УЧЕБНИКИ И УЧЕБНЫЕ ПОСОБИЯ ДЛЯ ВЫСШИХ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
Е. А. 3 АМАРИН
Академик ВАСХНИЛ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ
СООРУЖЕНИЙ
Издание пятое
Допущено Главным управлением сель-
скохозяйственных вузов Министер-
ства сельского хозяйства РСФСР в
качестве учебного пособия для гидро-
мелиоративных факультетов
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Москва • 1961
6С7. 5
3 26
От издательства
Настоящее издание учебного пособия написано в
соответствии с утвержденной программой для гидро-
мелиоративных институтов и факультетов. В отличие
от предыдущего издания в нем более подробно осве-
щен, метод гидродинамики в гидротехническом расче-
те; значительно увеличен материал по сборноблоч-
ным конструкциям гидротехнических сооружений.
Ряд глав подвергся коренной переработке. Земляная
плотина рассмотрена в более сложных геологических
условиях с использованием различных способов рас-
чета устойчивости откосов.
Замечания и отзывы просим направлять по адре-
су: Москва, К-31, ул. Дзержинского, д. 1/19, Сель-
хозгиз.
Замарип Евгений Алексеевич
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ. 5-е изд.
М., Сельхозгиз, 1961.
228 с. с илл. (учебники и учебн. пособия для высших с.-х. учебн. за-
ведений) .
6С7.5-
Редактор Г. В. Елизаветская. Художник Н. И. Крылов
Художественный редактор 3. П. Зубрилина. Технический редактор М. М.. Гуревич
Корректор Е. Г. Гордиенко
Сдано в набор 7/IX 1960 г. Подписано к печати З/П 1961 г. Т 00832. Формат 60X90‘/ie.
Печ. л. 14,25 + 1 вкл. Уч.-изд. л. 13,72. Изд. № 1541. Тираж 10 000 экз. Заказ № 1256.
Цена 49 коп.
Сельхозгиз, Москва, К-31, ул. Дзержинского, 1/19.
Ленинградский Совет народного хозяйства. Управление полиграфической промыш-
ленности. Типография № 1 «Печатный Двор» имени А. М. Горького. Ленинград,
Гатчинская, 26.
Глава 1
ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СООРУЖЕНИЙ
§ 1. РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ ФЛЮТБЕТА
Требуется проверить толщину флютбета шлюза, расположен-
ного на слое водопроницаемого грунта мощностью 21,0 м. Над
порогом шлюза поддерживается напор в 3,0 м (см. рис. 1), за шлю-
зом воды нет, фильтрующаяся из верхнего бьефа' вода выклини-
вается по дну канала. Ширина шлюза 30 м, что дает основание
вести гидротехнический расчет с достаточным приближением
к действительности как плоскую задачу. Грунт основания — лесс
с коэффициентом фильтрации к ~ 5 л«/сутки; материал водобоя —
бетон с объемным весом у = 2,3 т/м3, материал понура — сугли-
нок, защищенный от размыва при истечении из-под щита бетон-
ными плитами толщиной в начале понура 15 см и у шлюза 20 см.
Коэффициент запаса в толщине водобоя принят п — 1,1. Коэф-
фициент среднего пьезометрического уклона потока грунтовых
вод по подошве флютбета не должен быть меньше 4 (табл. 1).
Таблица 1
Коэффициенты С среднего пьезометрического уклона
Грунты основания	С	Грунты основания	С
Илистые		8	Галечниковые 		3
Мелкопесчаные		6	Торф разложившийся		8
Среднепесчаные		5	Торф нер аз ложившийся ....	5
Крупнопеечаные		4	Лёссовые		4—3,5
Гравелистые		3,5	Суглинистые		3,5—3
Из гидравлического расчета и из условий бессбойного выпуска
воды в нижний бьеф длина понура равна 4,5 м, длина водобоя 9 ж;
на водобое поставлено два ряда растекателей. Толщина водобоя
на длине 3 м принята равной 1 м, далее она убывает до 0,5 м в конце
водобоя; в начале водобоя на глубину 3 м поставлена стенка из
бетонных плит; в конце водобоя — на глубину 1,5 м\ крепление
рисбермы — участка канала за шлюзом — каменная наброска по
слою щебня с гравием.
1*
§ 2. СПОСОБ ЛИНЕЙНОЙ КОНТУРНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ
Чтобы проверить толщину флютбета простым, но приближен-
ным способом линейной контурной фильтрации, занумеруем угло-
вые точки флютбета, начиная с конца водобоя (точка О) до начала
понура (точка 7 на рис. 1), и измерим по контуру флютбета рас-
стояния I (в метрах) всех занумерованных точек от точки О.
Рис. 1. Продольные разрезы по шлюзу и гидродинамические сетки первого
(а) и второго (б) приближения.
Погашаемый потоком грунтовых вод напор при опущенном
затворе равен разности отметок уровней верхнего и нижнего
бьефов, т. е. Н = 45—42 = 3 м. Отношение полной длины раз-
вертки непроницаемых частей флютбета L к погашаемому напору
Н называется уклонным коэффициентом С, величина которого
в рассматриваемом примере не должна быть, согласно заданию,
меньше 4,
4
По таблице 2 мы имеем L = 20,5 м, следовательно, С = 20,5 : 3 =
= 6,83, что удовлетворяет заданию.
Большей частью гидротехнический расчет является провероч-
ным, а не определяющим. Размены сооружений устанавливают
(определяют) или гидравлическим расчетом, т. е. гидравлическими
условиями пропуска поверхностного потока, или эксплуатацион-
ными условиями, или конструктивными соображениями; поэтому
в гидротехническом расчете необходимо лишь выдержать нера-
венство С 4 и не стремиться обязательно получить С = 4. Но
если при С = 4 не будут нарушаться гидравлические, эксплуата-
ционные условия и конструктивные соображения, принятые как
обязательные при компоновке шлюза и его флютбета, то такое
решение следует принять.
Затем построим линию пьезометрических напоров потока грун-
товых вод вдоль подошвы флютбета и по ней проверим толщины
флютбета.
Для плоскости сравнения, проходящей на уровне дна нижнего
бьефа, т. е. на отметке 42,0 м, пьезометрические напоры h равны
7a = Z: С = Z: 6,83 = 0,146 Z.
Толщину флютбета t находим из формулы:
t = п	=1Л 2^0 = °’846
где Ар— расчетный напор, т. е. расстояние от пьезометрической
линии до верхней поверхности незатопленного флют-
бета, м;
п — коэффициент запаса;
7 — объемный вес кладки флютбета
1 — объемный вес воды.
Результаты подсчетов по приведенным формулам сведены
в таблицу 2.
Таблица 2
Ks точек	1	h	t расчетная	t проектная
0	0			
1	2,7	0,40	0,34	0,5
2	. • 6,5	0,95	0,80	0,8
3	8,5	1,24	1,05	1,0
4	11,5	1,68	1,42	1,0
5	13,5	1,97	—	—
6	15,5	2,27	—	—
7	20,5	3,00	—	—
В точке 3 еще скажется пригружающее давление воды верх-
него бьефа, расчетная и проектная толщина флютбета практически
одинаковы, поэтому можно не увеличивать толщину флютбета до
1,05 м; в точке 4 пригружающее усилие воды верхнего бьефа больше
5
выпирающего усилия со стороны фильтрационного потока 3^>
^>1,68 м, поэтому здесь толщина флютбета определяется не гидро-
техническим расчетом, а конструктивными условиями — надеж-
ностью и плотностью стыка бетонной кладки водобоя с бетонной
стенкой, заменяющей шпунт; безопасным восприятием бетонной
кладкой усилий от затворов при их внезапном опускании.
§ 3. МЕТОД ГИДРОДИНАМИКИ
Рассмотрим применение гидродинамики путем графического
построения сеток движения потока грунтовых вод под флютбетом
(гидродинамических сеток), не прибегая к составлению и решению
уравнений движения.
Для однородного грунта наиболее удобно построение сеток,
составленных из ячеек квадратной формы.
Сетки движения для нашего примера построим двумя спосо-
бами.
В первом способе используем свойство сеток движения, по ко-
торому примерно под серединой водобоя ячейки сеток имеют кри-
волинейные квадраты, наиболее приближающиеся по своей форме
к обычным (прямолинейным) квадратам.
При построении сеток движения назначают небольшое число
лент движения — три или четыре; в нашем примере примем
четыре ленты.
Построение сетки движения ведут таким образом: около точки
3 проводят линию, близкую к вертикали, с небольшим наклоном
в сторону нижнего бьефа и разделяют пространство от подошвы
флютбета до водоупора на принятое число лент, т. е. на четыре.
Слева и справа от проведенной линии строят квадратные ячейки
сетки каждого пояса давлений (рис. 1, а), вначале близкие по
форме к обычным квадратам и далее, в стороны дна верхнего и
нижнего бьефов, значительно искривляющиеся.
Получившаяся сетка движения еще недостаточно точна, но
она указывает направление дальнейшего уточнения. Так, в этой
сетке можно заметить: заниженное положение линий токов в на-
чальных? участках и завышенное в концевых, непропорциональное
отношение средних ширин и длин криволинейных прямоуголь-
ников последнего неполного пояса давлений (у нижнего бьефа).
Отсюда следуем, что линии токов нужно немного опустить в конце
и поднять в начале. Это построение выполнено на чертеже 1, б;
одновременно приняты полные пояса давлений в начале и в конце
сетки, а получившийся неполный пояс давлений размещен под
водобоем. Сделано это с той целью, что внутри сетки квадраты ее
более близки к обычным, по которым можно точнее определить
ширину прямоугольников неполного пояса в долях от их высоты
(в. примере 0,33). Итак, сетка движения второго приближения
имеет число лент Л = 4, число поясов Ц = 10.33 и модуль сетки
М == П ; Л ~ 2,58.
6
Второй способ построения сеток движения состоит в следующем.
Выбирают целое число лент движения, например 3, и проводят
плавную кривую ab, огибающую подземное очертание элементов
флютбета и проходящую под водобоем примерно на х/з от толщины
проницаемого слоя грунта. Далее, полосу между подземным
контуром флютбета и линией ab разделяют на криволинейные
квадраты (в примере 9 квадратов), и ниже каждого квадрата пер-
вой ленты строят квадраты второй ленты 1—2, 2—2... 9—2 (сплош-
ные линии на рисунке 2, «)„ Вследствие наличия в очертании
флютбета особенных точек (нули и полюсы в углах поворота
элементов его контура) ячейки первой ленты будут далеки от
формы обычных йвадратов и в построении их возможны неточности;
по квадратам второй ленты, построенным по квадратам первой
ленты, можно выявить эти неточности. Следует помнить, что и
в лентах и в поясах квадраты сетки движения, построенной по
первому, второму или иному способу, должны образовывать не-
прерывную цепочку ячеек сетки, полученных ортогональными
пересечениями кривых линий и заполняющих все пространство
области фильтрации от водоупора до дна верхнего бьефа, подзем-
ного очертания флютбета и дна нижнего бьефа.
Особое внимание следует обращать на необходимость взаимной
ортогональности линий равного напора и подземного контура
флютбета, который и представляет собой «первую» линию тока
(наша линия ab является второй, составляя с контуром первую
ленту расхода)’. Также особо внимательно нужно следить за
тем, чтобы наиболее близкую форму к квадратной имели
элементы сетки на входе и на выходе через дно верхнего и ниж-
него бьефов, непосредственно примыкающих к сооружению (флют-
бету).
Построенные квадраты второй ленты не дают непрерывной
траектории тока, она получилась ступенчатой; уступы по ней
указывают на место и степень погрешностей в построении первой
ленты. Очевидно, следует несколько расширить квадраты, а это
поведет к сдвигу книзу начала первой ленты. Указанные уточнения
в начертании сетки движения выполнены пунктиром на рисунке2, а;
внося уточнения в квадраты первой и второй лент, следует одно-
временно достраивать и третью ленту.
Получившаяся сетка движения Первого приближения имеет
три ленты, формы ячеек нижней ленты получились различными:
в начале близкие к криволинейным квадратам, а в конце криво-
линейные прямоугольники. Надо добиться единства форм ячеек
сетки, для этого следует еще немного опустить концевые участки
двух начерченных траекторий токов и снова разбить ленты на
криволинейные квадраты. Результаты этой операции приведены
на рисунке 2,. б, где показана сетка движения второго приближе-
ния; она имеет три ленты и 7,7 пояса; модуль сетки М ~ 7,7 :
: 3 = 2,57, т. е. отличается от модуля сетки движения, построен-
ной по первому способу, менее чем на 0,5%.
7
Такая незначительная разница указывает на достаточную точ-
ность построения сеток.
Для определения пьезометрических напоров вдоль флютбета
и по ним толщин флютбета воспользуемся свойством сеток дви-
жения, по которому в каждом поясе теряется одна и та же доля
н
напора, равная ДЯ — д. Расчет произведем по сетке рисунка 1, б,
как более подробной. Достаточно точно построенная сетка допу-
скает увеличение ее подробности (т. е. числа лент и поясов) путем
проведения серединных линий в квадратах.
а
Рис. 2. Гидродинамические сетки первого (а) и второго (б) •
приближения.
Здесь КН = 3,00 : 10,33 .= 0,29; следовательно, если напору
последней потенциали соответствует отметка 42,0 м, то напор
на соседней потенциали будет равен 42,29 м, на следующей 42,58 м
и т. д. Подсчитанные таким образом напоры надписаны на каждой
потенциали на рисунке 1, б. В углах, т. е. в точках 4 и I, дробное
число потенциалей определяется примерно пропорционально дли-
нам горизонтальных и вертикальных участков соответствующих
квадратов вдоль элементов потока; так, в точке 1 напор будет ра-
вен 42,68 м, в точке 4—43,45 м и т. д.
Точка 3 расположена на расстоянии 3 м от начала водобоя
(т. е. в конце участка водобоя постоянной толщины в 1 л«); точка 2
находится под концом быка; как видно из рисунка 1, б, потенциали
43,26 и 43,16 не проходят через точки 3 и 2. По интерполяции
8
находим напоры в точках 3 и 2, они будут равны (рис. 1, б)
соответственно 43,29 ле и 43,06 м.
На рисунке 1, б показана в увеличенном масштабе эпюра на-
поров фильтрационного потока по сетке и по способу линейной
контурной фильтрации (ЛКФ), пользуясь которой можно найти
толщину флютбета водобоя в расчетных точках 1, 2, 3, что выпол-
нено в таблице 3.
В таблице 3 расчетные напоры отнесены к плоскости сравнения,
совпадающей с дном нижнего бьефа с отметкой 42,0 м, поэтому h
получается как разность между отметкой напора фильтрацион-
ного напора в рассматриваемой точке и 42,0. Толщины флютбета
t определяли по прежней формуле.
Таблица 3
№ точек	1	h	t расчетная	t проектная
1	2,7	0,68	0.57	0,5
2	6,5	1,06	0,90	0,8
3	8,5	1,29	1,09	1,0
Получившаяся перегрузка флютбета была бы допустима для
небольшого, мало ответственного шлюза — перегрузка покрыва-
лась бы неучтенными в расчете факторами (например, силой тре-
ния между флютбетом и продольными стенками шлюза, близко
отстоящими один от другого). Для крупного, ответственного шлюза,
рассматриваемого нами, перегрузку допускать нельзя, поэтому
следует или удлинить понур (примерно на 1,5 м), или удлинить
шпунтовую стенку. Так как понур делают из глинобетона, защи-
щенного от размыва покрытием из бетонных плит, и подобная
конструкция сравнительно недорога, то часто удлинение понура
оказывается экономичнее, чем удлинение шпунта.
В нашем случае на водобое поставлены растекатели, воспри-
нимающие довольно значительные динамические усилия со стороны
потока и передающие их флютбету; поэтому целесообразно принять
толщину его по расчету, т. е. 0,6—0,9—1,1 м, и положить арми-
рованный бетон.
§ 4. СКОРОСТИ И РАСХОД ФИЛЬТРАЦИИ
По методу гидродинамики можно определить скорости и фильт-
рационный расход потока грунтовых вод при выходе в нижний
бьеф, чего нельзя сделать по способу линейной контурной филь-
трации.
Удельный расход одной ленты Дд находят по формуле:
kq=kb.H=k 5 •	=1,45ле8/сутки на 1 м ширины флютбета.
9
Для построения суммарного графика удельных расходов на
фильтрацию из точек пересечения линий токов с дном нижнего
бьефа проводят вертикали и на них откладывают величины удель-
ных расходов: 1,45 ле3/сутки в конце первой ленты, 2 • 1,45 м3/ сутки
в конце второй ленты и т. д. (рис. 1, б).
Общий удельный расход:
g = £&g = kJj!r Л = 5  3 ттДу = 5,8 л«3/сутки.
3	3 И	10,33	' J
Полный расход на фильтрацию под флютбетом:
Q = Bg,
где В — ширина флютбета, м.
Суммарный график удельных расходов приведен на рисунке
1, б; он построен по пол у лентам.
Средние скорости фильтрации в каждой ленте находят из со-
отношения v ~ &д : As, где As — средняя ширина ленты в метрах.
Зная А</ и измерив на чертеже As по дну нижнего бьефа, можно
найти скорости фильтрации при выходе грунтовой воды в нижний
бьеф.
На рисунке 1, бприведены графики средних скоростей фильтра-
ции вдоль дна верхнего и нижнего бьефов, причем для более плав-
ного построения линий и и д подсчеты их проведены по полулен-
там; так для первой полуленты ширина ее составляет 0,7 м и ско-
рость V = з’д5? = 1 '.w/сутки.
Средний градиент (гидравлический уклон) в первой полуленте
найдется из уравнения скорости v — ki, а именно: i = 1 : 5 =
= 0,2, что значительно меньше разрушающего (1,00); следова-
тельно, специальных обратных фильтров под креплением рисбермы
не потребуется.
Как видно из рисунка 1, б, входные скорости превышают выход-
ные, что объясняется влиянием главным образом низовой шпунто-
вой стенки.
Метод гидродинамики дает наиболее полную и точную картину
фильтрации (напоры, скорости, расходы), но более сложен, так
как связан с построением сеток движения. Построение сеток облег-
чается применением готовых аналитических решений для некото-
рых частных случаев очертаний контуров флютбета и областей
фильтрации х.
Способ линейной контурной фильтрации прост, но не дает от-
вета на вопросы о скоростях и расходах фильтрации. Расчетные
1 Технические условия и нормы проектирования гидротехнических со-
оружений. Расчеты фильтрации под гидротехническими сооружениями,
составленные Всесоюзным научно-исследовательским институтом гидротех-
ники (ВНИИГ), Стройиздат, 1941.
Е. А. Замарин, В. В. Ф а н д е е в. Гидротехнические сооруже-
ния. Сельхозгиз, М., 1960,
10
толщины флютбета в водобойной части по этому способу на 10—
20% меньше, чем по методу гидродинамики.
Для гидротехнического расчёта небольших сооружений способ
линейной контурной фильтрации достаточен, но для расчета круп-
ных сооружений этот способ применяют лишь как предваритель-
ный, уточняемый в дальнейшем гидродинамическим расче-
том.
§ 5.	ПРОВЕРКА ТОЛЩИНЫ ВОДОБОЯ,
РАСПОЛОЖЕННОГО НА СЛОЕ ВОДОПРОНИЦАЕМОГО ГРУНТА
БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ
Проверить толщину водобоя сбросного шлюза, продольный
разрез которого приведен на рисунке 3 (сливная часть не пока-
зана). Задание на проектирование то же, что и в рассмотренном
Рис. 3. Продольный разрез по перепаду и гидродинамическая сетка.
выше примере; уровень воды в верхнем бьефе поддерживается
на отметке верха затворов 15,0 м, в нижнем бьефе воды
нет.
Толщину водобоя проверим по способу линейной контурной
фильтрации.
Как и в предыдущем расчете, обозначим цифрами угловые
точки флютбета и определим расстояния от точки О до каждой из
угловых точек, измеряя их по подземному очертанию флютбета.
Разделив длину всей развертки флютбета L = 37,3 м на погашае-
мый напор Н — 15,0—10,0 = 5,0 м, находим коэффициент С ==
= 37,3 : 5 = 7,46>4.
Далее находим пьезометрические напоры потока грунтовых
вод относительно плоскости дна нижнего бьефа, т. е. относительно
плоскости выхода грунтовой воды в нижний бьеф, и по напорам
определяем толщины флютбета в точках 3, 4 и 6; другие точки не
являются расчетными. Очевидно, что для точки 6 расчетный напор
11
hp = h — hr, где Лг — вертикальное расстояние между верхом
флютбета в точке 6 и плоскостью сравнения, т. е. hr = 12,0 —
— 10,0 = 2,0 м.
Подсчеты сведены в таблицу 4 (размеры в метрах), из которой
видно, что в точке 6 толщина флютбета назначена конструктивно,
так как для данного сооружения она не должна быть меньше
0,7 м.
Таблица ,4
№	По способу линейной контурной фильтрации				По гидродинамической сетке		
точек	1	h	t расчет- ная	t проект- ная	h	t расчет- ная	t проектная
1	2,0	0,27					0,58		
2	з,о	0,40	—	—	0,96	—	—
3	4,3	0,58	0,49	0,70	1,16	0,98	0,70
4	12,3	1,65	1,40	1,50	2,08	1,76	1,50
5	15,8	2,12	—	—	2,69	—	—.
6	18,8	2,52	—	1,00	2,82	—	1,00
7	26,3	3,52	—	—	3,18	—	—
8	27,8	3,73	 II—	—	3,26	—	—
9	28,8	3,86	—	—	3,55 '	—	—
10	30,3	4,06	—	—	3,65-	—	—
11	36,3	4,87	— —	—	4,51	—	—
12	37,3	5,00	—	—	5,00	—	-—
Проверим толщину водобоя по методу гидродинамики.
Гидродинамическую сетку строим по второму способу. Ввиду
большой мощности проницаемого грунта основания (теоретически
бесконечно большой) сетку строим лишь на части области фильтра-
ции. По мере увеличения области фильтрации, покрываемой сет-
кой, нижняя линия тока все более приближается к полуокруж-
ности.
Число поясов в сетке движения П = 1.7,3 и число лент Л = 6.
Потери напора в одном поясе составляют Л.Н = Н : П = 5,0 :
: 17,3 = 0,29 м.
Подсчеты по сетке приведены в таблице 4; они показывают на
возможность уменьшения толщины флютбета в точке 6 до конструк-
тивной 0,7 м (сохраняя толщину 1,0 м под линией опоры затвора
на флютбете). Вместе с тем они показывают недостаточность тол-
щины флютбета в точках 4 и 3. Чтобы удовлетворить расчету,
надо или утолщить флютбет в этих точках, а следовательно, и в
точке 5, или, сохраняя прежние толщины флютбета, забить
шпунт вначале понура; при этом нет необходимости в бетонном
зубе 10—7. Глубину забивки шпунта можно определить, построив
сетку движения; способ усиления флютбета следует выбрать,
сравнив стоимости обоих вариантов.
12
§ 6.	УСТАНОВЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПОНУРА И ВОДОБОЯ ПЕРЕПАДА
На оросительном канале проектируется небольшой перепад
(рис. 4),. здесь же предусмотрен проезжий мост; намечается также
использовать сооружение как подпорный шлюз. Небольшие щиты
шлюза закладывают в пазы стоек, которые опираются нижним
концом на флютбет, а верхним на служебный мост.
Рис. 4. Продольный разрез перепада.
Наибольший расход проходит при горизонте 14,0 м в верхнем
бьефе и 12,5 м в нижнем, т. е. с перепадом 1,5. м. Когда вода не
протекает через перепад, уровень в верхнем бьефе поддерживается
на отметке 13,5 м\ следовательно, разность между отметками дна
водобоя и уровня верхнего бьефа будет 3,5 м.
Грунтовые воды стоят на уровне дна нижнего канала; в этом
случае погашаемый напор будет равен 3,5 м. Грунт в основании
перепада — лесс, для которого по таблице 1 примем С ~ 4 с уст-
ройством обратного фильтра.
Примем конструкцию сквозного, водобоя, в котором на длине
4,5 м делаем круглые отверстия диаметром 25 см, заполненные
крупным гравием и прикрытые сверху бетонными дырчатыми крыш-
ками толщиной 15 см. Отверстия размещаем на расстоянии 0,75 м
в рядах и 0,75 м между рядами, располагая их в шахматном по-
рядке; под плитой водобоя о отверстиями предусматриваем двух-
слойный фильтр: первый слой из смеси мелких и средних песков, а
второй—из смеси крупного песка с гравием; толщина слоев по 0,25м.
