В гидротехнике получило большое распространение драпирование сооружений, дающее значительную экономию в строительных материалах, потребных на возведение сооружений. Из предыдущего видно, что в начальной части флютбетов до линии затворов давления воды верхнего бьефа превышают выпирающие давления фильтрационного потока и здесь толщина флютбета принимается не по расчету, а по конструктивным соображениям. За линией затворов выпирающие давления фильтрационного потока велики, соответственно им должна быть и толщина флютбета. Если фильтрационный ноток иод флютбетом перехватить дренажем еще до конца водобоя и отвести грунтовые воды в нижний бьеф, то выпирающие давления па флютбет значительно уменьшатся, соответственно уменьшится толщина флютбета. Дренаж может быть устроен в виде щелей или отверстий в флютбете, в виде труб вод флютбетом, но во всех случаях грунтовая вода в него должна поступать через фильтр, защищающий грунт от размыва, а дренаж — от заиления. Дренажи весьма разнообразны и будут рассмотрены при изучении отдельных видов сооружений.
Рис. 3—23. Гидродинамическая сетка для сквозного флютбета.
Дренажи устраивают также, когда контуры фильтрационного потока не могут быть точно установлены; в этих случаях, устраивая дренаж, можно добиться такого положения, что давления фильтрационного потока снизятся до величин, воспринимаемых обычной конструктивной толщиной флютбета. Это характерно для застойного дренажа, устраиваемого вдоль быстротоков, перепадов, дренажей у входа и выхода из акведуков и т. п.
Возможность значительно повысить допускаемый уклон потока грунтовых вод (а следовательно, и скорость фильтрации) перед фильтром используется в гидротехнике как основание для сокращения длины водобойной частя флютбета. Водобой может быть сокращен до размеров, определяемых условием безопасного пропуска открытого (поверхностного) потока; далее, помимо сокращения длины водобоя, возможно уменьшить его толщину, если сделать его проницаемым для потока грунтовых вод с соответствующим укреплением грунта под ним фильтрами.
Рис. 3—24. Расчетные давления на сквозной флютбет.
Так как уклоны потока в фильтре вследствие его большой водопропускной способности не велики, то для решения вопроса о давлениях фильтрационного потока на такой флютбет можно, в качестве первого приближения. построить гидродинамическую сетку, полагая вдоль подошвы фильтра напор, равным горизонту воды нижнего бьефа. В дальнейшем такую сетку надлежит уточнить, учтя работу отверстий. На рисунке 3—23 показана гидродинамическая сетка, полученная гидроинтегратором для случая одной поперечной щели в флютбете.
Однако и первое приближение дает уже приемлемое решение, для отыскания которого можно также воспользоваться номограммами, рассматривая для них только одну непроницаемую часть флютбета.
Флютбеты, в которых устраивают отверстия для выхода грунтовых вод, мы называем сквозными. Наличие отверстий в флютбете уменьшает давление на него фильтрационного потока и тем самым позволяет делать его более тонким, а в сквозной части ограничиваться конструктивной толщиной.
Диаметр отверстий принимают d — 15 — 25 см, а в крупных сооружениях 1 м и более, покрывая их дырчатыми железобетонными плитами. Через отверстия большого диаметра имеется возможность контролировать состояние дренажа и производить его ремонт.
На рисунке 3—24 (в увеличенном масштабе) показаны расчетные давления на флютбет: АВ — для сплошного (цельного) флютбета и AC, DB — для сквозного флютбета, имеющего щель CD. Из чертежа видно, что наличие щели снимает с флютбета давление, равное заштрихованном площади эпюры.
Подробно расчет сквозных флютбетов рассмотрен в отдельных трудах; здесь же ограничимся приближенным и упрощенным решением.
Выше отмечалась величина активной зоны потока по дну каналов, считая ее от концов флютбета на расстоянии около 0,5—0,8 длины флютбета.
Выход воды через отверстия более затруднителен, чем через открытый грунт, поэтому для сквозного флютбета активная зона по дну каналов увеличивается до 1—1,2 L, считая от концов непроницаемой части флютбета (L — длина по горизонтали непроницаемой части флютбета) и вглубь от флютбета на 2—2,5 глубины шпунтов.
