Основной формой сопряжения бьефов при проектировании водосбросных плотин на нескальном основании является донный режим. Устройствами нижнего бьефа при такой форме сопряжения бьефов в общем случае являются водобой с гасителями энергии, жесткая и гибкая рисбермы.
Водобой — это массивная горизонтальная плита, предназначенная для интенсивного гашения избыточной кинетической энергии. Отметка поверхности водобоя определяется гидравлическими расчетами, исходя из условия затопления гидравлического прыжка с некоторым запасом. Толщина водобойных плит δΒ обосновывается статическими расчетами. Предварительно ее можно определить по формуле В. Д. Домбровского:
(4.2)
где v1 и h1 — соответственно скорость течения и глубина в сжатом сечении.
При донном режиме сопряжения бьефов длина водобоя lв определяется длиной гидравлического прыжка:
(4.3)
где h1 и h2 — соответственно первая и вторая сопряженные глубины.
При отсутствии гасителей энергии 1В = (1... 1,25) lп, при устройстве на водобое гасителей энергии 1В= (0,75...0,8)Ζп, но в особо ответственных случаях 1В=lп.
Плиты водобоя отделяются деформационными швами от тела плотины. В направлении течения они обычно делаются цельными, но в некоторых случаях могут разделяться на две части. По нормали к оси плотины, как правило, они разрезаются швами по продолжениям осей быков. При расстоянии между этими швами более 15—20 м устраиваются дополнительные продольные швы водобоя по осям пролетов плотины. И только в случае, когда низовые открылки составляют единое целое с железобетонной плитой водобоя, образуя неразрезную доковую конструкцию, продольные швы в водобое отсутствуют. Такие конструкции водобоев встречаются на плотинах небольшой длины при отношении высоты стенок открылков над водобоем к расстоянию между их лицевыми гранями Hст/Вст 0,28 и расчетном коэффициенте сдвига бетона по грунту основания tgφ= 0,2. При более высоких значениях коэффициента сдвига (при tgcp^ 0,3) такую схему водобоя и открылков целесообразно рассматривать лишь при Hст/Вст 0,33. Толщина водобоев в этих случаях (0,18...0,22)Hст.
Для устранения фильтрационного давления на плиты водобоя под ними устраивается горизонтальный дренаж основания описанной выше конструкции и дренажные колодцы непосредственно в плитах водобоя. Дренажные отверстия делаются размером от 0,25X0,25 до 1X1 м и заполняются каменным материалом, который перекрывается сверху металлическими решетками. Эти колодцы располагаются в шахматном порядке через 5—10 м в ряду друг от друга. Ряды отверстий располагаются не менее, чем через 5 м. При этом площадь дренажных колодцев должна составлять не менее 1,5 % площади водобоя.
В начале водобойной плиты, например на первой трети его длины, где эжекция потока может быть особенно большой, дренажные колодцы располагать не следует. Дренажные колодцы не следует устраивать и в случае мелкопесчаных оснований, когда имеется опасность выноса через колодцы частиц грунта основания в результате эжекционного воздействия поверхностного потока.
В соответствии с нормативами в качестве основных типов гасителей энергии на водобое следует рассматривать сплошную и прорезную водобойные стенки, гаситель-растекатель и гаситель в виде сочетания двух рядов трапецеидальных пирсов и нижерасположенной водобойной стенки. Размеры и расположение гасителей устанавливаются гидравлическими расчетами, а в ответственных случаях — лабораторными исследованиями.
Жесткая часть рисбермы чаще всего выполняется из бетонных и железобетонных плит. На начальных участках рисбермы толщина плит 1—2,5 м, а на концевых — 0,5—0,8 м и более. Толщина плит по длине рисбермы изменяется уступами. Плиты в плане имеют квадратную или прямоугольную форму с длиной сторон от 2 до 20 м. При заданных плановых размерах плиты ее толщину dn можно ориентировочно принимать: для неармированных плит
, а для армированных
, где lп— длина плиты в направлении течения.
Продольные швы между плитами следует устраивать «в перевязку». Если предусмотрены прямоугольные плиты, то они должны располагаться длинной стороной вдоль течения. Под плитами укладывается двух- или трехслойный обратный фильтр толщиной 0,4— 0,6 м. На поверхность обратного фильтра при бетонировании плит на месте укладывают подготовку из жесткого бетона толщиной 0,1—0,15 м.
В плитах жесткой рисбермы так же, как и в водобое, целесообразно устраивать дренажные колодцы в соответствии с приведенными выше рекомендациями для водобойных плит. При устройстве жесткой рисбермы из сборных плит дренажные колодцы можно не устраивать.
Рис. 4.16. Конструкции рисбермы:
а — плиты; б — дырчатые плиты со скосом; в — железобетонный тюфяк; 1 — щебень: 2 — гравий; 3 — песок; 4 — обратный фильтр
Рис. 4.17. Поперечный разрез Волгоградской плотины:
1 — железобетонный анкерный понур; 2 — песчаная пригрузка; 3 — покрытие бетонными плитами; 4 — стальной шпунт; 5 — разгрузочные скважины; 6 — гибкое железобетонное крепление
В конце жесткой рисбермы может предусматриваться вертикальная стенка, заглубляемая несколько ниже отметки ожидаемого размыва, переходная гибкая рисберма, предохранительный ковш или их сочетание.
Гибкая рисберма выполняется в виде отдельных бетонных или железобетонных плит, шарнирно связанных между собой, каменной наброски, габионных и фашинных тюфяков с пригрузкой камнем, а также в виде сочетаний этих типов креплений.
Предохранительный ковш в конце рисбермы с переходным гибким креплением устраивается при больших удельных расходах воды и легкоразмываемых грунтах основания. Заложение низового откоса ковша назначается из условия его устойчивости в строительный период, а верхового — с учетом гидравлических условий растекания потока в вертикальной плоскости и размещения на нем наклонного участка рисбермы.
Протяженность рисбермы и другие ее параметры устанавливаются гидравлическими расчетами, а ее тип — на основании технико-экономических сравнений различных вариантов.
Возможные конструкции жесткой и гибкой рисберм показаны на рис. 4.16. Примером современных типов креплений дна в верхнем и нижнем бьефах может служить крепление Волгоградской плотины (рис. 4.17).
