Плотины при напорах свыше 5—6 м возводят из сплошных или из полусквозных ряжей, в которых внешние (лицевые) стороны рубят сплошными, а внутренние — сквозными. Эти плотины строят преимущественно на скальном основании. На мягких грунтах, вследствие больших напряжений в основании и незначительной величины коэффициента трения ряжей по грунту, конструкция водосливных ряжевых плотин повышенных напоров значительно усложняется, и поэтому строительство их на таких грунтах ограничено.
По конструкции ряжевой рубки водосливной части эти плотины выполняют из вертикальных и наклонных ряжей.
Рис. 23—36. Схемы поперечных профилей водосливных плотин из вертикальных ряжем.
Плотины из вертикальных ряжен.
Профиль водосливной части плотин наиболее часто конструируют по одной из следующих форм.
- Трапецеидальный профиль с наклонной верховой и вертикальной сливной гранями (рис. 23—36, о) нерационален на реках с сильным ледоходом из-за оседания и нагромождения льдин на переднюю наклонную грань, что вызывает повышение напора перед плотиной и увеличение нагрузки на нее, а также из-за разрушения водобойной части и дна нижнего бьефа от ударов льдин, плавающих предметов и падающей воды 1.
- Трапецеидальный профиль с наклонными передней и задней гранями дает более плавное, чем предыдущая форма профиля, сопряжение потока с нижним бьефом (рис. 23—36, б).
- Трапецеидальный профиль с вертикальной верховой гранью и наклонной низовой (рис. 23—36, а) менее экономичен, чем первая форма профиля, но более рационален, так как при ледоходе льдины ломаются при ударе о гребень вертикальной грани.
4. Ступенчатый профиль показан на рисунке 23—36, г. При этом профиле разрушающее действие переливающегося потока па водобойную часть плотины меньше, чем при первом профиле. Ступени применимы на реках с несильным ледоходом, так как при прохождении льда горизонтальные участки их подвергаются ударам льдин, что приводит к частой замене настила ступеней. Для ослабления ударного действия льдин можно уменьшить высоту ступеней, придав профилю водослива многоступенчатую форму (рис. 23—36, д).
Преимущество плотин из вертикальных ряжей состоит в лучшем (по сравнению с плотинами из наклонных ряжей) конструктивном сопряжении ряжевых клеток плотины со свайным или ряжевым основанием ее, а также с устоями и быками, и в возможности устройства в тело плотины водоспускных отверстий. Недостатком этой конструкции плотин является меньший коэффициент устойчивости на сдвиг (так как последний может происходить вдоль горизонтальных постелей ряжей) и трудность осуществления водосливного профиля из-за косых врубок. При грунтах, допускающих забивку свай, ряжи возводят па свайпом основании. Понурную часть развивают при возведении плотин на грунтах, но допускающих забивки шпунтовых рядов и свай.
Для увеличения напора, создаваемого плотиной, на гребне ее иногда устанавливают затворы, опирающиеся на разборчатые опоры. Статический расчет этих плотин состоит в проверке устойчивости плотины на сдвиг и определении напряжений в вендах ряжей и в основании; он выполняется аналогично расчету ряжевого устоя (см. § 23—4), но внешние силы, действующие па поперечный профиль плотины, должны быть определены в соответствии с работой последней.
Плотины из наклонных ряжей.
Конструкция плотины состоит из наклонных под углом 45° к горизонту продольных степ и из вертикальных поперечных стен, срубленных из бревен, наклоненных под тем же углом к горизонту. Поперечное сечение плотины имеет вид равнобедренного прямоугольного треугольника (рис. 23—37). Давление воды передается напорной грани, нормальной осям ряжевых клеток. Направление давления воды совпадает с направлением ряжевых степ, и поэтому бревна работают главным образом на сжатие поперек волокон. Положительная сторона таких плотин — лучшая (по сравнению с плотинами из вертикальных ряжей) устойчивость на сдвиг, благодаря наличию вертикальной составляющей давления воды на наклонную напорную грань и более рациональной работе стен, так как давление воды совпадает с направлением наклонных ряжевых стен. Вследствие отсутствия в такой ряжевой конструкции горизонтальных постелей, сдвиг плотины более затруднен, чем плотины из вертикальных ряжей.
