ar-net.ruВ случае полускальных и нескальных грунтов, слагающих русло в нижнем бьефе, концевой участок следует выполнять в виде водобойного колодца или водобоя с гасителями энергии (пирсы, шашки и др.). Сопряжение быстротока с водобоем следует осуществлять уступом в случаях указанных в 6.23. Дно и берега отводящего русла должны быть закреплены.
6.51 Уменьшение скорости течения и повышение интенсивности гашения энергии потока в пределах тракта быстротока может быть достигнуто устройством на его дне усиленной шероховатости. В качестве усиленной шероховатости чаще используют низкие стенки (ребра), сплошные или отдельно стоящие, располагаемые в плане различным образом (рисунок 16) трапецеидального или прямоугольного сечения. Высота элементов шероховатости не должна быть более h / 3, где h - глубина потока.
 | |
| 508 × 407 пикс. Открыть в новом окне | |
Рисунок 16 – Типы усиленной шероховатости на быстротоках
Применение усиленной шероховатости способствует существенному облегчению (а иногда и отказу от устройства) крепления в нижнем бьефе, а также снижению опасности кавитационных воздействий на обтекаемых поверхностях. Начальный створ, ниже которого устраивается усиленная шероховатость, принимается выше места, где скорости потока достигают пороговых значений, при которых возможно возникновение кавитации.
6.52 При проектировании быстротоков следует учитывать возможность возникновения на свободной поверхности катящихся волн. Возникновение катящихся волн возможно при большой длине быстротока, когда на нем устанавливается режим течения, близкий к равномерному, при постоянном уклоне дна более 0,01 или при изменении уклона дна с большего на меньший. При аэрации потока возможность образования катящихся волн уменьшается. Прогнозирование волнообразования следует выполнять расчетными методами для ряда расходов от 0,2Qp до Qp - максимальный расчетный расход сброса через сооружение, для выявления расхода, при котором волны могут достигать наибольшей высоты.
Для исключения образования катящихся волн следует устанавливать продольные разделительные стены или применять безволновые формы поперечного сечения быстротока: треугольную, параболическую, эллиптическую и т.д.
Катящиеся волны могут считаться допустимыми в случаях:
глубины при наличии катящихся волн меньше глубин, соответствующих случаю пропуска максимального расхода Qp;
колебания уровня в нижнем бьефе, обусловленные волнообразованием не вызывают нежелательных последствий.
6.53 Перепады следует устраивать в тех случаях, когда рельеф местности и/или выполненные проектные проработки показывают их преимущество перед вариантом быстротока. Различают типы перепадов (рисунок 17): одноступенчатые (а) и многоступенчатые (б), колодезные (а, в) и безколодезные (б).
 | |
| 285 × 268 пикс. Открыть в новом окне | |
Рисунок 17 – Схемы перепадов
Число ступеней, их высота и длина должны устанавливаться в зависимости от продольного профиля местности и конструктивных соображений. Длина ступеней l колодезного перепада должна назначаться не меньше суммы значений дальности отлета струи l0 от стенки верхней ступени и длины прыжка lпр внутри водобойного колодца, образуемого стенкой рассматриваемой ступени: ll0+lпр Высота водобойной стенки должна обеспечивать затопление гидравлического прыжка внутри колодца.
6.54 Траншейные водосбросы (водосбросы с траншейным входным участком) целесообразно применять при стесненных подходных условиях и крутых береговых склонах, когда устройство фронтального входа в водосброс приводит к необходимости выполнения глубоких и существенных по объему выемок. Такого рода входные участки с развитым водосливным фронтом следует применять при необходимости обеспечения относительно небольших колебаний уровня верхнего бьефа. В этом случае траншейные входные участки предусматриваются без затворов, а их гребень должен выполняться на отметке НПУ (рисунок 18).
 | |
| 595 × 531 пикс. Открыть в новом окне | |
Рисунок 18 – Береговой поверхностный водосброс с траншейным входом
Особенность компоновки водосбросов с траншейным входом состоит в том, что вода сбрасывается через расположенный на гребне водослив в длинную траншею, по которой она поступает на тракт водосброса.
