ar-net.ruпри бетонировании сооружения и монтаже металлических облицовок обеспечивать требуемое качество обтекаемой поверхности. При возникновении недопустимых неровностей должны быть проведены работы по устранению дефектов: сглаживание выступов с доведением их формы и размеров до таких, при которых кавитация будет отсутствовать, заделка раковин, ремонт поврежденного поверхностного слоя и т.п.;
подвод воздуха к обтекаемым поверхностям сооружения и в зону недопустимых вакуумов;
отрыв потока от твердых границ потока с помощью уступов и дефлекторов с подводом воздуха в зону отрыва;
применение бетонов с повышенной кавитационной стойкостью или специальных кавитационно-стойких покрытий-облицовок (стальных, полимерных, латексных и пр.);
4.17 Для элементов сооружений, на которых допускается ограниченный объем кавитационных повреждений, должны быть выполнены расчеты наработки кавитационного ресурса на заданный объем кавитационной эрозии (сумма отношений времени работы водосброса при каждом режиме работы водосброса, характеризующемся уровнями воды в бьефах и значениями открытий затворов, к кавитационному ресурсу в фиксированной точке обтекаемой поверхности за неровностями определенных размеров при тех же режимах пропуска расходов). В этих расчетах необходимо учитывать:
время работы водосброса при каждом режиме пропуска расходов на основе прогнозируемых гидрографов расходов воды и принятой схемы маневрирования затворами;
интенсивность кавитационной эрозии, которая зависит от свойств материала обтекаемой поверхности; для бетонной поверхности она зависит от класса бетона и его характеристик: осадки стандартного конуса (ОК), водоцементного отношения (В/Ц), вида крупного заполнителя и т.д.;
размеры и формы неровностей на поверхности сооружения;
стадии кавитации;
характерные скорости обтекания неровности с учетом развития пограничного слоя;
содержание в пристенном слое потока воздуха (аэрация этого слоя).
В случае наработки, составляющей меньше 1, кавитационный ресурс поверхности обтекаемой потоком полностью не утрачен. При значении наработки больше 1, кавитационный ресурс утрачен и должны быть разработаны мероприятия по уменьшению прогнозной наработки кавитационного ресурса.
Оценки кавитационного ресурса необходимы для определения межремонтного периода эксплуатации сооружения.
4.18 При рассмотрении гидравлических условий работы водосбросных сооружений необходимо учитывать, что аэрация потока (захват воздуха в поток) может происходить:
самопроизвольно через свободную поверхность (самоаэрация);
на участках локального защемления воздуха потоком воды (вальцом гидравлического прыжка, при засасывании воронками, при контакте расширяющихся струй с твердыми граничными поверхностями);
при распаде струй воды, отбрасываемых носками-трамплинами, или при переливе и свободном падении в нижний бьеф с водосливных оголовков на гребне плотин;
при разбрызгивании потока в случае истечения из-под затворов, если их относительные открытия не более 0,1-0,15, а скорости течения больше 20-25 м/с.
На тракте безнапорных водосбросов, пропускающих расходы при высоких скоростях течения, необходимо предусматривать подвод воздуха в пристенные слои потока для предотвращения или снижения воздействия кавитационной эрозии. Подача воздуха в зоны вакуумов способствует устойчивости режимов течения. Подвод воздуха на тракты безнапорных закрытых водосбросов следует обеспечивать для того, чтобы компенсировать расход воздуха, который перемещается в нижний бьеф за счет трения на поверхности водного потока и при вовлечении его в толщу воды. Тем самым предотвращается возможная смена режимов течения.
4.19 Самоаэрацию потока необходимо учитывать прежде всего в связи с тем, что ее возникновение вызывает увеличение глубины потока. Можно приближенно считать, что вовлечение воздуха начинается по длине водосброса в сечении, где значение комплекса FrR=V2/gR >(40 45). В этом соотношении V и R - средняя скорость и гидравлический радиус водного потока. При существенной степени насыщения воздухом высокоскоростной поток условно разделяют на два слоя: водовоздушный (слой воды с пузырьками воздуха) и над ним воздушно-капельный (слой воздуха с каплями воды) - с границей между ними при воздухосодержании около 0,6 (отношение объема воздуха к объему смеси вода-воздух).
