16-4. ВОДОСЛИВНЫЕ И ФИЛЬТРУЮЩИЕ НАБРОСНЫЕ ПЛОТИНЫ
Перелив воды по каменнонабросной плотине возможен при условии обеспечения устойчивости низового откоса плотины против его разрушения потоком, а также предотвращения подмыва основания низовой части плотины вследствие размыва русла реки у подошвы откоса стекающей во нему водой. Наличие пустот в каменной наброске низовой части плотины способствует уменьшению размывающего действия потока на основание, так как часть расхода проваливается в пустоты наброски и во время течения в ней (наброске) происходит гашение кинетической энергии потока. С другой стороны, эта фильтрующая вода, вытекая в нижней части низового откоса, оказывает давление па камни, лежащие на поверхности этой части откоса и стремится их вытолкнуть. Вопросы подбора устойчивого и в то же время пористого крепления водосливной грани и устойчивости этой части плотины при переливе через нее воды изучались в нескольких научно-исследовательских институтах.
Лабораторные опыты Н. И. Гордиенко 1 (институт Водгео) показали, что при переливе небольших удельных расходов вода, проваливаясь в наброску на участке, меньшем ширины гребня, протекает через ее пустоты и вытекает через низовой откос выше горизонта воды нижнего бьефа. При увеличении удельного расхода до критической величины qкр на участке выклинивания фильтрационного потока происходит скатывание камней под действием сливающейся по откосу воды. Величина зависит от диаметра камней, длины участка поглощения, глубины воды в нижнем бьефе и наклона низовой грани (чем положе наклон водосливной грани и больше глубина нижнего бьефа, тем больше qкр) и примерно равна 2,25—2,5 м3/сек на 1 пог. м длины водослива. Если же длина участка поглощения становится больше ширины гребля, то начинается перелив воды через гребень и течение ее но всему низовому откосу. Безопасность такого течения для каменной наброски плотины может быть достигнута лишь устройством крепления низового откоса и закреплением подошвы этого откоса. Облицованной водосливной грани в зависимости от высоты плотины придается наклон 1:3 — 1:3,5. Применение сквозных щитов и в особенности ряжей для покрытия этой грани позволяет увеличить переливаемый удельный расход до 15 м3/сек. Примером водосливной набросной плотины является плотина высотой 10 м, построенная по идее проф. Η. П. Пузыревского на одной из рек Алтая.
П. И. Гордиенко. Водосливные плотины из каменной наброски. «Гидротехническое строительство» № 3, 1944.
Плотина состоит из верховой части, сложенной из суглинка (рис. 16—19), и низовой — из каменной наброски, поверхность которой укреплена ряжами, образующими водопроницаемый каркас Ряжи обшиты досками из лиственницы с промежутками между досками в 7.5 см. Ядро плотины сложено призмой из сухой кладки, на которой установлена бутобетонная стенка. С. верховой стороны ядро уширено за счет стенки из камня, по грани которой уложен деревянный экран. К экрану снизу примыкает понур длиной 5 м из бетонных плит. Экран и понур прикрыты мощным слоем суглинка толщиной в среднем 2,5 м.
Рис. 16—20. Водосливная плотина распластанного профиля.
Очертание водосливной грани плотины было установлено лабораторными опытами. Плотина рассчитана на пропуск максимального удельного расхода в 4 м/сек. Недостатком плотины явилось засорение каменной наброски после пропуска паводка (ветками и сучьями), несмотря на установленную наплавную запань для задержки мусора, что снижает значение наброски как гасителя энергии. Кроме того, выявлена непригодность ее для пропуска льда.
Разновидностью переливных набросных плотин являются водосливные плотины распластанного профиля, возводимые на песчано-гравелистом основании для напоров до 5—6 м. Плотина этого тина состоит из расположенных через 10—20 м друг от друга нескольких (3—4) поперечных бетонных или из каменной кладки стен прямоугольного сечения толщиной поверху 1 — 1,5 м, являющихся диафрагмами плотины (рис. 16—20) Промежутки между стенами заполняют каменной наброской. Верхний слой наброски тщательно укладывают из крупного камня. Для предотвращения размыва основания плотины фильтрационным потоком, а также для предохранения водосливной грани от разрушения переливающимся потоком этой грани придают пологий наклон в пределах 1:8-1:12. Чем выше плотина и больше глубина на ее водосливе, тем положе откос водоската. Эти плотины успешно работают лишь в условиях затопленного перелива паводковых расходов.
