Глава 21
Сооружения при водохранилищных плотинах
21—1. СОСТАВ СООРУЖЕНИЯ ПРИ ВОДОХРАНИЛИЩНЫХ ПЛОТИНАХ
Накопленная перед плотиной вода предназначается для использования в народном хозяйстве, поэтому при водохранилищных плотинах должны быть устроены сооружения, выпускающие воду к потребителю,— на орошение, водоснабжение, обводнение, к гидроэлектростанциям и т. д. Такие сооружения носят название водовыпусков, или водозаборных сооружений.
Водохранилища редко вмещают весь сток реки; обычно они могут принять только часть стока, поэтому при водохранилищных плотинах необходимо еще иметь сооружения, через которые можно было бы сбрасывать в нижний бьеф излишнюю воду. Такие сооружения называют водосбросными, или водосбросами.
Плотины преграждают судоходный путь и свободный путь для рыбы; поэтому при плотинах, если река судоходна, устраивают судоходные шлюзы, или судоподъемники, рыбоходы, пли рыбоподъемники.
При возведении плотин должны быть предусмотрены временные сооружения, через которые пропускались бы расходы реки во время строительства (так называемые строительные расходы).
В зависимости от вида плотиц гидротехнические сооружения устраивают отдельно от плотин или они входят в их состав.
Земляные плотины являются преимущественно глухими, поэтому указанные выше сооружения устраивают отдельно от земляных плотин; так же поступают и в случае каменнонабросных плотин; бетонные, железобетонные плотины сами могут служить в качестве водосбросов и водовыпусков, например в приплотинную ГЭС1 (рис. 21—1).
§ 21-2. ВОДОВЫПУСКИ ПРИ ЗЕМЛЯНЫХ ПЛОТИНАХ
Водовыпуски из водохранилищ (прудов) при небольших земляных плотинах, устраиваемых в сельском хозяйстве, можно осуществить, уложив под плотиной металлическую трубу, снабдив ее затвором (задвижкой, клапаном) в низовом конце. Расходы таких выпусков обычно невелики — до нескольких сотен литров в секунду. У затвора, устанавливаемого близ низового конца трубы, устраивается успокоитель — водобойный колодец из дерева, кирпича, железобетона (сборного) или бетона (рис. 21—2).
Рис. 21—2. Водовыпуск из пруда по типу напорной трубы.
При постановке затвора у верхового конца трубы для управления им необходимо устраивать эстакаду; вход в трубу уширяют и защищают решеткой; для ослабления пристенной фильтрации вдоль трубы ставят несколько диафрагм (из глины, жирного суглинка, бетона); основание под трубу и засыпку се тщательно утрамбовывают. Проекты таких водовыпусков типизированы.
На зиму трубу закрывают с обоих концов утепленным покрытием (деревянными щитками с соломенными матами) в целях предохранения от промерзания тела плотины. В качестве небольших водовыпусков ставят также сифоны, выполняемые по типовым проектам.
При высоте сработки пруда 2—3 м и большом расходе забора воды в качестве выпуска устраивают открытые регуляторы обычного типа, описанные в главе 4.
При сработке водохранилища до 7 м устраивают регуляторы по типу безнапорных труб (рис. 21—3), монолитных или звеновых, бетонных или железобетонных.
По своим размерам трубы должны быть доступны для осмотра и ремонта. Следует предусматривать приспособления для закрытия и утепления труб на зиму.
Водовыпуски для орошения более крупных земельных массивов (несколько тысяч гектаров) устраивают башенного типа. На рисунке 21—4 показан башенный водовыпуск с глубиной воды перед башней не более 8-10 м.
Перед входом в башню ставят железобетонные стойки (или деревянные, железобетонные сваи), предупреждающие попадание коряг в трубу. Ввод и вывод воды из башни осуществляют по трубам, размеры которых проверяют гидравлическим расчетом на пропуск требуемого хозяйством расхода воды при наинизшем уровне водохранилища (УМО); однако следует учитывать, что при этом расходе не должно быть больших гидравлических потерь (< 0,2 м).
1 А. А. Болдырев. Гидроэнергетическое строительство в Индии. Гидротехническое строительство. № 12, 1957.
Рис. 21—3. Входная часть водовыиуска но типу безнапорных труб.
