Сетка стандартных значений , и по СНиП 2.06.07-87 3 страница

где – коэффициент расхода системы опорожнения камеры при подъеме затворов на полную высоту.

Рис. 12. Нижняя голова шлюза с короткими обходными галереями

а) продольный разрез по оси шлюза; б) план

1 – сороудерживающая решетка; 2 – балка-выступ для отклонения потока;

3 – балки распределения потока; 4 – разделительный устой для гашения потока

Размеры галерей в месте расположения рабочих затворов, радиусы их закругления и площади входных и выходных сечений принимаются по аналогии с галерейной системой наполнения, ранее рассмотренной в п. 8:

размеры и , м

площади и , м²

радиусы поворотов , м

Но учитывая, что в данной системе питания приняты два входных и выходных сечения, их размеры определяются равными

, м и , м

Между собой входные, а также выходные отверстия разделены бычками с начальной шириной в плане около 2,0 м.

Общая длина нижней головы, представленной на рис. 12, состоит из трех участков

, м (21)

где – длина входной части;

– длина шкафной части, вычисляется по зависимостям п. 8;

, м – длина упорной части головы.

Здесь – расстояние от ниши двухстворчатых ворот до конца выходных отверстий галерей

, м

а – от конца выходных отверстий галерей до конца нижней головы

, м

Ширина устоя нижней головы может быть принята в пределах

, м

При конструировании нижней головы предусматривается установка балок-выступов на вогнутых гранях выходных галерей (ближе к прямолинейным участкам) высотой 1,0 м, необходимых для выравнивания скоростей по сечениям, а также балочных решеток над выходными траншеями галерей в камере шлюза. Балки горизонтальных решеток можно принять размером 0,5×0,5 м, а суммарная площадь отверстий не должна превышать суммарную площадь, занятую балками. Балки решетки рекомендуется располагать с неравномерным шагом отверстий, увеличивающимся от стен голов к оси шлюза. Если задать шаг первого отверстия у стены, например, 0,5 м, тогда по геометрической прогрессии можно установить размеры других отверстий.

Полная длина камеры шлюза отсчитывается от нижней грани верхней головы (температурно-осадочного шва) до верхней грани нижней головы и разделяется на отдельные секции длиной 20, 25 или 30 м. Крайние секции, примыкающие к головам шлюза, могут отличаться от стандартных. На каждой секции, обычно посередине длины, располагаются два плавучих рыма (на левой и правой стенках).

По вычисленным и принятым размерам вычерчивается схема нижней головы в масштабе 1:100 или 1:200.

10. Основные размеры подходного канала

Верхний и нижний подходной каналы, примыкающие к соответствующим головам шлюза, имеют одинаковые очертания и размеры в плане и предназначены для обеспечения безопасного входа судов в шлюз и выхода из него, стоянки судов в ожидании шлюзования, расхождения встречных судов и маневрирования при подходе к шлюзу из водохранилища или реки. Они имеют большую ширину по сравнению с магистральным каналом и должны быть обеспечены направляющими и причальными сооружениями.

Очертание и размеры подходных каналов в плане зависят от размеров расчетных судов и условий из расхождений при двухстороннем движении. В зависимости от взаимного расположения оси шлюза и осей судовых ходов подходные каналы могут иметь симметричные и несимметричные очертания. У симметричных подходных каналов оси шлюза и подходного канала совпадают.

В настоящее время широкое применение получили подходные каналы симметричного и полусимметричного очертания (рис. 13). Они обеспечивают более благоприятные условия для входящих в камеру шлюза судов, которые движутся прямолинейно и способны развивать большую скорость, а все выходящие суда должны переходить с оси шлюза на смещенную ось судового хода в канале, выполняя маневрирование по криволинейной траектории. Этот тип подходного канала рекомендуется принять в курсовом проекте.