4.20 Образование воздушно-капельного слоя аэрированного потока необходимо учитывать, так как появление капель воды на значительной высоте над дном безнапорного водосброса может привести к затруднениям его эксплуатации и эксплуатации прилегающих к нему сооружений. Вода, содержащаяся в этом слое сбросного потока, может попасть за пределы бортов сооружения под воздействием бокового ветра и на плановых поворотах тракта. Капли воды могут подниматься на значительную высоту за поворотами в вертикальной плоскости, при сопряжении аэрированных потоков с нижним бьефом. Если сброс расходов производится при отрицательных температурах, образование таких капель может привести к обледенению элементов сооружения.
В ряде случаев необходимо предусматривать специальные мероприятия для отвода воды, оказавшейся за пределами тракта водосброса.
4.21 Предотвращение кавитационной эрозии на безнапорных участках водосбросов с помощью аэрации обтекаемых потоком твердых граничных поверхностей необходимо предусматривать при скоростях течения более 2530 м/с.
Для этого следует применять аэраторы на обтекаемой границе потока в виде пазов, выступов, уступов и трамплинов, которые создают локальные зоны вакуумов. В эти зоны водного потока воздух должен подводиться по специальным трубопроводам, а в ряде случаев - просто по зазорам между обтекаемой поверхностью и потоком воды из атмосферы или из пространства над потоком.
4.22 Следует учитывать, что при умеренных удельных расходах в основном расчетном случае (ориентировочно не более 2030 м2/с) необходимость в устройстве аэраторов на сливной грани безнапорных водосбросов отсутствует. В таких условиях, на основе гидравлических расчетов, должно быть установлено наличие воздуха за счет самоаэрации потока воды вблизи обтекаемых поверхностей вплоть до дна водосброса.
4.23 Необходимо принимать во внимание, что воздух, захватываемый гидравлическим прыжком, при контакте струй с твердыми границами и разбрызгивании воды, вытекающей из-под затвора, во многих случаях существенно увеличивает глубину потока и вызывает необходимость повышения высоты бортов водосбросов. В закрытых водосбросах захват воздуха безнапорным потоком при контакте расширяющихся струй с твердыми границами в случае разбрызгивания приводит к опасности того, что будет перекрыто все поперечное сечение над потоком воды. Такое явление может быть причиной неустойчивой смены режимов течения и возникновения существенной пульсации давления. Подобного рода режимы в закрытых водосбросах следует устранять с помощью режимных или конструктивных мероприятий.
4.24 Абразивное воздействие на обтекаемые поверхности водопропускных сооружений должно учитываться при проектировании гидроузлов на реках с обильным стоком влекомых (донных) наносов. На основании анализа задержки и осаждения наносов в водохранилище следует оценивать возможность пропуска наносов через сооружения. Как правило, пропуск наносов через сооружения производится при малых объемах водохранилищ низко- и средненапорных гидроузлов. На высоконапорных гидроузлах с водохранилищами большой емкости пропуск влекомых наносов через водосбросные сооружения в период эксплуатации маловероятен, но должен учитываться при проектировании глубинных водоспусков и водовыпусков, а также при работе строительных водопропускных сооружений.
Истираемость поверхности водопропускных сооружений влекомыми наносами, транспортируемыми потоком, зависит от:
скорости потока;
времени пропуска потока с наносами через сооружение;
плотности и прочности материала обделок и облицовки водопропускного тракта;
шероховатости истираемой поверхности сооружения;
крупности и твердости материала наносов.
Требования к проектированию составов износостойких бетонов и производству бетонных работ приведены в [2]. Характеристики и состав износостойких бетонов рекомендуется контролировать экспериментально, путем испытания на истирание по ГОСТ 13087.