Водосбросную траншею следует располагать параллельно берегу при расположении водослива с одной ее боковой стороны или при расположении с двух сторон - с боковой и торцевой. В случае благоприятных топографических условий сброс воды в траншею должен осуществляться с двух боковых сторон и с торца. Для развития водосбросного фронта целесообразно предусматривать перед входным сечением водосброса несколько веерообразно расположенных траншей.
6.55 В составе траншейных входных участков следует применять водосливные стенки с оголовками на гребне, обладающими высокими коэффициентами расхода: безвакуумные и вакуумные, при этом не допускается их работа в подтопленном режиме течения. Под струи воды, поступающие в траншею переливом через обтекаемый оголовок, следует предусматривать подвод воздуха.
6.56 Гидравлический расчет течения для определения размеров траншеи должен проводиться на основании уравнения потока с переменной массой, при этом можно пренебрегать потерями напора на трение по длине.
6.57 При проектировании траншейных входных участков водосбросов необходимо учитывать возможность развития циркуляционного движения в траншее, которое наблюдается при односторонней подаче воды в траншею. Для предотвращения такого движения, приводящего к существенным перекосам уровней в поперечных сечениях траншеи, которые распространяются по длине тракта водосброса, возможно применение следующих конструктивных мероприятий:
чередование по длине бокового водосливного фронта участков с гладкими оголовками и оголовками, завершающимися носками, отбрасывающими поток к противоположной стене траншеи (рисунок 18); наиболее удобно такое чередование в случае водослива с промежуточными быками;
установка пирсов-гасителей на дне траншеи;
устройство выступающих ребер на боковой стене траншеи, расположенной напротив водосливной стены.
Необходимо учитывать, что эти конструктивные мероприятия приводят к увеличению аэрации и глубины потока в траншее и в начале отводящего участка водосброса.
Вспомогательные водосбросы. Плавкие вставки
6.58 Вспомогательные водосбросы, в существенной мере повышающие безопасность эксплуатации гидроузлов, должны предназначаться для пропуска паводков редкой повторяемости. Их включение в состав гидроузлов целесообразно при существенном превышении поверочного расчетного расхода над основным.
Конструктивно вспомогательные водосбросы следует возводить в виде нерегулируемых водосбросов (без затворов), водосбросов с вододействующими затворами (10.21-10.24) или в виде плавких (размываемых переливающимся через гребень потоком) вставок. К благоприятным условиям для выполнения водосбросов первых двух типов относятся:
длинный фронт водосбросных сооружений,
наличие на берегу водохранилища седловины, позволяющей отводить воду на участок ниже по течению реки или в другой водоток.
Такие водосбросы могут выполняться в береговой части плотины или в породах берегового примыкания.
Плавкие вставки следует выполнять в виде разрушающейся при переливе воды через гребень насыпи, которая при уровне воды ниже гребня является частью напорного фронта гидроузла.
6.59 Отводящие тракты вспомогательных водосбросов необходимо выполнять с минимальными затратами без специальных устройств для гашения энергии и с облегченным креплением водосбросного тракта или вообще без этого крепления. В то же время не следует допускать аварийных разрушений в пределах этого тракта. При проектировании отводящего тракта вспомогательных водосбросов, должна быть определена зона возможных затоплений и разработаны мероприятия по оповещению населения о пропуске расходов вспомогательного водосброса. Конструкцией вспомогательных водосбросов в случае их редкого применения должна быть предусмотрена возможность проведения восстановительных работ.
6.60 Вспомогательные водосбросы, особенно рассчитанные на пропуск значительных расходов, необходимо устраивать таким образом, чтобы при достижении определенного уровня и расхода воды включалась лишь часть их фронта. Для этого гребень разных участков таких водосбросов должен располагаться на разных отметках. Тем самым снижаются расходы на восстановление первоначального состояния вспомогательного водосброса после пропуска паводка. Ступенчатое включение в работу вспомогательных водосбросов, совмещенных с плотиной, позволяет избежать существенного увеличения сбросного расхода при относительно невысоких отметках уровня нижнего бьефа.