В институте гидрологии и гидротехники Академии наук Украинской ССР Н. Н. Беляшевским разработаны конструкции водосливных каменнонабросных смешанных плотин на скальных и прочных нескальных основаниях высотой до 10 м 3. В этом типе гребень плотины для предохранения наброски от разрушения переливающейся водой и льдом выполняется в виде массивного оголовка из бетонной или бутовой кладки (рис. 16—21). Водосливная грань с наклоном 1:2.5 и положе облицовывается бетонными плитами толщиной 0,4—0,6 м, связываемыми между собой редкой арматурой. Водосливная часть заканчивается упорным массивом, предохраняющим плотину от подмыва и служащим водосливным носком. В верховой части плотины для создания противофильтрационного устройства отсыпается глинистый экран, защищенный от размыва песчаным слоем, поверхность которого укрепляют мостовой или другим видом крепления. Стоимость строительства этих плотин на 20—-50% дешевле стоимости массивных бутобетонных и ячеистых бетонных плотин при уменьшении бетонных работ в 1,5— 2 раза. Эксплуатация построенных плотин показывает успешную их работу.
- Μ. Н. Горчаков и Т. И. Пузыревская. Водосливные плотины из каменной наброски типа, предложенного проф. II. П. Пузыревским. "Гидротехника и мелиорация" % 2. 1956.
- В. В. Подарев. Гидротехнические сооружения. Плотины, вып. IV. М., 1925.
- Н. Н. Беляшевский. Улучшенные типы водосливных плотин из каменной наброски. Киев. 1953.
Возведение плотин наброской в текущую воду. Проф. С В. Избашом был исследован вопрос о постройке плотик без устройства перемычек наброской камня в текущую воду1 . По данным лабораторных опытов и натурных наблюдений, поперечное сечение профиля наброски изменяется в определенной последовательности 1.
1 II. В. X а л т у р п и а. О расчете формирования каменной отсыпки при перекрытии рок. Труды Гидропроекта, Сборник первый. Госстройиздат. М., 1958.
Рис. 16—22. Схема возведения плотин наброской в текущую воду.
Сначала отсыпь камня принимает форму треугольника с откосами 1:1 или 1:1,25 (рис. 16—22,а). Но мере повышения наброски поверхность переливающейся воды из спокойной становится волнистой, гребень профиля уширяется, а низовой откос делается положе (рис. 16—22, б). При дальнейшем возрастании профиля происходит увеличение перепада перед ним. возрастают также скорости потока, под воздействием которых происходит скатывание камней, находящихся на поверхности низового откоса, что делает последний положе. Течение воды по низовому откосу происходит, как по быстротоку (рис. 16—22, в). При пропуске воды реки через отверстия плотины или водосбросного сооружения, по мере возрастания высоты наброски и соответственно величины подпора перед ней, увеличивается расход, пропускаемый через водосбросные отверстия, и уменьшается расход, протекающий через наброску, что ведет к снижению скоростей на низовом откосе последней. Уменьшение скорости позволяет профилю наброски принимать в верхней части низового откоса более крутой наклон, вследствие чего каменная отсыпь быстро растет по высоте и выходит из воды (рис. 16—22, г). При отсутствии водосбросного сооружения выход профиля из воды происходит медленнее, а при некотором соотношении расхода и размеров камней он вообще невозможен: отсыпаемый камень идет лишь на распластывание профиля плотины. сопротивления камня. Величина скорости, при которой происходит сдвиг камней, определяется по формуле С. В. Избаша:
Задаваясь скоростью потока по формуле (16—4), можно определить но известному наклону низового откоса и γ1 размер камней. Перед построенной таким способом пористой плотиной отсыпается обратный фильтр, а перед ним — грунтовый экран.
В настоящее время способ наброски камней и других материалов невлекомой крупности в текущую воду применяется главным образом для перекрытия русел при возведении крупных гидроузлов 1.
