Сопрягающие устройства

Это конструкции, с помощью кото­рых плотина примыкает (сопрягается) к различным другим соору­жениям гидроузла: зданию ГЭС, шлюзу, рыбоходу, земляной пло­тине и к берегам.

Сопряжение со зданием ГЭС устраивают с помощью раздельных стен (иногда они называются раздельными устоями), выступающих в сторону верхнего бьефа 10 обычно не более как: на длину понура и в сторону нижнего бьефа 7 минимум на длину водобоя. Эти стены разделяют сооружения с различными гидрав­лическими режимами (рис. 9.14, а). Может оказаться экономически целесообразным делать разные конструкции рисбермы за ГЭС и плотиной, тогда раздельные стены продолжаются на всю длину (рис. 9.14, б) рисбермы.

Конструкция раздельной стены зависит от ее назначения: если она только гидравлического    назначения, то выполняется    тонкой

 Рис. 9.14 Примеры компоновки сопрягающих сооружений: а - сопрягающие открылки расположены параллельно потоку; б - под углом к потоку; 1, 4 - верховой, низовой сопрягающие открылки; 2 - шпора; 3 - ус­той; 5 - дренаж за устоем; 6 - раздельная дамба; 7 - низовая раз­дельная стенка; 8 - ГЭС; 9 - плотина; 10 - верховая раздельная стенка; 11 - откос плотины; 12 - скругление стенки (как вариант); А - ныряющий верхо­вой  открылок;   Б -высокий  верховой  открылок   (как вариант) - вид  по А - А

бетонной или железобетонной монолитной прямоугольного сечения. При размещении на них высоковольтных линий электропередач стены делают ячеистой конструкции.

Сопряжение водосливной плотины с земляной или с берегом осуществляется с помощью устоев и со­прягающих открылков (см. рис. 3.30) различной формы, обеспечи­вающей наилучший гидравлический режим примыкающего проле­та водослива.

 Рис. 9.15 Схемы разрезки устоя:
а - устой отделен от плотины; б - устой соединен с водосливным пролетом; 1 - гребень водослива; 2 - конструктивный шов; 3 - тело земляной пло­тины (обратная засыпка); 4 - контур котлована

Как видно, устои и открылки одновременно регулируют обходную фильтрацию. Устои и открылки имеют форму подпорной стенки. В устое   располага­ются пазы для затвора, по­этому он воспринимает   на­грузку, действующую в двух направлениях:    поперек по­тока от действия грунта засыпки и обходного фильтра­ционного потока, проходяще­го за устоем, а также гидро­статического давления воды и вдоль   потока - от гидростатического    и     волнового-давлений     воды     верхнего бьефа.

Учитывая разный характер нагрузок, действующих на плотину и устой, а от этого и возможные разные деформации, целесообразно объединять устой и водосливную часть плотины в единую конструкцию (рис. 9.15, б). В случае скального основания или плот­ного гравелисто-песчаного возможно отделение устоя от плотины конструктивным швом (рис. 9.15, а).

Участок земляной плотины, берега, примыкающего к водослив­ной плотине, делается в виде уширенной площадки, чтобы обеспе­чить выезд крана с плотины, производство ремонтных работ по за­творам и размещения шандорохранилищ.

Длина этой площадки равна 1,5-2,5 длинам водосливных про­летов (см.рис. 9.14, а, б).

Верховые сопрягающие открылки могут иметь в плане различ­ную форму. В вертикальной плоскости их устраивают в большин­стве случаев постоянной высоты - высокими (линия а-й, см. рис. 3.30, а, в, г, е)или «ныряющими» (см. рис. 3.1, а). Как показывают исследования, форма открылков в плане, а также в вертикальной плоскости для плотин среднего напора незначительно (на 3-4%) влияет на пропускную способность прилегающего к устою пролета плотины. Для плотин низкого напора следует выбирать стенки с криволинейными очертаниями в плане, дающими более, плавное движение воды на входе (см. рис. 9.14, б).

Ныряющие стенки, верх    которых очерчен    по откосу плотины, (см. рис. 9.14, б), создают большие скорости движения воды на от­косах плотины и крепление   их приходится   усиливать, они менее благоприятны в отношении обходной фильтрации - приходится де­лать шпоры, но отличаются от высоких стенок меньшей стоимостью. Скорость течения воды на откосе сопрягаемого сооружения (бере­га) при ныряющей стенке можно значительно уменьшить путем устройства небольшой длины надстройки, равной примерно напору на гребне (а-с-й, рис. 9.14, А).

В плане верховые и низовые открылки делают или в одной пло­скости с устоем (см. рис. 9.14, а) или под углом 6-12° (см. рис. 9.14, б).

 Рис. 9.16 Сопряжение бетонной плотины с земляной на Цимлянском гидроузле
а - план; б - разрез по А-А; в - разрез по Б-Б; 1 - понур; 2 - водобой; 3 - сопрягающие открылки; 4 - шпора;   5 - шоссейная дорога;    6 - шпунты;    7 - затворохранилище

 Расширение участка входа потока благоприятно сказыва­ется на распределении расхода на водосливе. Уширение в нижнем бьефе на угол растекания потока (до 120) уменьшает удельные расходы потока на входе на рисберму и улучшает условия гашения энергии потока в водобое.

 При наличии ковша сопряжение его с берегом может быть осуществлено по двум схемам: когда боковые откосы ковша по ширине входят в зону рисбермы и не входят в зону рисбермы. Первое ре­шение упрощает сопряжение откоса с береговой частью, но ухуд­шает гидравлику потока на концевой части рисбермы; второе дает лучшее растекание потока в ковшевой части, но осложняет сопря­жение откоса с берегом, особенно если нужны раздельные дамбы.

Раздельные дамбы (см. рис. 9.14, а) приходится делать, когда отметка максимального уровня воды в нижнем бьефе выше отмет­ки берега и создается угроза размыва грунта берега и низового откоса земляной плотины. Можно избежать устройства раздельной дамбы, если, например, каменной наброской укрепить поверхность грунта берега и откоса земляной плотины. Зоны крепления опре­деляются на гидравлических моделях.

На рис. 9.14 показаны принципиальные схемы компоновки сопрягающих сооружений. На практике обычно они имеют более сложную геометрическую форму, как, например, на Цимлянской плотине на Дону (рис. 9.16).

Фильтрация воды в обход сопрягающих сооружений регулиру­ется шпунтовыми противофильтрационными стенками, идущими под плотиной и которые продолжаются под фундаментами верхо­вых сопрягающих открылков на длину пону­ра и под шпорой. Соединение плотины со шпорой осуществляется гибкой шпонкой (рис. 9.17, в).

На рис. 9.17 шпора показана как продолжение шпунтовой завесы под плоти­ной.

Под низовым сопрягающим открылком шпунтовые противофильтрационные завесы устраивают при наличии в береговых склонах или основании земляной примыкающей плотины сильно фильтрующих пластов и прослоев. При отсутствии шпунтовых завес под верховыми сопрягающими открылками понур следует заводить за стены открылка и устоя на ширину (вдоль потока) понура. Для снятия фильтрационного напора на сопрягающие сооружения обычно за низо­выми открылками устраивают дренажи с от­водом воды под минимальный уровень ниж­него бьефа (см. рис. 3.30, а).