Товары в корзине: 0 шт Оформить заказ
Стр. 1 

319 страниц

Купить бумажный документ с голограммой и синими печатями. подробнее

Цена на этот документ пока неизвестна. Нажмите кнопку "Купить" и сделайте заказ, и мы пришлем вам цену.

Распространяем нормативную документацию с 1999 года. Пробиваем чеки, платим налоги, принимаем к оплате все законные формы платежей без дополнительных процентов. Наши клиенты защищены Законом. ООО "ЦНТИ Нормоконтроль"

Наши цены ниже, чем в других местах, потому что мы работаем напрямую с поставщиками документов.

Способы доставки

  • Срочная курьерская доставка (1-3 дня)
  • Курьерская доставка (7 дней)
  • Самовывоз из московского офиса
  • Почта РФ

Расчетные методы, приведенные в Руководстве, должны применяться, главным образом, на начальных стадиях проектирования для основных расчетных случаев пропуска расходов воды через сооружения I и II классов до проведения исследований запроектированных конструкций на физических моделях. Они могут также применяться на всех этапах проектирования сооружений III и IV классов в случае, если не требуется экспериментальное обоснование принятых в проекте инженерно-технических решений (сложность конструкции водосброса, недостаточная разработанность методов расчета выбранной конструкции и т. п.)

 Скачать PDF

Оглавление

Введение

Глава 1. Водосбросные, водоспускные и водовыпускные сооружения. Гидравлические расчеты плотин

     1.1. Общие положения

     1.2. Основной и поверочный случаи гидравлического расчета плотин. Обозначения основных величин

     1.3. Определение длины водосбросного фронта

     1.4. Определение длины водосливного фронта с учетом условий пропуска льда

     1.5. Очертания устоев, открылков и других элементов сооружения на подводящем участке русла

     1.6. Крепление подводящего участка русла

Глава 2. Поверхностные водосбросы

     2.1. Общие сведения

Типы водосливов и определение их пропускной способности

     2.2. Классификация водосливов бетонных плотин

     2.3. Прямые прямоугольные водосливы с тонкой стенкой

     2.4. Прямые прямоугольные водосливы с широким порогом

     2.5. Прямые прямоугольные водосливы практического профиля

     2.6. Криволинейные в плане водосливы

     2.7. Расчет пропускной способности при частичном открытии затвора на гребне водослива

Условия течения на сливной грани водосливов

     2.8. Общие положения

     2.9. Глубины потока и давления на различных участках водосливной поверхности

     2.10. Параметры потока в пределах радиального участка сопряжения в конце сливной грани

Кавитация на элементах водосбросов и защита их от кавитационных разрушений

     2.11. Понятия и определения

     2.12. Методы прогнозирования бескавитационных условий работы водосбросов

     2.13. Источники возникновения кавитации в водосбросных сооружениях

     2.14. Прогноз бескавитационных условий обтекания технологических неровностей на поверхностях водосбросов и способы устранения кавитация

     2.15. Прогнозирование кавитационной эрозии и ее интенсивности в водосбросах

     2.16. Гидравлическое обоснование работы водосбросов с допущением ограниченного объема кавитационных повреждений

     2.17. Самоаэрация потока на тракте водосливных плотин

     2.18. Искусственная аэрация обтекаемых поверхностей безнапорных водосбросов

Ступенчатые водосливные плотины

     2.19. Конструкции и назначение

     2.20. Гидравлические условия работы водосливов с гашением значительной части энергии на ступенчатой сливной грани

     2.21. Ступенчатые водосливы, рассчитанные на пропуск больших удельных расходов воды

     2.22. Сужающиеся ступенчатые водосливы

Глава 3. Трубчатые водосбросы и водоспуски

     3.1. Основные конструктивные элементы глубинных (трубчатых) водосбросов

     3.2. Задачи гидравлического расчета трубчатых водосбросов

Пропускная способность трубчатых водосбросов

     3.3. Пропускная способность безнапорных трубчатых водосбросов с незатопленным входом

     3.4. Пропускная способность безнапорных трубчатых водосбросов с затопленным входом

     3.5. Зависимости для определения пропускной способности напорных трубчатых водосбросов

     3.6. Коэффициенты местных потерь нагiора в напорных водосбросах

     3.7. Сбросной расход напорных глубинных водосбросов и коэффициенты потерь напора при частичных открытиях затворов

     3.8. действующий напор напорных глубинных водосбросов

Определение режимов потока в трубчатых водосбросах и расчет подачи и транспорта в них воздуха

     3.9. Общие положения при рассмотрении гидравлических режимов течения в трубчатых водосбросах

     3.10. Расчеты трубчатых водосбросов при безнапорном режиме течения

     3.11. Приближенные оценки условий работы и подвода воздуха в глубинных трубчатых водосбросах

     3.12. Определение местоположения гидравлического прыжка при частично напорном режиме течения в трубчатом водосбросе

Определение гидродинамического давления и прогноз кавитации на элементах напорных водосбросов

     3.13. Общие сведения о гидродинамических давлениях. Конструктивные мероприятия по снижению вакуумов

     3.14. Входные оголовки

     3.15. Определение давления за плоскими и сегментными затворами напорных участков глубинных водосбросов

     3.16. Составляющие гидродинамического давления на поворотах трака напорных глубинных трубчатых водосбросов. Оценки возможности кавитации

     3.17. Прогнозы кавитации в затворных камерах

Сифонные водосбросы

     3.18. Общие положения

     3.19. Пропускная способность сифонного водосброса

     3.20. Определение места расположения и угла наклона отклоняющего струю уступа

Глава 4. Нижние бьефы водосбросов бетонных и железобетонных плотин среднего и низкого напора

     4.1. Общие положения

     4.2. Состав сооружений нижнего бьефа. Задачи и последовательность их гидравлического расчета

