5.2. Проектирование водосбросного сооружения

Для пропуска паводковых вод в составе водохранилищного гидроузла устраивают водосбросное сооружение. Исходя из особенностей рельефа наиболее выгодно конструировать открытый береговой водосброс.

В расчёт берегового водосброса входит определение размеров сооружений водопропускного тракта и устройств нижнего бьефа.

5.2.1. Выбор трассы и построение продольного профиля по оси водосбросного сооружения

При назначении трассы водосбросного сооружения учитывают топографические, геологические, гидрогеологические и строительно-экономические условия.

Трассу водосбросного сооружения намечают в обход плотины, по более пологому берегу, если сопрягающим сооружением служит быстроток, и на более крутом – в случае многоступенчатого перепада.Под трассойпонимают осевую линию сооружений, проложенную на местности с разбивкой на ней пикетажа. Она может быть как прямолинейной (рис. 5.1, а),так и с углами поворота (рис. 5.1, б). Дляобеспечения плавного движения потока воды на водосбросномтракте, когда трасса имеет углы поворота, в них вписывают кривые с радиусом не менее пятикратной ширины канала по урезуводы, т.е. .

При разбивке кривых, когда задан угол поворота , вычисляют тангенс по формуле:

(5.1)

Рис. 5.1. Трасса поверхностного водосбросного тракта: а) прямолинейная; б) с углами поворота; в) разбивка кривой на трассе

Следует иметь в виду, что здесь тангенс( )не является тригонометрической функцией, а определяется как длина отрезка прямой от угла поворота до начала или конца кривой.Длину кривой определяют по формуле

(5.2)

Биссектриса угла определяется как

(5.3)

Зная тангенс и длину кривой, определяют пикеты начала и конца кривой. Пример разбивки кривой на водосбросном тракте приведен на рис. 5.1.На криволинейных участках трассы рекомендуется размешать каналы, а другие сооружения водосбросного тракта относить на прямолинейные участки. Размещение сооружений накриволинейных участках трассы приведет к выполнению криволинейных конструкций в плане.

Входная часть канала должна быть удалена от плотины не менее чем на 20…40 м. Поэтому хорошим решением будет расположение входа за поворотом берега, протоке, отвершке.

Канал должен проходить не ближе 10…15 м от места сопряжения плотины с берегами. Выход в нижнем бьефе должен быть удален от плотины не менее чем на 50…100 м, чтобы при пропуске паводка не возникло опасности подмыва откоса плотины. Желательно располагать выходную часть сооружения в протоке, отвершке, рукаве той же балки, реки.

Дно водосбросного канала в начальной его части закладывают на отметке НПУ в водохранилище и, следовательно, сброс воды будет проходить лишь при повышении уровня воды над нормальным.

Дно отводящего канала размещают на отметке тальвега либо на1÷2 м ниже для того, чтобы канал проходил в выемке или полувыемке – полунасыпи.

По оси намеченной трассы вычерчивают продольный профиль (рис. 5.2).Продольные профили принято вычерчивать в разных масштабах - большем по вертикальной оси и меньшем по горизонтальной (горизонтальный – масштаб плана, вертикальный 1:200). На профиле наряду с отметками поверхности земли (черными отметками), расстояниями между фиксированными точками (соседние точки с фиксированными отметками поверхности земли на продольном профиле соединяют прямыми линиями) и пикетами наносят также проектные отметки сооружений (красные отметки), план трассы с указанием местоположения начала и конца кривых. На продольном профиле приводят также грунты и их физико-механические характеристики. Пример продольного профиля по водосбросному тракту приведен на рис. 5.2.

Продольный профиль строят по оси трассы водосбросного тракта по материалам геодезических съемок. При предварительномпроектировании его можно выполнить камерально, используя дляэтого план с горизонталями.

Высотное размещение всех сооружений на водосбросном тракте определяется таким образом, чтобы выемки были минимальными, причем допускается на отдельных участках частично выполнять насыпь. Исходя из этого условия и выбирается трасса.Грунты из выемок водосбросных трактов рекомендуется укладывать в тело плотины, если по физико-химическому составу они пригодны для насыпи. Перемещение грунта из выемок в тело плотины позволяет сократить затраты по гидроузлу, но при этом следует учитывать, что глубокие выемки осложняют эксплуатацию сооружения, особенно при пропуске расходов половодья.

Определение отметок дна водосбросного сооружения. На профиль трассы водосбросного сооружения со стороны водохранилища наносят линию НПУ (рис. 5.2). Точка пересечения этой линии с линией откоса долины (со стороны верхнего бьефа) будет началом входной части подводящего канала (сечение I-I). Длину подводящего канала определяют следующим образом: из точки сечения I-I проводят пунктирную горизонтальную линию до пересечения с линией откоса долины, балки (со стороны нижнего бьефа). От этой линии откладывают вниз разницу глубин подводящего канала на откос долины

(5.4)

где - глубина воды в конце подводящего канала, м;

- глубина воды в начале подводящего канала, м.

Рис. 5.2. Продольный профиль по поверхностному водосбросному тракту

Полученную точку пунктиром соединяют с точкой пересечения отметки дна в сеченииI-I. Эта линия и будет дном канала.

Со стороны нижнего бьефа вписывают строительную высоту канала в сеченииII-II:

(5.5)

где – возвышение дамбы в земляных каналах над уровнем воды, м, которое приведено в таблице 5.1

Таблица 5.1. – Возвышение дамбы в земляных плотинах над уровнем воды, м.

Расход воды в канале, м3/сек	Земляные каналы	Каналы с одеждой из бетона, ж/бетона, асфальтобетона
до 1	0,20	0,10 ÷ 0,15
1 – 10	0,30	0,20
10 – 30	0,40	0,30
30 – 50	0,50	0,35
50 – 100	0,60	0,40

Из точки пересечения сечения II-IIс линией откоса долины опускают вертикаль до пересечения с линией приближенного дна канала.Эта вертикаль будет концом подводящего канала (сеч. II-II) и началом входной части сопрягающего сооружения. Затем от точки пересечения заданного уровня воды в нижнем бьефе и склона речной долины по горизонтали откладывают принятую длину отводящего канала L_{отв. кан.} (в пределах 20-30 м) и проводят вертикаль III-III. Расстояние между вертикалями II-II и III-III есть горизонтальное проложение сопрягающего сооружения, равное L (по масштабу плана). Имея разницу отметок Zи горизонтальноепроложениеLнаходим уклон местности под сооружением

(5.6)

При этом нужно стремиться к тому, чтобы уклон местности под сооружением был примерно параллелен склону речной долины (условие минимума земляных работ).

Выбор типа сопрягающего сооружения.

Водосбросное сооружение может быть запроектировано в виде быстротока, многоступенчатого перепада, консольного сброса, шахтного сброса, ковшевого и др.

Выбор типа сбросного сооружения производится обычно по экономическим соображениям, условиям эксплуатации, исходя из топографических, геологических, гидрогеологических условий.

Перепады и консольные сбросы чаще устраивают на крутых коротких склонах. При некоторых уклонах местности может быть принят как перепад, так и быстроток.

Ориентируясь на уклон местности под сопрягающим сооружением ( , принимают тип сопрягающего сооружения:

приi_м ≤ 0,25 – быстроток;

при i_м 0,20 ÷ 0,30 – перепад.

При прочих равных условиях быстротоки являются наиболее экономичными типами сопрягающих сооружений.

Если уклон местности находится в противоречии с заданным типом сопрягающего сооружения, то необходимо изменить направление трассы только сопрягающего сооружения.