Рис. 21—4. Башенный водовыпуск (в разрезах III и IV масштаб увеличен)
Рис. 21—6. Водовыпуск с напорными трубами в штольне.
Подводящая труба — напорная; напоры воды в ней и в окружающем ее грунте почти одинаковы; отводная труба — безнапорная: она забирает воду из башни из-под затвора и без прыжка пропускает се с большими скоростями, которые гасятся в водобойном колодце за плотиной. В башне ставят два затвора — ремонтный (за входной трубой) и основной (перед выходной трубой); уровень воды в башне стоит ниже уровня водохранилища на величину гидравлических потерь в напорной трубе. составляющих несколько сантиметров при поднятом ремонтном затворе, т. е. близок к уровню водохранилища. При глубинах воды в башне, равных 8—10м и выше, условия работы основного затвора осложняются возможной вибрацией его при пропуске воды из-под затвора. В таких случаях целесообразно регулировать подачу воды обоими затворами, т. е. несколько опустив первый затвор, получают большие потери на вводе воды и, значит, более низкий уровень воды в башне, чем облегчается работа основного затвора и уменьшаются скорости течения в отводной трубе. То же достигается устройством дополнительного верхнего ввода воды в башню (рис. 21—5).
Трубы делают как монолитные, так и сборные; в примыкании к башне они должны иметь возможность независимой от башни осадки, уплотненный стык, допускающий различие осадок башни и трубы без нарушения уплотнения (рис. 21—5). фильтры у стыков между отдельными трубами и подготовку из тощего бетона в 30—50 см. Для предупреждения опасной фильтрации вдоль труб на них устраивают козырьки (выступы, реборды) высотой 0,4—1,0 м (рис. 21—4, 21—6); снаружи трубы и козырьки покрывают горячим битумом и опесковывают; назначают достаточную высоту труб для их осмотра и ремонта.
Башни и трубы во избежание больших осадок закладывают в материке, а не в насыпном грунте, а воду к башне подводят по каналу. Башню, поставленную у конца откоса плотины, поверяют расчетом на невсплывание при высоком уровне воды водохранилища и когда в ней нет воды; при низком уровне водохранилища ее поверяют на устойчивость под действием ветра.
При подаче воды на водоснабжение в башне, помимо донного, устраивают 1—2 верхних ввода (рис. 21—5, а), что позволяет забирать воду из наиболее чистых слоев. На рисунке 21—5, б и в показаны стыки звеновых труб и монолитных (рис. 21—5, г). Перед заполнением битумом кольца по трубке А прогоняется горячая вода (или воздух) и после обогрева бетона нагнетается горячий битум через трубку Б. Боковые фильтры укладывают в легком опалубке, оставляемой в плотине.
Водовыпуски для гидроэлектростанций устраивают по типу напорных труб, укладывая их в штольне (рис. 21—6) и используя ее в качестве сброса расходов строительного периода. Решетки, защищающие трубы от захвата с водой мусора, подвешивают на железобетонные балки перед отверстиями башен.
На рисунке 21—7 показана башня, которая выполняет функции водозаборного сооружения; во время строительства через эту башню пропускались бытовые расходы реки1.
1 Л. Б. Таланов. Головной узел гидростанции. «Гидротехническое строительство» № 3, 1945.
Как верхние, так и нижние отверстия снабжены шандорами. Плоские затворы при поднятии уровня воды в водохранилище до их верха опрокидываются и сбрасывают излишки воды в трубопровод.
В последнее время стали применяться совмещенные водовыпуски-подосбросы при земляных плотинах. Примером такого сооружения может служить водовыпуск-водосброс водохранилища на р. Кашкадарья (рис. 21 — 8). Сооружение состоит из входного оголовка 1, подводящей трехочковой напорной железобетонной трубы 2 сечением 3 X 3 м и длиной 37 м; башни управления водовыпуском 3. За башней расположена безнапорная трехочковая галерея 4 сечением 3 х 4 м и длиной 89 м и водобойный колодец 5, из которого вода через отверстия регуляторов 6 поступает в правый и левый магистральные каналы. Для сброса паводковых расходов (расход 1%-ной обеспеченности равен 350 м3/сек) вокруг башни на отметке НПУ устроен водослив 7 с тонкой стенкой: переливаясь через водослив, вода поступает в сбросной лоток и по вертикальной шахте 8 сливается в безнапорную галерею.