     4.3. Установление конструкции и размеров устоев (низовых сопрягающих стен), раздельных стен, открылков

     4.4. Общие указания к расчету нижнего бьефа в условиях пространственной задачи и по учету пропуска строительных расходов

     4.5. Составление схем маневрирования затворами многопролетных плотин, оборудованных передвижными кранами

Расчет сопряжения бьефов при отсутствии гасителей энергии

     4.6. Сопряжение бьефов при помощи носка-уступа (поверхностный тип сопряжения)

     4.7. Сопряжение бьефов донным гидравлическим прыжком (донный тип сопряжения)

Расчет сопряжения бьефов при наличии гасителей энергии. Гидравлический расчет гасителей энергии

     4.8. Общие данные

     4.9. Гидравлический расчет водобойной стенки

     4.10. Гидравлический расчет водобойной стенки с расположенным ниже ее водобойным колодцем

     4.11. Прогнозирование кавитации на водобойных стенках

     4.12. Гидравлический расчет водобойного колодца

Расчет длины водобоя, рисбермы и переходного (деформируемого) крепления за рисбермой при нескальных грунтах

     4.13. Общие указания

     4.14. Определение длины жесткого крепления и крупности камня деформируемого крепления

     4.15. Расчет крепления из каменной наброски, покрытой плитами с компенсаторными связями

Гидродинамические нагрузки на плиты водобоев и рисберм и расчет их толщины

     4.16. Общие положения

     4.17. Расчет гидродинамической нагрузки на основе экспериментальных данных

     4.18. Гидродинамические нагрузки на плиты водобоя и рисбермы и их расчет для условий плоской задачи

Гидравлические расчеты для поверочных случаев работы водосливного фронта плотины

     4.19. Пропуск расчетного максимального расхода воды при форсированном уровне верхнего бьефа

     4.20. Внезапное полное открытие одного пролета плотины при нормальном подпорном уровне верхнего бьефа

Глава 5. Общие и местные размывы нескальных грунтов в нижних бьефах

     5.1. Общие указания

Общие размывы нескальных грунтов

     5.2. Основные положения

     5.3. Расчет трансформации русла, сложенного несвязным однозернистым и связным материалом

     5.4. Расчет трансформации русла, сложенного разнозернистым материалом

     5.5. Расчетные характеристики наносов и грунтов, слагающих русло

     5.6. Определение расхода наносов

     5.7. дополнительные замечания

Местные размывы нескальных грунтов в нижних бьефах водосбросных сооружений

     5.8. Общие положения

     5.9. Определение максимальной глубины воронки размыва в плоских условиях

     5.10. Определение расчетного диаметра й несвязного неоднородного грунта при расчете местных размывов

     5.11. Определение глубины размыва в плоскости зуба жесткой рисбермы

     5.12. Определение расстояния от конца недеформируемого крепления до створа с максимальной глубиной размыва и длины воронки размыва

     5.13. Расчет местного размыва в пространственных условиях

Расчет участка расширения потока в нижнем бьефе гидросооружений

     5.14. Общие указания

     5.15. Определение основных размеров расширяющегося потока

     5.16. Построение плана течений и поля скоростей

     5.17. Оценка размывающей способности расширяющегося потока и максимальных глубин размыва вдоль участка расширения

     5.18. Построение плана течений и поля скоростей на основе плановой математической модели

Глава 6. Сопряжение бьефов за плотинами высокого напора посредством отброса струи носком-трамплином

     6.1. Общие соображения

     6.2. Определение дальности отлета и параметров отброшенной струи

     6.3. Определение глубины размыва русла, сложенного связными грунтами, отброшенной струей

     6.4. Определение глубины размыва скального русла отброшенной струей

     6.5. Определение глубины размыва русла, сложенного несвязными грунтами, отброшенной струей

Литература

Стр. 1
стр. 1
Стр. 2
стр. 2
Стр. 3
стр. 3
Стр. 4
стр. 4
Стр. 5
стр. 5
Стр. 6
стр. 6
Стр. 7
стр. 7
Стр. 8
стр. 8
Стр. 9
стр. 9
Стр. 10
стр. 10
Стр. 11
стр. 11
Стр. 12
стр. 12
Стр. 13
стр. 13
Стр. 14
стр. 14
Стр. 15
стр. 15
Стр. 16
стр. 16
Стр. 17
стр. 17
Стр. 18
стр. 18
Стр. 19
стр. 19
Стр. 20
стр. 20
Стр. 21
стр. 21
Стр. 22
стр. 22
Стр. 23
стр. 23
Стр. 24
стр. 24
Стр. 25
стр. 25
Стр. 26
стр. 26
Стр. 27
стр. 27
Стр. 28
стр. 28
Стр. 29
стр. 29
Стр. 30
стр. 30

Министерство строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации

Федеральное автономное учреждение «Федеральный центр нормирования, стандартизации и оценки соответствия в строительстве»

Методическое пособие

РУКОВОДСТВО ПО ГИДРАВЛИЧЕСКИМ РАСЧЕТАМ ВОДОСБРОСОВ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПЛОТИН

Москва 2017

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение..............................................................................................................................6

Глава 1. Водосбросные, водоспускные и водовыпускные сооружения. Гидравлические расчеты плотин.................................................................................11

1.1.    Общие положения.......................................................................................................................11

1.2.    Основной и поверочный случаи гидравлического расчета плотин. Обозначения

основных величин..............................................................................................................................12

1.3.    Определение длины водосбросного фронта.........................................................................13

1.4.    Определение длины водосливного фронта с учетом условий пропуска льда...............15

1.5.    Очертания устоев, открылков и других элементов сооружения на подводящем

участке ру ела.......................................................................................................................................19

1.6.    Крепление подводящего участка русла..................................................................................23

Глава 2. Поверхностные водосбросы..........................................................................28

