ar-net.ruСложная внутренняя поверхность камер гашения конусных затворов предопределяет необходимость проведения специального гидравлического обоснования с определением распределения по их поверхности осредненных и пульсационных составляющих давления и с прогнозом кавитационных явлений. Необходимо учитывать, что наиболее кавитационно опасными участками внутренней поверхности таких камер являются: зона за местом контакта струй, вытекающих из затвора, со стенами камеры; зоны перед отклоняющими порогами и на верхней грани порогов. Для устранения опасности кавитационных явлений необходимо применение более обтекаемых конструкций элементов камер и подача воздуха в пристенные слои потока на кавитационноопасных участках их поверхности.
9 Специальные типы концевых устройств водосбросов
9.1 Уменьшения гидродинамического воздействия высокоскоростного сбросного потока на крепление и дно нижнего бьефа следует достигать применением специальных типов концевых устройств - трамплинов.
Основные способы управления гидродинамическими характеристиками сбрасываемого в нижний бьеф потока:
разделение потока на отдельные струи и распределение его по площади, длине и/или ширине нижнего бьефа, которые интенсифицируют насыщение их воздухом, уменьшают расход, падающий на единицу площади нижнего бьефа, обеспечивают гашение избыточной кинетической энергии за счет взаимодействия струй в толще воды на креплении или в воронке размыва; в некоторых случаях гашению кинетической энергии за такого рода водосбросами способствует отсоединение и присоединение расходов по длине потока;
придание отбрасываемому трамплином потоку траектории и формы, оптимально вписывающихся в очертания дна и берегов русла в нижнем бьефе с учетом их геологического строения.
9.2 При нормальной к направлению потока плоскости схода с трамплина расщепление сбросного потока на струи следует достигать применением различных типов носков, дно которых вблизи схода выполняется в виде зубьев различного очертания (рисунок 38):
- трамплины с зубчатым носком (а) позволяют расщепить поток в вертикальной плоскости;
- носки с направленным отбросом нескольких (обычно трех) струй дают возможность:
концентрировать поток в центральной или боковых частях трамплина в тех случаях, когда это необходимо для создания благоприятных условий сопряжения бьефов и уменьшения размывов (б);
разделения сбросного потока на струи с разными траекториями (в);
- носки с трапецеидальными расщепителями (г) позволяют расширить сбрасываемый поток в плане и в вертикальной плоскости.
 | |
| 451 × 338 пикс. Открыть в новом окне | |
Рисунок 38 – Различные типы носков-трамплинов
9.3 Для уменьшения объема работ по креплению нижнего бьефа следует применять конструкции типа "консольный сброс" и "решетчатый трамплин" (рисунки 39 и 40). На сходе с консольного сброса целесообразно применение расщепителей в виде зубьев. Обе эти конструкции трамплинов можно выполнять без креплений в нижнем бьефе с гашением энергии в воронке размыва. Применение их ограничивается размерами воронки размыва, особенно в мелкозернистых несвязных грунтах. Гашение энергии за решетчатым трамплином может осуществляться и в пределах бетонного крепления. Гаситель этого типа должен обеспечивать гашение кинетической энергии потока не только в вальце, образующемся в воронке размыва или на креплении, но и за счет отсоединения и присоединения струй по длине конструкции.
 | |
| 472 × 244 пикс. Открыть в новом окне | |
Рисунок 39 – Схема консольного сброса с концевой частью лотка в виде сплошной плиты с расщепителями, расположенной на опорах
 | |
| 413 × 268 пикс. Открыть в новом окне | |
Рисунок 40 – Консольный сброс с концевой частью лотка, выполненной в виде решетки
9.4 Необходимо учитывать, что конструкции носков-трамплинов с расщепителями, приведенные на рисунках 38-40, применимы по условиям возникновения кавитации при скоростях течения менее 12-14 м/с. Значение этой скорости зависит от отметок сооружения над уровнем моря. При скоростях течения более 12-14 м/с обтекаемым элементам таких трамплинов следует придавать безэрозионное (суперкавитирующее) очертание или к ним должен специально подводиться воздух. При проектировании мероприятий по предотвращению кавитации следует основываться на аналогах или данных экспериментальных исследований.
9.5 Для улучшения условий сопряжения бьефов и уменьшения размывов русла за средне- и высоконапорными водосбросами следует применять носки-трамплины, которые распределяют сбросной поток по площади, длине или ширине нижнего бьефа без применения плохообтекаемых элементов;
носки-трамплины водосливных плотин, имеющие в чередующихся пролетах различные углы схода струй, обеспечивающие различную дальность отброса;
трамплины с боковым сливом;
трамплины с фигурным вырезом;
рассеивающие трамплины и виражи.