Примем размеры понура и водобоя, указанные на рисунке 4.
Конечная точка фильтрации О, а начальная А. Длина развертки
флютбета ОА ~ 14,5 м, С = 14,5 : 3,5 = 4,14.
Подсчеты приведены в таблице 5 (размеры в метрах).
Коэффициент запаса задан п = 1,1; объемный вес кладки
7 = 2,2 т/м3. Точка 4. лежит выше плоскости сравнения, прохо-
дящей по дну нижнего бьефа, на 1,5 м, поэтому = h — 1,5 =
= 0,31 м. Расчетная толщина:
ip=n yziy = 1Д 2,2 —1,0 =
13
Таблица 5
№ точек		h	hp	гр	*пр
1	1,50	0,36	0,36	0,33	0,50
2	2,75	0,67	0,67	0,62	0,75
3	4,25	1,03	1,03	0,94 '	1,00
4	7,50	1,81	0,31	0,29	0,50
5	12,00	2,90	—	—	0,50
Как видно из таблицы 5, намеченные размеры сооружения
приемлемы. Из рисунка 4 видно, что толщина понура 4=—5—А имеет
не расчетные размеры, а минимальные конструктивные. Если по-
ставить служебный мост впереди проезжего, т. е. стойки поставить
у точки 5, тогда понур не имел бы пригрузки водой и его толщина
получилась бы расчетной. Например, в этом случае для точки 5
получили бы hp = 2,9 — 1,5 = 1,4 м и i6 = 0,927’1,4 = 1,28 м,
а не 0,5 м, как принято в проекте.
Получившееся по гидротехническому расчету утолщение во-
добоя в точках 3—2 необходимо еще и для восприятия ударов па-
дающей здесь струи воды. Если водобой сделать сплошным, а не
сквозным, то все его толщины нужно было бы значительно уве-
личить.
Из рассмотренного примера видно большое значение выбора
места размещения затворов; если зимой по каналу не будет про-
пускаться вода (в это время возможны осмотр и ремонт сооруже-
ния), то затворы выгоднее ставить в конце понура.
Уменьшение толщины водобоя, получающееся вследствие уст-
ройства флютбета сквозным, может быть осуществлено и для сплош-
ного (не сквозного) водобоя при устройстве в этом случае застой-
ного дренажа, легко контролируемого, всегда доступного осмотру
(через смотровые колодцы) и текущему ремонту.
§ 7.	РАСЧЕТ В УСЛОВИЯХ РАЗНОРОДНЫХ ГРУНТОВ
Гидротехнический расчет в условиях разнородных грунтов
производят, пользуясь гидродинамической сеткой, построенной
с помощью прибора ЭГДА. В простейших случаях залегания грун-
тов гидродинамическую сетку строят графически. Так, на рисунке
5 приведены две гидродинамические сетки первого приближения
для шпунтового и бесшпунтового флютбетов при горизонтальном
залегании пластов грунтов, верхнего с коэффициентом фильтра-
ции К и нижнего с коэффициентом фильтрации KQ = 15 К. В обоих
случаях поток грунтовых вод из верхнего бьефа направляется
в более проницаемый нижележащий слой, сильнее у шпунтового
флютбета,- слабее у бесшпунтового, и далее из нижнего слоя
14
Рис. 5. Гидродинамические сетки в условиях неоднородных грунтов:
а — эпюра пьезометрических напоров для шпунтового флютбета; б — то же для бесшпун-
тового флютбета.
выходит в нижний бьеф, вследствие чего эффективность уменьше-
ния напоров шпунтом снижается, что видно из эпюр пьезометри-
ческих напоров для обоих флютбетов (рис. 5).
Если же вверху залегает легкопроницаемый слой, а внизу
менее водопроницаемый, то эффективность шпунта возрастает;
в таких условиях бесшпунтовые флютбеты можно рассчитывать,
принимая менее водопроницаемый слой за водоупор; это не повле-
чет за собой больших погрешностей1.
1 В случае расчета З-шпунтовой схемы флютбета полезно использовать
графики, приведенные в статье доц. П. Ф. Кононенко, опубликованные в тру-
дах Новочеркасского инженерно-мелиоративного института, вып, VI, 1958.
Глава II
ЛИВНЕСПУСКИ
§ 1. ЛОТКОВЫЙ ЛИВНЕСПУСК СБОРНО-БЛОЧНОЙ КОНСТРУКЦИИ
Для пропуска ливневых и талых вод над каналом в месте пере-
сечения его с небольшой балкой требуется подобрать размеры
лоткового ливнеспуска сборно-блочной конструкции.
Размеры канала следующие: ширина по дну b = 5 м, напол-
нение h = 3,4 м, заложение откосов полуторное (т = 1,5), наи-
больший расход 32 мЧсек, грунт — средний суглинок, отметка
дна 42,0 м, отметка поверхности земли над каналом 47,0 м.
Ливневый расход балки однопроцентной обеспеченности равен
5 мЧсек. Длина лотка ливнеспуска, согласно схеме (рис. 6),
должна быть не меньше (47,0—42,0) X 2 X т + b + 1,0 = 21,0 -м,
здесь 1,0 м — длина двух концевых участков лотка. Выбираем
Рис. 6. Схема лоткового ливнеспуска.
схему № 4 (рис. 6) по альбому «Ливнепропускных сооружений
лоткового типа» 1 с высотой лотка по габариту 1,2 м и шириной
в свету 2,5 м; тогда получим глубину заделки подошв опор 1,39 м,
что больше глубины промерзания земли в районе строительства.
Лотковый ливнеспуск монтируется из железобетонных блоков;
он состоит из следующих частей: струенаправляющих дамб,
плавно подводящих ливневый поток к лотку, входного оголовка,
лотка и водобойной части.
Входная часть выполнена по типу ныряющих стенок и состоит
из блоков Г—2 и Н—2 Г-образного сечения, образующих прямо-
угольный лоток с переменной высотой стенок. Блоки устанавли- * 2
1 Гипроводхоз Министерства сельского хозяйства СССР. Типовые проек-
ты гидротехнических сооружений на оросительных каналах, часть XII, стр.
2, 3, М., 1957.
17
вают на бетонную подготовку с подливкой цементного раствора
(рис. 7). Дно входного оголовка армируют сетками и бетонируют
на месте. Откосы дамб, примыкающих к ныряющим стенкам, закре-
плены треугольными железобетонными плитами-блоками III, уло-
Рис. 7. Входная часть ливнеспуска.
женными на гравийной подготовке толщиной 10 см. Для предотвра-
щения подмыва входного оголовка впереди предусмотрен зуб из
гравийной отсыпки.
В местах примыкания лотка к входному и выходному оголовку
устанавливают противофильтрационные диафрагмы из железо-
бетонных плит-блоков Д,
18
Лоток (рис. 8) образуется двумя швеллерными балками-бло-
ками Е длиной 7,5 м, которые являются стенками лотка. На
нижние полки балок укладывают плиты-блоки Д, образующие
дно лотка. Для более плотного соединения донных плит со стен-
ками их укладывают на подливку из цементного раствора, а па-
зухи заполняют бетоном. Швы между блоками Д и блоками Е
проконопачивают паклей, пропитанной битумом. Шпонки в швах
заливают цементным раствором.
Продольные балки-блоки Е сваривают между собой и прива-
ривают к насадкам при помощи стальных накладок и специально
заложенных в них уголков. Там, где будет отсутствовать пешеход-
ное движение, по лотку рекомендуется вместо сварки блоков Е
Бетон марки
б Г Т-200, В' 4
MP3 -50
Рис. 8. Поперечный и продольный разрезы лотка.
между собой и приварки их к насадкам соединять поверху про-
тивоположные блоки Е уголками 40 X 40 X 5.
Опоры лотка запроектированы стоечного типа. Опора предста-
вляет собой раму, состоящую из двух стоек-блоков Р, фундамент-
ного блока и насадка-блоков Ф. Все элементы опоры жестко за-
моноличивают между собой бетоном. Высота опор до 5,0 м. Бе-
реговые опоры имеют аналогичную конструкцию.
Фундаментный блок устанавливают на бетонную подготовку
толщиной 10 см, подливая цементный раствор, или на свежеуло-
19
женную бетонную подготовку. На слабых грунтах, с допускае-
мым давлением 1—2 кг/см2, под фундаментный блок укладывают
бетонную подушку. Дну лотка придается уклон 0,0032.
Для уменьшения скоростей потока, выходящего с лотка,
а также на случай возможного снижения горизонтов после по-
стройки сооружения дно выходного оголовка расположено на 90 см
ниже дна лотка.
Конструкция выходного оголовка (рис. 9 и 10) такая же,
как и входного. За оголовком предусмотрен участок длиной 6 м,
закрепленный железобетонными плитами-блоками 0, уложенными
на гравийной подготовке. В конце крепления отсыпан зуб из
гравия.
20
Дно водобойной части сопрягается с естественным руслом
переходным участком, имеющим обратный уклон. Струенапра-
вляющие дамбы на этом участке плавно расширяются.
Рис. 10. Разрезы 1—1 и 2—2 выходной части ливнеспуска.
Для ограждения канала от попадания в него ливневых вод
устраивают (если это необходимо) дамбы обвалования. Длина
дамб определяется рельефом местности.
Для возведения ливнеспуска потребуется следующее коли-
чество блоков (табл. 6).
Таблица 6
Наименование блоков	Количество, шт.	Вес одного блока, кг	Общий вес, кг
Г-2	2	1245	2490
Г-3	2	1608	3 216
Н-2	2	1260	2 520
Н-3	2	2 038	4 076
Ш-1	8 .	267	2136
Ш-4	2	578	1156
Е-2	6	3 582	21492
Д-З	25	845	21125
Р-1	4	173	692
Р-4	4	553	2 212
Ф-5	4	1073	4 292
Ф-6	4	1023	4 092
0-3	24	368	8 832
0-4	12	490	5 880
		Итого ....	. . . . 84211
21
§ 2. ТРУБЧАТЫЙ ЛИВНЕСПУСК СБОРНО-БЛОЧНОЙ КОНСТРУКЦИИ
Для пропуска ливневых и талых вод под каналом в месте пере-
сечения его с балкой устраивают сборный трубчатый ливнеспуск
из железобетонных блоков.
Схема ливнеспуска дана на рисунке 11; он состоит из следую-
щих частей: входного приямка и оголовка, трубопровода, водо-
бойного колодца и отводящего канала. Входной приямок глуби-
ной 0,6—1,0 м и входной оголовок устраивают для создания более
спокойного и направленного входа в трубопровод. Приямку по
дну придают размеры 3,0 • 3,5 м для одноочковой трубы или
3,0 • 5,0 м для двухочковой трубы; откосы приямка, устраиваемые
с заложением 1 : 3, покрывают железобетонными плитами-блоками
по гравийной подготовке толщиной 10 см; швы между плитами
на откосах заливают цементным раствором, а на дне оставляют
открытыми для выхода профильтровавшейся воды.
Входной оголовок устраивают раструбным с ныряющими стен-
ками из блоков Н Г-образной формы; дно оголовка или монолитное,
или, где это возможно, собирают из железобетонных плит-блоков К
(рис. 12 и 13).
Трубопровод устраивают одноочковым или двухочковым, круго-
вого или прямоугольного поперечного сечения, в зависимости от
Рис. 11. Продольный разрезало ливнеспуску.
Рис. 12. План входа в ливнеспуск (а) и стык труб на повороте (б).
22
величины расчетного ливневого расхода; в нашем случае прини-
маем трубопровод одноочковый прямоугольного сечения (рис. 14).
Трубы обкладывают слоем мятой (утрамбованной во влажном
состоянии) глины. При отсутствии глины ее можно заменить тща-
тельно утрамбованным суглинистым грунтом.
Прямоугольные трубы имеют следующую конструкцию: стенки
труб образованы блоками Г Г-образного сечения, имеющими
Блок Г
Блок П
о-з....
О-Б-..,- КО *2,0 *0,1
Рис. 13. Железобетонные блоки.
Блок К
план
вид сбоку
Блок О
, вид сбоку
I .	..... ZT)
выпуски арматуры (рис. 14). По дну блоки замоноличивают при
помощи арматурных сеток и бетона, укладываемого на месте, а
поверху сваривают с помощью металлических накладок. Сверху
трубу покрывают железобетонными плитами-блоками П, которые
укладывают на блоки Г, подливая цементный раствор. Для того
чтобы блоки П могли служить распоркой блокам Г, в них оста-
влены четыре симметрично расположенных отверстия сечением
10 • 12 см, которые заделывают бетоном после установки блоков П.
Швы между блоками Г заливают цементным раствором, а между
блоками П заделывают мешковиной, пропитанной битумом, и
шпонкой из цементного раствора. Снаружи все швы оклеивают
23
A -A	bud сверху
Рис. 14/ Поперечный разрез прямоугольной трубы:
1 — подливка цементным раствором; 2 — два слоя мешковины, пропитанной битумом;
з — шпонки, заполненные цементным раствором; 4 — желобки в потолочных плитах П,
3 — арматурные сетки; 6 — бетонное заполнение; 7 — бетонная подготовка.
двумя слоями мешковины, пропитанной битумом. В средней части
трубопровода, на участке между глиняными диафрагмами, швы
делают из четырех слоев.
В сооружениях, состоящих из двух труб, прямоугольные
трубы располагают с зазором в 3 см, заливаемым цементным ра-
створом. Стык между двумя трубами оклеивают сверху мешко-
виной, пропитанной битумом.
Сварка внутренних блоков при двух нитках труб затруднена,
поэтому в данном случае сваривают только один ряд внутренних
блоков Г. Верх трубы заглубляют от дна канала не менее чем
на 1 чМ; трубопроводу в средней части придают уклон 0,001.
Прямоугольные трубы, так же как и круглые, обкладывают
мятой глиной или плотно утрамбованным суглинком. Стыки в этом
случае усиливают диафрагмами, бетонируемыми на месте.В прямо-
угольных трубах под гребнями дамб предусмотрены осадочные
швы: трубу охватывают монолитной железобетонной диафрагмой,
по дну разрезают, а стыки между блоками Г заливают асфальтом
на тугоплавком битуме марки IV.
Все блоки в сооружении устанавливают на бетонную подго-
товку толщиной 8 см с подливкой цементным раствором толщиной
2 см. Поворот трубопровода из прямоугольных труб осущест-
вляется с помощью треугольной монолитной вставки (рис. 12).
Водобойный колодец вначале имеет расширяющуюся часть,
переходящую затем в виражный водослив. Стенки водобойного
колодца образованы блоками Г, которые в виражной части рас-
положены по окружности и имеют между собой просветы (рис. 15).
Снизу блоки замоноличены в бетонное днище колодца, а поверху
сварены между собой металлическими накладками.
Отводящий канал имеет трапецеидальное сечение с заложением
откосов 1 : 1,5. В начальной части канал закреплен железобетонны-
ми плитами, уложенными на гравийной подготовке толщиной 10 см.
По периметру водобойного колодца грунт защищается от размыва
железобетонными плитами-блоками 0, уложенными на гравийной
подготовке, швы заливают цементным раствором. В конце крепле-
ния плитами предусмотрен зуб из гравийной отсыпки.
Подбор размеров сооружения рассмотрим на конкретном при-
мере. Размеры канала следующие: ширина по дну b = 12,0 м,
наполнение 3,8 м, заложение откосов полуторное, наибольший
расход 62 мЧсек, грунт — средний суглинок, ширина гребня вер-
ховой дамбы 2,5 м, низовой дамбы, по которой устраивается до-
рога, 3,5 м. В балке глубиной около 6 ле и шириной 20 м ливневый
расход однопроцентной обеспеченности равен 16 мг1сек.
Пропускную способность ливнеспуска проверяют следующим
образом: по выбранному размеру ливнеспуска, соответствующего
ливневому расходу \ у нас (2 = 16 м3/сек, находят напор над водо-
1 Гипроводхоз Министерства сельского хозяйства СССР. Типовые про-
екты гидротехнических сооружений на оросительных каналах, часть XIII,
М., 1957.
25
сливной стенкой водобоя из формулы:
Q = МВНу* = 16,
М = 1,86;
В — периметр водосливной стенки (у нас 11 м); получаем
Н « 0,78 м.
Рис. 15. Выход из ливнеспуска:
а — план; б — поперечные разрезы.
Расходом, проходящим через щели между водосливными стен-
ками, пренебрегают, уровень воды в отводящем канале считают
не выше верха водосливных стенок.
Гидравлический прыжок должен быть затоплен в водобойном
колодце, что проверяется по уравнению прыжковой функ-
ции.
Далее проверяют Q по формуле расхода трубы:
Q = р.(1) у 2gz,
26
где
1
U= .......................
^ВХ £дов "Ь ^тр "Ь ^ВЫХ
со — живое сечение трубы;
z — разность уровней перед ливнеспуском и в его водобойном
колодце (у нас 4,6 л<).
Считая
Свх = 0,5; Спов = 0,2; Свых 0,5 - 0,6;
Стр = -^- = 0,7 при Z = 48 м, п = 0,014,
получим
Р- = 0,73, откуда (2 = 16 мЧсек.
Глава Hi
ШЛЮЗЫ СБОРНО-БЛОЧНОЙ КОНСТРУКЦИИ
' § 1. ОТКРЫТЫЕ шлюзы
Сборно-блочные шлюзы на каналах монтируют из Г-образных
блоков (рис. 16), плит крепления откосов и головного блока А.
Если необходим мост через канал, то по блокам Г укладывают
плиты-блоки М с заплечиками по краям. На рисунке 16 показан
продольный разрез и план сборно-блочного открытого шлюза на
канале с мостом, причем в плане он показан в двух вариантах:
верхний полуплан относится к подпорному одноочковому шлюзу,
нижний — к одноочковому шлюзу-регулятору. Глубина воды над
порогом шлюза считается 1,0 м, 1,25 м и 1,5 м\ ширина шлюзов
принимается равной 1,0—1,25 — 1,5 — 2,0 л«, вследствие чего
пропускная способность шлюзов может изменяться от 0,94 м3!сек
до 5,3 мЧсек.
Блок А представляет собой прямоугольную раму (рис. 17,
узел А); при одноочковой трубе блок замоноличивают с бортовыми
(стенными) блоками Г; при двухочковой трубе два рядом поста-
вленных блока А замоноличивают, заполняя бетоном пазухи между
ними.
Затвор с плоской обшивкой и подъемник к нему приня-
ты типовыми. Рама затвора забетонировывается в паз блока А.
Таблица 7
в	100	125	150	200	100	125	150	200
100		z = £	1,44	1,98		1,70	z = 15 2,02	2,75
125	—	1,50	1,80	2,44	1,77	2,23	2,68	3,65
150	1,40	1,84	2,15	3,00	2,20	2,85	3,35	4,50
100	1,41	z = 2( 1,78	Э 2,16	2,91	1,47	Z 1,86	= 30 2,25	3,02
125	1,91	2,41	2,91	3,92	2,02	2,51	3,04	4,09
150	2,39	3,07	3,63	4,90	2,59	3,32	3,92	5,27
28
Для успокоения потока в трубе устраивают небольшой водобой-
ный колодец и за шлюзом русло канала крепят шероховатыми пли-
тами (блоки JT), в наружную поверхность которых втоплены ще-
бенки.
Пропускная способность шлюзов в м3/сек определяется по таб-
лице 7, в которой глубина на пороге шлюза Нф, ширина шлюза В
и разность уровней верхнего и нижнего бьефа z даны в см.
§ 2. ШЛЮЗЫ С ЗАБРАЛЬНОЙ СТЕНКОЙ
Такие шлюзы могут держать перед собой большие разности
уровней верхнего и нижнего бьефов z и пропускать большие рас-
ходы. На рисунках 18 и 19 показан шлюз с забральной стенкой;
монтируется он так же, как и предыдущий шлюз со следующими
отличиями: ставят два блока Б и пространство между стенами,
собираемыми из блоков Г, перекрывают коробчатыми блоками М,
образующими мост пролетом 2В + 0,5 м, дно шлюза собирают
из блоков-плит К.
На рисунке 18 дан продольный разрез и два полуплана шлюза:
верхний полуплан для подпорного шлюза, нижний — для шлюза
регулятора, отводящего воду из канала. На рисунке 19 — попе-
речные разрезы и детали сборно-блочного шлюза с забральной
стенкой.
Пропускная способность в мЧсек шлюзов с забральной стен-
кой определяется по таблице 8.
Таблица 8
н	а	80						100				
	''2ХВ	30	40	50	60	70	80	30	40	50	60	70
200	2 • 125 2 • 150 2 • 200	4,92 6,56	4,95 5,94 7,92	6,72 8,07	6,72 8,07	—	—	5,90 7,08 9,44	8,28 9,93	8,28	—	—
225	2 • 125 2 • 150 2 • 200	—	7,24	5,32 6,39 8,52	7,18 8,61 11,48	7,18 8,61 11,48	—	8,52	7,92 10,56	8,95 10,74	8,95 10,74	—
250	2 • 125 2 • 150 2 • 200	—	—	7,90	6,63 8,84	7,60 9,12 12,16	7,60 9,12 12,16	—	9,52	8,25 11,00	9,50 11,40	9,50 . 11,40
275	2  150 2 • 200	—	—	—	—	9,32	7,53 10,04	—	—	—	—	—
Примечание: а, Н, В, z даны в см.
29
Глава IV
ДЮКЕР НА КАНАЛЕ
§ 1. ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Составить проект дюкера через суходольную балку, поперечное
сечение которой изображено на рисунке 20. Берега балки сложены
Рис. 20. Продольный профиль по трассе дюкера.
средним суглинком с содержанием глинистых и илистых фракций
до 19%; русло сложено песками. Грунтовые воды стоят на глубине
12
!2 Чм^/сен.
9
6
3-
0
			9			9			
		6					6		
3								3	
									
Фебр.	март	Апрель	Май	июнь	июль	чбгусл.	Сент.	Опт.	HOHff.
Рис. 21. График расходов, пропускаемых дюкером.
2,0 м от дна русла, отметка уровня максимального паводка 78,2
отметка дна подводящего канала 97,0 м. Ширина канала по дну
6 м, заложение откосов полуторное, коэффициент шероховатости
0,025, уклон дна 0,00027. Режим канала и его гидравлические эле-
30
менты характеризуются таблицей 9 и гидрографом, приведенным
на рисунке 21.
Таблица 9
h	V	Q
1,90	0,80	12,0
1,61	0,74	9,0
1,27	0,65	6,0 .
0,85	0,52	3,0
0,92	0,47	3,0 (зимой)
§ 2. КОНСТРУКЦИЯ СООРУЖЕНИЯ
Примем верхние участки труб дюкера из железобетона, а сред-
ние и низкие — из дерева. Деревянную трубу начнем с того места,
где напоры в трубах будут не меньше 5—6 м, считая от верха трубы;
при таких напорах дерево будет достаточно пропитано водой и не
будет загнивать. В тальвеге балки трубы укладываем на железо-
бетонной эстакаде.
Число труб дюкера определяется экономическими подсчетами
путем сопоставления нескольких вариантов с различным числом
труб (2—4). Устройство одной трубы при непрерывной подаче воды
недопустимо, так как при ремонте пришлось бы прекращать по-
дачу. Кроме того, при пропуске через одну трубу малого расхода
сильно уменьшились бы скорости течения и труба могла частично,
а иногда и полностью заилиться.
Рассмотрим следующие варианты. Диаметр труб определим
исходя из скорости течения, обычно принимаемой в дюкерах около
1,5—2,0 м/сек (чем меньше наносов в воде и чем мельче они, тем
меньше скорость).
В первом варианте ставят две трубы диаметром 2,0 м, во вто-
ром — три трубы диаметром 1,75 м и в третьем — четыре трубы
диаметром 1,5 м. Во всех вариантах длины труб одинаковы, также
одинаковы длины входа и выхода из труб и длины эстакады. Тол-
щина деревянных труб одинакова во всех вариантах, толщина
железобетонных труб незначительно больше для первого варианта
по сравнению с третьим.
В таблице 10 приведены некоторые характеристики вариантов,
из которых видно, что строительная стоимость первого варианта
меньше, чем других вариантов; с точки зрения эксплуатации
первый вариант предпочтительнее остальных, в которых одна из
труб работает только при пропуске наибольшего расхода (т. е.