2.1.    Общие сведения...........................................................................................................................28

Типы водосливов и определение их пропускной способности...............................29

2.2.    Классификация водосливов бетонных плотин.....................................................................29

2.3.    Прямые прямоугольные водосливы с тонкой стенкой.......................................................29

2.4.    Прямые прямоугольные водосливы с широким порогом..................................................30

2.5.    Прямые прямоугольные водосливы практического профиля...........................................33

2.6.    Криволинейные в плане водосливы........................................................................................37

2.7.    Расчет пропускной способности при частичном открытии затвора на гребне

водослива..............................................................................................................................................38

Условия течения на сливной грани водосливов.......................................................40

2.8.    Общие положения.......................................................................................................................40

2.9. Глубины потока и давления на различных участках водосливной поверхности.........42

2.10.    Параметры потока в пределах радиального участка сопряжения в конце сливной

грани......................................................................................................................................................44

Кавитация на элементах водосбросов и защита их от кавитационных разрушений.......................................................................................................................45

2.11.    Понятия и определения............................................................................................................45

2.12.    Методы прогнозирования бескавитационных условий работы водосбросов.............47

2.13.    Источники возникновения кавитации в водосбросных сооружениях..........................48

2.14.    Прогноз бескавитационных условий обтекания технологических неровностей на

поверхностях водосбросов и способы устранения кавитации.................................................50

2.15.    Прогнозирование кавитационной эрозии и ее интенсивности в водосбросах............58

2.16.    Гидравлическое обоснование работы водосбросов с допущением ограниченного

объема кавитационных повреждений............................................................................................61

2.17.    Самоаэрация потока на тракте водосливных плотин........................................................66

2.18.    Искусственная аэрация обтекаемых поверхностей безнапорных водосбросов..........72

Ступенчатые водосливные плотины..........................................................................82

2.19.    Конструкции и назначение.....................................................................................................82

2.20.    Гидравлические условия работы водосливов с гашением значительной части

энергии на ступенчатой сливной грани.........................................................................................85

2.21.    Ступенчатые водосливы, рассчитанные на пропуск больших удельных расходов

воды.......................................................................................................................................................94

2.22.    Сужающиеся ступенчатые водосливы.................................................................................96

2

Глава 1. Водосбросные, водоспускные и водовыпускные сооружения. Гидравлические расчеты плотин
1.1 Общие положения

Водосбросные, водоспускные и водовыпускные сооружения плотин следует предусматривать для:

-    сброса паводковых расходов воды,

-    пропуска расходов воды с целью обеспечения ирригации, обводнения нерестилищ, создания судоходных глубин в нижнем бьефе, водоснабжения, и др., пропуска строительных расходов,

-    сброса излишних вод из водохранилища до предпаводкового уровня в период пропуска редко повторяющихся паводков при ограниченной емкости водохранилища,

-    частичного опорожнения водохранилища в период строительства и эксплуатации.

Основные задачи гидравлического расчета элементов водосбросных, водоспускных и водовыпускных сооружений бетонных и железобетонных плотин:

-    определение ширины водосливного фронта, отметки гребня водослива и профиля водосливной поверхности;

-    назначение очертания оголовков и быков, длины и высоты раздельных стенок, конструкций и очертаний береговых открылков, отметок понура и конструкции крепления дна в верхнем бьефе;

-    выбор оптимального режима сопряжения бьефов и назначения отметок заложения водобоя и рисбермы, типов и размеров гасителей энергии, их конструкций, участков крепления дна, берегов, длины и очертания в плане береговых бетонных сопрягающих устоев и открылков в нижнем бьефе;

-    составление оптимальных схем маневрирования затворами при пропуске через гидроузел паводков, льда и плавающих тел;

-    назначение типа и размеров временных водосбросов для пропуска расходов воды, льда и плавающих тел в период строительства гидроузла;

11

-    назначение (в случае необходимости) дополнительных устройств в верхнем и нижнем бьефах, обусловленных схемой пропуска строительных расходов воды;

установление вероятных местных размывов (разрушений) и переформирований русла как в строительный период, так и в процессе нормальной эксплуатации гидроузла;

-    оценка возможного общего понижения отметок русла реки и уровней воды в нижнем бьефе в связи с нарушением бытового транзита наносов и зарегулирования стока;

-    определение скоростного режима в верхнем и нижнем бьефах и давления воды (в том числе пульсационного) на элементы водопропускных сооружений;

-    определение зависимости между расходами воды и уровнями в нижнем бьефе.

В соответствии со сложившейся практикой целесообразно разделение плотин на низкие, средние и высокие [13]. При выполнении гидравлических расчетов принято считать низкими плотины, создающие напор (понимаемый как максимальная разность уровней верхнего и нижнего бьефов) до 12 до 60: высокими - более 60 м.

Эту градацию следует учитывать при использовании терминов низкая, средняя и высокая плотина.

1.2 Основной и поверочный случаи гидравлического расчета плотин. Обозначения основных величин

При выполнении гидравлических расчетов плотин следует различать основной и поверочный расчетные случаи в соответствии с требованиями СП 58.13330.2012.

Основной расчетный случай соответствует пропуску расхода воды, как правило, всеми водопропускными сооружениями гидроузла при уровне воды в верхнем бьефе на отметке НПУ. Исходя из этого случая, на основе техникоэкономического обоснования устанавливается общая длина водосливного фронта и удельные расходы воды на водосбросе и в нижнем бьефе.

Поверочные расчеты должны проводиться в случаях:

-    пропуска расчетного максимального расхода воды при форсированном уровне верхнего бьефа;

-    внезапного полного открытия одного пролета плотины при закрытых остальных и нормальной работе гидроэлектростанции (с учетом требований п. 8.26 ип. 8.27 СП 58.13330.2012)

Остальные случаи пропуска расходов воды следует предусматривать схемой маневрирования затворами плотины. При этом порядок и высоту открытия затворов следует назначать, исходя из необходимости получения в нижнем бьефе условий, которые не потребуют дополнительных мероприятий для защиты сооружений и прилегающих к ним участков русла по сравнению с расчетными случаями.

