Гидротехнические сооружения (Часть 1)
Сила статического давления льда
При замерзании вода увеличивает свой объем приблизительно на 9%, но давление ледяного поля в процессе его формирования незначительно. Последующее понижение температуры воздуха приводит к понижению температуры льда и уменьшению его объема, как всякого твердого тела, а повышение температуры - к расширению. Давление льда на сооружение проявляется тогда, когда расширению ледяного поля препятствует противоположный берег. Лед примерзает к смерзшемуся грунту берега, и поэтому даже при пологом береге следует ожидать появление давления от температурного расширения льда, которое вызывает силу, равную
Сила динамического давления льда
При прорезании движущейся льдины отдельно стоящей массивной опорой с вертикальной гранью на эту опору действует сила, которая не может превышать силу, определяемую прочностью льда на раздробление:
(2.21)
Давление наносов
На горных реках у плотин небольшой высоты обычно откладываются крупнозернистые наносы - песчаные и песчано-гравелистые. В глубоких водохранилищах у плотин откладываются мелкие наносы - частицы ила, глины и коллоидные частицы. При слое наносов hнгоризонтальная составляющая давления наносов на сооружение
Абразивное воздействие наносов
Разрушительное истирающее действие наносов на бетон обнаруживается в условиях горных и предгорных рек. Вследствие больших скоростей и обильного количества влекомых гравийных и особенно галечниковых наносов возможны серьезные повреждения и разрушения всех элементов флютбета - водобоя, понура, рисбермы, если при проектировании и строительстве не была предусмотрена облицовка поверхности бетона прочным и устойчивым материалом - плитами из твердых каменных пород, стали, сталебетона, чугуна.
Основные типы водопропускных сооружений. Расчетные расход и уровни.
В составе напорного гидроузла обычно имеются следующие водопропускные сооружения:
- водосбросы - для пропуска максимальных расходов паводка;
- водовыпуски - для осуществления пропусков воды в межень;
- водоспуски - служащие для полного и частичного опорожнения водохранилища в целях осмотра, ремонта сооружений и по санитарным требованиям.
Гидравлические особенности поверхностных водосбросов
Плотинные поверхностные водосбросы выполняют в виде водосливных отверстий, поэтому они могут пропускать в нижний бьеф плавающие лед, шугу, сор и др. Они просты и удобны в эксплуатации. Поверхностные водосбросы бывают в виде:
Глубинные и донные плотинные водосбросы
рубчатые водосбросы могут работать в напорном и безнапорном режимах (рис. 2.17). Со стороны верхнего бьефа до створа расположения затвора режим всегда напорный, после затвора - режим напорный или безнапорный. Пропускную способность напорного водосброса рассчитывают по формуле
Двухъярусные и многоярусные водосбросы
Низконапорная двухъярусная плотина-водослив представляет собой комбинацию водослива и донного водосброса. Водослив и донный водосброс рассчитывают на пропуск максимального расхода в паводок. Донные отверстия пропускают воду также в период строительства гидроузла, их используют для полезных попусков и, если это требуется, для промыва наносов, откладывающихся перед плотиной, и для опорожнения водохранилища. Пропускную способность водослива рассчитывают по формуле (2.29), донного водосброса - (2.37). Скоростной напор в верхнем бьефе определяют по суммарному расходу водослива и донного водосброса.
Сифонные водосбросы
Устраивают в случаях необходимости автоматического включения водосброса вработу при повышении уровня верхнего бьефа до заданного уровня (рис. 2.20). Гребень сифона располагается на уровне НПУ. При подъеме воды выше гребня начинается перелив через гребень. Сифон первоначально работает как обычный водослив. Стекая по грани водослива, вода, достигнув носка 2, отбрасывается к потолку, запирает пространство выше носка, создает в этом
Пропуск льда через гидроузел
При проектировании гидроузла важно знать, будет ли лед таять в водохранилище или его необходимо сбрасывать в нижний бьеф. Решение этой задачи требует изучения гидрологического режима водотока с учетом относительного объема и площади зеркала водохранилища и его формы. При значительной сработке водохранилища зимой затруднения при пропуске весеннего ледохода уменьшаются. Лед тает в процессе наполнения водохранилища и поступает к отверстиям подтаявшим. Тяжелые условия создаются при низких напорах на плотине и малом объеме водохранилища, особенно на реках, текущих с юга на север. В этом случае должен быть обеспечен беззаторный пропуск льда через гидроузел.
Избыточная кинетическая энергия потока в нижнем бьефе
При разности уровней бьефов zпоток с удельным расходом воды qпоступает в нижний бьеф со средней скоростью 
. На некотором расстоянии от плотины скорость уменьшается до бытовой 
При этом кинетическая энергия на 1 м ширины потока уменьшается на величину
Режимы сопряжения бьефов
Условия работы конструкций крепления нижнего бьефа, глубины размыва дна в нижнем бьефе зависят в значительной мере от режима сопряжения с нижним бьефом сбросного потока. Различают следующие гидравлические режимы сопряжения (рис. 2.21):
Гашение энергии при донном режиме
Наиболее эффективное гашение энергии при донном режиме происходит в затопленном прыжке, который образуется при глубине в нижнем бьефе 
, несколько большей глубины 
, сопряженной с глубиной в сжатом сечении на водобое (рис. 2.22). Принимается обычно 
.