в течение 2х/2 месяцев), в остальное время она стоит без исполь-
зования.
В первом варианте расход 3 м3/сек пропускается в зимний пе-
риод; глубина воды в канале при ледяном покрове 0,92 м. В это
31
Таблица 10
Расход, м*1сек	12	9	6	3	Общий периметр труб, м	Ширина, м	
						входа	эста- ' кады
Число работающих труб d = 2,0 м		2	2	1	1	12,56	5,6	6,5
							
Скорость, м/сек		1,9	1,43	1,9	0,95			
							
Число работающих труб d — 1,75 м		3	2	2	1	16,50	7,95	8,85
Скорость, м/сек .......	1,67	1,88	1,25	1,25			
							
Число работающих труб d = 1,5 м		4	3	2	1	18,84	9,8	10,7
Скорость, м/сек		1,7	1,7	1,7	1,7			
время в воде содержится наименьшее количество наносов, к тому
же и наиболее мелких, поэтому нет оснований опасаться заиления
труб. Кроме того, работая трубами поочередно, можно в случае
необходимости промывать одну из труб через люк, устраиваемый
над руслом.
§ 3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
Сначала определим приближенно отметку дна отводного ка-
нала и, зная ее, вычертим трассу дюкера, по которой и уточним
гидравлический расчет.
Определим гидравлические потери при пропуске наибольшего
расхода 12 м3/сек. Длина дюкера около 500 м. Примем приближенно
коэффициенты местных потерь: на вход 0,5, на выход 0,3, на
закругления 0,2, на трение (по акад. Н. Н. Павловскому \ при
п = 0,0125)
г ___ 2gL _ 19,62 - 500_о R
'Тр — С2Л —	722.05	— 0,0.
1 Н. Н. Павловский. Гидравлический справочник, ОНТИ, М.—Л.,
1937, стр. 146.
32
Общий коэффициент системы будет Сс — Ж — 4,8. Гидравли-
ческие потери в дюкере составят:
А» = ^=4,8^ = 0,88 м;
отметка дна отводного канала при этом будет равна.4
97,00 — 0,88 = 96,12 м.
Зная примерно отметку дна отводного канала, вычерчиваем
продольный профиль по трассе дюкера (рис. 20). Началом конец
труб расположим на 2 м от бровки откоса балки. На первых 60 м
трубу делаем железобетонной; в конце этого участка напор над
верхом трубы будет не менее 5,5 м\ следовательно, далее можно
укладывать деревянную трубу. По конфигурации склона трубы
укладываем с одним поворотом (закруглением) в 7°, далее по го-
ризонтали переходим на правый берег, где, поворачивая деревян-
ную трубу на 4 и 7°, подходим опять к участку железобетонной
трубы длиной 35 м.
Посредине первой железобетонной трубы делаем шов; вторую
трубу устраиваем цельной, без шва; для уменьшения напряжений
от колебаний температуры покрываем их слоем грунта в 1 м над
верхом труб. Над руслом балки деревянные трубы укладываем
на железобетонных эстакадах.
Установив трассу дюкера, уточним гидравлический расчет.
Длина железобетонных труб Lx = 95 ле, деревянных Л2 = 365 л/.
Коэффициент потерь на трение найдем по формуле:
_____ 19,62  460_о р
'ТР ~ "75а • 0,5 ~	’
где п для железобетона и для дерева принят равным 0,012 х.
Коэффициент потерь на вход примем равным 0,5; коэффициент
потерь на выход найдем из выражения:
(1 ——У = fl —-тфУ =0,34,
\ у /	\	1,9 /	’ ’
где — скорость в канале;
v — скорость в трубе.
Коэффициент потерь на повороты примем по Н. Н. Павлов-
скому * 2 для углов поворота в 7—4—7° равным Сп = 0,16. Общий
коэффициент потерь будет равен 4,2 и потери:
,	- у2 , о 1,9® п „о
4,2 • 19 б2 0,78 м.
1 Н. Н. Павловский. Гидравлический справочник. ОНТИ, М.—Л.,
1937,стр. 123.
2 Н.Н.Павловск ий. Гидравлический справочник. ОНТИ, М.—Л
1937, стр. 300.
2 Е. А. Замарин
33
К этим потерям следует прибавить потери в решетке, устана-
вливаемой перед дюкером.
А. Р. Березинский дает следующую формулу1 учета потерь
напора в решетках, учитывающую влияние элементов решетки на
потери:
₽ (yqzy) ’ [2,3 у 4-2,4 у 4-81 sin а-2^-,
где I — ширина спиц, равная 12 см\
Р — коэффициент, равный для прямоугольных спиц с округ-
ленными гранями 0,318;
д — толщина деревянных спиц, равная 3 см\
b — ширина просвета (прозора) между спицами, равная 5 слг;
а — угол наклона спиц к горизонту 90°;
— скорость в канале, равная 0,8 м/сек.
Подставляя значения величин в формулу, получим:
" 3,2 z—3 см.
Следовательно, общие потери будут составлять 0,78 + 0,03 —
= 0,81 м, и отметка дна отводящего канала будет равна 96,19 м.
Рассмотрим пропуск иных расходов. Расход 6 м3/сек пропу-
скается через одну трубу при закрытой другой трубе; следова-
тельно, гидравлические условия сохраняются такие же, как и при
пропуске 12 м3/сек через две трубы. Пропуск 9 м3/сек может про-
водиться через две трубы — по 4,5 м3/сек через каждую. Расход
3 м3/сек пропускается через одну трубу при той же разнице уров-
ней воды в подводящем и отводящем каналах, что и при расходе
12 м3/сек, т. е. при 0,81 м, в то время как для пропуска меньших
расходов потребуется и меньшая разность уровней в начале трубы
и за трубой. Так как уровни в каналах определяются пропускае-
мыми через них расходами и в рассматриваемом случае для отво-
дящего канала он будет равен 96,19 4- 0,85	97,04 м, а для под-
водящего 97 + 0,85 = 97,85 м, то очевидно, что уровень в начале
трубы будет меньше последнего. Уровень в начале трубы у можно
подсчитать по уравнению:
у = 97,04 + С 4,
где £ — суммарный коэффициент потерь, соответствующий про-
пуску расхода 3 м3/сек.
Этот коэффициент мало отличается от ранее полученного 4,2
вследствие меньших потерь на выход, оцениваемых здесь коэф-
фициентом
(1-^=0,2,
1 А. Р. Березинский. Исследование потерь напора в решетках
водозаборных сооружений. «Труды гидравлической лаборатории Водгео,
Стройиздат, 1941.
34
вместо прежнего 0,34; здесь 0,52 и 0,95 — скорости течения в ка-
нале и в трубе. Следовательно, £ = 4,06 и потери в трубе будут
составлять
4’06-Sl'==0’19
la,04
значит, уровень воды в начале трубы будет равен 0,19 + 97,04 ==
= 97,23 м, т. е. на 97,85 — 97,23 = 0,62 м ниже, чем уровень
воды в подводящем канале.
В тех случаях, когда уровень воды в начале трубы стоит
ниже уровня воды в подводящем канале, возможно образование
Рис. 22. Продольные разрезы по оголовкам дюкера:
1 — спицы; 2 — шандорный паз; 3 — решетки; 4 — затвор.
гидравлического прыжка в трубе с сопутствующими ему толч-
ками, вредно сказывающимися на прочности трубы и нарушаю-
щими спокойную работу. Для уничтожения прыжковых явлений
в трубе предлагаются различные конструкции; некоторые из них
приведены на рисунке 22.
В первой конструкции (рис. 22, а) на выходе из трубы устана-
вливают спицы, подпирающие уровень в начале трубы до уровня
воды подводящего канала. Конструкция проста и дешева, но
сложна в управлении, так как находится не на входе, а на выходе
из дюкера.
Во второй конструкции (рис. 22, б) при входе в трубу пони-
жают дно и устанавливают затвор: понижение дна назначают
таким, чтобы вытекающая из-под щита струя оказывалась зато-
пленной уровнем воды в начале трубы; очевидно, что щиты должны
быть полностью подняты при пропуске максимального расхода;
2*
35
такие щиты будут высокими с тяжелыми и дорогими подъемниками,
в силу чего это решение нельзя рекомендовать.
В третьей конструкции (рис. 22, в) перед входом в трубу устраи-
вают водобойный колодец; прыжок в колодце должен быть зато-
плен уровнем воды в начале трубы.
В четвертой конструкции (рис. 22, г) ограничиваются неболь-
шим понижением дна входа в трубу. Эту конструкцию можно ре-
комендовать тогда, когда уровень воды в начале трубы близок
к уровню дна подводящего канала, что и имеет место в нашем слу-
чае. Больших скоростей в канале вследствие кривой спада не при-
Рис. 23. Вход в дюкер сборной конструкции:
а — продольный_р азрез; б — план (мостики сняты); в — фасад; г — поперечный
разрез.
ходится опасаться, так как, во-первых, работает только одна из
двух труб, а во-вторых, критическая скорость в канале (т. е. наи-
большая из возможных) будет невелика.
В самом деле, если считать ширину входа в трубу 2 м (в даль-
нейшем уточняется расчетом), то:
Лк = 0,47?8/» =0,47	=0,62 м,
чему соответствуют живое сечение канала 3,97 м2 и скорость
0,76 м/сек, неопасная для русла канала.
Предварительные расчеты позволяют выбрать размеры соору-
жения.
Расстояние между осями труб примем 3,15 м, тогда при тол-
щине стенок железобетонных труб 0,10 м расстояние в свету между
36
трубами будет 0,95 м, что достаточно для удобной укладки грунта
между трубами. При толщине деревянных труб 0,05 м и высоте
башмака не более 0,1 м расстояние в свету между трубами будет
около 0,85 м, что достаточно для удобства их монтажа и прохода
между ними по эстакаде (рис. 24).
Вход в трубы разделяем бычком толщиной 0,65 м, при которой
в бычке не появляется растягивающих напряжений при наиболь-
шем уровне перед дюкером и одной выключенной трубе (пропуск
6 м3/сек). Толщина бычка 0,65 м достаточна для устройства в нем
пазов для шандор глубиной по 0,12 м. Перед бычком ставим метал-
лическую решетку из полосового железа или временную деревян-
ную решетку. Для удобства очистки ставим решетку под углом
80° и опираем ее на железобетонный мостик, за которым распола-
гаются пазы для шандор.
Так как пропуск воды через трубы не регулируется, можно
обойтись без щитов, одними шандорами, которыми можно только
полностью закрыть вход в трубу.
Конструкция входа показана на рисунке 23, конструкция вы-
хода аналогична, здесь лишь нет решеток. Ширина входа равна
2,5 м; при Этом расход, пропускаемый одним отверстием при глу-
бине воды в канале 0,85 м, будет:
Q = ebMH3^ =0,97 • 2,5 • 1,62 : 0,853^ =3,07 м3/сек,
что почти совпадает с заданным.
Из формулы расхода видно, что при принятой конструкции входа
в канале не будут развиваться опасные для размыва русла скорости.
§ 4. РАСЧЕТ ДЕРЕВЯННОЙ ТРУБЫ
На трубах диаметром не более 1,4 м на бандаже ставят один
башмак, при большем диаметре — два башмака. В нашем случае
примем по два башмака на бандаж.
Опоры под трубы ставим через 3 м, с углом охвата 135°. В углах
поворота трубы плавно закругляются по радиусу не меньше
100 d (в нашем случае 200 м). Закругление достигается путем из-
гиба клепок.
Примем расстояние между бандажами 15 см и радиус бандажа
1 см. Напряжение в бандаже найдем по уравнению:
Р а (pR 1,5/>8 + аус)
б = --=----------s----- ,
О)	пг
где г — радиус бандажа, равный 1 см;
R — радиус трубы, равный 100 см;
а — расстояние между бандажами 15 см;
б — толщина клепки 5 см;
w — напряжение дерева от разбухания;
р — гидростатическое давление по оси трубы, равное без
учета потерь 98,9—81,3 = 17,6 м, или 1,76 кг/см2; здесь
81,3 м — отметка оси трубы в пониженной ее части.
31
Сумма, стоящая в скобках, представляет собой растягивающее
бандажи усилие, приходящееся на 1 пог. см трубы и составляю-
щееся из гидростатического давления pR, усилия от первоначаль-
ного натяжения бандажей, принимаемого равным 1,5 рд, и усилия
от набухания дерева wS.
По ГОСТ 3393-46 при проектировании деревянных напорных
трубопроводов для гидроэлектрических станций д принимается
блок Ф
Рис. 24. Железобетонная сборная эстакада:
а — поперечный разрез; б — вид сбоку.

равной 7,1 см при R = 100 см, и напряжение в бандаже находим
по формуле:
° = й(^^)-=1110 кг/см* < [ар].
Напряжение на смятие поперек волокон проверяем по формуле
(при т\>0,8 см):
°СМ = 2(Л + &) =32,6 кг!см* < [асм]90-
Напряжение дерева на смятие под бандажами:
___Р	3588 о/о / а
г (R + б) “ 1 (100 + 5) “ 34,2 Кг!СМ ’
что также допустимо.
38
Напряжение в дереве клепок на изгиб:
W ~~ 862 — 12
кг]см\
На рисунке 24. дана конструкция сборной железобетонной
эстакады. Опоры рам устанавливают на бетонных подушках,
устраиваемых в открытых котлованах.
Рис. 25. Спускной люк трубы дюкера:
1 — клемма; 2 — ось клеммы; з — болт; 4 — выпуклый диск; 5 — ось вращения
диска; 6 — стальные отливки; 7 — бандажи.
Раму собирают отдельно для каждой трубы из стоек-блоков Р, на-
садки и фундамента из блоков Фи двухконсольных балок блоков Е;
детали такой рамы аналогичны деталям рамы ливнеспуска (рис. 8).
На рисунке 25 показана конструкция люка для спуска воды
из трубы дюкера перед осмотром и ремонтом.
Люк состоит из прямоугольной в плане отливки, очерченной
по линии А—Б радиусом трубы в 1 м. По сторонам А и А сделаны
прорези для головок бандажей, поддерживающих люк и расста-
вленных на тех же расстояниях, что и в остальной части трубы
(т. е. через 15 см). По сторонам Б и Б сделана полочка, на которую
укладывается целое число клепок, стесанных на толщину полочки.
Люк закрывается выпуклым диском 4, могущим вращаться на оси 5.
Диск прижимается к отливке клеммами 2, свободно вращающимися
вокруг осей 2; диск прижимается к отливке болтами 3.
39
Глава V
СУДОХОДНЫЙ ШЛЮЗ НА ОРОСИТЕЛЬНОМ КАНАЛЕ
§ 1. ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ
На оросительном канале, используемом одновременно и для
местного водного транспорта, в месте сосредоточенного понижения
поверхности земли намечено построить судоходный шлюз с грун-
товой камерой.
Габариты и грузоподъемность судов, плавающих по каналу,
указаны в таблице 11.
Таблица И
Суда	Длина, м	Ширина, м	Осадки, м		Грузоподъем- ность
			с грузом	в порож- нем со- стоянии	
Несамоходные деревянные баржи Буксир 	  .	25 20 28 8	6,5 5.0 6,5 3,0	0,65 0,85 0,50 0,55 0,40	0,22 0,42 0,20	60 т 90 т 75 пассажи- ров и 2,5 т груза 3 т
Пассажирский катер						
Лодки 						
Грузовой караван составляется из буксира и двух баржей
гусем, в канале — пыжом с толкачом.
Ширина канала по дну 15 м (рис. 26), заложение откосов двой-
ное, уклон дна 0,0003, коэффициент шероховатости 0,0275; нор-
мальный расход канала 11,5 мЧсек, наибольший расход 17,2 мЧсек.
Таблица 12
Q		h	Р	
11,5	0,61	1,1	3,4	15,7
17,2	0,69	1,4	3,5	12,7
10
В таблице 12 приведены: расходы Q м3!сек, скорости v м[сек,
глубины h м, транспортирующие способности р кг/м3 и относи-
тельные ширины потока р —	, где т — 2 — коэффициент
заложения откосов канала в лессовом грунте, b — ширина канала
по дну.
Падение местности у судоходного шлюза равно 2,0 м.
При шлюзовании не допускаются подпоры и спады уровня у во-
рот шлюза более чем на 10 см, как затрудняющие судоходство и оро-
шение, поэтому вдоль шлюза устраиваем обводной канал, пропу-
скающий расход на орошение во время шлюзования.
§ 2. КАМЕРА ШЛЮЗА
Камеру шлюза принимаем с откосами полуторного заложения,
защищенными наброской из камня со щебнем (25 см} по гравели-
Рис. 26. Поперечное сечение канала.
Рис. 27. Поперечное сечение камеры шлюза:
1 — нижние ворота; 2 — причальные тумбы; з — крепление откосов и дна.
сто-песчаному слою (20 см}, так же защищается и дно камеры.
Длина камеры 100 м, ширина по дну 8 м (рис. 27).
Наполнение и опорожнение камеры шлюза можно вести или
из обводного канала, тогда будут созданы условия, спокойного
ввода и вывода судов из шлюза, или через головы шлюза, когда
ввод и вывод судов из шлюза, при наличии обводного канала, также
будет несложен. В эксплуатации проще вторая схема, примем ее
и рассмотрим подробнее.
В верхней голове камеры предусматриваем установку сегмент-
ного затвора (рис. 28), опускающегося за стенку падения и пропу-
скающего над собой суда; ставить здесь створчатые ворота и пре-
дусматривать обводные водоводы для наполнения шлюза затруд-
41
Продольный разрез
Рис. 28. Верхняя голова шлюза:
1 — сегментный затвор; 2 — успокоители потока; з — сваи направляющих
пал; 4 — донное уплотнение.
нительно вследствие небольшой высоты ворот. Камера напол-
няется водой, истекающей из-под сегментного затвора.
Для сообщения между берегами на сегментном завторе устроен
шарнирный служебный мостик, складывающийся на верхнюю ферму
сегментного затвора при его опускании. Перед затвором и за ним
делаем пазы для шандор.
Энергия воды, вытекающей из-под затвора, гасится двумя го-
ризонтальными балками, поддерживаемыми устоями и тремя
стойками. Размер успокоителя уточняем лабораторными исследо-
ваниями модели.
Нижняя голова шлюза (рис. 29) оборудуется двустворчатыми
воротами; в шкафной части прокладываются два водовода; вход
в водовод закрывается плоским колесным затвором; входное се-
чение водовода 1,5 X 2 м. Перед воротами и за выходом водовода
предусматриваются пазы для шандор.
Длина полотна ворот I = у, где при ширине камеры Ъ =
= 8 м глубину шкафа d принимаем равной 0,1 Ь, т. е. 0,8 м и угол
порога короля 9 = 22°, тогда I — УЧЬ м и стрелка
/=±Й1 = 1,62 м.
Длину шкафа принимаем /ш — 1,15 Z^5,5 м.
Обводный канал начинается в 150 м от верхней головы шлюза
(рис. 30); на входе его ширина по дну постепенно уменьшается
с 15 до б.и, а глубина увеличивается с 1,1 до 1,85 м. Заложение
откосов полуторное. Близ верхней головы на обводном канале
ставим перепад с тремя пролетами по 1,5 м и двумя бычками по
0,75 м (рис. 31). Число пролетов перепада и их размеры выбраны
так, чтобы при пропуске расхода 11,5 м3!сек. были полностью от-
крыты два крайних пролета, а при пропуске расхода 17,2 м3/сек —
частично все пролеты.
Действительно, при Q = 11,5 мЧсек имеем:
<2 =	= 1,6 • 0,95 • 3 • l,853/s = 11,5 м^сек-,
пренебрегая скоростным напором, получим Н = 1,85 м.
Для пропуска расхода 17,2 мЧсек щиты нужно приподнять на
h = 1,22 м; действительно, при глубине воды перед щитами 2,15 м
с учетом скоростного напора имеем:
Q ~ y&xhb V2g (2,15 — а/г) = 17,2 м*}сек.
Подставляя <р = 1, 8 = 0,95, а = 0,65 (по Н. Е. Жуковскому),
получаем b = 4,5 м.
В первом случае глубина воды в створе щитов будет не выше
Лкр = 0,6Я — 0,6 ♦ 1,85 = 1,11 м, поэтому ограничение подъема
щитов на 1,22 м (во втором случае) не нарушает условий пропуска
11,5 мЧсек.
43
Рис. 29. Нижняя голова шлюза:
1 — полотна ворот; 2 — водоводы; 3 — сваи направляющих пал.
За перепадом придаем каналу
ширину по дну 12 м с уклоном
0,0004.
Конструкция перепада дана на
рисунке 31.
Вследствие большей глубины
воды перед перепадом (1,85 ж), по
сравнению с глубиной в ороситель-
ном канале (1,1, м), а также учета
уклона дна канала за перепадом
(около 0,1 м), высота стенки
падения будет составлять 2 —
(1,85—1,10) —0,1 = 1,15 м. Большая
разница в ширине перепада (6,0 м)
и в ширине канала за перепадом
(12,0 м) может повести к образо-
ванию сбойного течения в канале
за перепадом; для предупрежде-
ния этого явления или, по край-
ней мере, значительного его ос-
лабления отверстия перепада уст-
раиваем расходящимися, с цент-
ральным углом каждого отвер-
стия 6°.
Для успокоения воды на вбдо-
бое ставим искусственную шерохо-
ватость, а в конце его — два ря-
да железобетонных столбов.
На рисунке 32 показана кон-
струкция перепада, монтируемого
из железобетонных блоков: стен-
ных Г, донных К, на входе блока Б
(см. рис. 19 и рис. 13), крепле-
ния 0. В обратных стенах для по-
вышения устойчивости их на го-
ризонтальное заплечико блока Г
уложены плиты-блоки 0. Стенка
падения и выходная, в которой
втоплены железобетонные пирсы,
устроены из монолитного бетона.
Как видно из рисунков 31 и 32,
перепад сборно-блочной конструк-
ции не сложнее монолитного, де-
шевле его и быстрее возводится;
его следует предпочесть монолит-
ному.
План судоходного шлюза и
обводного канала показан на ри-
Рис. 30. План сооружений гидроузла:
судоходный шлюз; 2 — обводный канал; з—перепад; 4— входные палы; 5 — выходные палы.
45
a
Рис. 32. Перепад сборной конструкции:
а — продольный разрез; б — план.
сунке 30. Перед головами шлюза ставим направляющие палы из
железобетонных свай на длине 30 м (примерно равной длине судна);
для отстоя каравана судов отведен участок канала длиной 120 ж;
за этим участком начинается обводный канал.
§ 3. НАПОЛНЕНИЕ КАМЕРЫ
Рассмотрим наполнение камеры при расходе воды в канале
11,5 м3!сек, когда начальная глубина в ней равна 1,1 л и конеч-
ная — 3,1 м. Емкость камеры составится из емкости призмы на-
полнения 2860 ж3 и ем-
костей верхней головы
8-8-2 = 128 м3 и нижней
головы 7-8 -2 — 112 м3,
а всего 3100 м3.
Для наполнения каме-
ры при закрытых воротах
нижней головы равномерно
поднимаем сегментный зат-
вор верхней головы на та-
кую высоту h, при которой
из-под щита будет проте-
кать 12,5 м31сек; меньшие
расходы, как показали пре-
дварительные расчеты, ве-
дут к увеличению време-
Рис. 33. Расчетная схема наполнения
камеры шлюза.
ни наполнения шлюза; рас-
ходы большие 13 м3!сек
могут повлечь снижение
глубин в верхнем канале.
Высоту поднятия затвора найдем из уравнения:
Q==ybhV2g\H —0,5 Д);
12,5 — 0,8 - 8 - 4,43 - h у 1,1 —0,5 h,
здесь 1,1 м — глубина воды в верхнем канале. Вычисляя, находим
h ~ 0,48 м (рис. 33).
Определим также средний расход воды, вытекающей из-под
щита; при средней величине открытия h = 0,24 м он оказывается
равным около 6,3 м31сек — это и будет (приближенно) средний
расход за время подъема затвора.
Примем время подъема затвора на 0,48 м равным 21 сек; за это
время в шлюз втечет 6,3 • 21 — 130 м3 и останется в верхнем
канале (И,5—6,3) -21 = 109м3. Указанные выше 130м3поднимут
уровень воды в шлюзе на 10 см (подсчеты опускаем), а оставши-
еся в канале 109 м3 поднимут в нем уровень у головы шлюза на
АЛ, которое приближенно может быть найдено из зависимости:
. 4£-В=109,
Ъ А

где В — ширина зеркала воды в канале, равная 19,4 ж;
i — уклон канала.