6.61 В суровых климатических условиях необходимо учитывать, что условия эксплуатации вспомогательных водосбросов могут усложниться в связи:
с наличием льда на поверхности воды, вблизи вододействующих затворов, льда и из-за обмерзания их элементов при отрицательных температурах;
с медленным оттаиванием весной насыпей размываемых вставок.
6.62 Расход плавкой вставки должен устанавливаться с учетом пропускной способности основного эксплуатационного водосброса и ГЭС. Уровень воды, при котором начинается размыв вставки, должен быть определен на основе водохозяйственного обоснования, а ее основные размеры (протяженность по гребню, отметка гребня и порога, деление на участки) - на основе гидравлического обоснования. Вставка должна возводиться из легкоразмываемого материала, свойства которого должны сохраняться на весь период эксплуатации; этот материал не должен обладать сколь-нибудь существенным сцеплением. При включении вставки в работу должен легко разрушаться и ее противофильтрационный элемент. В основании вставки должна быть выполнена бетонная облицовка и приняты меры против ее разрушения при переливе воды. В месте сопряжения этой облицовки с противофильтрационным элементом должна быть предусмотрена бетонная подушка.
Размываемая вставка ограждается устоями; быками она может быть разделена на отдельные участки. Дорожное покрытие, если оно проложено поверх размываемой вставки, также должно легко разрушаться потоком.
6.63 При разработке конструкции плавких вставок следует рассматривать варианты, когда перелив начинается на всем фронте плавких вставок в пределах одного из его изолированных участков или сначала потоком размывается пионерный канал (канава) на их гребне. Для интенсификации размыва низового клина плавких вставок целесообразно их оснащать триггерами (трубами, вход в которые в верхнем бьефе расположен на отметках, при которых вставка должна начинать разрушаться, а выход из которых выведен на низовой откос вставки).
6.64 На эксплуатацию размываемых вставок распространяются все требования, предъявляемые к эксплуатации плотин из грунтовых материалов. Кроме того, низовой откос вставки должен предохраняться от зарастания и образования корневого ковра, а пионерный канал на гребне вставки должен очищаться от засорения.
7 Туннельные и трубчатые водосбросы с поверхностным забором воды
Безнапорные закрытые водосбросы с фронтальными (лобовыми) или траншейными входными участками
7.1 В безнапорных закрытых водосбросах с фронтальным (лобовым) входом, должно быть обеспечено течение с частичным заполнением поперечного сечения на всей длине тракта. Такие водосбросы могут устраиваться с небольшим уклоном дна (рисунок 19 а) и б). При значительном перепаде бьефов за входным оголовком таких водосбросов следует устраивать крутонаклонный участок. Сопряжение его с отводящим участком с малым уклоном дна должно выполняться радиальным поворотом в вертикальной плоскости (рисунок 19в).
 | |
| 596 × 288 пикс. Открыть в новом окне | |
Рисунок 19 – Безнапорные закрытые водосбросы с фронтальным лобовым входом, пропускная способность которых определяется как для водослива
7.2 Пропускная способность фронтальных водосбросов определяется условиями входа и степенью его подтопления. Пропускную способность оголовков, в пределах которых поток не касается верхней кромки входного сечения, следует рассчитывать на основании схемы истечения как водослив. При напоре на входном пороге Н (1,2…1,25)hт (hт - высота в конце входного оголовка водосброса) верхняя кромка входного отверстия оголовка затапливается и фронтальный водосброс начинает работать по схеме истечения через отверстие.
7.3 При неподтопленном входном сечении фронтального водослива необходимо различать три схемы его работы как водослива, изображенные на рисунке 19. Как для неподтопленного водослива с широким порогом, пропускная способность входного оголовка должна устанавливаться при уклоне дна меньше критического и его длине
2...3 < L / H < 6...10. (5)