К недостаткам таких плотин следует отнести трудность устройства врубок сопряжения вертикальных и наклонных ряжевых стен и соединения тела плотины из наклонных ряжей с основанием из вертикальных ряжей (в случае нескального основания) и с вертикально-ряжевыми устоями или быками.
В СССР построена подобная плотина высотой 12,9 м. Максимальный удельный расход на водосливе равен 8 м2/сек. Верховая грань водослива сделана наклонной вследствие того, что пропуск льда через него не является опасным, поскольку плотина создает водохранилище, в котором происходит естественное разрушение льда. Все ряжевые ящики плотипы наклонены под углом 45° к горизонту (рис. 23—38).
Напорная грань водонепроницаема и сделана из двух взаимноперпендикулярных рядов брусьев толщиной по 12 см, между которыми проложены два ряда просмоленного толя. Оголовок плотины очерчен по кривой падающей струп и выполнен из двух рядов брусьев: нижний ряд прирублен к венцам вертикальных продольных стен, а верхний — из коротких брусьев пристроган по очертанию водосливной грани. Для предохранения гребня от ударов плавающих тел (в том числе и льда) л придания ему большей жесткости по гребню плотины, параллельно вертикальным степам, уложены изогнутые по профилю плотины рельсы. Два последних ряда ряжевых клеток упираются в бетонный массив, заанкеренный в скалу, благодаря чему достигается большая устойчивость плотины и плавный переход от сливной части ко дну нижнего бьефа.
Рис. 23—38. Продольный профиль плотины из наклонных ряжей:
I — зона тщательной пригонки венцов; 2 — слоистая песчано-торфяная диафрагма; 3 — понур из грунта; 4 — прокладка из войлока на смоле; 5 бетонный зуб; 6 — анкер.
Напорная грань плотины закапчивается бетонным зубом, в который забетонированы концы верхнего ряда брусьев: ниже подошвы зуба произведена цементация скалы. Для предохранения внутренних деревянных частей плотины от гниения при соприкосновении с воздухом, а также для большей устойчивости плотины и уменьшения давления воды на обшивку напорной грани в теле плотины устроена горизонтальная водонепроницаемая диафрагма толщиной 0,75 м из двух слоев торфа, разделенных слоем песка. Сверху диафрагмы устроен фильтр из трех слоев общей толщиной 40 см, а ниже ее — обратный фильтр из четырех слоев, общей толщиной 1 м.
Для заполнения верхней части плотины, выше диафрагмы, водой в ее гребне устроены специальные круглые отверстия 1 (рис. 23—38). Вода проходит в ряжи плотины через квадратные отверстия; излишняя вода вытекает через круглые отверстия Б диаметром 10 см и, стекая по сливной грани, смачивает ее. Просочившаяся через напорную грань и диафрагму вода из нижней части тола плотины выпускается через круглые отверстия Г. благодаря устройству диафрагмы часть плотины ниже ее, находящаяся в воде, является взвешенной; вода заполняющая тело плотины выше диафрагмы, увеличивает вес его и тем самым способствует приданию плотине большей устойчивости. Возведение наклонных ряжевых плотин на мягких грунтах вызывает ряд трудностей, и поэтому такие плотины не строят.
Устойчивость плотины увеличивается тем больше, чем ниже расположена диафрагма и больше слой воды над ней, но при этом возрастает давление воды на обшивку сливной грани и уменьшается — на обшивку напорной. Устройство диафрагмы в теле плотины незначительно изменяет положение точки пересечения равнодействующей с основанием плотины.