1.3 Определение длины водосбросного фронта

В соответствии с требованиями п. 6.34 СП 40.13330.2012 длину водосбросного фронта плотины, размеры и число пролетов поверхностных и глубинных водопропускных устройств следует принимать в зависимости от сбросного расхода основного расчетного случая, устанавливаемого по и. 8.24 СП 58. 13330. 2012, и допустимых при данных геологических условиях удельных расходов воды. Проверкой принятых размеров водопропускных устройств на пропуск расходов поверочного расчетного случая должна быть подтверждена их приемлемость. В противном случае следует рассматривать другие варианты.

При этом должны учитываться:

-    влияние потока на русло реки и работу других сооружений гидроузла;

-    требования к гидравлическому режиму руслового потока в бьефах и изменению уровней воды в нижнем бьефе, вызываемого деформациями русла и берегов.

Расчеты, обосновывающие выбор оптимального варианта должны охватывать рассмотрение гидравлического режима в пределах водопропускного тракта, условий подхода в верхнем бьефе и условий сопряжения бьефов и гашения энергии в нижнем бьефе. Согласно требованиям СП 58.13330.2012 для плотин I и II

13

классов обоснование оптимального варианта компоновки водопропускных сооружений в составе гидроузла и их конструкции должно подтверждаться результатами физического моделирования.

При выполнении гидравлических расчетов для указанных расчетных случаев должны быть известны, на основании технико-экономических и водохозяйственных расчетов, нормальный подпорный уровень (НПУ) и форсированный подпорный уровень (ФПУ). При известных НПУ и ФПУ рекомендуется выполнять расчеты по определению длины водосливного фронта в следующем порядке.

1.    Установить значение максимального расхода основного расчетного случая <2макс в зависимости от класса сооружения для естественных условий и значение емакс с учетом трансформации половодья водохранилищем.

2.    Установить расчетные значения расходов, пропускаемых гидроэлектростанцией егэс и другими входящими в состав гидроузла сооружениями (водозаборами для оросительных мелиоративных систем, водоснабжения, хозяйственных нужд) Qxo3 при НПУ, и определить ерасч = емакс - егэс - ехоз.

3.    Установить допустимое значение удельного расхода на водосливе в зависимости от геологических, топографических, компоновочных условий, предполагаемых типов гасителей энергии, режимов сопряжения водосбросного потока в нижнем бьефе и на основании технико-экономических расчетов.

В первом приближении можно ориентироваться на удельные расходы в следующих интервалах [137]:

-    при нескальном основании (несвязные и связные грунты) - 30-70 м2/с;

-    при полу скальном основании (мергели, аргиллиты и др.) - 50-90 м2/с;

при скальном основании - 90-120 м2/с.

4.    Определить длину водосбросного фронта, зная ерасч и q\

5. Назначить в случае необходимости тип и количество специальных отверстий:

14

-    ледосбросных (как правило, со сдвоенными затворами);

-    водосбросных для пропуска часто повторяющихся расходов;

-    установить необходимые размеры этих отверстий и пропускаемые ими расходы бсл (по этому вопросу см. также и. 1.4).

6.    Определить необходимое количество остальных водосбросных отверстий с более простыми затворами, рассчитанными на пропуск расхода:

Q^=Q^~Q„-    (1-2)

7.    Назначить, пользуясь указаниями СП 58.13330 и учитывая конкретные особенности гидроузла, окончательные размеры и количество водосбросных отверстий плотины, тип и очертание бычков.

8.    Определить отметки гребня (порога) и размеры водосливов и/или глубинных водосбросов при известных НПУ, расходе ерасч, количестве и типах водосбросных отверстий, форме бычков и устоев, пользуясь известными зависимостями для определения их пропускной способности (глава 2).

9.    Определить пропускную способность всех водопропускных отверстий при форсированном уровне бФПУ , которая должна соответствовать (не быть меньше) расчетного максимального расхода поверочного случая.

1.4. Определение длины водосливного фронта с учетом условий пропуска льда

При необходимости пропуска ледохода через гидроузел размеры и количество отверстий плотины должны назначаться с учетом условий пропуска льда [64]. Ширину предназначенных для пропуска льда пролетов у водосливных плотин, имеющих вертикальную верховую грань, следует определять по формуле:

(1.3)

„ IR,

Ъ =21,6-10

где

/ - длина льдин, м;

Rf- прочность льда при изгибе в период его пропуска, МПа, определяемая

15

по формуле (49) СП 38.13330.2012;

С, - скорость подхода льда к водосливным пролетам, которую можно принимать равной средней скорости воды, м/с; р- плотность льда, кг/м3.

Зависимость (1.3) применима при подходе к пролетам отдельных льдин, размеры которых соизмеримы с шириной пролетов и для которых отношение Ьл / /

больше 0,4-0,7, и для о, о2 < — < о, 2 , где g - ускорение свободного падения, м/с2.

gi

Необходимую по условиям пропуска льда ширину отдельных пролетов плотины, на подходе к которым отсутствует сосредоточенный гидравлический перепад или кривая спада водной поверхности, следует определять по формуле:

(1.4)

110 к Л

V


Ъ = ■

где

kp = kkbRc для быков с вертикальной передней гранью и кр =kfRftgp для бычков с наклонным ледорезом;

С и кь - коэффициенты соответственно скорости деформации и смятия льда, принимаемые по таблицам 18 и 19 СП 38.1333.2012;

к - коэффициент, учитывающий форму и размеры быка с наклонным ледорезом, принимаемый по [63, табл. 8];

Rc - прочность льда на сжатие, МПа, определяемая по формуле (48) СП 38.1333.2012;

Ул - скорость движения льдин, м/с;

Ьб - ширина быков, м.