Гасители энергии
Если глубина нижнего бьефа 
недостаточна для затопления прыжка (
), ее увеличивают устройством водобойного колодца, водобойной стенки, устанавливают на водобое, гасители энергии или используют комбинацию указанных средств.
Гасители в виде установленных на водобое препятствий оказывают на поток воздействие реактивное, диссипативное и распределительное.
Гашение энергии при поверхностных режимах
Поверхностный режим может образоваться при высоте уступа 
, угле наклона к горизонту струи в створе уступа не более 
= 35-40°.
Гашение энергии отброшенной струи
При отбросе струи от сооружения (см. рис. 2.21, з) ее кинетическая энергия гасится за счет сопротивления воздушной среды, потери энергии за счет сил турбулентного трения на нижней границе струи - если струя подтоплена, и, в основном, при растекании струи после погружения под уровень. Режим сопряжения за отброшенной струей зависит от угла входа струи под уровень.
Гашение энергии свободно падающей струи
До входа падающей струи под уровень нижнего бьефа часть энергии рассеивается при аэрации струи. Оставшаяся часть энергии гасится при растекании струи в водяной подушке, которая образуется или искусственно, путем ограждения дна и образования колодца достаточной глубины, или после стабилизации ямы размыва (если она допустима). При скальных основаниях каких-либо специальных мер для гашения кинетической энергии потока за колодцем или ямой размыва обычно не требуется.
Особенности гашения энергии за сооружениями с узким водосбросным фронтом
В целях уменьшения удельных расходов за быстротоками и туннельными водосбросами (сооружения с узким водосбросным фронтом) практикуется устройство в нижнем бьефе раструба, обеспечивающего растекание потока в плане. Угол растекания спокойного потока (за прыжком) мал, в пределах 6-10° на сторону, вследствие чего без применения специальных мер раструб получается значительной длины (рис. 2.26, а).
Изменение бытового режима течения в реке вблизи водосбросных сооружений
Бытовые режимы течений в реке изменяются на участке гидроузла за счет стеснения потока в плане, а в верхнем бьефе также за счет увеличения глубин.
При больших глубинах верхнего бьефа - на высоконапорных гидроузлах и в ряде случаев на средненапорных - скорости течения малы, поэтому не требуются какие-либо меры для защиты русла от размыва перед сооружением, за исключением случаев пропуска воды в паводок в строительный период, когда сооружение не достроено и глубина в верхнем бьефе мала. В верхнем бьефе требуется защита берегов от ветровых волн.
Сбойное течение и его последствия
Даже при равномерном пропуске воды по ширине водосбросного фронта скорости в нижнем бьефе и удельные расходы по ширине русла неодинаковы, они больше по середине русла. При неравномерном пропуске воды по фронту сооружения (рис. 2.27, а, б), образуется сбойность течения, которая выражается искривлением оси потока в плане, образованием обратных течений, водоворотов по бокам транзитного потока и местным увеличением удельного расхода на 10-30%.
Длина крепления русла за водосбросными плотинами
Общая длина горизонтального участка крепления конструктивно состоит из двух частей - из водобоя и рисбермы (см. рис. 1.7). За горизонтальным
Глубина размыва русла за водосбросными сооружениями при донном и поверхностном режимах
Для определения размеров элементов концевого крепления (глубина ковша, зуба, объем камня для защиты крепления от подмыва) и оценки надежности сооружения от подмыва при отсутствии крепления необходимо знать глубину и очертания ямы размыва за водосбросными сооружениями.
Способы расчета размыва русла далеки от совершенства. Ниже используются в основном зависимости, полученные с учетом критического рассмотрения многочисленных предшествующих работ с привлечением нового экспериментального материала.
Глубина размыва русла при отбросе и свободном падении струи
При отбросе струи с трамплина (см. рис. 2.21) или при свободном падении струи (рис. 2.21, и, к) в яме размыва расчет можно вести по формуле (2.49), при этом произведение коэффициентов размывающей скорости принимается на основании натурных данных:
Так же рекомендуем посмотреть:
-
Виды торговой мебели
Оборудование для торговли необходимо для того, чтобы осуществлять хранение и демонстрацию различного товара. -
Особенности алюминиевых и медных листов
Современная промышленность нуждается в качественных материалах, которые не будут окисляться и подойдут для штамповки любого типа. -
Использование облицовочной керамической плитки
Сегодня, пожалуй, использованием облицовочной керамической плитки уже и не удивишь совсем никого: встретить ее можно если и не в каждом доме, то в трети точно. -
Как сделать подвесной потолок в офисе
Когда на рынке появился гипсокартон, заниматься ремонтом стало проще. Раньше для отделки можно было использовать кафельную плитку, обои. -
Аренда экскаватора: особенности выбора техники и ее эксплуатации
В строительстве, при проведении дорожных работ, в процессе демонтажа зданий активно используется землеройная техника.