3-6. ЗАЩИТА КРЕПЛЕНИЯ ПОДВОДЯЩЕГО РУСЛА ОТ ПОДМЫВА
Возможность появления местных размывов в верхнем бьефе и, в частности, перед началом основного участка подводящего русла обусловлена увеличением удельных расходов по сравнению с бытовыми. Скорость в подводящем русле может быть особенно велика при совмещении здания ГЭС и водосбросов. Например, на Саратовской ГЭС при глубине воды в пределах понура, равной 27 м, и удельном расходе на понуре, близком к 65 м3/сек, средняя скорость достигает 3,5 м/сек.
На Каневской ГЭС удельный расход в подводящем русле равен примерно 80 м3/сек. В основании этой ГЭС залегают пески, имеющие средний диаметр 0,32 мм при наличии фракций с d=5 мм и, местами, до 15 мм. Как показали лабораторные исследования, глубина размыва в подводящем русле перед креплением с учетом образования отмостки может достичь 8 м. Во избежание подмыва крепления подводящего русла и струенаправляющих сооружений рекомендовано на основании лабораторных исследований устройство на этой ГЭС каменной наброски перед креплением отводящего русла на длине до 150 м.
В некоторых случаях наибольшие размывы могут быть при пропуске строительных расходов.
Рис. 3-20. К расчету глубины ковша и крупности камня на откосе ковша перед креплением отводящего русла.
а — стадии подмыва каменной наброски перед креплением; б — стадии размыва грунта перед ковшом; в — эпюры скоростей перед откосом и на откосе; 1 — песчаная пригрузка понура; 2— каменная наброска перед креплением; 3 — камень, защищающий откос; 4, 5, 6 — уровни грунта до размыва, промежуточные и после размыва.
Начальное крепление (рис. 3-19) выполняется аналогично концевому креплению в нижнем бьефе. Так, ковш представляет собой поперечную траншею, у которой дно и откос, обращенный в сторону сооружения, защищены креплением в виде гибкого тюфяка. Иногда может оказаться целесообразным устройство зуба, опущенного на глубину, превышающую возможный размыв· Струенаправляющие дамбы, выходящие за пределы участка подводящего русла, имеющего крепление дна, во избежание подмыва также защищены. Открылки устоев должны иметь подошву, заглубленную ниже уровня возможного размыва.
Гидроузел с русловой несовмещенной ГЭС, план которого изображен на рис. 3-18, при глубине воды в подводящем русле 29,0 м1 имеет удельные расходы на участке плотины 68 м2/сек и на участке здания ГЭС 26 м2/сек, чему отвечают средние скорости 2,35 и 0,95 м2/сек. По всей ширине подводящего русла перед понуром на длине 12 м предусмотрена каменная наброска, которая в случае размыва глинистого грунта незащищенного русла перед понуром должна прикрыть образующийся откос. Подошва открылков устоя вне крепления лежит на глубине большей, чем возможная глубина размыва.
Для расчета глубины ковша, крупности камня наброски, глубины воронки размыва требуется знать распределение скоростей по ширине русла в створе перед началом основного участка.
План течений в верхнем бьефе может быть построен одним из способов, например, методом ЭГДА, основанных на использовании теории потенциального течения или уравнений «плановой задачи» гидравлики. Более надежные результаты дают лабораторные исследования на водяных или воздушных моделях.
Для предварительных расчетов степень неравномерности распределения скоростей может быть оценена с использованием коэффициента неравномерности, величина которого зависит от ряда факторов, в том числе в значительной мере от очертания струенаправляющих сооружений. Изучение материалов лабораторных исследований верхних
бьефов сооружений позволяет рекомендовать коэффициент неравномерности распределения скоростей на начальном участке подводящего русла 1,15—1,2.
1 В окончательном исполнении глубина подводящего русла до начала крепления равна 35 м.
Умножая на этот коэффициент средний удельный расход в данном сечении, получаем максимальное значение удельного расхода.
На рис. 3-20 показаны стадии размыва незащищенного откоса ковша подводящего русла и подмыва каменной наброски-
Расчет крупности устойчивого несвязного материала в ковше и на горизонтальном участке русла мог бы быть произведен подобно расчету концевого крепления отводящего русла. Но по мере смыва незащищенного откоса ковша и распластывания каменной наброски по откосу распределение скоростей становится иным. Эпюра скоростей перед откосом, покрытым камнем, принимает форму, обычную для равномерных русловых потоков.
При набегании потоков на откос происходит за счет эффекта конфузорности выравнивание эпюры скоростей, ведущее к увеличению донных скоростей и к уменьшению их пульсации (рис. 3-20,е). Исходя из этого, при расчете глубины размыва перед откосом, защищающим от подмыва крепление подводящего русла, можно принять, что осредненная придонная скорость равна средней скорости: и=v (рис. 3-20,б). Учитывая, что пульсационная составляющая придонной скорости в равномерном потоке составляет (0,15- 0,25) v, и беря меньшее ее значение (поскольку на диффузорном участке в пределах откоса следует ожидать успокоения потока), получаем придонную актуальную скорость на откосе равной u*=1,150.
По известной актуальной скорости диаметр камня для защиты откоса можно приближенно вычислить по формуле (5-22), хотя она не учитывает влияния на устойчивость камня составляющей силы тяжести, направленной в сторону, противоположную течению.
Пример расчета глубины ковша и крупности камня на откосе ковша перед креплением подводящего русла. Рассчитать глубину ковша перед креплением подводящего русла, сложенного из гравелистого однородного грунта крупностью d=12 мм. Глубина в подводящем русле в пределах крепления равна 25 м, перед креплением—18 м. Средний удельный расход 60 м/сек. Определить глубину ковша и крупность камня на его защищенном откосе.
1) Расчетный удельный расход при коэффициенте неравномерности распределения расхода по ширине подводящего русла, равном 1,15,
При коэффициенте запаса 1,2 получаем d — 0,2 м.
