6-2. ВОДОСБРОСНЫЕ И ВОДОСПУСКНЫЕ СООРУЖЕНИЯ
Водосбросные сооружения.
Водосбросные сооружения предназначаются для сброса паводковых расходов, а также полезных попусков. ·
Наиболее распространенным видом водосбросного сооружения является водослив, располагаемый на берегу и сбрасывающий воду в обход плотины. Канал водослива должен быть размещен таким образом, чтобы исключить опасность подмыва плотины (плотина Биас). Наиболее благоприятным местом расположения береговых водосливов являются естественные седловины (плотина Когсвил) или пологие участки берега на склонах долины в пределах подпора (плотина Кебан). Такие водосливы при относительно небольших объемах работ позволяют получить наиболее экономичное решение.
Рис. 6-22. Вид на береговой водослив и работающие донные водоспуски плотины Дербенди Кхан.
В тех случаях, когда канал водослива не может быть отделен скальным выступом от плотины, между ними возводят раздельную стенку, отделяющую канал от плотины и придающую требуемое направление потоку воды, сбрасываемой из водохранилища (плотины Минасэ и Дербенди Кхан) (рис. 6-22).
Рис. 6-24. План и разрезы основного водослива плотины Тарбела.
1 — дренажная и цементационная галерея; 2 — температурные швы; 3 — дренажная труба; 4 — шахта; 5 — проезжий мост; 6 — служебный мост; 7 — сегментный затвор размером 15X17 м; 8 — подъемные лебедки.
Стенки и дно каналов облицовывают бетоном, в ряде случаев дренируют дно, а если они проходят в прочных и невыветрелых породах, то стенки могут быть облицованы только в пределах смоченного периметра и на участке, непосредственно примыкающем к водосливному порогу. Сопряжение канала с руслом реки чаще всего осуществляют быстротоком, в конце которого в зависимости от степени размываемости пород предусматривают специальные трамплины — гасители энергии, как это выполнено на плотине Тарбела (рис. 6-23).
Водосливы со сбросом больших паводковых расходов обычно закрываются сегментными затворами (рис. 6-24), а их число, пролеты и отметки порогов определяются гидравлическими расчетами с учетом условий пропуска льда.
Рис. 6-23. Продольный разрез по оси берегового водосброса плотины Тарбела.
1 — мост через водослив; 2 — затвор; 3 — цементационная и дренажная потерны; 4 — дренажная галерея; 5 —бетонная защитная стенка; 6 — дренажные скважины.
При больших расчетных расходах и сложных топографических условиях, неблагоприятных для строительства поверхностных водосливов, целесообразно строить башенные, туннельные или шахтные водосливы (плотины Чарвакская и Парадела), используя частично строительный туннель как отводящий. Устройство башенных водосливов над строительными туннелями (плотины Тиквеш и Караун) упрощает решение задачи строительства плотины по очередям.
Русловые водосливы располагают в пределах пойменной части долины у одного из берегов, выбирая для этого скальный берег. Примерами подобного расположения водосливов являются Ириклинский и Широковский гидроузлы. Обычно такие водосливы строят при гидроузлах на реках с относительно большими расходами воды, поэтому тип и конструкция водослива, а также способ его закрытия предопределяются условиями производства работ, поскольку отверстия водосливной части плотины используются в период строительства для отвода реки.
Расчетный расход водосбросных сооружений определяется по СН 435-72 в соответствии с классом капитальности плотины. При большой площади зеркала водохранилища расчетный расход необходимо определять, учитывая аккумулирующее влияние водохранилища на срезку паводкового расхода реки в тех пределах колебаний уровня воды перед плотиной, которые допускаются условиями пропуска расчетного паводка. Отверстия водосливных сооружений рассчитывают по формулам гидравлики с учетом всех факторов, влияющих на пропускную способность водослива. При проектировании водосливных сооружений, предназначенных для пропуска больших расходов или строительства при гидроузлах с высокими плотинами, кроме обоснования расчетами размеров и форм, они должны быть проверены в лаборатории на модели.
Глухой водослив без затворов, действующий безотказно независимо от климатических условий, включающийся в работу автоматически при ничтожном повышении уровня воды в водохранилище, наиболее надежен для сбросов паводков. Недостатками такого водослива являются большая длина порога и невозможность использовать полностью объем водохранилища, определяемый высотой плотины, из-за колебаний уровня воды при сбросе паводков. Если топографические условия позволяют получить требуемую по расчету длину порога, повышение уровня воды в водохранилище при сбросе паводков не вызывает дополнительных затрат, а увеличение высоты плотины несущественно влияет на ее стоимость, то при назначении водосбросного сооружения должно быть отдано предпочтение глухому водосливу. Такие водосливы, например, построены на многих гидроузлах с высокими плотинами: Сан-Габриэль 1, Диск-Ривер, Мад Маунтин, Тальбинго и др.
