КОМБИНИРОВАННЫЕ ВОДОСБРОСЫ
К этому типу береговых водосбросов относят сооружения, представляющие собой сочетание открытой и закрытой проточных частей. Открытой чаще являются головная или концевая части, а закрытой транзитная (сбросная) часть водосброса. Часто встречающимся решением открытой головной части является траншейный водоприемник. На рис. 15.37 показана конструкция траншеи с боковым водосливом в комбинации с туннельным водосбросом. Водослив может выполняться с одной или двух сторон траншеи, а также с ее торца (рис. 15.4, г—з), В конструктивном отношении водослив траншейного водоприемника практически не отличается от водосливов, описанных в главе 4. При отсутствии затворов гребень плотины располагается на отметке НПУ. Траншея располагается вдоль горизонталей, что в ряде случаев позволяет существенно уменьшить объем выемки грунта по сравнению с водоприемником фронтального типа.
Траншея представляет собой канал с изменяющейся по его длине глубиной. Ширина траншеи может быть постоянной или увеличиваться в направлении течения потока, ее дно может быть плоским или криволинейным. Поперечное сечение траншеи выполняется прямоугольным или трапецеидальным с заложением откосов, зависящим от категории грунтов основания. Учитывая значительное динамическое воздействие, оказываемое переливающимся через водослив потоком, дно траншеи и борта даже в прочных скальных породах покрывают бетонной плитой толщиной 0,71,2 м часто с анкеровкой, Для снятия фильтрационного давления под бетонной облицовкой траншеи устраивается дренаж.
Особенностью гидравлического режима траншеи является движение потока с переменным расходом по ее длине, а при одностороннем поступлении воды в траншею течение с поперечной циркуляцией, ухудшающей условия входа воды в сбросную часть водосброса. Для борьбы с вращением потока часть водосливных пролетов можно выполнять с носком (рис. 15.37, б), а на противоположной водосливу стенке траншеи устанавливать отражатели. Тем самым в соседних пролетах организуется противоположно направленное вращательное движение. Также в конце траншеи может устраиваться распределительная стенка или порог.
Предварительно размеры траншеи определяют расчетом, результаты которых затем проверяются и уточняются модельными исследованиями. Длина траншеи определяется пропускной способностью водослива. Вопрос о назначении ширины траншеи связан, помимо прочего, с условиями входа потока в сбросную часть водосброса. Для сопряжения головной и сбросной частей устраивают переходный участок, форма боковых стенок которого должна обеспечивать безотрывное обтекание их потоком и исключать образование волн. Чем больше разница поперечных сечений траншеи и сбросной части, тем больше габариты переходного участка. При вариантном проектировании траншейного водоприемника принимают во внимание параметры переходных участков.
Гидравлический расчет траншейного водоприемника состоит из расчетов водослива, собственно траншеи и переходного участка. Расчет водослива, в результате которого определяется длина водосливного порога и размеры водосбросных пролетов, производится по методике, данной в гл. 4. Гидравлический расчет траншеи основан на решении дифференциального уравнения установившегося плавно изменяющегося движения жидкости с переменным по пути расходом. Методы решения данной задачи изложены в работе [181].
Сочетание туннеля с открытым водосбросом в виде быстротока (рис. 15.38) характерно для условий, при которых туннель выходит на дневную поверхность на довольно высоких отметках, откуда отброс струи нецелесообразен или невозможен. При этом также невыгодно или невозможно изменение уклона туннеля. В подобных случаях при разработке конструкции важно правильно назначить продольный профиль дна быстротока (он должен отвечать траектории падающей струи), выбрать положение и параметры трамплина и обеспечить кавитационную безопасность сооружения. Последнюю задачу можно эффективно решить с помощью аэраторов (рис. 15.38). О других способах защиты от воздействия кавитации сказано в гл. 4.
Примером комбинированного берегового водосброса может служить строящийся дополнительный водосброс Саяно-Шушенской ГЭС, расположенный в правобережном примыкании арочногравитационной плотины (рис. 15.39, а). Водосброс пропускной способностью 4000 м3/с представляет собой две нитки туннелей длиной 1014 м на начальном участке (рис. 15.39, б), заканчивающихся участком сопрягающих сооружений в виде многоступенчатого перепада (рис. 15.39, в). Туннели водосброса работают в безнапорном гидравлическом режиме с максимальной степенью наполнения 0,8, что достигается устройством железобетонной забральной балки во входном портале. Трассы туннелей выполнены прямолинейными, что благоприятно с гидравлической точки зрения, а поворот трассы водосброса в сторону русла реки выполнен в пределах первого водобойного колодца за вальцами гидравлического прыжка. Ширина пятиступенчатого перепада равна 100 м. Для защиты от кавитационного разрушения бетонных поверхностей предусмотрено устройство аэраторов (рис. 15.39, г). Строительство берегового водосброса Саяно-Шушенской ГЭС повысит надежность и безопасность гидроузла, облегчит пропуск паводка через створ гидроузла.
