Методические указания по пропуску льда через строящиеся гидротехнические сооружения со 34. 21. 145-2003 (стр. 6 из 15)

Схема 3. К гребенке с низким порогом вследствие подтопления могут подходить, не разламываясь, крупные ледяные поля. Перед пролетами ледяные поля не ломаются на кривой спада. Пропуск их в нижний бьеф происходит при условии пониженной прочности льда и достаточном запасе кинетической энергии полей для их раскалывания или прорезания опорами.

Эта же схема может иметь место для гребенок с высоким порогом, если раздельные бычки выдвинуты в сторону верхнего бьефа так, что препятствуют разлому на кривой спада подходящих к пролетам ледяных полей.

5.3. Для схемы 1 необходим расчет разлома ледяных полей на сосредоточенном перепаде выше гребенки, для схемы 2 — расчет разлома ледяных полей на кривой спада перед входом в пролеты, для схемы 3 — расчет дробления ледяных полей при взаимодействии с раздельными бычками.

5.4. Ширина отдельных пролетов гребенки плотины, необходимая по условиям пропуска льда, должна определяться по формуле

, (17)

где l — длина льдин, м; R_f — прочность льда при изгибе в период его пропуска, МПа, определяемая по формуле (115) СНиП 2.06.04-82* (1995 г.); v_i — скорость подхода льда к гребенке, которую можно принимать равной средней скорости течения воды, м/с; r_i — плотность льда, кг/м³. Зависимость (17) применима при подходе к пролетам гребенки отдельных льдин, размеры которых соизмеримы с шириной пролетов гребенки и для которых отношение b_i/l больше 0,4-0,7, и для 0,02 <

< 0,2, где g — ускорение свободного падения, м/с².

5.5. Необходимую по условиям пропуска льда ширину отдельных пролетов гребенки плотины, на подходе к которым отсутствует сосредоточенный гидравлический перепад или кривая спада водной поверхности, следует определять по формуле

, (18)

где k_p = k_v k_b R_c для бычков с вертикальной передней гранью и k_p = k_f R_f tgb для бычков с наклонным ледорезом (k_v — коэффициент скорости деформации льда, принимаемый по табл. 31, СНиП 2.06.04-82* (1995 г.); k_b — коэффициент смятия льда, принимаемый по табл. 30, СНиП 2.06.04-82* (1995 г.); k_f — коэффициент, учитывающий форму и размеры быка с наклонным ледорезом, принимаемый по табл. 8); R_c — прочность льда на сжатие, МПа, определяемая по формуле (114), СНиП 2.06.04-82* (1995 г.); v_i — скорость движения льдин, м/с; b_d — ширина быков, м.

5.6. Для разрушения ледяных полей перед гребенкой значение сосредоточенного перепада Dz должно быть не меньше его минимального значения, рассчитанного по формуле (4). При определении перепада на участке до гребенки необходимо рассматривать случаи ее работы как незатопленного и подтопленного водослива с широким порогом.

5.7. Понижение свободной поверхности выше гребенки по течению при отсутствии ее подтопления со стороны нижнего бьефа необходимо определять на основании следующих зависимостей, которые рекомендуется использовать при х/Н < 1,5 [5]:

для гребенки с шириной пролетов b_i > (3 - 4)H (широкая гребенка)

Dz / H = 0,75 ехр (-aх / H), (19)

в которой для прямоугольного очертания порога гребенки a = 1,8, а при скруглении ее входного ребра a = 1,3; х — горизонтальная координата, отсчитываемая от напорной грани плотины в сторону верхнего бьефа;

Таблица 8

Значения коэффициента k_f, учитывающего форму быка с наклонным ледорезом

Угол наклона ледореза быка к горизонту b, град	Угол заострения треугольной режущей грани быка в плане 2g, град
	45	60	75	90	120
	Коэффициент kf
45	0,20	0,17	0,16	0,16	0,16
60	0,24	0,20	0,19	0,18	0,17
70	0,38	0,27	0,23	0,21	0,19
75	0,79	0,38	0,29	0,26	0,22

Примечание. Для быка с закругленной или полуциркульной режущей гранью коэффициент k_f определяется, как для угла заострения, равного 2g = 80°.