Получаем Д/г — 6 см, длина подпора приблизительно будет
ДА ппп
равна -j- = 200 м.
Далее установим время, в течение которого уровень воды
в шлюзе поднимется до центра отверстия под щитом, поднятым
на 0,48 м. Высота стенки падения шлюза равна 2 м, глубина воды
в шлюзе к моменту поднятия затвора на 0,48 м составит 1,1 4-
+ 0,1 = 1,2 м\ следовательно, до центра отверстия уровень воды
должен быть поднят на 2—1,2 4- 0,48 : 2 = 1,04 м.
В течение этого времени расход наполнения шлюза будет
постоянным и равным 12,5 мЧсек, а объем, соответствующий
подъему уровня на 1,04 м, будет равен (подсчеты опускаем) 1491 м3.
Заполнение такого объема займет 1491 : 12,5 = 119 сек.
За время 119 сек из верхнего канала, помимо притока, будет
изъято (12,5—11,5) • 119 = 119 ж3, что почти полностью срабо-
тает накопление воды в канале (109 л«3) за время подъема за-
твора.
Далее вода будет поступать в судоходный шлюз в условиях
затопленного истечения. Не перемещая затвора, продолжим по-
ступление воды до такого поднятия уровня в шлюзе, когда он бу-
дет стоять на 0,10 м ниже уровня в верхнем канале, после чего
начнем равномерно опускать сегментный затвор в углубление
водобоя.
Время поднятия уровня воды в шлюзе до перепада z = 0,1 м
найдем из формулы:
у, 	2W\ /1 -| z
где hx — высота поднятия уровня, равная 0,76 (рис. 33);
z — остаточный напор в момент перед опусканием сегмент-
ного затвора, равный 0,1 ж;
— объем призмы шлюза, соответствующий высоте hx и
равный (подсчеты опускаем) 1296 ж3.
Подставляя значения величин в формулу, получим Т\ =
= 136 сек.
Опускание затвора займет 55 сек; тогда время наполнения шлюза
будет:
Т = 21 4- 119 + 136 4- 55 = 331 сек?=«6 мин.
За время Тг из канала будет взято воды меньше притока
136- 11,5 — 1 296 = 164 м3, это может вызвать подъем уровня
воды в нем на 7 см.
В дальнейшем, если бы не было обводного канала, уровень
верхнего канала стал бы интенсивно повышаться.
Для стабилизации уровня верхнего канала делаем обводной
канал с перепадом, на котором на 101-й секунде периода времени
48
Тг начинают поднимать затворы двух крайних пролетов, полностью
открывая их в течение 35 + 55 = 90 сек; таким образом, их пол-
ное поднятие совпадает с полным опусканием сегментного зат-
вора.
§ 4. ОПОРОЖНЕНИЕ КАМЕРЫ
Коэффициент расхода водовода нижней головы шлюза найдем
по формуле:
и==Тг ’
где £ — сумма коэффициентов местных потерь: на вход 0,5, на
два поворота по 90° каждый 2 • 0,35 — 0,70, на выход 1,0, на
трение 0,1, следовательно:
р, = 1: /0,5 4- 0,7 +1,0 -{-0,1 =0,66.
Затворы будем поднимать равномерно в течение Т2 сек до пол-
ного открытия отверстия; например, за время t сек от начала подъема
затворов живое сечение отверстий будет составлять со , где
2
co — полное живое сечение двух отверстий, равное 2 • 1,5 • 2 =
- 6,0 ж2.
За t сек уровень воды снизится на у, и расход в этот момент
будет равен
2g (Я —у) ,
где Н — первоначальный напор в шлюзе над уровнем нижнего
канала, равный 2,0 м.
Для подсчета дальнейшего понижения уровня воды в шлюзе
можем написать:
(10)-^-у2g (Я — у) dt—Qdy,
где Q — площадь зеркала воды в камере при снижении уровня
на у м.
Заменяя переменную Q средней постоянной и интегрируя урав-
нение в пределах 0—Т2 и 0—yQ, где yQ — понижение уровня
в камере за время Т2, получим:
/2^ = 4W, (1/^- - уГ
\ У Уо У Уо /
где W2 — объем сливной призмы высотой у0, считая от верхнего
уровня воды в шлюзе.
Примем у0 = 0,60 м, тогда W2 = 1065 м3 и Т2 = 93 сек.
49
Дальнейшее снижение горизонта воды в камере на величину
Я-2/0 = 2-0,6 = 1,4 м произойдет в течение Т3 сек.
г, -	- .. - 2(3100 -1056) _ .
-X	~ .  —  —— 	—		.	 J. С/ «	ОС»*' •
|Л<О У 2g (Н — у0)	0,66 • 6 • 4,43 У 1,4
Таким образом, опорожнение камеры произойдет в течение
93197 = 290 сек ^5 мин.
§ 5. ШЛЮЗОВАНИЕ СУДОВ
Время, необходимое на шлюзование караванов судов, полу-
чается как сумма затрат времени на отдельные операции, а именно:
ввод каравана из нижнего канала в шлюз......................  12	мин
закрытие нижних ворот......................................... 1	»
наполнение камеры............................................. 6	»
вывод каравана из шлюза в верхний канал...................... 10	»
ввод судов из верхнего канала в шлюз......................... 12	»
поднятие сегментного затвора.................................. 1	»
опорожнение камеры шлюза...................................... 5	»
открытие нижних ворот......................................... 1	»
вывод судов из шлюза в нижний канал.......................... 10	»
58 мин
Суда вводят со скоростью 0,4 м/сек, выводят — 0,5 м/сек.
Управление затворами электрифицируется.
При движении судов вверх шлюзование проводят в таком по-
рядке: при поднятом сегментном затворе у верхней головы (т. е.
при закрытом пролете верхней головы) суда вводят из нижнего
бьефа в шлюз, после чего ворота закрывают; до закрытия ворот
воду пропускают по обводному каналу.
После ввода судов из нижнего бьефа в камеры шлюза ворота
закрывают, затворы перепада опускают и начинают наполнять
камеры шлюза из-под сегментного затвора.
Глава VI
ГРАВИТАЦИОННАЯ ПЛОТИНА
§ 1.	УСЛОВИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Водохозяйственными расчетами установлена возможность и
экономическая целесообразность использования стока реки для
выработки электроэнергии и орошения путем подъема уровня реки
до отметки 151 м и создания водохранилища общей емкостью
2,2 км3. Расчетный расход паводка, с учетом аккумуляции части
стока в водохранилище, составляет 9350 м3!сек при глубине в реке
13 м\ меженный расход равен 100 м31сек.
Сработка уровня водохранилища равна 20 м, объем призмы
сработки, составляющий 1,4 км3, используется на деривационной
1/0,0
72,0
72,0
/20.0
100,0
^Врезка подошбы плотины
__________________________________________ъ6Р,0_______/
Рис. 34. Профиль по створу плотины.
гидроэлектростанции с установленной мощностью 100 000 кет
и на орошение. Вода на ГЭС подается через напорные трубопро-
воды, идущие от напорных туннелей правого берега.
В основании плотины залегает водостойкий и морозостойкий
песчаник, прорезанный мелкими трещинами; допускаемое напря-
жение песчаника на сжатие, согласно лабораторным исследованиям,
составляет 12 кг/см2 = 120 т/м2', верхний, сильно выветрившийся
слой в 6 м при строительстве удаляется. Район строительства слабо
сейсмичен (не более четырех баллов). Створ плотины выбран в наи-
более узкой части долины, его профиль приведен на рисунке 34.
По данным Гидр омете л ужбы, наибольшая скорость ветра w по
длине разгона D, перпендикулярной к продольной оси плотины, со-
ставляет w = 18 м/сек и D ~ 4 км. Тогда, по В. Г. Андреянову,
51
амплитуда волны 2h (расстояние от впадины до верха волны)
будет составлять:
2/z==0,0208w	/£ = 1,23 м.
Длина полуволны L равна от 8 до 12 Л, принимаем L — 7 м.
Наибольшая подпорная глубина воды перед плотиной Н = 51 м.
Требуется составить поперечные профили водосливной ’грави-
тационной плотины, высота которой, считая от дна верхнего бьефа
до порога водослива, равна 44 м, для двух вариантов: для бетон-
ной монолитной плотины и для сборной ячеистой плотины.
§2.	ВАРИАНТ БЕТОННОЙ ПЛОТИНЫ
Очертание гуська плотины примем по координатам А. С. Офи-
церова (табл. 13).
Таблица 13
X	0	0,7	2,1	3,5	4,9	7,0	10,5	14,0
У	0,9	0,3	0	0,2	0,7	1,8	4,6	8,6
Далее от конца кривой низовую грань очерчиваем по прямой
с заложением 1 : 0,66.
Коэффициент расхода т = 0,49.
Л/ = т/2^ = 2,17.
По опыту советского гидростроительства примем ширину про-
летов по 20 м и толщину быков по 4 м, тогда на плотине можно
будет разместить 12 пролетов.
Глубину воды над порогом водослива найдем из соотношения:
9350 = 0,97 -2,17 -20- 12 -Н3^,
где 0,97 — коэффициент сжатия.
Решая уравнение, находим Н = 7,0 м.
Ставим плоские колесные затворы размером 20 X 8 м. Вес
затвора по формуле А. Р. Березинского:
Р = 0,055Р]/Р= 111,5 т-
а по формуле П. А. Ефимовича:
Р = 0,157Р /₽ = 89,5 т.
По материалам А. П. Цветкова \ вес затвора находится по ве-
личине произведения 77ц/1 2, где Ни, — расчетный напор над центром
отверстия в м, I — ширина в м. У нас Нц12 — 3,5 • 202 = 1400,
1 А. П. Цветков. Формула для предварительного определения веса
плоских затворов. «Гидротехническое строительство» № 1, 1952.
52
чему, по данным А. П. Цветкова, соответствует 681 кг 1м* или вес
затвора 0,681 • 20 • 8 = 109 тп.
Примем в среднем вес затвора 100 т, следовательно, на 1 пог. м
водослива приходится 100 : 20 — 5 т.
Для снятия с подошвы плотины давления фильтрационного
потока устраиваем дренаж и, учитывая трещиноватость песчаника,
Рис. 35. Поперечный профиль плотины и схема
цементационной завесы.
противофильтрационную цементную завесу глубиной 30 м и
шириной наверху 6 м.
Цементационную завесу устраиваем из трех рядов скважин,
поставленных в шахматном порядке через 2,5 м друг от друга в ряду
и через 2,0 м между рядами на глубину 19—30—9 м (см. рис. 35);
ширина цементационной завесы изменяется от 6,0 м наверху до
2,0 м внизу. За цементационной завесой устраиваем, при укладке
бетона плотины, ряд дренажных колодцев диаметром 0,5 м через
3 м друг от друга, доходящих до песчаника основания; колодцы
53
выводим в кювет галереи (потерны), из которого вода откачивается
в нижний бьеф.
Принятые длины цементационных скважин подобраны из усло-
вия соблюдения примерно одинакового гидравлического градиента
через характерные участки завесы, что устанавливается из сле-
дующих соображений. Путь фильтрации вдоль цементационной
завесы составляет 2 • 31 + 6 = 68 м; потерями через шестимет-
ровый выветренный слой песчаника пренебрегают из-за их малости.
Для плоскости сравнения с отметкой 100 м в точках 0—1—2...—7
будут следующие напоры фильтрационного потока (см.таблицу 14)
при отсутствии воды в нижнем бьефе и распространении завесы
на 1 м ниже конца скважин.
Таблица 14
№ точек
Длина пути фильтра-
ции
Напор
0
1
2
3
4
5
6
7
0
12
22
33
35
46
58
68
0
9,0
16,5
24,7
26,3
34,5
43,5
51,0
5^ q_о
Градиент между точками 7 и 0 будет составлять —— = 8,5;
е .	43,5—9,0 о „	с
между точками о	и 1...	--------=8,6;	между точками 5	и
2.....34,5;-16,5=9|0
Плотина заканчивается уступом высотой а = 10 м, с углом
схода 0 = 25° (рис. 35), который выбираем из условий образова-
ния незатопленного поверхностного прыжка с далеким от плотины
отлетом струи. Как будет видно из дальнейшего, высоту уступа а
и угол схода 0 можно было бы принять меньшими при обеспече-
нии незатопленного поверхностного прыжка, но при этом даль-
ность отлета струи от плотины будет невелика, следовательно,
деформации русла будут вблизи плотины; далее устройством уступа
отчасти компенсируется преобладающее и неблагоприятное влия-
ние на распределение напряжений под плотиной веса быков и
моста при сработке водохранилища. Величины а и 6 устанавли-
ваются несколькими приближенными подсчетами напряжений
под плотиной и дальности отлета струи (эти несложные подсчеты
опущены).
Наименьшую высоту уступа а, по проф. М. Д. Чертоусову,
находим из уравнения:	-г
(h — t cos 6) — (h cos 0 -f- a)2 — f2,
54
где h — глубина воды на конце уступа;
t — глубина воды в нижнем бьефе, при которой должен быть
обеспеченный затопленный донный прыжок за плотиной для случая
схода воды с плотины без уступа.
Для этого случая глубина струи в конце водослива была бы
равна hlf определяемой из уравнения:
q = ^hxV2g{T ~ hx),
где Т = 51 м, = 0,83;
q — удельный расход, равный, вследствие растекания струи
по плотине на ширину бычков, т. е. на (20 -F 4) • 12 = 288 м,
величине q = 9350 : 288 = 32,5 мЧсек. При этих значениях
предыдущее уравнение перепишем в такой форме:
78,3 =hf (51 — h^,
откуда получаем h± — 1,26 м.
Соответствующую hx сопряженную глубину найдем из урав-
нения:
Д2=0,5-1,26	I-]-981 х 12б(хЙг) ~1] = 12,8 м.
Глубина Л2 получилась меньше, чем бытовая — 13,0 м, следо-
вательно, условие затопления данного прыжка выполняется даже
без учета аэрации стекающей с плотины струи и без учета размыва
выветренного слоя песчаника.
Теперь, подставив в ранее написанное уравнение высоты уступа
значения t = 13,0 и 9 = 25°, получим а = 4,5 м.
В дальнейших работах М. Д. Чертоусов предлагает для отыс-
кания высоты уступа следующее уравнение:
С2 = Са(Са + Л) + 2У2С;,
где	г__ * . г ___ а . г ___То .
h ’	h ’	h ’
"к	"к	к
Для определения коэффициента А предлагается таблица 15.
Таблица 15
а	0,10	0,12	0,14	0,16	0,18	0,20	0,216	0,22	0,24
А	0,62J	0,51	0,40	0,28	0,17	0,07	0	— 0,02	— 0,10
Величину а подбирают по написанному уравнению: задавшись
величиной а, по таблице выбирают А и, подставив ее значение
55
в уравнение, находят величину а; подбор продолжают до совпаде-
ния выбранного а с полученным по уравнению, приведенному
на стр. 55.
Дальность отлета х струи с уступа найдем из уравнения:
S /' X \2	. „
у = —- -----д-  X tff 6
у 2 \ v cos 6 /	6
при у = а — 10 м и системе координат, указанной на рисунке
35.
У нас v ~ а : h = 32,5 : 1,26 = 25,8 м/сек, 6 = 25° и х —
= 68,6 м.
На самом деле вследствие гидравлических сопротивлений и
аэрации струи отлет ее будет меньше; если учесть сопротивления
и аэрацию коэффициентом 0,85, то длина отлета будет составлять
58 м.
§ 3.	ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В ОСНОВАНИИ ПЛОТИНЫ
Напряжение по основанию плотины проверим для двух слу-
чаев: 1) полного водохранилища, когда наибольшие напряжения
будут под низовым концом плотины, и 2) опорожненного водохра-
нилища, когда наибольшие напряжения будут под верховой сто-
роной плотины.
Для определения напряжений в основании плотины следует
найти момент удерживающих сил Му относительно точки О (рис.
36), момент опрокидывающих сил Мо, сумму вертикальных сил V,
ее плечо г относительно оси О по уравнению:
Vr = My — Мо,
Таблица 16
Действующие силы, т	Плечи сил, м	Моменты сил, тм
Pt = 2,25 • 8  50 = 900	42,0	37 800
Р2 = 2,25--^--50 =1856	27,0	50112
И Р3 = 2,25	16=198	8,7	1 723
Р4 = 2,25 • 5 • 16 = 180	2,5	450
Р8 = 5 (вес затвора)	43,0	215
Рв = 1 • 3 • 7=21	44,5	935
Сумма	3160		91235
Р7 = — 2,25-4-6 = — 54	40,0	— 2160
Сумма V = 3106	-	Л/у = 89 075
56
далее по г наити эксцентриситет:
где b — ширина подошвы плотины, наконец, напряжения:
ъ V-’ 4 Г
Для подсчета действующих на плотину (на длине 1 пог. м)
сил разобьем поперечный профиль плотины по водосливу на эле-
ментарные фигуры (рис. 36). Удельный вес кладки плотины при-
мем равным 2,25 т!м3.
Подсчеты сводим в таблицу 16.
Сила Р7 учитывает наличие в плотине галереи (потерны), она
вводится со знаком минус ввиду того, что в силе Рг учтена вся
масса кладки этого отсека плотины.
57
Гидростатическое давление на плотину определяем по ГОСТ
3255-46 с учетом нагона волны на плотину при опущенных за-
творах:
,
где
7 4лА2 _ . tzH	2h
h°=~2TahT’ a=~ur-
Ch —
Подставляя ранее полученные значения в формулы, получаем:
Ch	= Ch 22,9 — 0,5 е22»9 = 4,4 • 109,
следовательно,
а^О, СЪЛ22,9я«1
и
/го = О,34, Ах — 1340 m.
Плечо этой силы относительно точки О равно:
Я + Л. + 2Л , 6==23,5 м
О
Взвешивающее (фильтрационное) давление по подошве пло-
тины погашается дренажем и поэтому в расчет не входит; не будем
также учитывать взвешивающее давление по подошве цемента-
ционной завесы ввиду преобладания над ним веса цементационной
завесы.
Как было отмечено выше, в 6-метровом слое выветренного пес-
чаника мы пренебрегаем потерями напора фильтрационного по-
тока, т. е. считаем по этому слою давление воды по гидростатике.
Тогда для случая, когда весь расход забирается на ГЭС и в ниж-
нем бьефе плотины нет воды, давление воды А2 на рассматривае-
мый 6-метровый слой найдется как гидростатическое и равное
Л2=451+~Ьб=324тп.
Подсчет опрокидывающих (горизонтальных) сил сводим в таб-
лицу 17.
Таблица 17
Действующие силы, т	Плечи сил, м	Моменты сил, тм
А, = 1 340 Л2 = 324	23,5 3	31 490 972
у	1664	—	Мо = 32 462
58
По данным таблиц 16 и 17, находим г, ей о:
89 075 — 32 462
3106
= 18,2 м\
е =	18,2 = 4,8 м;
£л
= 3106 /1±6^8\ ио о т!м* и 25,4 т/лЛ
46 \	46 )	'	'
Как видно, напряжения получились несколько меньше допу-
скаемых. Если ширину уступа уменьшить на 2 м, т. е. ширину
4-го отсека сделать не 5 м, а 3 м, а общую ширину основания счи-
тать равной 44 м, то тогда будем иметь V1 = 3106—2,25 -16 2 =
- 3034 т, М'у = 89 075 — V1 • 2 = 82 863 т, е ~ 5,4 м и на-
пряжения 12,0 кг 1см2 и 1,9 кг 1см2.
Примем ширину основания плотины 44,0 м и найдем напряже-
ния в основании по створу быка при снижении на 20 м уровня
верхнего бьефа и отсутствии воды за плотиной, т. е. рассмотрим
случай, когда наибольшие сжимающие напряжения будут у вер-
ховой грани плотины.
К подсчитанным в таблице 16 вертикальным силам добавится
вес проезжего моста, приходящийся на одну опору, 80 т, а на две
опоры 160 т, т. е. на 1 пог. м ширины опоры (быка) Р8 — 40 т
с плечом 32 м\ вес части быка шириной 1 м Р9 = 504 т с плечом
36 м\ вес балкона для шандорного паза Р10 — 20 • 3,5 • 2,25 =
= 158 т с плечом 45,5 м и вес заплечика со стороны верхнего
бьефа шириной 3 м Р1г — 3,6 • 2,25 — 40 т с плечом 45,5 м и
сила Р12 — выпирающее давление воды на балкончик, равное
3 5
12 • 3,5 = 42 т!пог. м с плечом 44 4~ Ч~ = 45,75 м.
и
Подсчет вертикальных сил и их моментов сводим в таблицу
18, в первой строке которой приведены итоговые данные таблицы
16, с учетом уменьшения ширины плотины на 2 м.
Таблица 18
Действующие силы, т	Плечи сил, т	Моменты сил, тм
о иэ	. ” II II II II II ।	00 ® О	32 36 45,5 45,5 45,75	82 863 1 280 18 144 "	7 189 1 820 —1 921
Сумма 7 = 3 734		Л/у = 109375
59
Горизонтальные силы и их плечи изменятся и будут равны:
j  31 -р 0,34 -J- 1,23 q л  гл г	лап
Л1==—1—2~ — 31 — 505т с плечом 16,9 м,
1 _ 31 -]— 34,5 г»_л лпг	о
Л3 =---• 6 = 197 т с плечом 3 м.
Опрокидывающий момент будет равен:
Мо = 505 • 16,9 4-197.3 = 9121 тм.
Ширина основания под быками на 3 м больше в сторону верх-
него бьефа, чем в сечении плотины, т. е. равна 44 + 3 = 47 м.
Определяем:
109 375 — 9 121 о
г==----3734---=26,8 ж;
е = — —26,8 = —3,3 м‘
с = —( 1 ± 6 ’ Д 3 == 46 т/м* и ИЗ т/м*.
47 \	47	/	'	'
Эпюры распределений сжимающих напряжений по основанию
плотины приведены на рисунке 36.
Случай, когда затворы слегка приподняты, более благоприя-
тен, чем рассмотренный; в самом деле, при этом прибавляется
опрокидывающая сила — давление на затворы, передаваемая на
72	20
быки, равная у • у = 112,5 т/пог. м, вызывающая опрокидываю-
щий момент 112,5 • 53,5 = 6554 тм. Прибавляется также удержи-
вающая сила — вес затворов^ = 25 т/пог. м с удерживающим
моментом 25 • 41 = 1025 т/м. В итоге получим и = 101,3 и
60,2 т/м2.
Проверим устойчивость плотины против сдвига.
Рассмотрим сечение плотины по водосливу при глубине воды
в верхнем бьефе 51 м и отсутствии ее в нижнем бьефе. Считая до-
пускаемое напряжение на сцепление бетона плотины со скальным
основанием 40 т/м\ получим b • 40 = 44-40 = 1760 2> 1652 =
=	+ Л2. Сила трения Т = /и = 0,6 • 3034 — 1820 4* 1652 т.
При наличии в нижнем бьефе воды глубиной 13 м получаем
(подсчеты опущены), что и в этом случае усилие сцепления бетона
с основанием, так же как и сила трения, будет больше сдвигаю-
щего усилия.
§ 4.	ВАРИАНТ ЯЧЕИСТОЙ ПЛОТИНЫ
В рассмотренном варианте бетонной гравитационной плотины
бетон слабо напряжен и в сущности выполняет роль балласта.
В ячеистой плотине роль балласта выполняет не бетон, а песчано-
гравелистое или гравелисто-галечниковое заполнение тела пло-
тины, а сама плотина состоит из ряда глубоких вертикальных
ячеек, монтируемых из железобетонных плит-блоков (рис. 37),
размерами 2,50 • 5,00 • 0,08 м, изготовляемых на строительной
площадке.
Между плитами ячеек
оставляется пространство
шириной 1,0 м, заполняе-
мое бетоном; плиты ячеек
имеют по торцам выпущен-
ную наружу горизонталь-
ную арматуру d = 20 мм;
с внутренней (шерохова-
той) стороны плиты также
имеют выпуски концов ар-
матуры того же диаметра.
После установки краном
двух плит в вертикальной
плоскости, выверки их по-
ложения и расстояния меж-
ду ними внутренние выпу-
ски арматуры сваривают
с тяжами, затем переносят,
устанавливают и закреп-
ляют на месте ячеек (рис.
