Гидротехнические сооружения

Для уменьшения ширины водосливного фронта желательно, что-

бы п = 1, то есть уровень воды в ковше задается ниже отметки по-

рога водослива. Этот уровень принимается как УВБ при определе-

нии действующего напора при гидравлическом расчете труб. Для

уменьшения ширины водослива его торцевой части можно прида-

вать зигзагообразную форму. Расчет труб производится аналогично,

как и для башенного водосброса.

У

4.5.6. Сифонный водосброс

Сифонный водосброс (рис. 4.35) относится к нерегулируемым,

Т

автоматическим водосбросам и представляет собой изогнутую в

вертикальной плоскости трубу прямоугольного или круглого попе-

речного сечения, расположенную в теле бетоннойНплотины. Изгиб

трубы устраивается таким образом, чтобы гребень сифона распола-

гался на отметке НПУ.

Б

й

1-1

1

1

и

а а

р

НПУ

3

b

о

1

2

т

H д

и

д

Н

УНБ

з

о

п

Рис. 4.35. Схема бетонной плотины с сифонным водосбросом:

е

3 – воздушное отверстие

Р

1 – капор; 2 – отклоняющий носок;

Работает сифонный водосброс следующим образом. При повы-

шении уровня воды в верхнем бьефе выше отметки НПУ начинает-

ся перелив воды через гребень сифона. Стекающая по грани водо-

слива струя воды отбрасывается носком к потолку и герметизирует

Отклоняющий носок располагается на высоте (0,4–0,5)Н от вы-

ходной кромки капора. Высоту носка рекомендуется назначать не

менее 0,1 высоты трубы.

НПУ

Обычно сифонный водосброс состоит из несколькихТтруб, объ-

единенных в батарею. С целью недопущения одновременного

включения всех труб при сбросе небольших паводков гребни от-

Н

дельных труб и входные кромки капора располагаются на разных

отметках, отличающихся друг от друга на 5–10Бсм.

Площадь входного сечения сифона обычно принимается в 2,5–3 ра-

за больше площади сечения в

с фона. Для предотвращения по-

й

падания в сифон воздуха, льда, плавающ х тел входная кромка капо-

ра должна заглубляться под у

иве хнего бьефа на величину

горле2

δ

вх

,

овень2g

т

где вх – средняя скорость во входном сечении.

и

Очертание г рлового участка сифона (сечение 1–1, рис. 4.35)

з

назначается таким, чтобы отношение радиуса закругления оси горло-

вого участка r0 к высоте сечения а было максимально возможным.

о

При разм щении сифонов в низконапорных плотинах r0 /а 2–2,5, а в

высокихп– r0 /а = 1–1,5.

Наиболее распространенная форма поперечного сечения трубы

е

сифона – прямоугольная. Отношение ширины к высоте сечения ре-

комендуется принимать 1,5–3,0. Высота сечения в большинстве по-

Рстроенных сифонов равна 1,5–2,0 м.

Q

Б

n =

p.п

.

Q

тр

й

и

Вакуум в сечении 1–1 на потолке не должен превышать 8 м вод-

р

ного столба. Поэтому напор Нд, как п ав ло, не превышает 10 м.

о

4.5.7. Туннельные водосбросы

т

Туннельный водосбр с с ст ит из водоприемника и водоотво-

и

дящего тракта в в де

уннеля. Туннельные водосбросы применяют-

ся на высоконапорных, реже средненапорных, гидроузлах с исполь-

зованием

последн

х в некоторых случаях в качестве водовыпусков,

а также для пр пуска строительных расходов.

Поп

туннели представляют собой водоводы,

Гидр техническиез

устраиваемые в земной коре без удаления вышележащей массы

грунта.

еречное сечение туннеля может быть круглым или ино-

го оч ртания. Форма сечения зависит от гидравлических и статиче-

ских условий (величины и характера горного давления и давления

водые), а также от производственно-строительных условий. По гид-

равлическим условиям туннели могут быть напорными или без-

Рнапорными. Для напорных туннелей, подверженных значительному

щитовом способе проходки). Безнапорные туннели могут иметь

любую форму. В этом случае та или иная форма выбирается в зави-

симости от коэффициента крепости горных пород и от соотношения

величин вертикального и бокового горного давления.

По высотному положению водоприемника туннельные водосб-

росы подразделяются на две группы: водосбросы с поверхностным

водоприемником (рис. 4.36, а) и водосбросы с глубинным водопри-

емником (рис. 4.36, б).

У

а)

1

УВБ

Т

2

3

Н

УНБ

Б

бб)

й

УВБ

и

4

р

1

2

3

о

т

и

а– водосбр сс

зРис. 4.36. Туннельные водосбросы:

верхн стнымприемником; б– водосброссглубиннымприемником:

1 – водосливный порог; 2 – обводящий туннель; 3 – выходной портал;

п

4 – затворная камера

Пов рхностный водоприемник – это фронтальный или траншей-

е

ный водослив, оборудованный затворами или автоматический. Рас-

четы и проектирование его выполняются так же, как и для водо-

Рсбросов с открытой транзитной частью. Туннельные водосбросы с

поверхностным водоприемником обычно проектируются с без-

напорным режимом потока по всей длине водоотводящего тракта.

поворота допускается принимать не более 60 , а радиус поворота при

скоростях потока до 10 м/с – не менее пяти пролетовНтуннеля в свету.

й

При больших скоростях для определения радиусови углов поворотов

рекомендуется проводить модельные исследованияБ.