Примечания.

1)    При учете разламывания льдины на кривой спада Ьп можно уменьшать на 10—20% по сравнению с рассчитанным по формуле (1.4).

2)    В первом приближении для рек Европейской части РФ Ъп следует принимать более Юч-20 м, для рек Сибири и Дальнего Востока с тяжелым ледоходом — более 18-КЗ0м [63].

3)    Ширина ледосбросного фронта должна составлять 0,3—0,45 от ширины верхнего бьефа у плотины [63].

16

Для рек с тяжелым ледоходом, особенно при низких плотинах, следует учитывать возможность аккумуляции льда в верхнем бьефе, которая может привести к снижению пропускной способности плотины и к дополнительному затоплению берегов водохранилища [137]. Максимальная толщина возможного слоя аккумуляции льда перед плотиной:

(8Д)    =8 А,    (1.5)

Иб

где

Sj - толщина одного слоя льда;

къ - глубина воды перед плотиной (от отметки дна);

h6 - глубина воды в реке в бытовых условиях.

При /iB < (3v4)A6 может потребоваться устройство специального ледосбросного фронта для разгрузки верхнего бьефа ото льда.

В период ледохода при выбранной отметке гребня плотины должны также соблюдаться следующие два условия [137]:

а)    напор над гребнем плотины не должен превышать

н = kh ,    (1.6)

макс qa

где

б л оте - расход воды через ледосбросные отверстия; к — коэффициент, учитывающий замедление движения льда в отверстиях плотины, принимаемый равным 0,75;

Qa - полный расчетный расход воды непосредственно перед плотиной во время ледохода, в общем случае меньший брасч (за счет других водосбросных отверстий).

При Н > Ямакс и малых глубинах воды в верхнем бьефе ледопропускная способность в некотором створе может оказаться недостаточной, и там вследствие этого образуется затор с нежелательным подъемом уровня на вышерасположенном участке водохранилища;

б)    напор над гребнем плотины Н при открытии всех ледопропускных

отверстий должен превосходить /Умин, значение которого в свою очередь, должно быть на 10-30% больше толщины 5 ледяной массы в сечении перед водосливной частью плотины.

Если известна длина льдин /, проходящих через отверстие, то:

при / < 35 м

Ямин = 1,75Л ма

ко-

(1.7)

При / > 35л макс

Ямин = 1,75л ма

+ 0,2/,

(1.8)

здесь 35 л макс — максимальная толщина льда (в м) с учетом смерзания льдин в пакеты [137].

При /?в < (3 -г- 4)/?б ширина ледосбросного фронта Вл назначается из условия пропуска через ледосбросные отверстия расхода:

Q*.™=Qk-Q'

где q 1 — расход воды через другие (неледосбросные) отверстия.

Ширина Вл определяется по формуле расхода через водослив (глава 2) при

ямин < я < ямакс.

В некоторых случаях для соблюдения этого условия следует увеличивать Q л отв за счет уменьшения q 1. При скорости потока в верхнем бьефе менее 0,4-0,45 м/с и глубине /?в >(3^-4)/?б, можно рассчитывать на таяние льда в верхнем бьефе и не устраивать специального ледосбросного фронта.

После выполнения расчетов, относящихся к пропуску льда через плотину, должны быть уточнены отметка гребня плотины, размеры и количество пролетов.

Вопросы, связанные с пропуском льда через глубинные водосбросы в строительный период (через суженное перемычками русло реки, через гребенку бетонных плотин, донные водосбросы) и при эксплуатации гидроузла, а также вопросы, связанные с задержанием льда перед гидротехническими сооружениями и с мероприятиями по пропуску льда через них, решаются по данным [63].

1.5 Очертания устоев, открылков и других элементов сооружения на подводящем участке русла

В связи с тем, что удельные расходы воды для расчетного и поверочного случаев в пределах водосбросного (или водопропускного) фронта существенно превосходят бытовые, в верхнем бьефе перед водосливной частью плотины происходит сужение потока от параллельноструйного на ширине В н к параллелеструйному же в пределах ширины В, вследствие чего план течения на участке сужения имеет сложную форму (рис. 1.1).

С точки зрения устранения явлений чрезмерного сжатия потока в крайних пролетах водосливного фронта, а также недопущения образования водоворотных зон, большое значение имеет очертание устоев, сопрягающих водосливной участок плотины с глухим, с гидростанцией или с берегом. Особенно важен выбор очертания сопрягающих устоев для плотин среднего и низкого напора при больших удельных расходах, а также в случаях сопряжения водосливных участков с неводосливными, выполненными из грунтовых материалов

19

При расположении плотины (а в ряде случаев и ГЭС) на пойме на подвод воды к водопропускным сооружениям оказывает влияние также очертание подводящего канала. Оно должно назначаться из условия отсутствия в канале водоворотных зон и обеспечения непосредственно перед сооружением


If—У/ Ц, I! I \ \ \\\ (~

I 1 '\Л

V и ! 1 \\\\\

ttt \\. \\\>

I ; i '\\\\\\

\ t М \ \ \ \ V I I М' V V\\

1 I    I    \ \ \ \

•+~п~ I ^1 v\~ri

Рисунок 1.1- Схематический план течений в верхнем и нижнем бьефах водосливной плотины (к определению формы струенаправляющих открылков)

параллельноструйного течения, нормального к водосбросному фронту. В основном этот вопрос, как и вопрос об очертании устоев, должен решаться экспериментально на гидравлических моделях (физических и математических).