38, я и б) с вертикальной
арматурой.
Стык стенок ячеек про-
изводится с утолщениями
(вутами) по 0,45 м (рис.
38, а), которые образуются
железобетонными плитами
250 -55-4 см; эти плиты,
имея выпущенные концы
проволок, привязываются
ими к торцевой арматуре
плит-блоков. В стык стен
ячеек опускается арматур-
ный каркас, концы кото-
рого приваривают к вы-
пущенной арматуре плит;
по мере возведения пло-
тины каркасы сваривают
друг с другом. Простран-
ства между плитами—ячей-
^7.0
Рис. 37. Поперечный профиль ячеистой
плотины и план ее основания:
I — подкрановые балки; 2 — затвор; з — шан-
дорный паз; 4 — мост; 5 —потерна; 6 —скважи-
ны цементационной завесы; 7—8 — фундамент-
ная плита и отверстия в ней; 9 — дренажные
скважины.
ки бетонируют, после бетонирования заполняют ячейки до верха
песчано-гравелистым грунтом с поливкой и вибрированием. Верх
ячеек покрывают монолитной плитой толщиной 2,0 м на водоскате
и 2,5—3,0 м на уступе (носке).
61
Передняя грань плотины выполняется из бетона в плитах-оболо-
чках размером 500 • 250 • 8 см без выпущенной торцевой арматуры;
толщина бетонных стен принята около 0,10—0,08 от напора: 3,0 м
до отметки 120,0; далее 5,0 м до отметки 109,0; ниже 10,0 м минус
ширина потерны 5,5 м\ у основания стенку уширяют на 2,0 м для
размещения под ней цементационной завесы (такой же, что и
в первом варианте). Низовая стенка имеет толщину 3,5 м.
Рис. 38. Стык железобетонных плит-оболочек:
а — план; б — общий вид; в — арматурный каркас.
Плотина располагается на слабоармированной бетонной плите
(арматуры «С 0,5%), толщиной 1,0 м, имеющей посредине ячеек
окна 2,0 • 2,0 м. Дренаж через потерну и отвод (откачка) воды из
него — по предыдущему варианту; отводную трубу укладывают
в одну из продольных стен ячеек.
Плотина разделяется швами, устраиваемыми посредине быков,
т. е. через 24,0 м (рис. 37, фасад); толщина быка (4,0 м), пролет
(20,0 м) и затвор такие же, что и в первом варианте с такими раз-
личиями в конструкциях. В первом варианте быки возводились
отдельно от водосливной части, стыкуясь с ней обычным штраб-
ным швом; в ячеистой плотине два полубыка и водослив представ-
62
ляют единое целое, что позволяет применить простую и надежную
конструкцию шва (рис. 39) с одной гудронной шпонкой и контроль-
ной шахтой, всегда доступных для осмотра через проходы, устра-
иваемые в столбах, поддерживающих подкрановые балки.
Гудронная шпонка проходит до потерны, отделяясь от ее по-
толка железобетонной плитой, и идет ниже от пола потерны до
плиты основания плотины. Шпонка снабжена обогревательными
трубками, обеспечивающими полноту заполнения шпонки гудро-
Рис. 39. Шов быка:
1 — железобетонные плиты-оболочки; 2 — битумная
шпонка; з — контрольная шахта; 4 — подкрановые
балки; 6 — затвор; 6 — мост.
ном. Между шпонкой и контрольной шахтой и далее вдоль быка
ставится один ряд плит-оболочек (на рисунке 39 для правой поло-
вины быка); после бетонирования правой половины быка (шерохо-
ватой поверхностью плит-оболочек внутрь правой половины быка,
гладкой — наружу) гладкую поверхность раздельных плит-обо-
лочек трижды покрывают горячим битумом, после чего бетони-
руют левую половину быка.
§ 5.	ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В ОСНОВАНИИ И В ПЛОТИНЕ
Определение напряжений в основании плотины ведем тем же
способом, что и в первом варианте, т. е. по рисунку 37 составляем,
подобно таблицам 16 и другим, таблицы сил и их моментов отно-
сительно нижней точки плотины со стороны нижнего бьефа, на-
ходим по ним эксцентриситет и далее величины напряжений. В от-
личие от предыдущих подсчетов здесь расчет будет вестись не на
погонный метр плотины, а на весь отсек от ее шва до следующего
шва, т. е. для ширины по фасаду 24 м (рис. 37). Экономя место,
мы не приводим этих несложных подсчетов, а ограничимся ука-
занием полученных напряжений, отнесенных ко всей площади
основания, а = 2,1 и 11,4 кг/см2. Учитывая наличие в фундамент-
63
ной плите окон, площадь которых составляет около 5% общей
площади основания, получим следующие увеличенные против
указанных на 5% величины напряжений грунта основания: 2,3 и
12,0 кг/см2, т. е. не превосходящие допускаемых. Для отыскания
напряжений в плотине поступим таким образом: сжимающее
напряжение (вертикальное) в основании плотины получилось
равным 12 кг/см2] бетонная плотина имеет ячейки, следовательно
площадь ее горизонтального сечения будет несколько меньше
общей площади; так для последнего (низового) ряда ячеек она
составит 54% соответствующей общей площади (подсчеты для крат-
кости опускаем), значит здесь напряжения будут больше 12,0 кг!см2
и равны ау =	= 22,2 кг/см2.
Но эти напряжения не главные; главные напряжения больше
вертикальных сжимающих в — раза, т. е. в —= *>45 Ра~
за, и будут равны 32,0 кг/см2 (здесь 7 — средний объемный вес
плотины). В средней части плотины доля, занимаемая бетоном от
общей площади, будет меньше 0,54, но здесь и пу будут меньше.
Что касается устойчивости плотины на сдвиг, то она также обес-
печена, как и в первом варианте (для краткости не повторяем этого
простого расчета).
§ 6.	СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ
Бетонная гравитационная плотина имела ширину основания
в водосливной части 44,0 и 47,0 м под быками; ячеистая плотина
имеет одинаковую ширину основания под водосливами и быками
47,0 .ч, но благодаря иному размещению бетонных масс ее показа-
тели устойчивости те же, что и у гравитационной. В ячеистой
плотине лучше используется бетон и его требуется на 44% меньше,
чем в гравитационной плотине. Можно еще уменьшить количе-
ство бетона, сделав ячеистые перегородки шириной 0,9 м вместо
1,0 м (что, однако, поведет к более сложным условиям монтажа
блоков), и уменьшить толщину внешних стен и водоската на 1,0 м,
что вдвое сократит расход бетона; напряжение в бетоне при этом
возрастет до 35 кг/см2,
Выбор останавливаем на втором варианте, к тому же более
быстро возводимом; при замене монолитной плиты водоската сбор-
ной из железобетонных балок ускоряется процесс строительства
плотины и повышается экономия бетона.
Глава VI t
КАМЕННО-НАБРОСНАЯ ПЛОТИНА
§ 1. УСЛОВИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
В горном ущелье, сложенном известняком, намечается по-
стройка водохранилищной каменно-набросной плотины с отметкой
уровня воды перед ней 137,0 м. Перед ущельем долина реки рас-
Рис. 40. Профиль по створу плотины:
1 — железобетонная решетка; 2 — плиты; 3 — контур подошвы зуба; 4 — границы
цементационной завесы; 5 — галечник; 6 — подошва плотины.
ширяется, образуя емкую чашу водохранилища; за ущельем сле-
дует несколько расширенный участок реки с уклоном 0,01. В створе
плотины дно реки покрыто слоем галечниковых наносов мощ-
ностью до 3 М] известняк на глубину 2—3 м выветрился; верхний
двухметровый слой выветрившегося известняка с площади осно-
вания плотины удаляем.
Поперечное сечение ущелья в створе плотины показано на
рисунке 40.
Расход расчетного паводка реки равен 975 м3!сек, меженный
расход — 25 м3!сек, расход паводка строительного периода —
110 мЧсек. Расход реки и призма сработки водохранилища (14,0 м)
используются на деривационной гидроэлектростанции с установ-
ленной мощностью 20 тыс. кв] за гидроэлектростанцией вода отво-
3 Е. А, Замарин
65
дится на орошение в предгорном районе с попутным использовав
нием энергии воды на ирригационных ГЭС.
Пропуск расчетного паводка в нижний бьеф осуществляется
через траншейный сброс и быстроток; величина сбросного расхода,
с учетом аккумуляции части паводочного стока в водохранилище,
составляла 445 мЧсек.
Пропуск расхода строительного периода осуществляется через
туннель диаметром 4,2 м. Туннель с уклоном 0,01 оканчивается
за плотиной временным быстротоком, устраиваемым в скале без
-облицовки ее бетоном и переводящим воду от конца строительного
туннеля до реки. Расход реки поступает в туннель вследствие
подъема уровня реки гравелисто-галечниковой перемычкой высо-
той 13,0 м с суглинистым экраном, понуром длиной 35 м и камен-
ным банкетом с низовой стороны (рис. 41). Отметка порога вход-
ного портала туннеля 110, 2 м назначена с учетом заиления водо-
Рис. 41. Продольный разрез по руслу реки:
1 — входной портал туннеля; 2 — перемычка; 3 — каменно-набросная плотина; 4 — сква-
жина цементации.
хранилища. Перемычку возводят методом насыпи в текущую воду.
Перед перемычкой размещается входной портал туннеля, защищен-
ный железобетонной решеткой.
Для предупреждения поступления донных наносов в водохрани-
лище на реке и ее притоках перед водохранилищем ставим неболь-
шие фильтрующие каменно-гравелистые плотины, возобновляе-
мые при заилении их верхнего бьефа. Требуется составить попереч-
ный профиль плотины в следующих вариантах: вариант каменно-
набросной плотины с жестким бетонным экраном, с гибким (слои-
стым) железобетонным экраном и с пластичным экраном из су-
глинка.
§ 2. КОНСТРУКЦИЯ ПЛОТИНЫ С ЖЕСТКИМ ЭКРАНОМ
Поперечный профиль плотины показан на рисунке 42. Подошва
плотинъ^ закладывается на здоровой, достаточно прочной скале,
на отметке 100 м. Трехметровый гравелисто-галечниковый слой и
двухметровый слой выветрившейся скалы удаляем с площади
основания плотины (большей частью в перемычку).
Низовой откос разделен бермами шириной 3 м на три участка
с заложением 1,0; 1,2 и 1,4.
66
Верховой откос покрывают экраном из бетонных плит, уклады-
ваемых по решетке из железобетонных балок. Заложение верхо-
вого откоса постепенно уполаживается книзу от заложения т ~
= 1,0 вверху до т = 1,15 внизу, отметки мест изменения заложе-
ний откосов, указанные на рисунке 42, подобраны так, чтобы
между ними укладывалась целая бетонная плита экрана, плотно
ложащаяся на бетонную подготовку откоса плотины, и балки
железобетонной решетки. Горизонтальные балки решетки укла-
дывают в местах изменения заложения верхового откоса плотины
(рис. 40). Размеры плит 14,5 • 12,0 ж; толщина их увеличивается
книзу 0,3—0,4—0,5—0,6 м на отметках, указанных на рисунке 42;
Рис. 42. Поперечный разрез каменно-набросной плотины с жестким экраном.
около шва верхние более тонкие плиты утолщаются (рис. 43, а).
Решетку составляют из железобетонных балок сечением 1,5 • 0,6 м
по откосу и 1,3- 0,6 м по горизонтали. Толщина слоя подэкран-
ной кладки насухо увеличивается с 1,5 м вверху до 4,0 м внизу;
в ней оставляются борозды для балок решетки (рис. 43).
Под решетку и под экран укладывают слой бетона в 15 см для
выравнивания поверхности; этот слой покрывают горячим биту-
мом. Внизу экран опирается на бетонный зуб глубиной 5,5 м и
шириной по низу 3,0 ж. С целью предупреждения трещин железо-
бетонную решетку и экран укладывают после возведения плотины
и осадки ее от собственного веса. Осадка от гидростатического
давления невелика (не более 0,5%) и будет восприниматься экра-
ном без образования в нем трещин, вследствие возможных пере-
мещений плит экрана по бетонному слою подготовки, покрытому
смазкой^- битумом.
Соединение экрана с бетонным зубом плотины шарнирное
(рис. 43, а); с подошвы зуба в скале устраивают цементационную
завесу из двух рядов скважин на глубину до 25 м в долине и до
15 м в берегах от подошвы зуба. Для контроля работы завесы
целесообразно в зубе устроить потерну.
3*
67
Размеры плит, балок, решетки, заложения откосов плотины
еще не поддаются расчету и выбраны по аналогии с хорошо рабо-
тающими плотинами.
Конструкция усадочного горизонтального шва показана на
рисунке 43, б, а температурного шва по откосу — на рисунке
43, а.
На рисунке 43, г показан вариант укладки плит в отдельные
ячейки, образованные клеткой решетки. Здесь нет швов с листамц
Рис. 43. Сопряжения зуба с жестким экраном плотины (я)
и швы экрана (б), (в) и (г):
1	— кладка насухо; 2 — промытая мелкая галька; 3 — плиты;
4	— асфальт; 5 — битумный лист; 6 — просмоленный войлок;
7	— битум; 8 — пластинки из нержавеющей стали; 9 — железобе-
тонные балки опорной решетки; 10 — бетонная подготовка;
11—скважины цементации; 12 — каменная наброска.
нержавеющей стали, но зато конструктивная форма решетки слож-
нее и армирование ее сильнее, чем в варианте, изображенном на
рисунке 43, в.
Учитывая осадку плотины от давления воды в поперечном про-
филе, верховому откосу плотины придают слегка вогнутое очерта-
ние. Под действием гидростатического давления наибольшие про-
гибы по горизонтали будут на гребне плотины и верховой откос
ее примет более пологое очертание; первично приданная вогну-
тость его будет предохранять горизонтальные швы от раскрытия.
Ширину вертикальных швов назначаем конструктивно 3 см из
68
условий размещения изогнутой пластинки из нержавеющей стали,
заполнения шва битумом и конопаткой из просмоленного вой-
лока .
Ширина горизонтальных осадочных швов должна быть доста-
точна для восприятия температурных деформаций, например при
коэффициенте линейного расширения железобетона £ = 0,00001,
длине плиты 14,5 м и амплитуде колебания температуры 35°
ширина шва не должна быть меньше 14,5 • 0,00001 • 35 • 1000 =
= 5 мм.
Шов поверх пластинки из нержавеющей стали заполняют би-
тумом.
§ 3. КОНСТРУКЦИЯ ПЛОТИНЫ СО СЛОИСТЫМ ЭКРАНОМ
Слоистый экран составляется из железобетонных плит разме-
рами 5,0 • 5,0 • 0,12 л«, изготовленных на строительной площадке.
6
Рис. 44. Сопряжение зуба со слоистым экраном:
1 — каменная наброска; 2— кладка насухо; 3—промытая мелкая
галька; 4 — железобетонная опорная плита; 5 — экран из железобетон-
ных плит; 6 — бетонная подготовка; 7 — асфальт; 8 — бетонный зуб;
9 — скважины цементации.
Внизу плотины укладывают четыре ряда плит до отметки 113,0 м,
далее до отметки 126,0 м — три ряда плит и выше — два ряда.
Первый ряд плит кладут на бетонную подготовку по сухой кладке
(рис. 44), покрытую горячим битумом; второй ряд плит уклады-
вают на покрытый горячим битумом первый ряд плит и т. д. Плиты
укладывают впритык с перевязкой швов по горизонтали и по
вертикали. Щели между плитами заливают горячим битумом.
69
Плиты должны плотно прилегать к бетонной подготовке и друг
к другу, поэтому со стороны воды откос плотины устраиваем оди-
накового заложения от верха плотины до ее подошвы, равным
среднему из указанных на рисунке 42, именно т = 1,1. Со стороны
сухого откоса очертание каменно-набросной плотины оставляем
прежним (см. рис. 42). Слоистый экран обладает гибкостью, и его
можно укладывать, не ожидая полной осадки плотины.
§ 4.	КОНСТРУКЦИЯ ПЛОТИНЫ С СУГЛИНИСТЫМ ЭКРАНОМ
Рассматриваемая конструкция плотины приведена на рисунке
45. Каменная наброска со стороны сухого откоса имеет прежнее
очертание. Со стороны воды откосу наброски также придаем то же
заложение, что и в случае слоистого экрана, т. е. т — 1,1, и при-
крываем его трехслойным: фильтром, состоящим из щебня, гравия
Рис. 45. Поперечный разрез каменно-набросной плотины с суглини
стым экраном:
1 — каменная наброска; 2 — фильтр; 3 — суглинистый экран; 4 — крепле-
ние откосов; 5 — перемычка; 6 — бетонный зуб; 7 — скважины цементации.
и слоя смеси разнозернистых песков. Толщина каждого слоя филь-
тра наверху по 0,5 м, внизу по 1,0 м. Подэкранная кладка насухо
не устраивается. Заложение откосов суглинистого экрана показано
на рисунке 45; откосы защищаются от волнобоя слоем каменной
наброски 0,6 м по слою гребня с гравием 0,5 м.
В рассматриваемом варианте перед плотиной также возводится
грунтовая перемычка (см. рис. 45), включаемая потом в состав
суглинистого экрана.
г	§ 5. СТРОИТЕЛЬНЫЙ ТУННЕЛЬ
Расходы строительного периода пропускаются безнапорно
по туннелю круглого сечения диаметром d = 4,2 м\ уклон туннеля
принимаем равным уклону реки за плотиной, т. е. 0,01. В рабочем
состоянии через туннель на ГЭС пропускается расход 50 м31сек
в условиях напорного движения.
Для гидравлического расчета безнапорного течения по туннелю
воспользуемся таблицами относительных расходов А и относи-
тельных скоростей В (табл. 19) Г
1 Акад. Н. Н. П а в л о в с к и й. Гидравлический справочник. ОНТИ,
Л.—М.» 1937, стр. 227.
70
Таблица i'J
h/d	А	В
0,75	0.927	1,152
0,80	0,924 	1.159
0,85	1.048	1,157.
0,90	1,082	1,142
0,95	1,087	1,108
1,00	1,000	' 1,000
. Характеристики:
л К	п V
А = -^~ и В=-—-;
кп	vn
где К и V — модули расхода и скорости при наполнении Л;
Кп — модуль расхода при полном наполнении туннеля,
т. е.
Vn — модуль скорости при полном наполнении туннеля,
т. е.
Vn = CVR.
Выберем наполнение туннеля h/d — 0,85, при котором от
уровня воды в туннеле до ключа свода будет 0,15с/ == 0,63 м, что
достаточно для спокойного пропуска воды через туннель.
Расход, пропускаемый туннелем, будет равен:
Q = A~CVRi.
При коэффициенте шероховатости п — 0,013 коэффициент С,
по Н. Н. Павловскому, равен 77, А =' 1,048 и расход Q —
= 111 м3/сек ПО м3/сек.
Скорость течения найдем по формуле:
= 1,157 • 77 . Vl,05.0,01 =9,2 м/сек.
Толщину железобетонной облицовки туннеля подберем по гра-
фикам Г. Г. Зурабова и О. Е. Бугаевой1, полагая, что коэффициент
крепости известняка по шкале проф. М. М. Протодиаконова / = 6
и коэффициент упругого оседания известняка к — 200 кг/см3.
На рисунке 46 показана доля р в процентах от внутреннего дав-
ления Н в туннеле, воспринимаемая облицовкой в зависимости
от величины к-у остальная часть внутреннего давления, т. е. 1—р
1 Е. А. 3 а м а р и н, В. В. Ф а и д е е в. Гидротехнические сооружения.
Сельхозгиз, М., i960..
71
воспринимается породой. В нашем случае Н равно 50 м — 5 атм
при работающих турбинах и 5,6 атм при выключенных турбинах;
для к — 200 кг/см3 по графику (рис. 46) получаем величину р —
= 48% = 0,48 и внутреннее давление, воспринимаемое облицов-
кой, Н (1—р) — 5,6 • 0,48 = 2,7 атм = Р.
Рпс. 46. График внутреннего давле-
ния, воспринимаемого облицовкой
туннеля.
коэффициент прелости
Рис. 47. График для определения
толщины облицовки напорных
туннелей.
Далее по рисунку 47 при Р — 2,7 атм и / — 6 находим тол-
щину облицовки а; интерполируя между кривыми Рг = 2 атм и
Р2 = 3 атм, найдем aid = 0,12 и а = 0,12 • 4,2 = 0,5 м.
§ 6. ПАВОДКОВЫЙ ВОДОСБРОС
Как было указано выше, паводковый расход с учетом регули-
рующего действия водохранилища равен 445 м31сек; он пропу-
скается через боковой водослив (траншейный сброс), размещенный
вдоль берега; за траншеей идет быстроток в скале. Повышение
уровня воды водохранилища при пропуске паводка допускаем
2 м — до отметки 139 м; запас до гребня плотины составит 1 м
плюс высота парапета 1 м, что, принимая во внимание кратко-
временность паводка, считаем достаточным.
Длину бокового водослива найдем из формулы:
Q = MBH3!2,
или
445 = 1,6 В 23/2,
откуда
В = 99 м.
72
Полученную длину распределяем следующим образом: на торец
траншеи 9 .« и по длине траншеи 90 м (рис. 48).
Траншейный сброс прокладывают в скале без облицовки,
с грубым подколом поверхности выработки. Из бокового водо-
слива вода сливается в траншею (рис. 48); из траншеи вода посту-
пает в быстроток постоянной ширины и постоянного уклона 0,1.
Рис. 48. Продольный разрез (а), "план (б) и поперечный
разрез (в) траншейного водосброса.
Стенки выработки устраивают почти вертикальными с заложе-
нием 7 : 1—8 : 1, поэтому в гидравлическом расчете принимаем
их для средней ширины вертикальными.
Размеры траншеи предварительно устанавливаем гидравличе-
ским расчетом по средним параметрам (в следующей стадии проек-
тирования расчет уточняется по уравнениям движения воды
с переменным расходом) х.
1 Г. А. Петров. Движение жидкости с изменением расхода вдоль
пути. Стройиздат, М.—Л., 1951.
73
Размеры траншеи выберем такими, при которых истечение через
боковой водослив не будет подтапливаться, а средняя продольная
скорость будет возрастать от начала к концу траншеи. В каждом
створе траншеи продольная скорость должна быть примерно равна
скорости'падения воды с водослива, т. е. средняя поступательная
Qi	к х
скорость течения в траншее Vi == — должна быть близка к скоро-
сти падения воды = ср]/2gZ{. Соблюдение такого соотношения
скоростей контролирует правильность выбора размеров траншеи
и средних уровней воды в ней; оно основано на том положении, что
падающая с водослива со скоростью и струя воды поворачивается
приблизительно на 90° и движется далее вдоль траншеи у места
падения примерно с той же скоростью.
Траншейные сбросы, принимающие воду только с фронта водо-
слива, обладают малой пропускной способностью в начале тран-
шеи, где поступательные скорости невелики; для получения боль-
шей равномерности скоростей вдоль траншеи устраивают еще пита-
ние ее с торца, что к тому же несколько сокращает фронт траншеи.
У нас с торца будет поступать 9 • 4,5=40 м3/сек, где 4,5 м3/сек =
= 1,6 • 23/з равно удельному расходу. Остальная часть расхода
445—40 = 405 м3/сек будет поступать через фронтальный водослив
длиной 90 м.-
Расчет будем вести по уравнениям равномерного движения по
отдельным створам траншеи, для чего наметим в ней пять створов
через 18 м друг от друга. Очевидно, что через каждый створ будет
поступать 18 • 4,5 = 81 м3/сек, а значит, будут известны расходы
в каждом створе (табл. 20).
