Водосливные плотины обычно имеют небольшие удельные расходы, поэтому для пропуска больших расходов необходимо иметь и большую глубину на пороге, сохраняемую после пропуска паводка путем опускания затворов на порог водослива. Такие плотины мы будем называть плотинами с затворами, т. е. по названию элемента, наиболее характерного для них.
Выбор вида отверстий плотины и отметки их порогов определяются рядом условий. Главнейшее из них: наименьшая строительная стоимость гидроузла в целом, простота и надежность эксплуатации сооружений, краткость сроков строительства. Наименьшая стоимость узла в большинстве случаев получается при сравнительно узкой водопропускной части (бетонном или железобетонной), имеющей большую удельную (на 1 пог. м) стоимость, и длинной глухой части (земляная плотина) с меньшей удельной стоимостью.
Сжатие водопропускной части ведет к увеличению удельных расходов воды (например, до 80 м3/сек). для безопасного пропуска которых необходимо иметь сложную и дорогую конструкцию нижнего бьефа сооружений; поэтому чрезмерное сжатие водопропускной части может не только не повести к удешевлению строительства, но и вызовет его удорожание. Через узкую рабочую часть плотины можно пропустить заданные расходы лишь при заложении порогов поверхностных отверстий па низких отметках, либо при устройстве донных отверстий; и в том и в другом случае эксплуатация плотины сложнее, чем при поверхностных отверстиях с порогами на более высоких отметках и, следовательно, с более низкими затворами.
Подъемом порога на 1,0—1,5 м устраняется отрицательное влияние наносных отложений нижнего бьефа на пропускную способность плотины (см. § 29—2). Стремление к наибольшему сжатию водопропускной части может существенно осложнить эксплуатацию сооружений при пропуске льда и плавника. Опыт строительства указывает на следующие величины удельных паводковых расходов: для низконапорных плотин (с напором до 10 м) около 10—20 м3/сек; для средненапорных (с напором до 20—25 м) около 25— 35 м3/сек — в случае песчаных оснований и 35—50 м3/сек — в случае глинистых оснований. Указанные величины удельных расходов приблизительны; в отдельных случаях наблюдаются значительные отклонения от них.
При узкой рабочей части в момент пропуска через нее строительных расходов реки (т. е. в то время, когда строится земляная плотина и другие сооружения) может возникнуть большой подпор уровней воды, даже если производство работ будет организовано по методу гребенки; потребуется устройство высоких перемычек либо весьма быстрый темп строительства (выход из воды к началу паводка). Поэтому только на основании анализа всех условий строительства и эксплуатации могут быть выбраны виды отверстий (поверхностные, донные), размеры и отметки их порогов.
В СССР построено много плотин с затворами и с низким порогом в разнообразных условиях; отметим среди них Чирчикскую, Карамышевскую и Перервинскую (р. Москва), Невинномысскую (р. Кубань), Алхан-Чуртскую (р. Терек), Чуйскую.
На рисунке 22—10 показан поперечный разрез пятипролетной водосбросной плотины с пролетами по 14 м (общий план узла сооружений изображен на рис. 33—4). Плотина рассчитана на пропуск расхода в 2300 м3/сек. Затворы поддерживают глубину 7 м при нормальном подпорном уровне; для сброса шуги, плавника и небольших расходов затворы снабжены автоматическими клапанами высотой 2,1 м; перед и за затворами устроены пазы для металлических шандор. Порог флютбета из армированного бетона на 1,5 м выше дна верхнего бьефа; флютбет соединен с двумя продольными зубьями толщиной 4 м, опирающимися на конгломерат; толщина быков тоже 4 м. По длине плотина делится температурными швами на три неравные секции; швы устроены по осям двух средних быков. Передняя часть флютбета и быков облицована гранитом, далее — стальными листами толщиной 2 см. Водобой облицован чугунными плитами с отбеленной поверхностью размерами 400x400x65 мм (рис. 22—11); плиты снабжены четырьмя крюками диаметром 15 мм, заложенными при отливке.
Плиты устанавливали с перевязкой вертикальных швов; крюки приваривали к арматуре быков, и таким образом из плит образовывалась опалубка для бетона быков.
К водосбросным относится плотина (рис. 22—12) на горной реке (план водозаборного гидроузла изображен на рис. 32—29). Плотина имеет восемь пролетов по 15 м, закрываемых сегментными затворами, из которых два, примыкающих к водозаборному регулятору, снабжены козырьками для сброса шуги.
Вследствие криволинейного очертания плотины быки в плане сужаются и имеют толщину от 2,6 м в голове до 1,54 м в конце. Через плотину перекинуты служебный и проезжий мосты.