Предварительно очертание подводящего канала и устоев можно наметить по аналогам, исследовавшимся в лабораториях, а очертания устоев в верхнем бьефе водосбросов (схемы открылка) - по диаграмме, представленной на рисунке 1.2.

20

Глава 3. Трубчатые водосбросы и водоспуски..........................................................98

3.1.    Основные конструктивные элементы глубинных (трубчатых) водосбросов................98

3.2.    Задачи гидравлического расчета трубчатых водосбросов...............................................101

Пропускная способность трубчатых водосбросов..................................................102

3.3.    Пропускная способность безнапорных трубчатых водосбросов с незатопленным

входом.................................................................................................................................................102

3.4.    Пропускная способность безнапорных трубчатых водосбросов с затопленным

входом.................................................................................................................................................104

3.5.    Зависимости для определения пропускной способности напорных трубчатых

водосбросов........................................................................................................................................105

3.6.    Коэффициенты местных потерь напора в напорных водосбросах................................107

3.7.    Сбросной расход напорных глубинных водосбросов и коэффициенты потерь напора

при частичных открытиях затворов.............................................................................................111

3.8.    Действующий напор напорных глубинных водосбросов................................................114

Определение режимов потока в трубчатых водосбросах и расчет подачи и транспорта в них воздуха.............................................................................................120

3.9.    Общие положения при рассмотрении гидравлических режимов течения в трубчатых

водосбросах........................................................................................................................................120

3.10.    Расчеты трубчатых водосбросов при безнапорном режиме течения..........................122

3.11.    Приближенные оценки условий работы и подвода воздуха в глубинных трубчатых

водосбросах........................................................................................................................................126

3.12.    Определение местоположения гидравлического прыжка при частично напорном

режиме течения в трубчатом водосбросе....................................................................................129

Определение гидродинамического давления и прогноз кавитации на элементах напорных водосбросов..................................................................................................133

3.13.    Общие сведения о гидродинамических давлениях. Конструктивные мероприятия по

снижению вакуумов.........................................................................................................................133

3.14.    Входные оголовки...................................................................................................................135

3.15.    Определение давления за плоскими и сегментными затворами напорных участков

глубинных водосбросов..................................................................................................................141

3.16.    Составляющие гидродинамического давления на поворотах тракта напорных

глубинных трубчатых водосбросов. Оценки возможности кавитации...............................146

3.17.    Прогнозы кавитации в затворных камерах.......................................................................151

Сифонные водосбросы.................................................................................................156

3.18.    Общие положения...................................................................................................................156

3.19.    Пропускная способность сифонного водосброса............................................................158

3.20.    Определение места расположения и угла наклона отклоняющего струю уступа.... 160

Глава 4. Нижние бьефы водосбросов бетонных и железобетонных плотин среднего и низкого напора...........................................................................................163

4.1.    Общие положения.....................................................................................................................163

4.2.    Состав сооружений нижнего бьефа. Задачи и последовательность их гидравлического

расчета.................................................................................................................................................163

4.3.    Установление конструкции и размеров устоев (низовых сопрягающих стен),

раздельных стен, открылков..........................................................................................................167

4.4.    Общие указания к расчету нижнего бьефа в условиях пространственной задачи и по

учету пропуска строительных расходов......................................................................................169

Наименование    Схема

открылка    открылка


Открылок эллиптический или близкого к нему очертания

Обратная стенка с эллиптическим кону-сом и закруел. угла

Та же, но с круговым конусом


Открылок

комбинированного

очертания

Открылок кругового очертания с центральным утм dysud. =90°

Ныряющая

стенка


V- СС Ю    ^    <0    N    Cq    С31    С?

С5 С} gd с?    С51    у    ^


3 zO^-yx- ^


Ь8


Отношение JL.

ьв


Зона

/ГПИФФ


he


Рисунок 1.2 - Диаграмма для предварительного выбора типа струенаправляющих открылков


Здесь схема открылка зависит от относительного напора на гребне я / Нв, где Нв = св + я и относительной ширины в. / hB части верхнего бьефа, примыкающей к устою, т. е. это может быть либо в. / hB для левого устоя, либо 5правв для правого устоя. На диаграмме видно, что чем больше в. / hB и меныпея / /?в, тем большая свобода выбора предоставляется в отношении схемы открылка (в общем случае это позволяет принять более простое экономичное решение). При в. / Нв и 5прав / Нв> 25

для обоих устоев можно принимать одинаковую схему. В противном случае они должны быть разными.

Наиболее распространенными являются открылки эллиптического очертания: постоянной высоты или понижающиеся в сторону верхнего бьефа. Длина большой полуоси затопляемого эллиптического открылка / для 1,75 < св / я <4,2,


21


4.5.    Составление схем маневрирования затворами многопролетных плотин,

оборудованных передвижными кранами....................................................................................172

Расчет сопряжения бьефов при отсутствии гасителей энергии..........................174

4.6.    Сопряжение бьефов при помощи носка-уступа (поверхностный тип сопряжения).. 174

4.7.    Сопряжение бьефов донным гидравлическим прыжком (донный тип сопряжения) 180

Расчет сопряжения бьефов при наличии гасителей энергии. Гидравлический расчет гасителей энергии.............................................................................................183

4.8.    Общие данные............................................................................................................................183

4.9.    Гидравлический расчет водобойной стенки.......................................................................185

4.10.    Гидравлический расчет водобойной стенки с расположенным ниже ее водобойным

колодцем.............................................................................................................................................188

4.11.    Прогнозирование кавитации на водобойных стенках....................................................190

4.12.    Гидравлический расчет водобойного колодца.................................................................193

Расчет длины водобоя, рисбермы и переходного (деформируемого) крепления за рисбермой при нескальных грунтах.....................................................................195

4.13.    Общие указания.......................................................................................................................195

4.14.    Определение длины жесткого крепления и крупности камня деформируемого

крепления...........................................................................................................................................199