Таблица 20
Гидр авлические элементы	№ створов				
	1	2	3	4	5
х, м	18	36	54	72	90
Q, м3/сек	121	202	283	364	445
v, м/сек b, м	5,4	5,7	. 6.0	6,3	6,6
	8,0	9,5	11,0	12,5	14,0
h, м	2,80	3.72	4,21	4,71	4,82
X, м	13,6	16,9	19,6	21,9	23,6
R, м	1.65	2,09	2,41	2,64	2,85
С	32.2	34,0	35,1	36,0	36,2
i°/o	1,71	1,34	1,22	1,17	1.16
	0,31	0,24	0,22	0,21	0,21
	0,31	0,55	0,77	0,98	1,19
Z, м и, м/сек	1,81	2,05	2,27	2,48	2.69
	5,4	5,7	6,0	6,3	6,6
Задавшись скоростями в каждом створе, получим величины
живых сечений = — = bihi, а выбрав ширины траншей bi,
vi
14
получим глубины hi', далее находим для каждого створа величину
смоченного периметра X, гидравлический радиус R, коэффициент С
по Н. Н. Павловскому (см. график на рис. 49) и по ним гидравли-
ческий уклон i в рассматриваемом створе. Зная i, можно найти
снижение уровня в каждом створе И — 18/ = h.w и общее снижение
уровня ^hw. Будем считать в начальном створе отметку уровня на
1,5 м ниже, чем в водохранилище, т. е. 37,5 м; тогда в первом
створе отметка уровня будет равна 37,5—18/, во втором 37,5—
Рис. 49. График коэффициентов С по формуле
акад. Н. Н. Павловского.
— 18 (/г + /2) и т. д. Отложим от полученного очертания свободной
поверхности воды в каждом створе соответствующую ему глубину
воды; в результате получим контур дна траншеи. Свободная по-
верхность воды и контур дна траншеи должны иметь плавные
очертания и, кроме того, щ = щ, но щ = y]/r2gZi^ 4'j/'^, где z, =
~ 1,5 + ^hw. Описанные подсчеты приведены в таблице 20.
За траншеей устраивают быстроток в скале без. облицовки
шириной 12,0 м, уклоном 0,1 и п — 0,035, для равномерного те-
чения с расходом 445 мЧсек глубина получается равной 2,65 м и
средняя скорость течения 14 м/сек-, вследствие аэрации потока
глубина воды будет на 15—20% больше указанной.
Коэффициент С определяется по графику (рис. 49) при коэф-
фициенте шероховатости /< — 0,035.
75
§ 7. СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ
Сравним варианты по стоимости только тех работ, которые
характерны для каждого из них; стоимости же работ общих для
всех вариантов не будут включаться в сравнение. К таким общим
работам относятся: возведение строительного туннеля одинаковой
длины для всех вариантов; возведение каменно-набросной пло-
тины и грунтовой перемычки. В третьем варианте не устраивают
подэкранной кладки насухо, соответствующий ей объем запол-
няют каменной наброской, прикрываемой сверху песчано-граве-
листо-щебеночным фильтром; полагаем, что стоимость фильтра и
наброска примерно отвечает стоимости подэкранной кладки и,
следовательно, может не входить в сравнение вариантов.
Строительная перемычка в 1-м и 2-м вариантах будет иметь
больший объем, чем в третьем, так как здесь она большей частью
входит в состав суглинистого экрана плотины. Превышение объема
перемычки в 1-м и 2-м вариантах над объемом перемычки 3-го
варианта составит 300 ж3 на пог. м длины плотины.
Сравнение строительных стоимостей будем вести для 1 пог. м
длины плотины. Для варианта с жестким экраном на 1 пог. м
длины плотины приходится 25,8 м3 бетона, 7,2 ж3 монолитного
железобетона и 300 ж3 дополнительного объема насыпи на пере-
мычку; для варианта со слоистым экраном приходится 24,2 м3
сборного железобетона и 300 ж3 насыпи; для варианта с суглини-
стым экраном — 1630 м3 насыпи и 44 ж3 крепления каменной на-
броской откосов плотины. При стоимостях 1 куб. м бетона 25 руб.,
монолитного железобетона 40 руб., сборного железобетона
50 руб., насыпи из суглинка 0,6 руб., крепления каменной набро-
ской 3 руб. стоимость указанных выше работ будет составлять
для первого варианта 1 112,5 руб., для второго — 1 390 руб. и
для третьего — 1 110 руб. Стоимости по 1-му и 3-му вариантам
оказались равными, останавливаемся на третьем варианте как
более простом в производстве, в котором используются местные
строительные материалы.
Второй вариант с гибким экраном из слоистых железобетон-
ных плит оказался наиболее дорогим, но если сохранить хорошее
свойство экрана — его гибкость — и заменить железобетонные
плиты полиэтиленовым пластиком, армированным нейлоном, то
стоимость 1 пог. м такого варианта экрана не превысит (при преж-
нем сравнительном исчислении) 450 руб., т. е. будет ниже, чем
для суглинистого экрана.
Глава VIII
ГИДРОУЗЕЛ (ГЗЕМЛЯНОЙ ВОДОХРАНИЛИЩНОЙ
ПЛОТИНОЙ
§ 1. УСЛОВИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Гидроузел с земляной водохранилищной плотиной устраивается
в целях использования стока реки на регулярное орошение,
обводнение и лиманное орошение весенними паводковыми водами.
Отметки	В §	£=!
поверхности^^	сч,- JcT <a>-	os- cxj- О' счГ	uy сч,- о;
земли 7"^
Расстояния^ 78 [ 72 I 88 [ 751 j 67 |^j	/4/7	|44|42|ay|<?2| /20 jj?) 03
Пикеты. 0	/	2	3	4	5	6	7	8 +k0
Рис. 50. Профиль по створу земляной плотины.
Из водохозяйственного расчета установлены: отметки нормального
подпорного уровня или горизонта (НПГ) 45,0 м\ расчетный сброс-
ной расход с учетом аккумуляции воды перед плотиной 146,0 мЧсек\
отметка низшего, так называемого мертвого уровня, или мертвого
объема (ГМО) 35,0 м; расходы водовыпуска на орошение — нор-
мальный 8,0 м3!сек и наибольший 10,0 м?]сек', расход на лиман-
ное орошение 16,0 мЧсек. Меженний расход реки 3,0 мЧсек про-
пускается через автоматизированную гидроэлектростанцию, раз-
мещаемую у водовыпуска, с установленной мощностью, с учетом
суточного регулирования, 500 кв. Уровень грунтовых вод на пойме
в створе плотины в межень стоит на отметке 18,5 м, т. е. на 1,5 м
ниже поверхности земли.
77
Профиль по створу земляной плотины приведен на рисунке 50.
Берега реки сложены из суглинка с коэффициентом фильтрации
(к. ф.) 0,5 м/сутки; пойма из песчано-илистых грунтов с к. ф.
15 ж/сутки и подстилается глинистыми грунтами, практически
водоупорными, залегающими на отметке 2,0 м.
Компрессионные характеристики грунтов плотины и ее осно-
вания приведены на рисунке 57.
Рис. 51. Графики зависимостей объемов и площадей
зеркала водохранилища от глубины воды в нем.
Зависимости объемов и площадей зеркала водохранилища
от глубины воды в нем, считая ее равной нулю при отметке 20,0 м
(т. е. при отметке дна водохранилища), даны на рисунке 51.
Сила ветра и длина разгона волны по направлению наиболь-
шего ветра приведены в таблице 21.
Таблица 21
Месяц	Длина разгона, км	Скорость ветра, м’1сек		Амплитуда ВОЛНЫ, At	Нагон волны, м
		средняя	наибольшая		
Май		5,5	3,0	16	1,18	1,51
Июнь ....	4,8	4,0	12	0,78	
Июль ....	4,0	4,5	17	1.15	
амплитуда волны 2Л, найденная
В этой же таблице приведена
по формуле В. Г. Андреянова:
2ft = 0,0208w V'w • syD,
где w — наибольшая скорость ветра, м/сек,
D — длина разгона волны по акватории водохранилища перед
плотиной по направлению наибольшего ветра, км.
78
Там же приведена величина t нагона волны на откос плотины,
подсчитанная по формуле Н. Н. Джунковского:
t = 3,2 • к • 2h • tga,
где к — коэффициент, равный единице для грунтового (глад-
кого) откоса и 0,775 — для откоса, защищенного набро-
ской из рваного камня;
2h — амплитуда волны;
a — угол наклона откоса, у нас Zga = 0,4.
Тогда
Z = 3,2 • 1 0,4 • 2А= 1,51 м.
Высота нагона волны на откос по формуле проф. Б. А. Пышкина
получается близкой к предыдущей:
tga • 2/г== 1,61 м.
Уп
Здесь п — коэффициент шероховатости откоса, принимаемый нами
для крепления из камышитовых плит равным 0,0275.
§ 2. ПОПЕРЕЧНЫЙ ПРОФИЛЬ ПЛОТИНЫ
Высота плотины должна быть достаточна, чтобы гарантиро-
вать от перелива воды через гребень плотины. Назначим отметку
гребня плотины равной 46,5 м, т. е. на 1,5 м выше НПГ, и прове-
рим достаточность этого запаса на высоту ветровой волны и ее
наката на откос.
Из предыдущих подсчетов видно, что высота наката волны на
откос немного превышает принятый запас в отметке гребня; чтобы
устранить это превышение, сквозь камышитовые плиты забивают
в шахматном порядке через 0,7 м друг от друга свежие тальнико-
вые колья до отметки 43,5 м, выступающие из воды или возвыша-
ющиеся над плитами на 1,0 м. Дополнительная шероховатость,
создаваемая кольями, уменьшит высоту наката волны до 1,3 ж,
что приемлемо и не превосходит принятый запас в отметке гребня
плотины. В дальнейшем колья прорастают и быстро развиваются
в деревья; судя по опыту посадок ивовых кольев на берегах водо-
хранилищ и откосах земляных плотин, к 11-летнему возрасту
деревья достигают высоты 10 ж и более и хорошо держат откосы.
Продолжительность жизни таких скорорастущих посадок сравни-
тельно невелика — 50—70 лет. Ниже более подробно описано
крепление откосов.
Для очертания откосов предложено довольно значительное
число рекомендаций; мы рассмотрим две из них, простые и доста-
точно точные.
Очертание откосов найдем по формуле проф. Н. Н. Маслова:
т — У с |п (7^ + g) У + с
11 tg ?	1 tg2 ?	Я tg <p + c
79
и по формуле, принятой в практике гидростроительства в Индии
(с небольшой моей переделкой):
В этих формулах хну — абсциссы и ординаты очертания откоса
при размещении центра координат в верхней точке откоса;
ср — угол внутреннего трения;
с — сцепление в грунте, т/м2-,
Y — объемный вес грунта, т/м3-,
q — временная нагрузка, т/м2 по верху откоса.
У нас 7 = 0; для грунта низового откоса, осушенного путем
устройства дренажа, ср = 25°, для мокрого грунта верхового
откоса ср = 20°, соответственно с — 3,0 т/м2 и 1,0 т/м2-, удельный
вес частиц грунта А = 2,7; пористость грунта составляет п =
= 0,39; влажность сухого грунта равна е = 10% по весу; в грунте
верхового откоса считаем все поры заполненными водой. Тогда
объемный вес грунта низового откоса будет равен:
т = (1 — и) Д (1-ре) = 0,61 -2,7 • 1,1 = 1,81 ти/ж3
и верхового откоса:
7 = (1— п) Д4-п = 0,61 -2,74-0,39 = 2,04 т/м3.
Результаты подсчетов по обеим формулам приведены в таблицах
22—23.
Таблица 22
Низовой откос
V	5	10	15	20	26,5
xt	4,0	11,2	19,6	28,5	40,6
х->	4,4	12,5	21,7	31,5	44,7
X	5,6	1^,7 Верхове	27,4 >й откос	39,9 т	56,8 а б л и ц а 23
V	5	10	15	20	26,5
Xi	8,0	19,6	32,0	44,6	61.7
х2	8,9	21,7	35,0	48,5	66,3
X	11,2	27,4	44,8	62,5	86,4
Как видно из таблиц, абсциссы х2 примерно на 10% превышают
xt. Очертание откосов примем с коэффициентом запаса 1,4, т. е.
80
считаем х = 1,4^, что и показано в последних строках предыду-
щих таблиц.
По табличным данным на рисунке 52 построены очертания
откосов, в них вписаны проектные очертания, составленные из
Рис. 52. Поперечный профиль земляной плотины и гидродинамическая
сетка потока грунтовых вод.
Рис. 53. План гидроузла:
1 — земляная плотина; 2 — дренаж плотины; з — дренажи склонов берегов; 4 — трасса
водосбросного тракта с быстротоком; 5 — то же, с сифоном; 6 — водовыпуск; 7 — маги-
стральный канал; 8 — ГЭС.
отрезков прямых линий с заложениями от 1 : 2,5 до 1 : 3,75 у вер-
хового откоса и от 1 : 1,75 до 1 : 2,5 у низового откоса; точки,
обведенные кружками, соответствуют координатам из предыдущих
таблиц. Как видно, криволинейное очертание по таблицам близко
к ломаному очертанию откосов, за исключением верхней части
81
низового откоса, где принят более пологий откос (1 : 1,75), учи-
тывающий возможность перемещения по гребню плотины тяжелого
строительного оборудования (тракторы, экскаваторы и т. п.),
которое могло бы вызвать обрушение крутого откоса.
Ширину гребня принимаем равной 6,5 м, что достаточно для
обслуживания местного транспорта. План земляной плотины
показан на рисунке 53.
При наличии на месте строительства камыша и песка верхо-
вой откос от гребня плотины до отметки 35,0, т. е. на участке
до ГМО, крепится камышитовыми плитами размером 3 • 2 • 0,12 м,
приготовляемыми прессованием на стройплощадке с добавлением
песка и битума, вследствие чего их объемный вес получается
больше единицы.
До отметки 41,5 м плиты пришивают к откосу кольями из
свежесрубленного тальника, впоследствии прорастающего. Ниже
ГМО до отметки 33,0 м (т. е. примерно ниже ГМО на 2 • 2h) откос
крепят наброской камня по слою щебеночной мелочи с гравием.
Низовой откос засевают травой и оборудуют бетонными (или мо-
щеными) лотками для отвода ливневых вод.
§ 3. ФИЛЬТРАЦИЯ ЧЕРЕЗ ПЛОТИНУ, ЕЕ ОСНОВАНИЕ И БЕРЕГА
В расчете очертания откосов мы считали грунт низового откоса
сухим, что может быть обеспечено устройством дренажа под отко-
сом. При отсутствии дренажа линия депрессии расположится выше,
может выклиниться на от-
косе и очертание откоса при-
шлось бы делать более поло-
гим, что повлекло бы за собой
удорожание строительства
земляной плотины; кроме
того, при отсутствии дренажа
будет наблюдаться полное за-
полнение пор грунта основа-
ния плотины и поймы грун-
товыми водами, что вызовет
заболачивание поймы.
Дренаж устраиваем из
перфорированных асбоце-
ментных труб (рис. 54) с гра-
Тело плотины
Суглинон
Рис. 54. Поперечное сечение дренажа.
вийно-песчаным фильтром на
отметке меженного уровня реки 18,5 м, что предупреждает пойму
от затопления и обеспечивает достаточно низкое положение де-
прессии в плотине, отстоящее от откоса не менее, чем на 3 м
(рис. 52), т. е. за пределами глубины промерзания грунтов.
Гидравлические способы расчета фильтрации в нашем случае
(сильно водопроницаемое основание) не дают надежных ответов,
поэтому расчет фильтрации через плотину и ее основание ведем
82
методом гидродинамических сеток; погашаемый напор Н ~ 45,0—
— 18,5 = 26,5 м, потенциали в плотине проведены через ДН —
—Н: П± — 25,5 : 6 = 4,41 м, в основании через Н: 172 = 26,5 :12 =
= 2,21 м\ число лент движения в плотине Лг — 14, в основании
Л2 = 1.
Гидродинамическая сетка построена для соотношения коэффи-
циентов фильтрации грунта основания и грунта плотины, равного
30. Порядок учета заданного соотношения коэффициентов фильтра-
ции грунтов основания и плотины показан на схеме (рис. 55); на
водоупоре расположен слой более проницаемого грунта основания
с коэффициентом фильтрации к0Сг большим, чем коэффициент
фильтрации грунта плотины к. На рисунке 55 для основания по-
казан один из криволинейных квадратов гидродинамической сетки
с расстоянием Z между потенциалями п и n + 1 и одна из лент дви-
жения фильтрационного потока в
плотине.
Фильтрационный поток в осно-
вании плотины можно рассматри-
вать состоящим из двух частей:
нижней части, формирующейся из
грунтовых вод, профильтровав-
шихся через дно водохранилища
(рис. 52), и верхней, образованной
грунтовыми водами, профильтро-
вавшимися через земляную пло-
тину; границей этих частей яв-
ляется линия тока ab (рис. 55).
Траектории фильтрационных то-
ков в плотине подходят к раздель-
ной линии между грунтами пло-
тины и основания под различными,
Рис. 55. Элементы гидродинами-
ческой сетки в области разнород-
ных грунтов.
постепенно уменьшающимися углами а; далее, вступая в основа-
ние, они резко поворачиваются и движутся под углами £ к той же
раздельной линии, также постепенно уменьшающимися, по мере
удаления от верхнего бьефа.
Как известно, связь между углами а и р определяется следую-
щим уравнением: tga. : tg$ = кос : к. Повернувшаяся струйка
далее движется параллельно ab, отступая от раздельной линии
к
у потенциали n + 1 на величину Ъ = I .
“ос
Рассматриваемая струйка будет отстоять от линии ab на ве-
личину t, равную TVd, где N — общее число струек, вступивших
до потенциали п из плотины в основание.
Обращаясь к рисунку 52, на котором показана гидродинами-
ческая сетка первого приближения, можно видеть, что удельный
фильтрационный расход через плотину составляет:
?лл=Лг к = 14 •	• к = 61,8 к,
83
где Лг — число лент гидродинамической сетки плотины (равное 14);
П1 — число ее поясов (равное 6);
Н — погашаемый напор (45,0—18,5 — 26,5 м).
Удельный фильтрационный расход через дно водохранилища:
?ос =Л,	= 1 	 Л„о=2,21 • 30  к^ 66,3 к.
•	11%	Ll
Следовательно, общий удельный расход на фильтрацию через
земляную плотину и ее основание будет составлять:
q = qail-]-qoc = 128,1 & —64 л*3/сУтки пог- -^ = 0,74 л/сек. пог. м.
Таким образом, по всей пойме шириной в створе плотины 174 м
(рис. 51) будет фильтроваться Qn = 174 • 0,74 = 129 л!сек. Дрена-
жи плотины на левом и правом берегах будут проложены до отметки
поверхности земли 40,0 м, с заглублением под подошву плотины
на 0,8 м, т. е. от пикета 1 до поймы (пик 3 + 80) и от поймы (пик
5 + 54) до пикета 6 + 68.
Дренирующее влияние основания плотины скажется на сниже-
нии положения депрессии в береговых участках плотины, причем
направление фильтрационного потока не будет нормально к про-
дольной оси плотины, а несколько повернуто в сторону реки.
На пикетах 3 + 80 и 5 + 54 удельный расход на фильтрацию
через плотину можно принять равным 61,8k = 30,9 л<3/сут. =
= 0,36 л/сек. На пикетах 1 и 6 + 68 удельные расходы можно
считать уменьшенными пропорционально погашаемым напором;
если в пойме Н = 26,5 м, то в рассматриваемых пикетах погашае-
мый напор будет составлять 45,0—40,0 +0,8 = 5,8 м и удельный
5 8
расход 0,36 2^5 = 0,08 л!сек. На урезах воды, т. е. на пикетах
0 + 27 и 8 + 20, удельные расходы можно считать равными нулю.
Таким образом, имеем следующее распределение удельных филь-
трационных расходов вдоль отдельных участков плотины (таб. 24).
Таблица 24
Пикеты	0 + 27	о+т	3+80	+ 7 S + со	5 + 54	6 + 68	?? + со
Удельные расходы, л!сек . . .	0	0,08	0,36	0,74	0,36	0,08	0
Расстояния, м		73	280		174		114	152
Расходы, л/сек		2,9	61,5		129,0		25,0	6Д
84
Рис. 56. Гидродинамическая
сетка обтекания плечей плоти-
ны фильтрационным потоком.
Общий расход на фильтрацию через плотину и ее основание
составит 225 л/сек.
Небольшие расходы будут фильтроваться в обход плечей пло-
тины; несмотря на незначительность этих расходов, устраиваем за
плотиной дренаж вдоль берегов на
длине около 200 м-, дренаж левого бе-
рега {АВ на рис. 53) приключаем на
пикет 3 + 75 к дренажу плотины;
дренаж правого берега {CD на рис.
53) приключаем на пикете 5 + 60 к
дренажу плотины и выводим его в
точке D в реку.
Устройством дренажа АВ и CD
предусматривается понижение поло-
жения кривой депрессии и преду-
преждение выклинивания грунтовых
вод на откосах берегов, что повышает
их устойчивость против оползания и
предупредит заболачивание поймы.
Положение депрессионной кривой
и расходы на фильтрацию найдутся
из рисунка 56, на котором показана
гидродинамическая сетка; пересчет
ее в сетку гидроизогипс производится
по следующей зависимости:
h\ - h*n+l =	= ДЯ2,
где hn — глубина грунтовой воды,
считаемая от водоупора, вдоль
/?-й потенциали сетки гидроизогипс;
Ян и Як — глубины воды, считаемые от водоупора, вдоль
начальной (первой) и конечной (последней) потен-
циали гидродинамической сетки;
Я — число поясов гидродинамической сетки (8).
У нас Ян = 45,0—2,0 = 43,0 м и Як = 18,5—2,0 = 16,5 м,
следовательно, ДЯ2 — 197; далее hr — Нп = 43,0 м, h9 = Нк =
— 16,5 м.
ДЯ = (ЯН —Як): Я = 26,5 : 8 = 3,31 м.
Из предыдущей зависимости получаем:
Л1 = Й| — ДЯ2 = 1849 —197 = 1652, Я2 = 40,6 м,
hf = 1652 —197 = 1455, Я3 = 38,1 м и т. д.
В таблице 25 показаны отметки, отсчитываемые от нуля, сов-
падающего с уровнем водоупора (4-2,0 м), т. е. показаны
85
Таблица 25
№ потенциалей и гидроизогипс	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Отметки потенциалей....	43,0	39,7	36,0	33,1	29,8	26,4	23,1	19,8	16,5
Отметки гидроизогипс . . .	43,0	40,6	38,1	35,5	32,6	29,9	25,8	21,7	16,5
глубины фильтрационного потока; чтобы привести их к отмет-
кам плана и профиля земляной плотины, их следует увеличить
на 2,0 м.
Расстояние от уреза воды (пикет 0 + 30) до поперечного дре-
нажа на левом берегу (пикет 3 Д- 75) составляет 345 м и для правого
берега 260 м (от пикета 5 + 60 до пикета 8 4- 20)\ этим расстоя-
ниям на рисунке 56 соответствует прямая ab, что позволяет по-
строить депрессионные кривые за плотиной (пунктир на рис. 50).
Расход каждой ленты сетки будет равен 0,5А7/2 • кос; справа и
слева в дренаж выклинивается примерно по четыре ленты, значит
всего будет фильтроваться
0,5 • АЯ2 • кос = 4 • 197 • 0,5 — 394 Л13/сутки = 4,6 л/сек.
Общий расход на фильтрацию будет составлять 230 л/сек при
отметке уровня воды в водохранилище 43,0 м, или при Н =
~ На — Нк = 26,5 м; среднегодовая отметка уровня водохрани-
лища равна 36,5 м или Н = 20,0 м, чему будет соответствовать
20
фильтрационный расход 230 • 2^-5 = 1^4 л/сек, или 5,5 • 106 м3
в год.
Средней глубине воды водохранилища 20,0 м соответствует
средняя площадь его зеркала 32,5 • 105 м2 (рис. 51), значит годо-
вые потери на фильтрацию равносильны, на отметке 36,5 м, слою
воды 1,65 м. С целью уменьшения потерь можно устроить сугли-
нистый понур: например, при понуре длиной 75 м потери будут
составлять слой воды около 1,2 м; при понуре из плотных суглин-
ков или глин с экранированием откоса ниже ГМО (где не требуется
защита экрана от промерзания и от высыхания) потери сократятся
почти вдвое.
По мере кольматации грунтов ложа водохранилища потери
на фильтрацию будут уменьшаться.
Дренаж выполняется из перфорированных асбоцементных труб
диаметром 300 мм, укладываемых на пойме, на линии CD и на
склоне у пикета 3 + 80 попарно (рис. 54), в траншею, заполненную
смесью из разнозернистых песков; трубы обсыпают гравием. Для
контроля за работой дренажа примерно через 60 м устраивают
смотровые колодцы.