В других случаях предусматривают строительство водослива, отверстия которого закрываются затворами, исключающими возможности подъема уровня воды выше предельного, для чего затворы водосливных сооружений должны иметь автоматическое управление.
Поскольку каменно-земляные и каменнонабросные плотины можно строить в две очереди и больше с последующим наращиванием, необходимо уделить должное внимание устройству водосбросных сооружений для каждой очереди строительства. Если имеются благоприятные топографические условия, допускающие для первой очереди строительства водослив без затворов, то при последующем повышении плотины на водосливе устанавливают затворы или одновременно повышают его порог. При наличии шахтного водослива задача повышения подпорного уровня воды в водохранилище для плотины второй очереди решается наращиванием шахты водослива.
Водоспускные сооружения.
Водоспускные сооружения предназначаются для полного или частичного опорожнения водохранилища и полезных попусков. Такие сооружения рекомендуется, как правило, располагать вне тела плотины. Обычно их делают в туннеле или траншее, пройденной по основанию плотины. Следует отметить, что если плотину возводят на нескольких грунтах, то расположение водоспуска в траншее может привести к его деформации и повреждению от неравномерной осадки плотины. Донные водоспуски плотин, расположенные на скале, устраивают в открытых траншеях. После перекрытия траншеи сводом их используют также для отвода реки. Чтобы исключить возможность фильтрации вдоль стенок водоспуска и обеспечить лучшую его связь с насыпью плотины, устраивают бетонные ребра, которые полукольцом охватывают уложенный водоспуск в пределах ядра плотины.
Обычно для водоспусков используют строительные туннели, которые устраивают как постоянные сооружения при эксплуатации плотин.
На плотинах Урто-Токойской и Дербенди Кхан донные водоспуски заложены по основанию плотин в русле и выведены на низовой откос, где оборудованы затворами. До строительства гидроэлектростанции Дербенди Кхан деривационные водоводы работают как донные водоспуски (см. рис. 6-22). Выход из водоспуска должен быть расположен возможно дальше от низовой грани плотины, для того чтобы исключить влияние сбрасываемой из водохранилища воды на низовой откос плотины.
Тип затворов и места их расположения в водоспусках определяются их назначением. Если затворы водоспусков служат для прекращения доступа воды и регулирования величины сбрасываемых расходов, то соответственно разделяются и функции между ними: затворы в головной части служат только для закрытия водоспуска, а установленные в середине — для регулирования сбрасываемого расхода. Таким образом, на водоспусках при высоких плотинах устанавливаются две системы затворов, что оправдывается и условиями эксплуатации, при которых один из установленных затворов становится резервным на случай ремонта другого.
Сопряжение водосбросных сооружений с плотиной.
Сопряжение плотины с водосливом, особенно русловым, осуществляют при помощи устоя — высокой раздельной стенки (плотины Широковская и Иркутская). Стенка необходима для того, чтобы отделить плотину от водослива, обеспечить требуемые гидравлические условия подхода воды к водосливу и защитить плотину от подмыва со стороны нижнего бьефа. Таким образом, высота, конфигурация и расположение стенки в плане зависят от высоты плотины в месте ее примыкания к водосливу, профиля сопрягаемой части плотины и общих гидравлических условий работы водослива. С раздельной стенкой происходит и сопряжение противофильтрационных частей плотины.
Из-за различных осадок плотины и раздельной стенки сопряжение с ней экрана, особенно из негрунтовых материалов, является достаточно сложной задачей. На Широковской плотине произошло трудно поправимое нарушение шва между деревобитумным экраном и стенкой, хотя оно и было выполнено с устройством противофильтрационной шпонки. Сопряжение такого экрана со стенкой требует особого внимания в проекте и при исполнении, чтобы деформации плотины в зоне ее контакта с раздельной стенкой не превышали пределов, предусмотренных конструктивным решением такого сопряжения. Проще сопряжение с раздельной стенкой решается в плотинах с диафрагмой или ядром. Диафрагма сопрягается нормальным профилем с раздельной стенкой, а ядро — уширенным с устройством бетонной или стальной шпоры (Иркутская плотина), которая со стороны стенки врезается в ядро.