4.15.    Расчет крепления из каменной наброски, покрытой плитами с компенсаторными

связями................................................................................................................................................210

Гидродинамические нагрузки на плиты водобоев и рисберм и расчет их толщины..........................................................................................................................216

4.16.    Общие положения...................................................................................................................216

4.17.    Расчет гидродинамической нагрузки на основе экспериментальных данных..........221

4.18.    Гидродинамические нагрузки на плиты водобоя и рисбермы и их расчет для

условий плоской задачи..................................................................................................................224

Гидравлические расчеты для поверочных случаев работы водосливного фронта плотины.............................................................................................................228

4.19.    Пропуск расчетного максимального расхода воды при форсированном уровне

верхнего бьефа..................................................................................................................................228

4.20.    Внезапное полное открытие одного пролета плотины при нормальном подпорном

уровне верхнего бьефа.....................................................................................................................229

Глава 5. Общие и местные размывы нескальных грунтов в нижних бьефах.. 248

5.1.    Общие указания.........................................................................................................................248

Общие размывы нескальных грунтов......................................................................248

5.2.    Основные положения...............................................................................................................248

5.3.    Расчет трансформации русла, сложенного несвязным однозернистым и связным

материалом.........................................................................................................................................249

5.4.    Расчет трансформации русла, сложенного разнозернистым материалом....................254

5.5.    Расчетные характеристики наносов и грунтов, слагающих русло.................................256

5.6.    Определение расхода наносов................................................................................................264

5.7.    Дополнительные замечания....................................................................................................269

Местные размывы нескальных грунтов в нижних бьефах водосбросных сооружений......................................................................................................................270

5.8.    Общие положения.....................................................................................................................270

4

5.9. Определение максимальной глубины воронки размыва в плоских условиях.............272

5.10.    Определение расчетного диаметра dv несвязного неоднородного грунта при расчете

местных размывов............................................................................................................................274

5.11. Определение глубины размыва в плоскости зуба жесткой рисбермы........................277

5.12.    Определение расстояния от конца недеформируемого крепления до створа с

максимальной глубиной размыва и длины воронки размыва................................................277

5.13.    Расчет местного размыва в пространственных условиях..............................................278

Расчет участка расширения потока в нижнем бьефе гидросооружений...........279

5.14.    Общие указания.......................................................................................................................279

5.15.    Определение основных размеров расширяющегося потока........................................282

5.16.    Построение плана течений и поля скоростей...................................................................287

5.17.    Оценка размывающей способности расширяющегося потока и максимальных

глубин размыва вдоль участка расширения...............................................................................287

5.18.    Построение плана течений и поля скоростей на основе плановой математической

модели.................................................................................................................................................288

Глава 6. Сопряжение бьефов за плотинами высокого напора посредством отброса струи носком-трамплином...........................................................................291

6.1.    Общие соображения.................................................................................................................291

6.2.    Определение дальности отлета и параметров отброшенной струи...............................292

6.3.    Определение глубины размыва русла, сложенного связными грунтами, отброшенной

струей..................................................................................................................................................294

6.4.    Определение глубины размыва скального русла отброшенной струей.......................295

6.5.    Определение глубины размыва русла, сложенного несвязными грунтами,

отброшенной струей........................................................................................................................301

Литература......................................................................................................................304

5

Введение

Руководство по гидравлическим расчетам водосбросов бетонных и железобетонных плотин разработано в развитие положений ряда сводов правил (СП), регламентирующих проектирование, строительство и эксплуатацию гидротехнических сооружений, для реализации проектировщиками требований, заложенных в СП, и выполнения гидравлических расчетов, обосновывающих проектные разработки на современном научном уровне и в соответствии с указаниями нормативных документов. Руководство развивает и дополняет требования и положения, изложенные в СП, в части базовых принципов проектирования, методов расчета основных технических параметров водосбросов, размещенных в теле и на поверхности бетонных и железобетонных плотин. В руководстве обобщены сведения, которые позволят выполнять расчеты для основных, наиболее распространенных типов водосбросных сооружений с целью оценки их приемлемости в рассматриваемых условиях и решения вопроса о необходимости рассмотрения других вариантов сооружения.

Расчетные методы, приведенные в Руководстве, должны применяться, главным образом, на начальных стадиях проектирования для основных расчетных случаев пропуска расходов воды через сооружения I и II классов до проведения исследований запроектированных конструкций на физических моделях. Они могут также применяться на всех этапах проектирования сооружений III и IV классов в случае, если не требуется экспериментальное обоснование принятых в проекте инженерно-технических решений (сложность конструкции водосброса, недостаточная разработанность методов расчета выбранной конструкции и т. п.) Руководство содержит следующие нормативные ссылки:

СП 58.13330.2012. Гидротехнические сооружения. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 33-01-2003.

СП 40.13330.2012. Плотины бетонные и железобетонные. Актуализированная редакция СНиП 2.06.06-85.

СП 38.13330.2012. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). Актуализированная редакция СНиП 2.06.06-04-82*.

СП 23.13330.2012. Основания гидротехнических сооружений. СНиП 2.02.02-83*

СП 20.13330.2012. Основания зданий и сооружений. СНиП 2.02.01-83*.

СП 290.1325800.2016. Водопропускные гидротехнические сооружения (водосбросные, водоспускные, водовыпускные). Правила проектирования.

ГОСТ 20522-2012. Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний.

Разработка Руководства выполнена в АО "ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева" (руководитель темы - к.т.н. А. П. Пак) авторским коллективом в составе: вед. научный сотрудник А. Б. Векслер (Введение, гл. 1, пункты 3.18-3.20, гл. 5, кроме и. 5.18,), зав. отделом, к.т.н. В. А. Прокофьев (и. 5.18), зав. лабораторией, к.т.н. Г. А. Судольский (гл. 4, гл. 6), вед. научи, сотрудник, к.т.н. А. М. Швайнштейн (гл. 2, гл. 3, кроме пунктов 3.18-3.20). Работа по подготовке материалов выполнялась ст. научи, сотрудником, к.т.н. О. А. Петровым и вед. инженером Л. В. Рейнгард. Общее научное редактирование Руководства осуществлено А. Б. Векслером.