При скоростях потока, несущего наносы, более 15 м/с и/или при удельном среднегодовом объеме твердого стока через сооружение более 20000 м2/год должны применяться облицовки из металла или гранитных плит (блоков). В отдельных случаях при небольших объемах и надлежащем технико-экономическом обосновании облицовки могут выполняться из фибробетонов или полимербетонов.
Укладка износостойких бетонов в облицовку водопропускных сооружений должна вестись, как правило, одновременно с укладкой основного бетона, при этом достигается их надежная связь друг с другом.
4.25 Для предотвращения абразивного разрушения поверхности крепления и гасителей энергии в нижнем бьефе необходимо устранить возможность поступления на крепление камней, обломков бетона, металлолома и т.п. В период строительства должны быть предусмотрены мероприятия, которые исключают падение на плиты крепления строительного мусора с плотины и каменных глыб с береговых склонов. В качестве эффективной меры защиты следует использовать предохранительные сетки.
При эксплуатации водопропускных сооружений гидроузла следует предотвращать возможность поступления на плиты крепления скальных отдельностей, а также элементов каменной или бетонной отсыпки переходного крепления, несомых обратными токами водоворотных зон, возникающих в нижнем бьефе при неравномерном распределении сбросных расходов по ширине русла. Для ослабления течения в водоворотных зонах следует устанавливать раздельные стены, ослабляющие влияние потока, поступающего через работающие пролеты сооружения, на водную массу в нижнем бьефе неработающего водопропускного сооружения. Такие раздельные стены должны устанавливаться между примыкающими друг к другу зданием ГЭС и водосбросной плотиной и/или между секциями водосбросной плотины. Мероприятие, ослабляющее или полностью исключающее водоворотные зоны за водопропускными сооружениями, - строгое соблюдение регламента маневрирования затворами при пропуске паводков.
В качестве эффективного конструктивного решения, предохраняющего водобойный колодец от поступления в него скальных отдельностей и других абразивных материалов со стороны нижнего бьефа, следует использовать установку в конце колодца водобойной стенки. Для контроля состояния колодца и в случае необходимости проведения его ремонта отметка гребня водобойной стенки должна назначаться выше уровня воды в нижнем бьефе в меженный период.
4.26 Конструкции водосбросных сооружений и их сопряжений с верхним и нижним бьефами, принятые для пропуска максимальных расходов основного расчетного случая, подлежат проверке:
на поверочный случай;
на случай полного открытия одного пролета водосброса, водоспуска, водовыпуска (если не предусмотрена их работа при частичных открытиях) при закрытых остальных.
При этом расчетный уровень воды в нижнем бьефе следует принимать:
при наличии ГЭС в составе гидроузла - соответствующим ее работе с нагрузкой, равной 80% установленной мощности;
при отсутствии ГЭС - минимально допустимым по санитарным и техническим требованиям.
Учитывая кратковременность прохождения пика паводка, при пропуске максимального расхода поверочного случая согласно СП 58.13330.2012 (8.27) допускаются повреждения элементов конструкций водосбросных сооружений и нижних бьефов, которые не снижают надежности основных сооружений и могут быть устранены в межпаводковый период.
4.27 При проектировании водосбросных сооружений должны разрабатываться такие правила маневрирования затворами, при которых сводится к минимуму необходимость осуществления в нижнем бьефе дополнительных мероприятий по защите сооружений и прилегающих к ним участков русла от размыва по сравнению с расчетными случаями.
4.28 Основные водопропускные сооружения I-III классов должны быть оборудованы контрольно-измерительной аппаратурой (КИА) для наблюдения за работой сооружения на протяжении всего времени его существования, оценки его надежности, своевременного выявления дефектов, назначения ремонтных мероприятий, улучшения условий эксплуатации. При надлежащем обосновании допускается установка КИА на водосбросные сооружения IV класса.
4.29 При проектировании, строительстве и эксплуатации водопропускных гидротехнических сооружений необходимо обеспечить соблюдение требований по охране окружающей среды, в том числе по сохранению ландшафта, чистоте речных вод, атмосферы и т.д.