86
§ 4. ОСАДКА ГРУНТОВ ОСНОВАНИЯ ПЛОТИНЫ
Компрессионные кривые для грунтов плотины и ее основания
приведены на рисунке 57. Плотина до отметки 40,0 .и укатывается
в соответствии с компрессионной кривой; выше отметки 40,0 м
до гребня плотины укатка грунта ведется с обеспечением пори-
стости, соответствующей отметке 40,0 м. На этой отметке напря-
жение в грунте будет равно р = -(h = 1,8 (46,5—40,0) = 1,17 кг!см,
е
1 + 8
чему на рисунке 57 отвечает в = 0,675 или пористость п =
0 675
=	= 0,40 и объемный вес сухого грунта ус = 2,7 (1—0,4) —
1,0/0
= 1,62 т/м3’, при весовой
влажности грунта 10% его
объемный вес будет равен
1,62 • 1,1 = 1,78	1,8 т/м3.
Грунт тела плотины, ука-
танный, как указано выше,
не будет давать осадки, но
загружение основания пло-
тины весом плотины вызовет
в нем осадку; эту осадку
следует учесть при возведе-
нии плотины и учесть в уве-
личении объема земляных ра-
бот по плотине. Наибольшая
осадка основания будет под
гребнем плотины, наимень-
шая — у низовых бровок, без
большой погрешности послед-
Рис. 57. Компрессионные кривые:
НИМИ осадками В нашем слу- i — для грунтов плотины и 2 — ее основания,
чае-можно пренебречь. Глуби-
на сжимаемого слоя основания невелика (20,0—2,0 = 18,0 м),
поэтому можно принять, что под гребнем плотины он равномерно
до водоупора загружен весом плотины, т. е.
р = т/г = 1,8 • (46,5 — 20,0) = 4,77 кг/см*.
Напряжения от собственной нагрузки в верхнем слое основа-
ния найдутся из следующих соображений: по данным полевых
исследований е = 0,8, чему соответствует по компрессионной
кривой р = 0,5 кг]см2. Средний объемный вес сухого грунта осно-
вания составляет 1,50 т!м3, порозность 0,44, следовательно,
объемный вес грунта, у которого все поры заполнены водой, будет
равен 1,50 + 0,44 = 1,94 т/м3, а за вычетом взвешивающего
усилия воды — 0,94 т/м3.
Грунтовые воды на пойме стоят на уровне 18,5 м, т. е. на 1,5 м
от поверхности земли; сжимающее напряжение в грунте посредине
основания (т. е. на отметке 11,0 м) будет равно весу вышележащего
грунта слоем 9 м, т. е. 1,5 • 1,8 + 7,5 • 0,94 = 9,8 т/м2 =
87
1,0 кг!см2\ на водоупоре сжимающее напряжение будет составлять
9,8 + 9 • 0,94 = 18,25 т/м2 = 1,8 кг/см2. Следовательно, в есте-
ственном состоянии, до постройки плотины, грунт поймы имеет
по компрессионной кривой (рис. 57) такие характеристики
(табл. 26).
Таблица 26
Глубина h, м	Напряжение р, кг [см 3	Коэффициент пористости г
0	0,5	0,80
9	1,0	0,79
18	1,8	0,78
Среднее напряжение грунта поймы будет равно 1,1 кг/см2 и
среднее значение коэффициента пористости ех == 0,79.
Грунт поймы будет загружен весом плотины и напряжение
в нем повысится на 4,77 кг/см2, т. е. достигает средней величины
4,77 + 1,1 = 5,9 кг/см2, чему соответствует е2 — 0,76. Отсюда
можно найти наибольшую осадку грунта поймы под гребнем пло-
тины:
S = T -7 752 =1800 • °’79,7q°’76 = 30 см.
1 -j- Ei	1, /У
Глава IX
ВОДОСБРОСНЫЕ СООРУЖЕНИЯ ПРИ ЗЕМЛЯНОЙ
ПЛОТИНЕ
§ 1. ВАРИАНТЫ ВОДОСБРОСНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Для условий створа земляной плотины (рельеф поверхности
земли, грунты, сбрасываемый расход воды) и условий работы гидро-
узла можно наметить несколько вариантов водосбросных сооруже-
ний по типу быстротока, консоли, трубчатого водоспуска и сифона.
Первые три варианта с управлением величины сбрасываемого
расхода путем маневрирования затворами, четвертый — автомат.
Рассмотрим два варианта водосбросных сооружений, монтируемых
из выпускаемых заводами железобетонных блоков (рис. 13) —
быстроток и сифон; трубчатый водоспуск вряд ли будет экономич-
ней сифона; вероятно, таким же положение будет у консольного
перепада по сравнению с быстротоком, к тому же еще не закон-
чены разработки сборных конструкций, предупреждающих или
существенно ограничивающих боковые размывы за консолью.
Вариант водосброса по типу быстротока состоит из следующих
сооружений: шлюз, канал, быстроток, водобойный колодец; ва-
риант по типу сифона состоит из сифона, водобойного колодца и
отводящего канала. Каждый из этих вариантов может иметь свои
собственные варианты (например, быстроток с вертикальными стен-
ками водоската-лотка, быстроток трапецеидального поперечного
сечения, быстроток с гладким дном, быстроток с искусственной
шероховатостью и т. д.). Мы рассмотрим лишь по одному из них,
как более вероятные по экономичности в строительстве и эксплуа-
тации; техника разработки других вариантов не отличается от
рассматриваемых, приведение же ее повело бы к значительному
увеличению объема книги.
§ 2. ВАРИАНТ ВОДОСБРОСА ПО ТИПУ БЫСТРОТОКА
Трасса его показана на плане гидроузла (рис. 53), продольный
профиль на рисунке 58.
Водосбросные сооружения располагаем на правом берегу,
где рельеф местности позволяет проложить трассу водосбросного
тракта с приемлемой глубиной выемки вверху и с наименьшей
выемкой внизу. Трасса, размещенная на левом берегу, не обладает
89
этими хорошими качествами; кроме того, здесь она пересекается
с магистральным каналом, что потребует для него устройства
дюкера или акведука.
Трассу водосбросного тракта выбираем из следующих соображе-
ний: выемки на верхнем участке трассы используются для насыпи
плотины; выемки нижнего участка трассы значительно удалены от
плотины; дальняя возка грунта здесь будет к тому же вверх, ни-
зинные грунты по строительным качествам большей частью хуже,
чем верховые, поэтому правильно стремление к большим выемкам
наверху и к минимальным внизу.
В целях лучшего использования выемки сбросного тракта как
карьера для плотины канал устраивают с большим наполнением;
Рис. 58. Продольный профиль водосбросного тракта с быстротоком:
1 — водохранилище; 2 — подводящий канал; 3 — водосбросной шлюз; 4 — водосбросной
канал; 5 — вход в быстроток; 6 — быстроток; 7 — водобойный колодец; 8 — отводящий
канал.
для этого отметка дна сбросного канала понижается против отметки
дна порога шлюза на 2—4 м, и паводковый уровень в канале назна-
чают примерно на высоте Лкр (или несколько ниже), устанавли-
вающейся на пороге шлюза. В таких случаях шлюз пропускает
воду в условиях свободного истечения, т. е. имеет наибольшую
пропускную способность и, следовательно, наименьшие размеры;
кроме того, при установившемся режиме прыжка за шлюзом боль-
шей частью не образуется. Если гидравлическим расчетом устанав-
ливается возможность появления прыжка в сбросном канале, то,
учитывая это обстоятельство, за шлюзом устраивают небольшой
(0,7—1,0 м) водобойный колодец; при коротких сбросных каналах
(150—250 м) устраивают при входе в сопрягающее сооружение
приподнятый порог высотой 0,5—0,7 м. Для спуска воды из сброс-
ного канала, после закрытия затворами пролетов шлюза, в пороге
сопрягающего сооружения устраивают отверстия. Отводной ка-
нал за быстротоком так приключают к реке, чтобы его направле-
ние было близко к динамической оси реки, а не врезалось в берега.
90
Что касается глубины сбросного канала, то желательно иметь
на его трассе возвышение берегов над уровнем воды, близкое
к обычным запасам, назначаемым в каналах, т. е. порядка 0,7—
1,2 м, при этом упрощается надзор за состоянием канала, очистка
его от снега.
Порог водосбросного шлюза располагают ниже высокого уровня
водохранилищ на 2—3 м и редко более. Так как шлюз снабжают
затворами, то стремятся при пропуске паводка не повышать
уровень водохранилища выше нормального подпорного; повышение
УВВ против НПУ ведет к значительному удорожанию плотины,
не создавая каких-либо преимуществ для сооружений сбросного
тракта.
По приведенным соображениям выбрана трасса водосбросного
тракта, представленная на рисунке 58. Шлюз проектируется
трехпролетным, что обеспечит симметричный выпуск воды в канал
без сбоя при пропуске расходов воды в диапазоне от небольших
расходов до расчетного. Сравнительно небольшие пролеты можно
перекрыть стальными или железобетонными шандорами на коле-
сах с возможным подъемом их вручную при помощи подъемника;
вследствие редких подъемов затворов вряд ли целесообразно
ставить моторные подъемники.
При выборе ширины шлюза следует учитывать условия выпу-
ска воды в канал; через узкий шлюз будет подаваться в канал кон-
центрированная струя воды (с большими удельными расходами),
что может повести к образованию в широком канале сбойного те-
чения; широкие шлюзы будут стоить дороже. В наших условиях
ширина канала по дну будет составлять (по предварительным
расчетам) 25—30 .м, следовательно, ширину шлюза целесообразно
выбрать равной 15—18 м; меньшие или большие значения ее неже-
лательны по указанным выше соображениям. Примем рабочую
ширину шлюза 18 м, т. е. ширину отдельного пролета по 6 м, тогда
напор на пороге найдется из следующего уравнения расхода:
Q = £MBHs0^, или 146=0,95 • 1,7 • 3 • 6 .
откуда получаем Но = 3,04 м, Н >=& 3,0 м.
Сбросной шлюз. Шлюз устраиваем из бетона в железобетонных
плитах-оболочках размером 250-250-8 см; быки толщиной 1,5 м с
верховыми оголовками из полуциркульных железобетонных блоков,
бетонные продольные стены толщиной по верху 75 см, по низу
225 см устраивают также в плитах-оболочках; обратные стенки
в углах сопряжения с продольными имеют понизу 175 см, далее
145 см и 100 см, по верху 75 см (рис. 59).
Флютбет между быками в месте размещения затворов монолит-
ный, толщиной 100 см, далее сборный из блоков. Устойчивость
тонкого флютбета против выпирающих усилий фильтрационного
потока обеспечивается устройством застенного дренажа, почти
полностью снимающего противодавления от потока грунтовых
вод.
91
По быкам укладывается сборный железобетонный мост шириной
4,5 по мосту и по балке в передней части быков прокладывают
рельсы, по которым может перемещаться лебедка, при помощи
которой в период паводка поднимают шандоры и отвозят к монтаж-
ной площадке на гребне плотины.
Рис. 59. Продольный разрез и план сбросного шлюза:
1 — бруски искусственной шероховатости; 2 — застенный дренаж;
3 — смотровой колодец.
За шлюзом устраиваем перепад с высотой стенки падения 2,2 л/,
с отметкой дна водобоя 39,8 м (см. рис. 58—59).
Водобой за перепадом устраиваем из железобетонных плнт-
блоков К, оканчивая его вертикальной стенкой из блоков Д; в плане
водобой расширяется от 3 • 6 + 2 • 1,5 = 21 м до ширины канала
по дну 27 м, длина водобоя 9,3 л«, следовательно, роспуск в плане
92 .
стен водобоя будет составлять 9,3	— 3,1. Длина отлета
струи на перепаде найдется из формул:
/отл = 0,45<pv	= 0,45 • 0,95 • v^VhK~\-P-
/zK = 0,47g2/3==0,47.8,l3/3==l,9 м;
унР =	= 4,26 м]сек;
/ОТЛ = 0,45 • 0,95 • 4,26 }<1,9+ 2,’2 = 3,7 м,
что примерно в два с половиной раза менее длины водобоя.
Чтобы обеспечить растекание потока при таком сильном ро-
спуске стен водобоя, посредине водобоя в местах стыка блоков К
(рис. 60) устраиваем искусственную шероховатость; на частях
Рис. 60. Вид спереди и поперечный разрез по сброс-
ному каналу (к рис. 59):
1 — бруски искусственной шероховатости; 2 — застецный
дренаж; з — смотровой колодец.
водобоя, примыкающих к продольным стенам, искусственная
шероховатость не устраивается (рис. 59), что сделано с целью
усиления растекания потока и более равномерного выхода его
в канал.
Сбросной канал. Канал за перепадом устраиваем трапецеи-
дального сечения с заложением откосов 1 : 1,5, шириной по дну
27 м, уклоном 0,00035 и глубиной 3,5 м при Q — 146 мЧсек. Сред-
няя скорость при этом будет равна 1,45 м/сек, что не превосходит
допускаемую для суглинка 1,154j/7? — 1,15^2,77 — 1,49 м/сек.
Учитывая кратковременность работы канала при пропуске паводка,
величина допускаемой скорости для суглинка при гидравлическом
радиусе R — 1 м (или h — 1 м при широком канале) принята
93
увеличенной примерно на 5—7% соответствующей случаю длитель-
ной работы канала \
Отношение средней ширины канала к глубине 0 =
будет составлять для Q = 146 м3!сек, 0 = 9,3, что отвечает усло-
виям устойчивого бессбойного течения (0	10 -4- 12). В конце
Рис. 61. Вход в быстроток:
-а — продольный разрез; б — план; в — поперечный разрез подпорной
стенки.
канала перед быстротоком устраиваем порог высотой 1,0 л/, преду-
преждающий образование в канале кривой спада, поэтому и для
меньших расходов, например для Q = 50 м3!сек 0 = 13,0 будет
близко к требуемой величине.
Быстроток. В конце канала устраиваем быстроток с искусст-
венной шероховатостью из прямоугольных железобетонных бру-
сков. Ширину быстротока принимаем 9 м, что соответствует средней
1 Е. 3 а м арин. Транспортирующая способность и допускаемые ско-
рости течения в каналах. Госстройиздат, М., 1952, стр. 78.
94
Величине удельного расхода (146 : 9 = 16,2 м3/сек) для таких
сооружений (10—20 м3/сек). Вход в быстроток устраиваем по типу
воронки с постепенным сужением ширины по дну с 27 до 9 м (рис.
61); ширина порога входа при этом получается b = 21 м. Из урав-
нения расхода Q — ьМВНЧ» получается II0 = 2,60 м, а так как
скоростной напор в канале составляет jg-g2 = 0,1 м, то глубина
на пороге Н — 2,50 м, следовательно, порог входа в быстроток
возвышается над дном канала на 3,5—2,50 = 1,00 м и будет иметь
Отметку (рис. 61, а)
39,8 — 230 • 0,00035 +1,00 = 39,72 4-1,00 = 40,72 м.
Стены входной части и начала быстротока монтируются из
Г-образных блоков Г-6 высотой 2,8 м, дно входа — из блоков 0—4
(плиты 1 • 2- 0,1 м), дно быстротока — из блоков К. Проверим
достаточность высоты стен; на фасаде входа превышение высоты
стен над уровнем воды составляет (рис. 61, разрез А — А) 0,3 м,
что недостаточно; повысим запас в высоте добетонировкой верха стен
до отметки 43,9 м, т. е. на 0,28 м, тогда запас будет составлять
43,90—43,22 — 0,68 м, что приемлемо.
Для выявления запаса в высоте стен во втором сечении (в
начале быстротока) составим уравнение Бернулли для I и II сече-
ния (рис. 61), считая, по предыдущему, скоростной напор в I сече-
нии равным 0,1 м:
3,5 + 0,1+(39,72-38,22) = A, + JL(1 + C) = 5,1.
Величину С примем равной 0,05 из следующих соображений:
коэффициент местных потерь на вход будет около 0,3 от скорост-
V2
ного напора на входе; не зная еще величины v2, можно в каче-
стве первого приближения принять скорость на пороге входа в
Ъ 21 п	z
^- = -9 = 2,33 раза меньше, чем <и2, а если учесть, что /г2, вероятно,
будет меньше, чем глубина на входе, то у будет меньше ~ в 6—
^ё	^ё
V2
7 раз, и коэффициент потерь на вход, отнесенный к ~ будет около
0,05. Коэффициент местных потерь на трение вычислим по формуле
2gl—у для среднего сечения, шириной—у_ = 15,0 м, наполне-
R /з
нием около 2,2 м, I — 8 и п — 0,014. Получим среднее значение
V2
£т₽ = 0,014 и отнесенное к ~ — около 0,005, следовательно,
^ё
S == Свх 4“ ^тр 0,055. Предыдущее уравнение переписываем в
такой форме:
7^(5,1—Л2) — 14,2 и h2 = 2,22 м, т. е. меньше высоты блока
Г-6 на 2,8—2,22 = 0,58 м, что можно считать достаточным. Вы-
числение второго приближения £, как видно, не обязательно,
95
оно не будет иметь существенного отличия от первого. Для спуска
из канала воды, остающейся в нем после пропуска паводка, по дну
входной части у стен укладывают и прикрепляют две трубы диа-
метром 0,10 м от дна канала до отметки 38,22 (начало лотка быстро-
тока). Трубы, работая как сифоны, постепенно спускают воду из
канала в быстроток. На быстротоке допускаем скорость течения
12,5 м/сек, тогда живое сечение будет равно <о = 11,7 м2,
117
глубина -д- =1,3 м, R = 1,01 м; уклон быстротока i = 0,25
определяется принятой величиной скорости, уклоном местности
по оси быстротока и принятым типом и размерами искусственной
шероховатости. Найдем удельную шероховатость К и по ней высоту
зубцов искусственной шероховатости по типу нормальных бру-
сков:
к= Гй£ = _ГЗ^Ж.=00402
• v	12,5	’
1000Х=40,2 = 47,5 —1,2« + 0,1₽; а = у!
(*=4=т1=6’9;
ft	1 jU
о — высота зубцов находится так:
47,5-|-0,69 — 40,2	а	1,3 n,nt.
а — —	а----— = 6,67 и а = --4~ =0,195 жя«20 см.
1,2	6,67	’
Для принятого типа искусственной шероховатости величина а
должна заключаться в пределах 8	3, что у нас выполняется.
Монтажный стыковой шов у плит-блоков К имеет ширину 25 см-,
устанавливая в швы легкие каркасы арматуры и замоноличивая
блоки, мы увеличим высоту шва на 20 см, т. е. получаем брусок
искусственной шероховатости (рис. 62).
Расстояние между брусками искусственной шероховатости
должно быть (8 -г- 10)ст, т. е. в нашем случае не менее 1,6 м и не
более 2,0 м. У нас оно составляет 2,5 м\ чтобы компенсировать
избыток в расстоянии между зубцами, ставим между ними допол-
нительные короткие бруски (рис. 62) на продольных швах, замоно-
личивающих плиты.
Водобойный колодец. Конструкция колодца дана на рисунке 63.
Водобойный колодец монтируется из Г-образных блоков Г-6 высо-
той 2,8 м, образующих стены, блоков К, укладываемых на дно,
и четырех рассекателей потока из блоков Н и Г. В углах продоль-
ные и поперечная стенки соединяются монолитными железобетон-
ными стенками-вставками, внизу которых оставляют отверстия
диаметром 15 см для спуска воды из колодца после прохода паводка.
По дну колодца устраивают три железобетонных бруска искус-
ственной шероховатости и три ряда коротких брусков (как на
быстротоке). Расчетная схема колодца приведена на рисунке 64;
96
3 5_2 15
из нее следует, что на длине — — 5,4 м в быстроток через
борта его лотка будет сливаться расход и на длине примерно
3,3 м в колодец будет	„
сливаться из нижнего
бьефа расход Q2. Вели-
чину первого расхода
найдем из формулы 1:
<?1 = 0ЛЯЯЯ3/2 = 0,4-
1,86 - 5,4.1,3’/2 =
= 5,85 м^сек.
С двух сторон в ло-
ток вливается 2Q± =
= 11,7 мЧсек, что по-
вышает глубину воды в
конце лотка примерно до
, 146+11,7_, ч 157-7 _
146	~1,6 146
= 1,41 м; здесь h — глу-
бина воды в быст-
ротоке при Q = 146
мЧсек. Расход Q2 при-
мерно равен 3,3 • 1,86 •
• 0,73/а = 3,5 мЧсек, с
двух сторон колодца
будет сливаться 2-3,5 =
= 7 мЧсек, следова-
тельно, из колодца бу-
дет выливаться расход,
равный 146 + 11,7+7=
= 164,7 мЧсек. Обоз-
начая высоту перели-
вающегося через борта
Рис. 62. Поперечный разрез быстротока (а),
план (б) и вид на бруски искусственной шеро-
ховатости (в).
колодца слоя воды Н, можем написать:
164,7 = М [2 • 11,3 -Я3/2-Р(Я4-0,5)3/2 • 21],
где 0,5 м принят как напор от средней скорости в колодце. Здесь
первое слагаемое — расход Q3 через борта колодца, второе слагае-
мое — расход через торцовую стенку колодца.
Из предыдущего уравнения получаем Я — 1,35 м.
Уравнение прыжковой функции, составленное для вертикальных
сечений в начале и в конце колодца:
аО2 , со.Л, л л	л
+-Н-----= при а = 1,
1 Е. А. 3 а м а р и н. Гидротехнические сооружения, т. I, стр. 151, изд.
САЗГипроводхоза, Ташкент, 1932.
4 Е. А. Замарин
97
й
Рис. 63. Продольный разрез (а) и план (б) водобойного колодца
быстротока.
Рис. 64. Расчетная схема водобойного колодца.
Q = 146 + 11,7= 157,7 м3/сек, Ь} = 9
ht = 1,41 м- h.2 = 2,8 +1,35 = 4,15	Ь, = 21 м,
дает 0Х = 208 и 62 = 209, что указывает на затопление прыжка
в колодце.
Приведенный здесь гидравлический расчет водобойного колодца
является приближенным, для уточнения его необходимо провести
лабораторные исследования модели колодца.
§ 3. ВАРИАНТ ВОДОСБРОСА ПО ТИПУ СИФОНА
Сифонный водосброс автоматически включается в работу при
заданном уровне водохранилища, вследствие чего в нижнем бьефе
может образоваться большая паводочная волна. С целью ослабле-
ния паводочной волны сифонный водосброс устраиваем из несколь-
ких труб с различными отметками порогов их водосливов, что при-
водит к постепенному включению труб одну за другой. Сифонный
водосброс составляем из четырех труб со следующими отметками
порогов их водосливов: вторая труба 45,0 м, т. е. на отметке НПГ
водохранилища, третья труба 45,1 м, четвертая и первая труба
45,2 м-, для включения труб сифона в работу необходимо иметь
напор над порогом водослива около 0,20—0,3 м, т. е. для включения
в работу всех четырех труб уровень водохранилища должен быть
около 45,4—-45,5 м, следовательно, уровень водохранилища во
время пропуска паводка будет превышать НПГ, поэтому отметку
гребня плотины повышаем на 0,5 м до 47,0 м вместо 46,5 м, как это
было в случае устройства водосброса по типу быстротока. Для раз-
мещения конструкций сифона гребень плотины над ним повы-
шается до 47,35 м.
Сифон монтируется из Г-образных блоков высотой на входе
2,8 м (Г-6), на водосливе 2,2 м (Г-4) и далее 1,9 м и 1,6 м (Г-2);
сверху блоки /'прикрываются плитами П, внизу замоноличиваются
по сетке; на выходе из сифона устраиваем водобойный колодец.
Продольный профиль по сифону представлен на рисунке 65, план
трассы — на рисунке 53; в плане сифон имеет два поворота.
Гидравлический расчет сифона должен подтвердить достаточ-
ность пропускной способности сифона и допустимые величины
вакуума в сифоне:
= /2gz = ~= V2gz .
У нас коэффициенты местных потерь, отнесенные к выходному
сечению сифона, имеют следующие величины>на вход 0,3, на два
поворота 2 • 0,3 = 0,6; на вход 0,7, на трение вдоль пути 1,2, на
носик 0,15, а всего 2,95; следовательно, коэффициент расхода будет
равен 0,58. Живое сечение на выходе сифона равно 4  2 • 1,55 =
= 12,4 м2, где 2 м и 1,55 м — ширина и высота каждой из четырех
труб. Водобойный колодец устраиваем таким же, как и за быстро-
4’	•	99
током, отметка уровня воды в нем составляет 18 + 4,15 = 22,15 м,
значит z = 45,5—22,15 = 23,35^ м и
Q == 0,58 • 12,4 • 4,43)^2^55 = 153 м3/сек 146 м3!сек.