Плавно очерчивая в этих пределах границу активной зоны и срединную струйку в ней, можно найти расход через нее по формуле:
(3-49) где В — ширина флютбета;
Т — средняя мощность залегания активной зоны, которая может быть найдена как отношение площади активной зоны (по сечению ее вдоль флютбета) к длине l (l — длина средней струйки);
H — действующий (погашаемый) напор;
k — коэффициент фильтрации грунта.
Расчет сквозных флютбетов в основном состоит в отыскании (или поверке) числа отверстий и размеров фильтра под ними, подбираемых так, чтобы скорости входа в фильтр были безопасны как против вмыва мельчайших частиц грунта в него, так и против вымыва частиц фильтра в отверстия. Для такого расчета необходимо знание протекаемого через каждое отверстие расхода воды, что может быть найдено следующим способом.
Построим кривую суммарных расходов на фильтрацию через дно нижнего бьефа, ордината у которой над границей активной зоны се=Q (рис. 3—25). Любая промежуточная ордината такой кривой будет указывать фильтрационный расход от конца непроницаемой части флютбета а до абсциссы этой ординаты, т. е. на участке ат.
Для построения кривой суммарных расходов фильтрации приводится таблица 3—7 ординат у и горизонтальных расстояний х от начала непроницаемой части, считая ее длину за единицу, т. е. полагая L — 1; ординаты суммарных расходов даются пока в относительном масштабе. Так как абсцисса ас равна длине активной зоны, т. е. точка с известна, то по таблице 3—7 зная х, находим для нее у; приравнивая эту ординату к расходу, получаем масштаб ординат.
Рис. 3—25. Расчетная схема сквозного флютбета.
Чтобы найти расходы воды через отверстия, необходимо найти ординаты у на срединах промежутков между рядами отверстий y1, у2. Тогда через одно отверстие первого ряда будет протекать расход:
Принимаем скорость входа воды в фильтр не меньшую к; тогда, рассматривая нод каждым отверстием фильтр в форме полусферы радиуса R, можем написать:
В действительности пет необходимости делать отдельные под каждым отверстием фильтры; проще и надежнее сделать общий фильтр в виде песчано-гравелистого тюфяка толщиной, но меньшей наибольшего радиуса сферы. Отверстия близ конца флютбета работают слабо по сравнению с поставленными выше но течению, и, казалось бы, что их можно и не делать; однако их надо делать, так как они отчасти облегчают работу вышележащих отверстий; кроме того, в случае закупорки отверстий в начале флютбета действие концевых отверстий усиливается, что разгружает флютбет от давления воды.
Рассмотрение гидродинамических сеток (рис. 3—6 и др.) показывает, что постановка в конце водобоя даже небольшого шпунта значительно выравнивает величины выходных скоростей фильтрации в нижний бьеф. В сквозных флютбетах это свойство шпунтов (или зубьев) особенно важно, как обеспечивающее почти равномерные скорости подхода и расходы отверстий: кроме того, шпунты создают более удобные условия размещения фильтра.
Таблица 3—7 дает ординаты суммарных расходов па фильтрацию без учета постановки в конце непроницаемого водобоя шпунта (или зуба) и тем самым дает несколько завышенные расходы воды в первых отверстиях. Ввиду приближенности рассматриваемого метода расчета такой запас в расчете фильтра приемлем.
Давления воды на сквозную часть флютбета невелики; конструктивная толщина флютбета здесь будет достаточна для восприятия этого давления.
Пример. Для флютбета, эскиз которого приведен на рисунке 3—25, требуется подсчитать толщину обратного фильтра и толщину водобоя.
Флютбет имеет следующие размеры: понур AD — 2,5 л, водобой Da — 5 л; сквозная часть ad — 4 м снабжена четырьмя рядами отверстий
Делаем сплошной фильтр толщиной 30 см из смеси песков с преобладанием внизу мелкого песка, наверху крупного; отверстия в флютбете загружаются смесью крупного песка с гравием. Сплошной ленточный фильтр, имея большую поверхность, чем полусферы, понизит входные скорости фильтрации на стыке фильтра с грунтом, что увеличит запас в расчете.
Конструкция сквозных флютбетов получила дальнейшее развитие в устройстве водопроницаемых флютбетов. Использование пористого бетона в качестве фильтра нашло применение в дренажах буровых скважин, в дренажах гравитационных плотин и др. При неагрессивных грунтовых водах под сооружениями и при отсутствии илистых частиц в основании возможно водобой устраивать из пористого бетона, слабо пропускающего через себя воду и тем постепенно снижающего выпирающие давления фильтрационного потока.
