Быстротоки представляют собой сопрягающие сооружения в местах сосредоточенного падения местности, в которых вода проходит с большими скоростями. Быстротоки бывают деревянные, каменные, бетонные, железобетонные и из других материалов. По расположению в плане различают прямолинейные и криволинейные быстротоки, по виду поперечного сечения — прямоугольные и трапецеидальные с коэффициентом откоса не менее т — 1. В зависимости от длины различают быстротоки длинные и короткие. В длинных глубина воды в конце весьма близка к нормальной глубине в лотке. В коротких быстротоках глубина воды в конце больше нормальной.
Быстроток состоит из подводящего канала, входной части (порога), лотка, успокоителя, отводящего канала (рис. 2.5). Сопряжение соединительного канала с порогом и успокоителя с отводящим каналом осуществляется в виде раструба.
При удельном расходе воды q=2 м2/с длина входной понурной части lп=2H, при q≥м2/с lп=3H, где H — глубина воды перед входной частью быстротока, м. Длина предпонурного крепления lпп=(2...3)H, толщина плит понура 0,1—0,2 м. По длине бетонного лотка быстротока через 5—20 м устраиваются швы. Толщина бетонной облицовки лотка быстротока трапецеидального поперечного сечения принимается 0,15—0,4 м. При прямоугольном поперечном сечении быстротока боковые стенки устраиваются в виде подпорных стенок, поперечные размеры которых определяются на основании статического расчета. Толщина дна лотка быстротока принимается 0,2—0,5 м.
Рис. 2.5. Быстроток с застенным дренажем:
1 — подводящий канал; 2 — входная часть — порог; 3 — лоток; 4 — успокоитель; 5 — отводящий канал; 6 — дренаж; 7 — подошва стен; 8 — смотровой колодец
Превышение боковых стенок лотка быстротока над расчетным уровнем воды δ, определенном с учетом аэрации потока, принимается [42]:
В быстротоках трапецеидального поперечного сечения при коэффициенте откосов т > 1,5 превышение верха их над расчетным уровнем воды увеличивается на 15 % по сравнению с этими данными.
Для понижения депрессионной поверхности воды, фильтрующейся из верхнего бьефа в нижний, вдоль быстротока, т. е. уменьшения фильтрационного давления, в нижней части быстротока устраивается застенный дренаж. Последний состоит из двух дрен, уложенных вдоль продольных стен быстротока. Нижняя концевая часть дрен выводится ко дну отводящего канала (рис. 2.5). Застенный дренаж устраивается на протяжении 0,5—0,6 длины быстротока. Для контроля за работой дрен строятся смотровые колодцы. При несимметричном потоке грунтовых вод продольные дрены соединяются между собой в местах расположения смотровых колодцев поперечными, или соединительными, дренами. Дрены устраиваются из перфорированных труб с укладкой вокруг них песчаногравелистого слоя. Можно устраивать гравелисто-щебеночные дрены в каналах с укладкой вокруг них песчаного слоя.
Расчет прямолинейного в плане быстротока постоянной ширины заключается в выполнении гидравлических и статических расчетов.
При гидравлических расчетах быстротоков с большими скоростями течения учитывается насыщение движущейся воды воздухом — аэрация. На основании этих расчетов устанавливается ширина быстротока, строится кривая спада и определяются условия затопления струи. Построение кривой спада дает возможность определить глубину воды в конце быстротока.
Ширина входной части при прямоугольном поперечном сечении определяется из формулы неподтопленного водослива с широким порогом