Нормальный напор перед затворами 3,5 м, наибольший 4 м. Флютбет плотины состоит из центрального массива с поперечными размерами 5х5 м. небольшого понура и водобоя, заглубленных и прикрытых наброской из крупного камня в целях защиты от истирания бетона галькой. С той же целью порог и быки на высоту 1 м облицованы чугунными плитами. В пороге флютбета устроен дюкер круглого сечения диаметром 2,5 м, переводящий воду в количестве 15 м3/сек от водозаборного регулятора па правый берег.
Рис. 22—11. План, боковой вид и разрез чугунной облицовочной плиты.
Рис. 22—12. Поперечный разрез плотины:
1 — понур; 2 — дюкер; 3 — водобой; 4 — каменно-галечная пригрузка.
На рисунке 22—13 представлена плотила с приподнятым порогом. Бетонная плотина состоит из трех пролетов по 17,5 закрываемых сегментными затворами высотой по 6,4 м. Перед сегментами устроены пазы для ремонтных затворов-шандор. Бычки посредине имеют температурные швы до основания плотины (гнейсы). Плотина рассчитана на пропуск 2060 м/сек и сброс льда, для чего гусек ее снабжен носком. Для пропуска строительных расходов в теле плотины было устроено девять отверстий высотой по 5 м и шириной 3,75 м и десятое отверстие высотой 6,5 м, шириной 5,5 м в правобережном устое, примыкающем к каменнонабросной плотине. После пропуска строительного паводка отверстия со стороны верхнего бьефа были закрыты железобетонными шандорами, а со стороны нижнего бьефа — деревянными крышками. Для осмотра отверстий в быках устроена смотровая галерея, в которую ведет лестница, расположенная в правобережном устое. Перед водосливом устроен трехметровый понур, под которым была проведена цементация скального основания. Основание плотины дренировано деревянными трубами 20х20 см, наблюдения за которыми, а также за четырьмя скважинами в каждом быке ведут из указанной галереи.
К плотине, изображенной на рисунке 22—14, примыкает ГЭС и земляная намывная плотина высотой около 35 м. Отметка порога бетонной плотины выбрана из условий возможности осмотра затворов в межень, когда уровень воды нижнего бьефа стоит несколько ниже порога затвора (вода в нижний бьеф пропускается через турбины ГЭС).
Плотина располагается на плитняке, который вследствие трещиноватости цементирован. Залегающий выше плитняка аллювий покрыт на длину 200 м битумным понуром.
Стремление не усиливать фильтрационный поток в суглинках и мергелях, залегающих под плитняком и содержащих растворимые соли, привело к устройству дренажа с обратным фильтром в передней торцовой части плотины. Дренаж объединяется общей смотровой галереей, из которой вода выводится в нижний бьеф реки. Дренаж под понуром разгружает плотину от избыточного над уровнем нижнего бьефа напора фильтрационного потока.
Отверстия плотины размерами 10 х 2,5 м закрываются сегментными затворами; удельный расход равен 40 м3/ сек. Аварийные затворы (по два на каждое отверстие) — плоские колесные, размерами 5х3,5 м; для опирания аварийных затворов посредине отверстия поставлена стальная стойка. Плотина отделяется от ГЭС осадочным швом.
На рисунке 22—15 приведен поперечный разрез плотины на суглинистом основании с напорными агрессивными грунтовыми водами. Меженный расход реки пропускается через приплотинную ГЭС; в паводок расход реки пропускается через 20-метровые пролеты плотины (с пятиметровыми быками) с удельным расходом до 53 м3/сек.
Для перехвата агрессивных вод и уменьшения противодавления фильтрационного потока из смотровой галереи понура устроены на расстоянии 12,5 м друг от друга скважины диаметром 20 см и глубиной около 1,2Н1; скважины защищены песчано-щебеночным фильтром. Из галереи вода отводится в нижний бьеф по уложенным в быках трубам.
Нижний слой понура из бетона покрыт битумом, выше — асфальтобетоном, затем слоем жирного суглинка, слоем песка — 1 м, слоем гравия —20 см и, наконец, бетонными плитами 3х3x0,3 м. Понур соединяется с бетоном плотины битумными плитами в штрабах.
Водобой и сливная часть устроены сквозными с фильтрами; диаметр вертикальных отверстий 50 см. Сливная часть заканчивается фартуком из сквозных армированных бетонных плит 10x10x0,3 м, опущенным ниже бытового дна реки; далее уложен фашинный тюфяк. На водобое установлены зубцы-гасители в шахматном порядке.
Выбор величины пролета из условий беззаторного пропуска льда производят по опыту эксплуатации существующих плотин; так, для южных районов СССР пролеты затворов назначаются в 10—12 м, для средних районов 15—20 м, для северных районов 20—25 м. Ширина ледосбросного фронта выбирается около 0,6 ширины реки в бытовом состоянии при ледоходе.