Подходной канал состоит из четырех участков по длине:

первый участок характеризуется полным выходом судна из камеры шлюза и его длина принимается равной длине судна

;

второй участок предназначен для выполнения выходящим судном маневра при переходе с оси шлюза на ось подходного канала и его длина определяется выражением:

, м (22)

где – смещение оси судового хода в канале относительно оси шлюза при выходе, принимаемое по зависимости

, м (23)

– радиус поворота судна, равный не менее трех длин расчетного судна: ;

‒ уширение судового хода, необходимое для осуществления поворотов судна

, м (24)

Третий участок – участок расхождения судов, длина которого принимается равной длине участка в камере, занимаемого судами при их расположении друг за другом

, м (25)

Сумма трех участков составляет длину верхнего или нижнего участков подхода к шлюзу , в пределах которого осуществляется маневр и расхождение встречных судов

, м

Четвертый участок – участок перехода судна из подходного канала большой ширины к ширине магистрального канала, принимаемый не менее

, м

Ширина подходного канала при двустороннем движении судов определяется равной

, м

Рис. 13. Схема подходного канала к шлюзу

а магистрального

, м

Глубину магистрального и подходного каналов на судовых ходах предварительно принимают равными

, м

с последующим округлением в большую сторону до стандартных значений: 6,0; 5,5; 5,0; 4,5; 4,0; 3,5; 2,0; 1,8 м, и она должна удовлетворять необходимым требованиям.

Направляющие сооружения (палы), примыкающие к головам шлюза, обеспечивают направление судов при входе в шлюз и выходе из него, а также переход от малой ширины камеры к большей ширине подходного канала. Палу с правой стороны при входе в шлюз принято называть ходовой, а с левой стороны – неходовой, и они могут быть криволинейными или прямолинейными. Прямолинейные палы, принимаемые в курсовом проекте (см. рис. 13), более удобны для управления судном и по условиям строительства. Они устраиваются в виде раструба в плане с уклоном 1:5–1:7 (под углом к оси шлюза).

Длина ходовой палы (от границы головы до границы судового хода) определяется выражением

, м (26)

и должна удовлетворять условию

Если условие не выполняется, то в этом случае следует уменьшить угол .

Неходовая пала (от границы головы до границы судового хода) состоит из двух частей: прямолинейной , расположенной под углом к оси шлюза, и криволинейной (от конца до границы судового хода). Длина неходовой палы должна удовлетворять условию

, м

Если принять длину прямолинейного участка палы равной и определить радиус закругления , тогда можно найти полную длину неходовой палы (снять с чертежа).

Радиус закругления неходовой палы равен

, м

где ‒ расстояние от грани стены (слева) до границы судового хода

, м

‒ расстояние от грани стены (справа) до причальной стенки

, м

‒ расстояние от левой грани стены до конца прямолинейного участка неходовой палы

, м

Причальные сооружения устраиваются для швартовки судов, ожидающих шлюзования, они располагаются с правой стороны судового хода для входящих судов в шлюз. Линии причалов обычно совпадают с границами судового хода. Наиболее удобными для судов считаются причальные стенки в подходных каналах, являющиеся продолжением ходовых пал. В этом случае длина причальной линии, отсчитываемая от границы голов, при двустороннем движении судов принимается равной

, м (27)

где ‒ коэффициент, принимаемый равным 0,2 при отсутствии волнения и “0”– при наличии волн.

В конце причала предусматривают криволинейный участок для сопряжения с бровкой берега радиусом , м.

План подходного канала к шлюзу с направляющими и причальными сооружениями рекомендуется вычерчивать в масштабе 1:1000 или 1:2000.

11. Плотины и их общая классификация

Плотины в составе комплексных гидроузлов являются напорными гидротехническими сооружениями, представляющие собой подпорные стенки, преграждающие русло реки и поддерживающие уровень верхнего бьефа при определенном напоре. В большинстве случаев они должны обеспечивать пропуск паводковых вод из верхнего бьефа в нижний.

Плотины классифицируются по следующим основным признакам:

а) по материалу: на грунтовые (земляные), набросные из камня, из сухой кладки, бетонные, железобетонные, деревянные, металлические, из синтетических материалов и смешанной конструкции. Наиболее широкое применение получили грунтовые, бетонные и железобетонные плотины, которые возводятся в различных климатических условиях как на нескальных, так и на скальных основаниях.

Особое значение для гидроузлов имеют земляные плотины, необходимые для сопряжения бетонных сооружений между собой и с берегами, которые позволяют существенно уменьшить их стоимость;

б) по способу пропуска воды: на глухие и водосливные (водосбросные). Через глухие плотины не производится сброс воды в нижние бьефы, а в водосливных сброс воды может производиться через поверхностные (через гребень плотин с затвором или без затвора) или глубинные (донные) отверстия;

в) по характеру статической работы: на гравитационные, арочные, арочно-гравитационные, контрфорсные и заанкеренные плотины.

