Воздействия водного потока на ГТС. Механические воздействия водного потока

Механическое дейст­вие воды сказывается в создании давления на поверхности соору­жения статического и динамического, величины которого определя­ют по формулам гидравлики и гидромеханики. Особенно важно значение горизонтальной составляющей гидростатического давления, которая стремится сдвинуть или опрокинуть сооружение.

Гидродинамическое давление возникает всюду, где жидкость движется, оно пропорционально, как правило, квадрату скорости движения потока. В частности, оно проявляется и при возникнове­нии ветровых волн на поверхности водоемов (волновое давление) и в случаях землетрясений (сейсмическое давление воды).

Вода оказывает давление не только как жидкость, но и как твердое тело в виде ледяного покрова, появляющегося на водоемах в средних и высоких географических широтах. Давление льда мо­жет быть статическим (при повышении его температуры и невоз­можности свободного расширения) и динамическим - при движе­нии льдин и ледяных полей (при ледоходах).

Чтобы яснее себе представить механическое воздействие на водоподпорное сооружение, рассмотрим в качестве примера случай водосбросной плотины на песчаном или другом водопроницаемом основании (рис. 1.6). В верхнем бьефе поток, подходящий к плотине со средней

 
Рис. 1.6   Гидравлический   режим   водо­сбросной плотины

скоростью v₀, начинает деформироваться, поднимаясь на водослив, причем скорости его возрастают до v_I (рис. 1.6, а), а перед плотиной образуется водоворотная зона А с малыми скоро­стями течения. Скатываясь далее по водосливной поверхности плоти­ны со все увеличивающейся скоростью от v_I  до v₂  максимальной  он сопрягается с водой нижнего бьефа, где кинетическая энергия, обязанная скорости v₂, постепенно гасится до величины, соответствующей бытовой скорости реки v₃. Гашение энергии происходит в разных формах с образованием затопленного гидравлического прыжка, путем установки различного рода «гасителей энергии». Если не снизить скорость v₂, поток размывает грунт дна реки, что опасно для сооружения. Следует отметить, что скорости v₂ могут достигать величины 10-30 м/с и более, размыву подвержены быва­ют даже скальные грунты.

Аналогичные явления на­блюдаются и в случае, ко­гда плотина (водосброс) имеет не водосливные, а глу­бинные отверстия (рис. 1.6, б). Только поток верхне­го бьефа в этом случае на­правляется вниз, к отвер­стию, развивая все большие скорости течения у дна, что вызывает размыв русла, водоворотная же зона А обра­зуется не у дна, а у поверх­ности верхнего бьефа перед плотиной. В нижнем бьефе размывы возникают по тем же причинам, что и у водо­сливной плотины. Борьба с размывами в нижнем бьефе заключается впокрытии угрожаемого участка дна бетонной плитой, называемой водобоем (рис. 1.7), в пределах которого происходит гашение основной части избыточной энергии потока за счет потери ее на вращающемся валь­це воды, а также иногда в специальных гасительных устройствах в виде различных выступов, порожков и т. п., располагаемых на плите водобоя.

За пределами водобоя устраивают гибкое крепление русла (из бетонных плит, камня и т. п.), называемое рисбермой, в пределах которой заканчивается гашение избыточной энергии и поток дости­гает обычных для него бытовых скоростей течения. Гибкость рис­бермы позволяет ей, не разрушаясь, деформироваться, покрывая собой возможные еще размывы русла.

После разработки проектов строительства различных сооружений, а в особенности гидротехнических, и ввода их в эксплуатацию нередки случаи, когда эксплуатационные нагрузки могут превысить расчетные. И тогда могут возникнуть нежелательные изменения в конструкциях сооружений. Для того чтобы вовремя реагировать на сложившиеся ситуации необходимо проводить обследование технического состояния строительных конструкций особенно в ответственных сооружения таких как гидроузлы, насосные станции, плотины. Такие работы по мониторингу технического состояния строительных конструкций проводят специализированные компании имеющие необходимую техническую базу и квалифицированных специалистов.