Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт

Тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование


ТИПЫ И КОНСТРУКЦИИ АВТОМАТИЧЕСКИХ ВОДОСБРОСНЫХ СООРУЖЕНИИ

Береговые водосбросные каналы. При постройке невысоких земляных плотин (3—5 м) на суходольной балке в качестве водосброса можно использовать естественную седловину между балками. Если отметка поверхности седловины совпадает с отметкой нормального подпорного уровня водохранилища, то паводковые воды будут стекать в обход плотины через задернованную седловину в соседнюю балку ниже плотины. В других случаях по трассе сброса делают искусственный канал, дно которого соответственно заглубляют и укрепляют местными материалами: камнем, хворостом, фашинами, плетнями и др.

Для средних и крупных водохранилищ водосбросный канал располагают чаще всего вблизи или непосредственно в примыкании плотины к берегу. Наиболее благоприятны для этого водосброса пологие берега и широкие террасы.

Водосброс состоит из подводящего канала и водосливного порога, сбросного канала, сопрягающих сооружений и отводящего канала. Сопрягающие сооружения в конце сбросного канала в зависимости от рельефа местности делают в виде быстротока, перепада или консольного сброса.

Подводящий канал имеет большое сечение, обеспечивающее пропуск расчетных расходов воды при относительно небольших скоростях течений, что позволяет обойтись без крепления откосов и дна канала, за исключением сужающегося участка, прилегающего к водосливному порогу, где начинается увеличение скоростей потока. Дно подводящего канала горизонтально или имеет незначительный обратный уклон.

Водосливный порог выполняют из бетона или каменной кладки на растворе. Он представляет собой водослив с широким порогом или водослив практического профиля, плавно сопрягающийся с подводящим и сбросным каналами.

Траншейные водосбросы. При больших сбросных расходах и крутых склонах долины устройство фронтального автоматического водосброса затруднено, так как связано либо со значительным развитием длины водосливного порога и ширины водосбросного канала, либо с увеличением напора на пороге до 2,5—4 м, что повысило бы высоту плотины и, как следствие, ее стоимость. В таких случаях, особенно если берега сложены скальными или полускальными породами, выгодно применять траншейные водосбросы. У таких водосбросов водосливной порог расположен вдоль горизонталей берегового склона, и на участке водослива поток движется с увеличением расхода вдоль пути. Из траншеи водный поток поступает в сбросной канал, по которому движется к сопрягающему сооружению и сбрасывается через отводящий канал в тальвег.

Переливающаяся вода, попадая в сбросную траншею, меняет направление движения (примерно на 90°), образуя довольно сложное винтовое движение в самой траншее.

Вследствие сложности движения воды в траншее имеются лишь приближенные методы гидравлического расчета такого сооружения. Проф. Е. А. Замарин предложил простой способ расчета траншеи, заключающийся в проверке и уточнении предварительно выбранных ее размеров. Из экономических и эксплуатационных условий устанавливают величину подъема паводкового уровня над нормальным подпорным уровнем водохранилища. Уровень воды в траншее не поднимают выше 0,4, иначе будет происходить подтопление водослива и снижение его пропускной способности.

Размеры траншеи намечают, исходя из допускаемой скорости течения.

Земляные водосбросы с боковым сливом. Сопрягающие сооружения (быстротоки, перепады и др.) — наиболее дорогая и сложная часть водосбросов, поэтому при невысоких плотинах стали применять земляной водосброс с боковым сливом, где отсутствует сопрягающее сооружение.

Этот тип водосбросов получил широкое распространение при небольших прудах сельскохозяйственного назначения (в Краснодарском крае, в центрально-черноземной полосе и Заволжье).

Земляной водосброс с боковым сливом основан на принципе рассредоточения потока, когда паводковый расход тонким слоем (10—15 см) выводится на естественный склон балки и затем с малыми скоростями при фронте слива сбрасывается в тальвег по естественно задернованному или облесенному склону.

Водосброс с боковым сливом состоит из входной части, подводящего канала, сливного порога и сливного склона.

Ширину входной части, как и ширину подводящего канала, определяют гидравлическим расчетом.

Концевую часть подводящего канала в пределах сливного порога делают переменной ширины с обратным уклоном дна.

Сливной порог представляет собой горизонтальную площадку шириной 2-3 м и длиной, размещенную параллельно горизонталям склона балки и закрепленную одерновкой или каменной отмосткой. По всей длине сливной порог имеет одинаковую отметку, равную отметке нормального подпорного уровня или немного меньше нее.