Гравитационные (массивные) плотины обеспечивают устойчивость сдвигающим силам за счет своего собственного веса.

Арочные плотины обращены выпуклостью к сдвигающим нагрузкам и передают их через свои устои на берега и они возводятся в основном на скальных основаниях. В ряде случаев устойчивость сдвигающим силам достигается устройством арочно-гравитационных плотин.

В контрфорсных плотинах давление воды со стороны верхнего бьефа воспринимается перекрытиями (плитами) и передается на вертикальные устои (контрфорсы), а заанкеренные плотины сопротивляются внешним силам заделкой конструкции в основание;

г) по напору: на низконапорные (до 10 м), средненапорные (10–40 м) и высоконапорные (свыше 40 м);

д) по капитальности: на постоянные и временные;

е) по назначению: на водохранилищные и водоподъемные.

Водохранилищные плотины наиболее широко используются в гидротехническом строительстве, так как позволяют аккумулировать значительный сток воды в реке и при годичном регулировании использовать его для решения различных водохозяйственных целей: энергетики, судоходства, водоснабжения, орошения земель и др.

Водоподъемные плотины предназначены для решения определенной водохозяйственной цели (ирригация, судоходство, обводнение земель, лесосплав и др.), они поддерживают подпор воды в ограждаемой акватории и по продолжительности работы могут быть с сезонным или суточным (недельным) регулированием расходов. Водоподъемные плотины, используемые для увеличения габаритов судовых ходов, очень часто называют судоходными, поскольку они эффективно работают в маловодные периоды навигации, а в паводок затапливаются и судоходство осуществляется через их широкие отверстия как в естественном состоянии.

В конструктивном отношении плотины имеют различное устройство, определяемое учетом многофакторных условий (напор и расходы воды, грунты оснований, материалы, условия строительства и др.).

При выполнении проекта рекомендуется принять для рассмотрения бетонную водосливную плотину, широко применяемую при строительстве комплексных гидроузлов на равнинных реках с нескальными основаниями малого и среднего напоров.

12. Размеры водосливного фронта бетонной плотины

Максимальный расчетный расход воды в реке пропускается через турбины гидроэлектростанции, частично через водосбросные отверстия в здании ГЭС, но основная его часть сбрасывается в нижний бьеф через водосливные отверстия бетонной плотины. Поэтому при проектировании плотин очень важно установить размеры водосливного фронта.

Водосливной фронт плотины (рис. 14) включает: водосбросные пролеты шириной ; быки, необходимые для размещения затворов, механизмов для их обслуживания и устройства транспортных переходов; температурно-осадочные швы, разделяющие плотину на отдельные секции; устои, примыкающие к берегам или другим сооружениям гидроузла. Водосбросные участки плотин (гребень и ее сливная часть) обычно выполняются в виде водослива практического профиля.

Рис. 14. Схема водосливного фронта плотины на нескальном основании: а) фасад; б) план

1 ‒ затвор; 2 ‒ паз рабочего затвора; 3 ‒ паз ремонтного затвора

При известной величине напора на гребне водослива его удельный расход определяется по зависимости

, м²/с (28)

где ‒ коэффициент подтопления (при истечении в атмосферу );

‒ коэффициент расхода, зависящий от формы водослива (для безвакуумного профиля );

, м ‒ напор на гребне водослива.

Зная общий расход воды , пропускаемый через отверстия плотины, и величину удельного расхода на гребне , можно определить сжатую ширину потока и полную ширину водосливного фронта в

свету между устоями плотины.

Общая сжатая ширина потока считается равной

, м

а общая ширина водосливного фронта в свету определяется по зависимости

, м (29)

где ‒ коэффициент, учитывающий сжатие потока между бычками и зависящий от их формы на входе потока в водосливное отверстие. Для бычков с криволинейной формой ;

‒ число отверстий в свету, принимаемое в зависимости от величины сжатой ширины потока и ширины пролета

.

Ширину пролета рекомендуется принимать в зависимости от величины пропускаемого расхода :

= 4; 6; 8; 10 м при до 5000 м³/с;

= 12; 14; 16; 20 м при от 5000 до 10000 м³/с;

= 22; 24; 26; 28; 30 м при более 10000 м³/с.