В основу документа положено выпущенное в 1983 г. Руководство к главе СНиП П-54-77 "Плотины бетонные и железобетонные", том. I "Общие положения. Расчеты бетонных и железобетонных плотин, книга 3 "Руководство по гидравлическим расчетам" П07-83/ВНИИГ. Основными составителями этого документа являются сотрудники ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева: Т. С. Артюхина (сопряжение бьефов отбросом струй в нижний бьеф), А. Б. Векслер (общие размывы русла в нижнем бьефе), Ф. Е. Еунько (общие положения, сопряжение бьефов донным гидравлическим прыжком, крепление нижнего бьефа), Е. К. Дерюгин (водосливы и водосливная грань), Ю. Е. Жарков (деформируемые крепления нижнего бьефа), Н. И. Жаров (защита от кавитации и прогнозирование безкавитационной работы водосбросов), А. А. Исаев (гидродинамические нагрузки на крепление нижнего бьефа), Е. В. Кудряшев (прогнозирование безкавитационного обтекания местных неровностей), Л. В. Мошков (затворные камеры), К. С. Попова

(местные размывы в нижнем бьефе), Т. В. Проворова (водобойные колодцы и стенки), Г. В. Стефанович (участок расширения потока в нижнем бьефе), А. М. Швайнштейн (трубчатые водосбросы и водоспуски). В составлении руководства участвовали также сотрудники МИСИ и ВНИИГиМ С. М. Слисский (поверхностный режим сопряжения бьефов) и П. Е. Лысенко (затворные камеры глубинных водосбросов). Общее научное руководство и редактирование было осуществлено Ф. Г. Гунько и Л. В. Мотттковьтм.

В настоящем документе многие положения Руководства 1983 г. дополнены новым материалом, а некоторые пересмотрены и переработаны с использованием появившихся за прошедшие 35 лет научных разработок. Главным образом, это касается расчетного обоснования гидравлических режимов поверхностных и глубинных (трубчатых) водосбросов, расчетов гидродинамического воздействия сбросного потока на крепление нижнего бьефа.

а

а = h2 - hl

В,ввя

ъ

В Руководстве используются следующие обозначения основных величин:

-    высота уступа и носка-трамплина плотины;

-    высота прыжка;

-    ширина водосливного фронта, русла в верхнем и нижнем бьефах;

-    ширина водосливного отверстия;

-    высота водосливной стенки (плотины) со стороны верхнего бьефа;

-    высота водосливной стенки со стороны в нижнего бьефа;

с

С

d

dn

d

h

D = — h2

V2

Fr = -

-    высота водобойной стенки;

-    коэффициент Шези;

-    глубина водобойного колодца

-    диаметр (крупность) камня переходного деформируемого крепления;

диаметр частиц грунта;

-степень затопления прыжка;

-    число Фруда;

H

-    ускорение свободного падения;

-    напор над гребнем водослива на расстоянии (3^-5)Н от напорной грани водосливной стенки;

-    глубина потока, высота поперечного сечения трубчатого водосброса;

h

h\ и h2 hi

-глубина потока в верхнем бьефе;

-    критическая глубина потока;

-первая и вторая сопряженные глубины прыжка;

hi

hn

К

к

К,

-    глубина потока в начальном сечении водобоя обычно равная глубине hc в сжатом сечении при отогнанном или надвинутом прыжке;

-    глубина на водосливе с широким порогом и при сходе с уступа;

-    толщина транзитного потока в начале водобоя при затопленном прыжке;

-    глубина воды в начале водобоя при затопленном прыжке;

-    глубина воды в конце затопленного прыжка;

-    глубина потока в нижнем бьефе за сооружением;

-    высота подтопления водослива;

hm    - длина затопленного прыжка;

/с    - расстояние от сжатого сечения до гасителя

энергии;

/„    - длина незатопленного прыжка;

т    - коэффициент расхода водослива;

т    - атмосферное давление;


р = р ± р'    -    мгновенное    давление    в    точке;


-    осредненное давление в точке;

-    пульсационное давление в точке;

-    расход водотока, водосброса, водослива;

-    удельный расход на единицу ширины водослива;

-    гидравлический радиус;

-    число Рейнольдса;

-    удельная энергия потока перед напорным сооружением относительно поверхности водобоя или дна нижнего бьефа;

-    то же с учетом скорости подхода;


р

Р'

Q

_ 6 _ Q в I:ь

а

R = —

X

Vh

Re = -

v

Т


т


о


t


время;


9


К


г

m h


z


0


2g


CC, CCq


В

p = —

b

в

p = —

в

A, к

_h± K_

hi ' hc

jU

V

p

crn

(p

X

CO


-    средняя скорость потока на подходе к сооружению;

-    средняя скорость потока в сжатом сечении;

-    средняя по сечению потока или по вертикали скорость течения;

-    перепад уровней, создаваемый сооружением;

-    то же с учетом скорости подхода;

-    коррективы кинетической энергии и количества движения;

-    степень планового расширения потока в пределах водобоя;

-    степень планового расширения потока в нижнем бьефе;

-    высота выступов шероховатости;

-    степень вертикального расширения потока;

-    коэффициент гидравлического сопротивления;

-    коэффициент расхода отверстия, насадка и др.

-    кинематический коэффициент вязкости;

-    плотность воды;

-    коэффициент подтопления;

-    коэффициент скорости;

-    смоченный периметр;

-    площадь живого сечения потока.


10