9.6 Применение водосливных плотин с носками-трамплинами (рисунок 41) обеспечивает существенное уменьшение размывов по сравнению с конструкцией, в которой во всех пролетах углы на сходе с носков-трамплинов одинаковы. Подбирать оптимальные значения углов на сходе в пролетах таких водосливных плотин и размещать эти пролеты по фронту необходимо на основе экспериментальных исследований размывов нижнего бьефа.
 | |
| 633 × 427 пикс. Открыть в новом окне | |
Рисунок 41 – Водосливная плотина с пролетами, имеющими различные углы схода с носков-трамплинов
9.7 Трамплины с боковым сливом (рисунок 42) следует применять при необходимости рассредоточения сбросного потока на возможно большей длине участка нижнего бьефа. Такие концевые устройства наиболее эффективны в условиях узких речных каньонов, характеризующихся отношением длины подпорного сооружения к его высоте меньше 3,5 при угле наклона линии берегового склона к горизонту не менее 40°.
Трамплин с боковым сливом следует трассировать по береговому склону. Он представляет собой лотковую конструкцию (полку), одна из боковых стен которой полностью или частично отсутствует. Вода может стекать с полки по береговому склону и отбрасываться в русло. Часть воды может сбрасываться через торец сливной плоскости. Простейшие конструкции трамплинов с боковым сливом могут быть выполнены:
с постоянной или сужающейся по течению сливной плоскостью;
со сливным порогом, способствующим отбросу струи от берегового склона;
с открытым или закрытым торцом сливной плоскости.
Конструктивное оформление трамплина с боковым сливом должно определяться конкретными условиями, что требует, как правило, лабораторного проектирования.
 | |
| 660 × 447 пикс. Открыть в новом окне | |
Рисунок 42 – Концевая часть трамплина с боковым сливом
9.8 При сбросе в нижний бьеф ограниченной ширины и необходимости обеспечить вытягивание и сжатие потоков в плане следует применять сужающие концевые конструкции с фигурным вырезом (рисунок 43). Очертание этого выреза должно быть обосновано экспериментальными исследованиями.
 | |
| 375 × 240 пикс. Открыть в новом окне | |
Рисунок 43 – Трамплин с фигурным вырезом
9.9 Отброс потока с расширением в плане с удельными расходами на входе в нижний бьеф, близкими к постоянным, следует осуществлять трамплинами с криволинейным дном, в том числе двоякой кривизны. Такие рассеивающие трамплины выполняют симметричными и с некоторой асимметрией (рисунок 44а, б).
 | |
| 598 × 275 пикс. Открыть в новом окне | |
Рисунок 44 – Рассеивающие и отклоняющие трамплины с дном двоякой кривизны
Некоторое расширение отбрасываемого потока в нижнем бьефе можно получить с помощью трамплинов с цилиндрическим и плоским дном, имеющим на сходе обратный уклон, но в этом случае удельные расходы на входе потока под уровень нижнего бьефа обладают существенной неравномерностью.
9.10 Отброс потока в сторону от направления течения на тракте водосброса (быстротока, пролета водосливной плотины) должен осуществляться трамплинами-виражами с криволинейным дном (в том числе двоякой кривизны) и/или с косым срезом (рисунок 44в).
9.11 Конструкции рассеивающих трамплинов и трамплинов-виражей водосбросов следует рассчитывать с применением численных методов гидравлики двух- и трехмерного потока; эффективность их работы необходимо проверять на основе экспериментальных исследований размывов русла в нижнем бьефе.
9.12 В случае необходимости защиты от неуправляемого развития размыва дна в месте падения сбросного потока следует до введения водосброса в эксплуатацию сформировать в дне нижнего бьефа углубление-бассейн, очертания и глубина которого воспроизводят яму размыва, прогнозируемую по результатам расчетов и/или физического моделирования. Поверхность бассейна (искусственной ямы размыва) должна быть защищена от деформирования сбросным потоком каменной наброской или кладкой, устойчивой к воздействию падающей струи. Следует также рассматривать возможность применения для защиты от размыва габионов.
9.13 При проектировании конструкций для сопряжения бьефов за открытыми и закрытыми водосбросами с удельными расходами до 200-300 м2/с следует применять ковши-колодцы (рисунок 9д). При этом по условиям сопряжения с нижним бьефом целесообразно для пропуска расходов частой повторяемости в эксплуатационный период или при относительно небольшом перепаде бьефов в строительный период осуществлять гашение избыточной кинетической энергии в затопленном гидравлическом прыжке. При пропуске расходов редкой повторяемости и значительном перепаде бьефов высокоскоростной поток отгоняет прыжок из колодца, а струи воды отбрасываются пологим концевым порогом на значительное расстояние от сооружения. Гашение энергии в этом случае происходит в воронке размыва, образовавшейся в месте падения отбрасываемых струй.
9.15 При устройстве глубинных водосбросов в теле бетонных плотин (обычно арочных или арочно-гравитационных) следует рассматривать возможность сопряжения бьефов с отбросом струй непосредственно из их выходного отверстия (рисунок 45). В зависимости от конкретных условий: геологии в месте падения струй в нижний бьеф, его глубины, значений расчетных расходов и т.п. - гашение избыточной кинетической энергии в нижнем бьефе таких водосбросов осуществляется как в пределах бетонного крепления, так и в воронке размыва.
 | |
| 652 × 367 пикс. Открыть в новом окне | |
Рисунок 45 – Сопряжение бьефов отбросом струи из глубинных водосбросов, устроенных в теле арочных плотин, на скальные породы (а) или на бетонное крепление (б)