Длину сливных порогов назначают в пределах 20—80 м, в зависимости от поперечного уклона и задернованности сливного склона.

Земляные водосбросы с боковым сливом можно применять при прудах, имеющих разность бьефов не свыше 4—5 м; ровных и пологих, хорошо задернованных склонах с поперечными уклонами не свыше 0,15—0,2 и продольными — не более 0,01; сбросных расходах до 10—12 м3/сек.

При водосбросах с боковым сливом обязательно устраивают при пруде донный водоспуск для сброса малых послепаводочных расходов и своевременного выключения из работы земляного водосброса.

Ковшовый водосброс. Этот тип водосброса работает в таких же условиях, как и траншейный водосброс. Водосливная кромка образуется устройством ковша, в который с трех сторон сливается вода. Водослив устраивают по типу тонкой стенки, чем обеспечивается больший коэффициент расхода, а следовательно, меньшая длина водослива. Вода отводится из ковша по напорным трубам или по быстротоку.

Спокойная работа (без срывов) напорного трубопровода обеспечивается плавно расширяющимся входом в него, с превышением уровня в ковше над входом в трубы на 30—50 см.

Сифонный водосброс. Сифонные водосбросы находят все большее применение в гидротехнике, так как обладают большей удельной пропускной способностью по сравнению с открытыми водосбросами. Сброс воды сифоном производится автоматически, с фиксацией отметки уровня верхнего бьефа с точностью 10—20 см.

Водослив сифона располагают на отметке нормального уровня, передняя часть трубы имеет расширенный вход и для предупреждения захвата воздуха и мусора козырек заглубляется под уровень на 0,7—1 м; в козырьке нли в раздельных стенках между трубами сифонов на уровне водослива делают так называемые воздушные отверстия, а на внутренней сливной стенке сифона — носик-отражатель.

Принцип действия сифона заключается в следующем; при поднятии уровня выше водослива затапливаются воздушные отверстия и тем самым полость сифона разобщается с наружным воздухом сверху; стекающая струя носиком-отражателем отбрасывается к противоположной стенке, образуется водяная пленка, которая разобщает полость сифона с наружным воздухом снизу. Струя воды постепенно всасывает воздух, и, когда вакуум достигает высоты водяного столба, равного высоте трубы над водосливом, происходит внезапное включение (зарядка) сифона в работу полным сечением. Включение сифона происходит при поднятии уровня верхнего бьефа над гребнем водослива на 0,15—0,25 м.

По мере сработки уровня верхнего бьефа обнажаются воздушные отверстия в козырьке, происходит разрядка сифона, то есть прекращается его работа.

В больших плотинах при истечении в атмосферу для изоляции внутренней полости сифонов с наружным воздухом устраивают водобойный колодец. Сифон проверяют на допустимый в нем вакуум, который не должен превышать 8,0—8,5 м вод. ст.

Чтобы не создавать большой волны попуска за сифоном, его делают из нескольких труб (батарея сифонов), у которых отметки водосливов, как и воздушных отверстий, разнятся на 5—10 слг, при этом сифоны включаются в работу последовательно, сначала сифон с водосливом на отметке нормального подпорного уровня, затем с водосливом, отметка которого выше на 5 слг, и т. д. Выключаются сифоны тоже постепенно, когда обнажаются воздушные отверстия.

Из недостатков сифонов следует указать на возможность замерзания воды над козырьком в воздушных отверстиях, относительную сложность конструкций, её закрытые формы, затрудняющие осмотр.

Шахтный водосброс. Шахтные водосбросы обычно устраивают при узких скальных ущельях с крутыми склонами, их можно применять при значительных напорах и больших расходах.

Шахтный водосброс представляет собой кольцевой водослив (воронку), сбрасывающий воду в нижний бьеф через вертикальную шахту и отводящий туннель. Отводящий туннель вначале используют для пропуска строительных расходов, а при возведенли плотины устраивают шахтный водосброс, который присоединяют к туннелю, входную часть его, перед шахтной, заделывают бетонными пробками.

Входную воронку в плане следует размещать так, чтобы был обеспечен плавный и равномерный подвод воды по всему периметру гребня кольцевого водослива. Лучше всего центр шахты располагать на естественной площадке берега водохранилища. Чтобы не допустить винтовое движение воды в шахте, на гребне воронки по радиусам ставят железобетонные, бычки, направляющие движение потока. В некоторых сооружениях между бычками на гребне устанавливают затворы, действующие обычно автоматически.

Волков И. М., Кононенко П. Ф., Федичкин И. К., Гидротехнические сооружения, М., Колос, 1968

Экспертиза

на главную