для гребенки с шириной пролетов b_i < (2 - 3) H для максимального понижения свободной поверхности в створе напорной грани гребенки

z_в / H = 0,005 C / H + A, (20)

в которой С — ширина порога гребенки, а свободный член А принимается при прямоугольном очертании ее порога равным 0,03, а при скруглении его входного ребра - 0,02.

Изменение среднего по ширине потока понижения свободной поверхности по сравнению с уровнем верхнего бьефа

Dz / z_в = exp [-2,5 (x / H - 0,3)]. (21)

Перед узкими гребенками не отмечается существенного понижения свободной поверхности в диапазоне 0 < х / Н < 0,2 - 0,3, а различие в глубинах воды в створе напорной грани у быков и по оси пролета гребенки может составлять от 0,5 до 1,2 от среднего понижения кривой свободной поверхности по сравнению с уровнем верхнего бьефа.

5.8. При определении понижения уровней воды перед гребенкой ее подтопление необходимо учитывать лишь тогда, когда глубина нижнего бьефа над ее порогом h ³ 0,8H. До значения h < 0,8H указанное понижение свободной поверхности должно учитываться как для случаев незатопленного истечения.

Для случаев h ³ 0,8H данные для определения понижения свободной поверхности перед гребенкой в долях перепада на сооружении Dz₀ приведены в табл. 9.

Таблица 9

Ориентировочные значения понижений свободной поверхности на подходном участке гребенки, работающей в подтопленном режиме истечения

Особенности конструкции пролетов гребенки	zв/Dz0 (х/H = 0)	z/Dz0 на различных относительных расстояниях от напорной грани
		0,5	1,0	2,0
Прямоугольный в поперечном сечении, широкий	0,20 - 0,25	0,10	0,05	0
Со скругленным входным ребром, широкий	0,30 - 0,40	0,15	0,05	0
Узкий	0,15 - 0,20	0,10	0,03	0

При расчете перепада на сооружении следует использовать следующую зависимость

, (22)

где Dz_вс — перепад восстановления на сооружении, который может устанавливаться с учетом данных П18-74.

Для определения понижений уровней воды на сооружении по данным табл. 9 допускается использовать перепад на сооружении без учета скоростного напора на подходе.

5.9. Длину ледяных полей, отламывающихся на кривой спада свободной поверхности перед гребенкой, необходимо устанавливать по формуле

, (23)

где h_d - толщина льда, м.

5.10. Общую ширину ледосбросного фронта B_i, м, обеспечивающего пропуск льда через гребенку (рис. 7), необходимо определять по формуле

, (24)

Рис. 7. Схема гребенки плотины:

a — план; б — продольный разрез гребенки;

1 — котлован II очереди; 2 — пролеты гребенки; 3 — быки; 4 — порог гребенки

где с₁ - коэффициент пропорциональности, принимаемый равным 1,85 при разрушении льда на сосредоточенном перепаде и 3,7 при разрушении льда на кривой спада; v₀ и h₀ — скорость течения и глубина воды на подходе к сужению, соответственно; В — ширина реки выше сужения.

5.11. При движении через гребенку мелкораздробленного уплотненного потоком льда необходимую для его пропуска ширину ледосбросного фронта следует вычислять по формуле

, (25)

где с₂ = 0,06 b' + 0,4 — коэффициент, учитывающий взаимодействие ледяной массы с быками в диапазоне изменения их толщины 3 м £ b_d £ 10 м; b' — расстояние между осями быков гребенки, м; b = v₁ / v₂, v₁ и v₂ — скорость течения в начале и в конце сужения русла перемычками; с₃ — коэффициент, учитывающий форму и размеры сужения перед гребенкой и рассчитываемый при параллельной ориентации продольного участка перемычки и противоположного берега (b = 1) по формуле