Концевой участок туннеля на более часто выполняется в виде

водобойного колодца или трампл на.

р

Гидравлический расчет туннельного водосброса состоит в опре-

о

делении пропускной

способностииусловий сопряжения бьефов.

Поверхностный водоприемник ассчитывается отдельно по форму-

т

лам, соответствующим его к нструкции (водослив фронтальный или

и

траншейный). Расче ы водобойного колодца или трамплина (кон-

сольного перепада) рассмо рены выше.

з

Шахтные водосбросы относятся к типу поверхностных берего-

о

вых туннельных водосбросов. Они устраиваются в одном из берегов

водохранилища для пропуска больших расходов на средне- и высо-

п

кона орных гидр узлах в случае скальных оснований. Шахтный водо-

сброс состоит из поверхностного водослива, вертикальной шахты и

е

водоотводящего тракта в виде туннеля (рис. 4.37).

Р

сливом выполняется в следующем порядке.

У

Из формулы пропускной способности поверхностного водослива

(4.1), где ширина водосливного фронта в данном случае B = 2πR,

определяется радиус воронки кольцевого водослива при отсутствии

быков на гребне:

Н

Q

R

,

Б

Т

2πm 2g H

3 2

0

а при наличии быков на гребне

и

R

1

Q

nd

,

εm

2π

2g H 3й2

р

0

где Q – расход через вод сб

с;

– коэффициент бок в

сжатия, равный в среднем 0,9 (при

отсутствии быков =1,0);

и

m – коэффиц ент расходаго, принимаемый для водослива практи-

ческого профиля 0,46,тдля водослива с коническим участком – 0,36;

Н0 – напор на водосл ве сучетом скоростиподхода:

о

п

з

Н0 Н

02

,

2g

где

Н – на ор на гребне воронки;

Р

4.6. Водовыпуски и водоспуски

У

Водоспуски – это гидротехнические сооружения, предназначен-

ные для полного или частичного опорожнения водохранилищаТ

с

Н

целью трансформации паводка, осмотра и ремонта, промывки нано-

сов и т. д. Водовыпуски – это гидротехнические сооружения, пред-

й

назначенные для полезных попусков воды из водохранилища в ниж-

ний бьеф в соответствии с хозяйственными нуждамиБ

(санитарные

и

попуски, орошение, водоснабжение

т. д.). Конструктивно эти со-

оружения не отличаются друг от

, поэтому на практике функции

а) водоспуски в теле грун другав й плотины;

обоих сооружений, как правило, совмещают в одном. Далее это со-

о

оружение будем называть водоспуском.

По расположению вузле в д спуски подразделяются на дватипа:

т

б) береговые

водоспуски

вне тела плотины.

К первым относя ся

рубчатые, ко вторым – туннельные и

з

открытые водоспуски. Наиболее распространенным типом в усло-

о

виях Беларуси является трубчатый водоспуск, представляющий

собой ул женную в теле грунтовой плотины трубу, оборудованную

затворами или задвижками и устройствами для управления ими. В

зависим сти т к нструкции этих устройств различают башенные и

е

б збаш нные водоспуски. На рис. 4.38 представлены примеры кон-

Р

струкцийпводоспусков.

аа)

4

5

УВБ

1

3

2

УНБ

бб)

УВБ

1

У

Т

7

6

Н

УНБ

Б

в

УВБ

1

й

и

8

р

2 или 6

9

6

о

УНБ

т

Р с. 4.38. Трубчатые водоспуски:

а – башенный; б – беибашенный с колодцем в НБ; в – безбашенный с галереей:

1 – грунт вая пл тина; 2

– железобетонная труба; 3 – башня; 4 – помещение

для у

з

равления затворами; 5 – служебный мостик; 6 – металлическая труба;

7 – к лодец с задвижкой; 8 – галерея; 9 – задвижка

о

Примпняемые в водоспусках трубы могут быть железобетонными

или м таллическими. Металлические трубопроводы могут уклады-

ватьсяев теле грунтовой плотины или в железобетонных галереях. В

теле плотины они укладываются на специально подготовленный бе-

Ртонный фундамент или бетонные опоры. Укладку металлического

трубопровода в основании или в теле бетонной плотины в редких

случаях допускается осуществлять в небольших сооружениях и с

весьма тщательным уплотнением засыпки вокруг труб. Размеры га-

лерей вокруг трубопроводов назначаются из условий размещения в

них напорных трубопроводов, задвижек и обеспечения их осмотра и

ремонта.

Выходная часть трубчатых водоспусков устраивается как и в труб-

чатых водосбросах и должна обеспечивать гашение избыточной

энергии выпускаемого в нижний бьеф потока.

Гидравлический расчет водоспуска заключается в определе-

нии времени опорожнения водохранилища при заданных размерах

поперечного сечения трубы. Расчет выполняется следующим обра-

зом (рис. 4.39). Весь объем водохранилища, подлежащий сбросуУ

(сливной объем), делится на отдельные расчетные слои толщиной

Т

Нi = 0,5–0,1 м. Для каждого слоя определяются площадь зеркала

водохранилища Ωi и соответствующий ему напор Hi.

Н

Q р

УВБ

Б

i

й

H i

и

H i

р

i

Н

УНБ

о

Q

т

и

Рис. 4.39. К расчету опорожнения водохранилища через водоспуск

з

р жнения водохранилища определяется по формуле

о

п

H

n

i

Время

T

2 2g i 1

Hi Hp

,

Р

где Hр – напор, определяемый по формуле