Полученное значение “n” следует округлять до целого числа. Тогда полная ширина водосливного фронта между устоями плотины определяется равной

, м (30)

где ‒ число бычков, соответственно, разрезных и неразрезных, а – их ширина;

Ширина неразрезных бычков равна

, м (должна быть не менее 2–3 м)

а разрезных

, м (не менее 4–6 м).

Неразрезные быки представляют собой монолитные бетонные (железобетонные) конструкции, не имеющие температурно-осадочных швов (ТОШ), а разрезные – имеющие ТОШ, при помощи которых плотины на нескальных основаниях разделяются на отдельные секции длиной от 20 до 45 м.

Неразрезные бычки устраивают с целью уменьшения ширины пролетов затворов, перекрывающих водопропускные отверстия плотин (обычно при >10 м). При <10 м их можно не предусматривать. Тогда ширину секции плотины следует принимать равной

, м ‒ при наличии неразрезных бычков;

, м ‒ при отсутствии неразрезных бычков.

Здесь ‒ число пролетов в секции, а ‒ число неразрезных бычков в секции.

Водосливные пролеты плотины перекрываются затворами различной конструкции (плоские, сегментные, вальцовые, секторные, мостовые и др.). Наиболее компактными и удобными в эксплуатации считаются плоские затворы, располагаемые в пазах между бычками. Их высота с учетом ветровой волны должна быть на (1–2) м выше напора воды на гребне водослива , а возвышение бычков над НПУ верхнего бьефа должно быть достаточным для подъема затворов на заданную высоту при пропуске расчетного расхода. Высоту бычков рекомендуется принять в пределах (1,5–2,0) .

Схема водосливного фронта плотины (фасад и план) вычерчивается в произвольном масштабе (см. рис. 14).

13. Построение гидравлического профиля сливной части и определение размеров тела плотины

Построение гидравлического профиля сливной части плотины производится с целью недопущения отрыва струи от тела плотины во избежание возникновения кавитационных явлений. Построение профиля рекомендуется выполнять по координатам Офицерова-Кригера в зависимости от очертания оголовка плотины. Координаты x и y для безвакуумного оголовка, описывающие внутреннее очертание струи (кривую кладки), приведены в таблице 3 для напора на гребне водослива =1,0 м. Поэтому их следует перемножить на действительное значение , определяемое по заданию.

Таблица 3

Значения координат x и у криволинейного безвакуумного профиля плотины при =1,0 м

х	у	х	у	х	у
0,0	0,126	1,4	0,564	2,8	2,462
0,1	0,036	1,5	0,661	2,9	2,640
0,2	0,007	1,6	0,764	3,0	2,824
0,3	0,000	1,7	0,873	3,1	3,013
0,4	0,006	1,8	0,987	3,2	3,207
0,5	0,025	1,9	1,108	3,3	3,405
0,6	0,060	2,0	1,235	3,4	3,609
0,7	0,100	2,1	1,396	3,5	3,818
0,8	0,146	2,2	1,508	3,6	4,031
0,9	0,198	2,3	1,653	3,7	4,249
1,0	0,256	2,4	1,804	3,8	4,471
1,1	0,321	2,5	1,960	3,9	4,698
1,2	0,394	2,6	2,122	4,0	4,930
1,3	0,475	2,7	2,289	4,5	6,220

Построение сливной части плотины для заданного значения с предварительно установленными размерами ее тела (рис. 15) следует выполнять в масштабе 1:100 или 1:200.

Первоначально определяют высоту плотины

, м

и по ее величине из табл. 3 принимают значения x и y, пересчитанные на действительное значение (обычно на одно значение больше). Затем в координатах x и y по точкам таблицы строят кривую сливной части плотины. Сопряжение кривой с дном реки выполняется по радиусу равном

, м

где , м ‒ напор воды в паводок.

Для фиксации центра окружности радиусом в горизонтальной плоскости проводится прямая параллельная дну реки, а положение точки “0” выбирается таким, чтобы из нее были опущены перпендикуляры: один – к касательной кривой, другой – к дну реки. Перпендикуляр, опущенный из центра окружности “0” на дно, ограничивает длину флютбета со стороны нижнего бьефа.

Рис. 15. Гидравлический профиль сливной части плотины на нескальном основании