коэффициент подтопления s_n = 1.

Коэффициент бокового сжатия для водосливов с широким порогом рекомендуется определять по А.Р. Березинскому [10]

e = 1 -

, (4.10)

где р - высота водослива;

a = 0,1 - при плавном очертании быков и устоев;

a = 0,19 - при их прямоугольном очертании;

b - ширина водосливного отверстия;

d - толщина бычка.

Толщина неразрезного бычка

d = d₀ + 2n, (4.11)

здесь d₀ ³ 0,8 м - толщина суженного пазами перешейка быка;

n =

- глубина паза рабочих затворов;

m = (

) b - ширина паза рабочих затворов.

В случае разрезного быка толщина его, вычисления по (4.11), увеличивается на 0,5...1,0м.

Формула (4.10) справедлива при

> 0, 2 и

<3, при

< 2 следует принимать

= 0,2 , а при

> 3 - принимать

= 3.

Для водоемов с широким порогом при 2,5 £

£10 и

0 £

£ 3 коэффициент расхода определяется по А.Р.Березинскому [10]:

- при закругленном входном ребре

m = 0,36 + 0,01

(4.12)

- при прямоугольном входном ребре

m = 0,32 + 0,01

(4.13)

Уточнив таким образом все выше перечисленные параметры, производят проверку пропускной способности принятых размеров водосливных отверстий

Q = s_nmenb

H₀^3/2³ Q_р_._п_.(4.14)

Если сопрягающее сооружения располагается непосредственно за водосливной плотиной (промежуточный канал отсутствует), то устройство для гашения кинетической энергии сбрасываемого потока не устраивается. При наличии промежуточного канала необходимо выполнить расчет сопряжения бьефов (за бытовую глубину в НБ водослива принимается расчетная глубина воды в канале) и предусмотреть устройства для гашения энергии сбрасываемого потока.

Промежуточный канал проектируется в том случае, когда продольный профиль дневной поверхности по оси водосбросного тракта имеет небольшой уклон и устройство сопрягающего сооружения непосредственно за водосливом ведет к резкому увеличению объемов земляных работ в котлованах сооружений. Уклон дна канала принимается меньше критического, расчет выполняется по формулам равномерного движения воды. Поперечное сечение промежуточного канала трапецеидальное, дно и откосы которого могут крепиться каменной неброской или бетонными плитами в зависимости от скорости потока и геологических условий.

Сопрягающее сооружение в береговых открытых водосбросах низко- и cредненапорных гидроузлов устраиваются в виде быстротоков, быстротоков с усиленной шероховатостью, консольных перепадов и многоступенчатых перепадов.

4.2.1. Быстроток выполняется в виде бетонного или железобетонного лотка с прямоугольным, трапецеидальным или полигональным поперечным сечением (рис. 4.1б). Уклон дна быстротока принимается всегда больше критического и наиболее часто задается в пределах 0,05...0,25. Ширина быстротока может быть постоянной или переменной, что обуславливается как условиями гашения энергии в нижнем бьефе, так и возможностью некоторого сокращения объемов работ.

В быстротоках небольшой ширины на нескальном основании стенки и днища представляют собой монолитную неразрезную конструкцию докового типа. В широких быстротоках боковые стенки отрезаются от днища деформационными швами. Толщина днища принимается 0,3... 0,8 м, стенки и днище по длине лотка разрезаются деформационными швами через 20...25 м.

В прочных скальных породах бетонная облицовка не устраивается, а в слабых скальных и полускальных породах дно и откосы быстротока покрываются заанкеренной бетонной облицовкой толщиной 0,2... 0,3 м .

В плане быстротокам необходимо придавать прямолинейное очертание, но иногда для уменьшения объемов строительных работ устpaивают быстротоки с виражом. На криволинейном участке дну быстротока придается поперечный уклон, вогнутая боковая стенка его делается большей высоты, чем выпуклая.

В быстротоках большой ширины, а также на криволинейных участках без поперечного уклона дна, для обеспечения устойчивости потока в поперечном направлении устраивают продольные раздельные стенки.

При высоком положении уровней фильтрационного потока по трассе быстротока устраивается дренаж под днищем и за боковыми стенками. Чаще всего применяется трубчатый дренаж.

Превышение боковых стенок быстротока над уровнем воды в нем (кривая свободной поверхности воды в быстротоке устанавливается гидравлическим расчетом) принимается по табл. 4.2.

Таблица 4.2

Расход в быстротоке, м³/с	1	1…10	10…30	30…50	50…100
Превышение боковых стен над уровнем воды, см	20	30	40	50	60

Гидравлический расчет быстротока при заданных параметрах поперечного сечения, длины и уклона дна заключается в построении кривой свободной поверхности потока и определении максимального значения его скорости, а также расчете сопряжения бьефов и выполняется в следующем порядке:

Глубина воды на входе в быстроток (h₁) принимается равной критической глубине

h₁ = h_кр =

, (4.15)

где a = 1...1,1;

Q - расход в быстротоке;

b_б - ширина быстротока.

2. Глубина воды на выходе из быстротока определяется из уравнения Б.А. Бахметьева

= h₂ - h₁ - (1 - j)[ j(h₂) - j(h₁)], (4.16)

где i₀ - уклон дна быстротока;

l - длина быстротока;

h₀ - нормальная глубина (при равномерном движении потока на быстротоке);

h_{1 =}

, h₂ =

- относительные глубины в начале и в конце быстротока;

j(h₁), j(h₂) - функции относительных глубин, определяемые по таблице 9.3 с 111 [6];