Рис. 65. Продольный профиль водосбросного тракта с сифоном:
1 — водохранилище; 2 — подводящий канал; 3 — сифон; 4 — водобойный
колодец; 5 — отводящий канал.
Рис. 66. Продольный разрез (а) и фасад (б) входа в сифон; носик (в)
сифона.
Средний вакуум в сифоне найдем из уравнения Бернулли:
я+л,=*+/’4-£(14-«.
ИЛИ
^.(l+Q_(H-z)=F<>-p=V.c
в метрах водяного столба.
100
Здесь £ обозначает сумму коэффициентов местных потерь от
начала сифона до рассматриваемого поперечного сечения сифона,
z — расстояние от центра рассматриваемого сечения до плоскости
сравнения, в нашем случае совпадающей с дном канала, подводя-
щего воду к сифону; Н — глубина воды в подводящем канале.
Подсчитывая по приведенному уравнению вакуум на водосливе
сифона, находим Vac = 1 м вод. столба, т. е допустимый. Кон-
струкции входа в сифон и носика, устраиваемого для ускорения
включения сифона в работу, показаны на рисунке 66.
§ 4. СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ
В сравнении стоимостей обоих вариантов исключим общие для
вариантов расходы, к которым отнесем расходы на водобойный
колодец, стены и пол быстротока, а также на земляные работы по
трассе сифона и быстротока (несколько большие для сифона).
Сравнение, проведем в стоимости 1 м3 сборного железобетона (около
62,5 руб. за 1 л<3), для чего примем следующие соотношения стои-
мостей: 1 .и3 насыпи 1/70,1 м3 монолитного бетона 1/2,5,1 т конст-
рукций металлических шандор 2,75 от стоимости! м3сборного желе-
зобетона. Устройство сифона потребует дополнительного по сравне-
нию с быстротоком расхода сборного железобетона на стенки, на по-
толок труб и на вход в количестве 700 м3 и дополнительных земля-
ных работ в связи с повышением отметки гребня плотины на 0,5 .и
в количестве 29 300 м3, что примерно равноценно 29 300 : 70 — 420 м8
сборного железобетона, а всего 1120 м3 сборного железобетона.
Устройство шлюза в варианте быстротока потребует допол-
нительного (сверх быстротока) расхода материалов на устройство
шлюза: монолитного бетона 390 м3, что равноценно 390:2,5=
= 156 м3 сборного железобетона; на устройство понура, водобоя, на
плиты-облицовки потребуется 175 м3 сборного железобетона, на
шандоры — 17 т стали, на подъемники — 1 т, что равноценно
3 т металла затворов, а всего 20 т, что по стоимости равно при-
мерно 55 м3 сборного железобетона. В сумме все эти работы рав-
ноценны 386 м3 сборного железобетона. В итоге вариант сифона
оказывается дороже варианта быстротока на стоимость 1120—386 =
= 734 м3 сборного железобетону, т. е. на 734-625=46 тыс. руб-
лей. Пропуск паводков через сифонный сброс проще, чем через
быстроток; для последнего требуется подготовить канал к приему
весеннего паводка, очистив его от снега (или, в крайнем случае,
устроить широкую пионерную траншею в снегу), что в условиях
нашего канала, пролегающего в неглубокой выемке, не представ-
ляет больших трудностей для работы бульдозера. Осмотры и ремон-
ты сооружений в варианте быстротока проще, чемв варианте сифона.
Указанные соображения и значительная разница в стоимостях
сбросов дают основание выбрать вариант по типу быстротока.
101
Глава X
ВОДОВЫПУСКИ ПРИ ЗЕМЛЯНОЙ ПЛОТИНЕ
§ 1. КОНСТРУКЦИИ ВОДОВЫПУСКОВ
Водовыпуски для орошения и для гидроэлектростанции раз-
мещаем на левом берегу, т. е. там, где расположены орошаемые
земли. Небольшая мощность ГЭС и довольно значительная пло-
щадь орошения (12 000 га правильного и около 7000 га лиманного
орошения) определяют главную задачу гидроузла — обеспечение
орошения. Этой задаче будет подчинен выбор конструкций водовы-
пуска для орошения, эти же конструкции будут приняты для во-
довыпуска на ГЭС; обеспечение питания ГЭС водой будет гаранти-
ровано.
Головы водовыпусков совмещаем в одной башне, от которой один
напорный трубопровод подает воду на ГЭС и два безнапорных —
на орошение. Все трубопроводы сборные, одинаковой конструк-
ции, собираются из железобетонных блоков типа Е с выпуском
концов арматуры по торцам и из горизонтальных полочек. Башня
может быть собрана из толстых железобетонных плит-блоков
толщиной около 0,45—0,5 м или из бетона в железобетонных пли-
тах-оболочках, в которых арматура является несущей, т. е. вос-
принимающей вместе с бетоном, заполняющим пространства между
плитами, усилия и изгибающие моменты от внешних сил.
Первая конструкция башни сложнее в монтаже, особенно в
установке закладных частей и устройстве пазов для затворов,
в обеспечении водонепроницаемости горизонтальных швов; вто-
рая проще. Рассмотрим вторую конструкцию.
Вода подводится к башне по трем напорным трубам в три
отделения башни, далее вода отводится по напорной трубе в ГЭС
и по двум безнапорным в общий успокоитель и далее по магистраль-
ному каналу на орошение.
Продольный разрез и план водовыпусков приведен на рисунке 67.
Башня состоит из трех отделений 2,5 • 3,0 м каждая, в ней уст-
роены пазы для затворов; затворы колесные, одинаковой конструк-
ции — три рабочих и два ремонтных. Ремонтные затворы постав-
лены в оросительных отделениях башни, и ими можно пользо-
ваться при подаче воды на орошение во время стояния высокого
уровня водохранилища, поддерживая глубину воды в башне при-
102
Мерно вдвое меньшую, чем перед башней, облегчая тем безнапор-
ный пропуск воды по трубам водовыпуска.
Рис. 67. Продольный разрез и план водовыпусков.
Для управления затворами и перемещения их по отделениям
башни в ней наверху размещена тележка с лебедкой. Башня мон-
тируется из трех блоков: № 1
№	3 — уголковый
(157 +35)-100-9 сл< с вы-
пуском несущей гори-
зонтальной арматуры
(рис. 68). Толщина стен
принята равной 60 сжили
за вычетом толщин двух
плит 2-9 = 18 см, в свету
42 см, что при высоте
плит 100 см даст возмож-
ность приварить попе-
речные штыри к арма-
туре двух параллельных
плит и провибрировать
бетонное заполнение
между плитами. При
меньшей толщине стен
выполнить эти опера-
ции затруднительно.
Размещение затворов
250-100-9 см, № 2
Рис. 68. План башни и железобетонные блоки.
300-100-9 см,
тпттг
Б-д
в отделениях башни по-
103
Рис. 69. Продольный разрез и план отделения башни:
1—2 — колесные затворы; 3 — ремонтный приямок; 4 — бетонная подготовка.
казано на рисунке 69. Опоры и рельсы первого затвора разме-
щают на балкончике из монолитного бетона, арматура которого
пропускается через дыры, заранее сделанные при изготовлении
плит-блоков № 3. Боковое и верхнее уплотнение в обоих зат-
ворах одинаковое: профилированная резина прижимается водой
к /Z-образной рамке (а на рис. 70) из листового железа, затапли-
ваемого в бетон, донное уплотнение тоже из резины; при этом
давления воды на щит сверху и снизу уравновешиваются и не пе-
редаются на подъемник.
Рис. 70. Уплотнение затворов:
а, б — верхнее и боковое уплотнение первого затвора; в — верхнее и боковое уплотнение
второго затвора; г — донное уплотнение; 1—г — стальные листы верхнего и бокового
уплотнения первого затвора; з — стальной лист верхнего и бокового уплотнения второго
затвора.
Трубы водовыпуска собираются из железобетонных блоков;
звенья труб жестко соединяют друг с другом путем сварки выпу-
щенной арматуры и замоноличивания швов. Гибкие швы устраи-
вают у первого звена за трубой (рис. 67), у пятого звена за трубой,
выделяя тем самым наиболее загруженный участок трубы и далее
(у напорной трубы ГЭС) через четыре звена. Гибкий шов устраи-
вается из 7-образной нержавеющей стали. Напорная труба к ГЭС
поворачивается на 51 ° по среднему радиусу 30 м с постепенным за-
глублением не менее 1,5 м от поверхности земли до верха трубы.
Трубы укладывают на бетонную подготовку из бетона М-100 слоем
15 см.
Ширина труб 1,5 м в свету выбрана согласно гидравличе-
скому расчету; высота 1,6 м — из удобств осмотра и ремонта труб
(рис. 71).

Перед трубами поставлен че^ез 0,6 м ряд железобетонных свай,
преграждающий попадание в них топляков и льда. Вход в трубы
также разделен на три отделения с параллельным^ ныряющими
стенками, на верх которых уложены рельсы, продолженные до
башни. По этим рельсам можно спустить два ремонтных затвора
и закрыть ими вход в одно из его отделений, уплотнив зазоры бре-
зентовым полотнищем; для этого полотнище наматывают на метал-

Рис. 71. Поперечное сечение водовыпуска.
лическую трубу и, постепенно накатывая ее на затворы, покры-
вают брезентом зазоры и затворы. Описанная операция произво-
дится редко, раз в 5—8 лет, в период стояния ГМО для осмотра
и, если надо, для ремонта труб на участке от входа до башни.
§ 2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ВОДОВЫПУСКОВ
Гидравлический расчет имеет целью подтвердить возможность
выполнения подачи воды на орошение по графику водопотребле-
ния при заданных уровнях водохранилища и выбранных конструк-
циях водовыпусков.
Очевидно, расчетным случаем будет забор 8,0 мг/сек при ГМО,
т. е. при отметке уровня воды водохранилища 35,0 м. Расчетная
схема безнапорного водовыпуска приведена на рисунке 72.
Для сооружений средних размеров, подобно рассматриваемым
в настоящем примере, желательно не допускать больших потерь^
106
пропуская расХоДй при нйзШем горизонте йбдохранйлища, и
ограничивать их 0,20—0,25 м.
Стремление к удешевлению стоимости водовыпуска путем
придания ему меньших поперечных размеров вызывает увеличе-
ние гидравлических потерь и, следовательно, снижает командную
отметку воды магистрали; наоборот, увеличение поперечных раз-
меров водовыпуска уменьшает гидравлические потери и повышает
горизонт командования. В случае избытка площади пригодных
к орошению земель хорошего качества (по почвам и рельефу)
по сравнению с оросительной способностью водохранилища,
когда снижение горизонта командования не ведет к потерям
площадей орошения, можно проектировать водовыпуски с боль-
шими, чем было указано, гидравлическими потерями. В тех
же случаях, когда снижение горизонта командования ведет или
к уменьшению площади орошения, или к использованию ороша-
емых земель пониженного качества (худшие почвы, холмистый,
пересеченный рельеф) без уменьшения площади орошения, не
следует допускать снижения горизонта командования сверх
указанного. За водовыпуском устраивают водобойный колодец
и далее магистральный канал, который имеет следующие раз-
меры (табл. 27).
Таблица 27
h	V	Q	т = 1 : 1,5
1,34 1,51	0,74 0,80	8,0 10,0	Ь== 6,0 i = 0,0003
Гидравлический расчет ведем в следующем порядке: находим
потери в горизонтах при выходе из водобойного колодца в маги-
страль z3 (см. рис. 72) из формулы:
Q = (fbh Y2gz03,
где Q — расход для одной трубы, равный 4 м3/сек;
ср = 0,9; i/2g = 4,0;
b — половина ширины выхода из колодца, равная половине
ширины канала по дну, т. е. 3,0 м.
h — глубина воды в канале, равная 1,34 м.
Чтобы найти напор от подходной скорости, надо знать глубину
воды перед выходом из колодца, она равна А3 + d, где h3 — глу-
бина равномерного режима в трубе при Q — 4,0 м3!сек, d — глу-
бина колодца, еще нам неизвестная; примем ее равной 0,5 м и
в дальнейшем проверим.
107
Подставляя указанные величины в уравнение расхода и считая
4
подходную скорость v = з! 37, получим z3 = 3 см и h3 = h + =
= 1,34+0,03=1,37 м.
Оценивая потери при прохождении потоком башни общим
коэффициентом <р = 0,95 (ср]/ 2g ~ 4,2), можем написать:
<2 = 4 = 4,2 - 1,5 - 1,37]/^,
где 1,5 м— ширина трубы. Так же, как и ранее, подходную ско-
рость найдем из формулы:
V== 1,5 • (1,37 + 0,03) И 2^ = °,186^.
Из предыдущего уравнения находим я02 ~ 0,215 м, z.2 — 3 см
и Л2 = 1,4 м. Так же находим 2П но здесь ширину подходного
потока считаем равной 1,5+0,25=1,75, т. е. к ширине трубы при-
бавляем толщину стенки трубы 0,25 м, чем учитываем в конструк-
ции входа постановку ныряющих стенок. Написав уравнение рас-
хода, найдем z-l = 6 см и h± = 1,46 м.
Уклон трубы определим из условий равномерного режима в
ней при пропуске Q = 4,0 мЧсек и h = 1,37 м\
Полагая коэффициент шероховатости п равным 0,014, находим
со ~ 2,05 лс1 2, v ~ 1,95 м/сек, R — 0, 483 м, С = 64,7 (по рис. 49)
и уклон j — 0,0019.
Потери на длине трубы д составят:
д = И = 0,0019 (15,8 4- 4,2 4-42,8) = 0,12 м.
Зная отметку уровня воды перед башней 35,0 м, найдем от-
метку флютбета входа 35,00—1,46=33,54 м и выхода трубы 33,54—
—0,12=33,42 м. Общие потери напора составят:
2==^ —Лз4-9 = 1,46 —1,344-0,12 = 0,24 м,
т. е. не выходящие из обычных норм.
Проверим теперь пропуск 10,0 м3/сек через две трубы, по
5,0 м3/сек через каждую. Более тяжелые условия пропуска будут
тогда, когда первый (передний) затвор полностью поднят и уровень
воды в башне стоит, пренебрегая небольшими потерями в подво-
дящей трубе, на отметке наивысшего горизонта водохранилища,
т. е. 45,0 м. Отметку порога найдем, пользуясь предыдущим рас-
четом; она равна (см. рис. 72) 33,54—0,0019 (15,8+4,2)=33,56 м.
Высоту поднятия второго затвора найдем из уравнения исте-
чения из-под щита J:
Q — yabh У 2g (Н—ah).
1 И. И. Агро скин, Ф. И. Пикалов, Г. Т. Дмитриев. Гид-
равлика. Госэнергоиздат, М.—Л., 1954, стр. 336.
108
|3десь <р = 1, а — коэффициент вертикального сжатия по
Н. Е. Жуковскому, равный 0,615, // = 45,0—33,5 = 11,5 м,
Q = 5,0 мЧсек, 6 — 1,5 м.
Подставляя значения букв, получаем:
5 =/г2 (11,5 — 0,6157г),
откуда находим h — 0,365 м и ah = hx -- 0,224 м, отстоящую от
щита примерно на 2h, т. е. на расстоянии 0,73 м. Далее по кривой
подпора найдем глубину в конце трубы h2 и проверим, будет ли
затопляться прыжок в колодце, принятый глубиной d — 0,5 м.
Для построения кривой подпора применим уравнение
Н. Н. Павловского:
%=Жз _ Х1 _ (1 _ /) (Да _ Я)).
Здесь	*
.	-^2 .	^2 -Л1
=	a==~h^' К2~КХ ’
i0 = 0,0019;
/=^-;
К2 = <йс1С2уг R2, Kq = «>0С0 |/_/?0,
L — расстояние между сечениями х2 и %;
С — коэффициент Шези;
X — смоченный, периметр для значения h промежуточного
между hx и Тг2;
Ко — расходная характеристика для расхода 5,0 мЧсек в условиях
равномерного режима, когда (подсчеты опущены) 7г0 — 1,64 м.
Из таблиц функции П, составленных Н. Н. Павловским, можно
установить, что для малых значений х функции П х, тогда урав-
нение свободной поверхности принимает более простое выражение:
^ = -у1/(^—А)-
«'О
Задавшись рядом значений h2 (Лг известно), подбором (весьма
простым) находим, что при h2 = 0,412 м длина L равна 42,1 м,
или от щита до конца трубы 42,1+0,73=42,83 м, т. е. фактической
(см. рис. 72).
Далее, чтобы проверить затопление прыжка в колодце, соста-
вим уравнение прыжковой функции:
aQ2 , u>2h2 _fl ^_д _ aQ2 , to8A8
2~—"»<*• —	2~ 
Здесь а = 1,05;
(02 = 62.Ti2 = 1,5-0,412,
109
b3 — 3,0 (полуширина вывода из колодца);
h3 = 1,51+0,50+0,03=2,04 м (глубина воды в колодце).
Подставляя значения букв, получим 02 = 4,35 < 93 = 6,66,
т. е. прыжок будет затоплен в колодце и намеченную ранее глу-
бину колодца d ~ 0,5 м сохраняем.
Рис. 73. Водобойный колодец:
а—продольный разрез; б—план; в—вид с нижнего бьефа.
При регулировании расхода воды обоими затворами наимень-
шие скорости истечения из-под щита будут тогда, когда напор перед
вторым затвором будет вдвое меньше, чем в рассмотренном случае,
т, е. Н =	= 5,75 м.
Тогда кщ = 0,512 м (вместо 0,365 м) соответственно будет боль-
ше h2 и, значит, меньше h3, т. е. прыжок здесь также будет затоп-
лен, с большей степенью затопления.
НО
Длину колодца принимаем 6,0 м, т. е. равную трем сопряжен-
ным глубинам на выходе; против отверстия труб ставим гребенку
из зубцов 20-20-20 см с прозорами 20 см\ для более равномерного
выпуска воды из колодца в канал гребенку по середине выхода
не устраивают (рис. 73).
Стены колодца собирают из блоков типа Г. Водовыпуск в
лиманный канал монтируется, как указано в главе III, таблица 7.
Из предыдущих расчетов следует, что водовыпуск ГЭС всегда
обеспечивает забор воды от 4,0 мЧсек при ГМО и более при высших
горизонтах_водохранилища.
Глава XI
ОТСТОЙНИК С ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ПРОМЫВКОЙ
§ 1. УСЛОВИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
В низовом конце предгорного участка реки размещается водо-
заборный гидроузел (рис. 74) в составе земляной плотины, бетон-
ной щитовой плотины с пятью пролетами по 10 м, русловых регу-
лировочных дамб, головного регулятора и отстойника за ним.
Разрез по подводящему руслу реки и фасад гидроузла показаны
в несколько увеличенном масштабе на рисунке 75. От отстойника
вода подается по деривационному каналу на гидроэлектростанцию
с максимальным расходом летом 30,0 мЧсек и минимальным в зим-
ний период 15,0 мЧсек. Гидравлические характеристики канала
приведены в таблице 28.
Таблица 28
h, м	со, JU2	R, м	С	v, м]сек	Q, м*1сек	п = 0,025
2,05	37,1	1,65	44,4	0,81	30,0	Ь = 15,0 м
1,65	28,8	1,37	42,8	0,71	20,5	т = 1 : 1,5
1,40	24,0	1,17	41.0	0,63	15,1	i = 0,0002
1,25	21,1	1,08	40,5	0,60	12,5	С — по графику на рисунке 49
Наибольший подпорный горизонт в реке равен 56,4 м, нормаль-
ный подпорный горизонт 56,0 м\ бытовые горизонты реки состав-
ляли: в паводок 53,0 м, в межень 51,4 м, отметка бытового дна
реки 50,0 м. Вследствие размыва русла за плотиной, с последую-
щей самоотмосткой его, горизонты воды в нижнем бьефе пони-
жаются в паводок и в межень соответственно на 0,4 и 0,2 м, т. е.
до отметок 52,6 м и 51,2 м.
Отстойник предназначается для очистки воды от крупных и
средних наносов диаметром 0,2 мм и крупнее; оставшиеся в воде
мелкие взвешенные наносы должны транспортироваться каналом,
112
не заиляя его. Речная вода в паводок содержит следующее взве-
шенные наносы (в процентах):
d > 0,5 мм.............................. 1
d = 0,50—0,25 мм........................ 24
d — 0,25—0,05 » .........................35
d < 0,05 » ........................40
Количество наносов 5
кг!м\ в межень взвешенных наносов
значительно меньше и они мельче.
Рис. 74. План гидроузла:
1 — земляная плотина; 2 —* щитовая плотина; 3 — головной регулятор; 4 — регулиро-
вочные дамбы; 5—донные промывники; 6— камеры отстойника; 7 — смесительный коло-
дец; S — магистральный канал; 9 — пульповод; 10 — дорога; 11 — застенный дренаж;
12 — смотровые колодцы; 13 — монтажная площадка; 14 — запань.
Рис. 75. Разрез А—А (к рис. 74):
1 — земляная плотина; 2 — бетонная щитовая плотина; 3 — головной регулятор;
4 — регулировочная дамба; 5 — донные промывники.
Для расчета отстойника фракции наносов разукрупним; для
этого построим график (рис. 76) механического состава взвешен-
113
ных наносов и с него возьмем доли в процентах, соответствующие
содержанию наносов следующих фракций (табл. 29).
Таблица 29
Диаметр наносов, мм	% содержания	Р мутность, кг/jw8	р. мутность, л/м*	w, см/сек при 15° С
>0,50	1	0,05	0,033	5.67
0,50 — 0.30	19	0,95	0,633	3.21
0.30 — 0,20	13	0,65	0,433	1,70
0.20 — 0,10	17	0,85	0,567	0.59
<0,10	50	2,50	1,667	
	100	5,00	3,333	
В таблице 29 приведены весовая мутность воды р в кг!м3 и
объемная мутность в л/м3, получаемая делением весовой мут-
ности на объемный вес наносных отложений, принимаемый для
Рис. 76. График механического
состава взвешенных наносов реки.
песчаных наносов равным 1,5 т/м3,
в этой же таблице приведена гид-
равлическая крупность наносов w
в см/сек для нижних границ интер-
валов фракций наносов.
§ 2.ОТСТОЙНИК С ПОЛОЖИТЕЛЬНЫМ
УКЛОНОМ ДНА
При заданной системе промыв-
ки возможно наметить варианты
отстойника как с положительным,
так и с отрицательным уклоном
дна х. Не останавливаясь подробно
на выборе числа камер отстой-
ника (об этом см. в гл. XVI), при-
мем отстойник, состоящий из трех
камер, пропускающих в межень
по 10 м3/сек каждая; когда взве-
шенных наносов меньше, работает одна камера с расходом 12 мЧсек\
расход 15 мЧсек пропускается через две камеры; зимний расход
в 15 мЧсек, когда вода содержит небольшое количество взвешен-
ных наносов, пропускается через одну камеру. В это время от-
стойник защищается от захвата шуги постановкой перед головным
регулятором запани, направляющей шугу к ближайшему пролету
плотины, сбрасываемой далее через козырек затвора в нижний
1 При положительном уклоне дна отметки его постепенно понижаются
от начала к концу.
14Л
бьеф. Чтобы предупредить скопление шутовых масс за затвором^
он слегка приподнимается и струей воды из-под щита шуги сно-
сится в нижний бьеф.
Рассмотрим простейший отстойник с камерами постоянной
ширины и с положительным уклоном дна. Во время промывки од-
ной из камер две остальные будут пропускать по 15 м3/сек каждая,
т. е. будут работать с перегрузкой на 50%, что, принимая во вни-
мание кратковременность промывки (около 1 часа в сутки), не
повлияет значительно на качество очистки воды и может быть
допущено.
Ширину каждой из камер примем 9,5 м, исходя из следующих
соображений: разность уровней воды верхнего и нижнего бьефов
около 4,6 м, потери в пульповоде (за камерой), судя по опыту про-
ектирования, составят около 0,6 м, тогда глубина воды в конце
отстойника будет около 4,6—0,6=4,0 м. Считая понижение дна
отстойника около 0,6 м, получим глубину воды вначале 3,4 м и
среднюю глубину Н = 3,7 м. Принимая среднюю скорость тече-
ния в очищенном от наносов отстойнике v = 0,3 м/сек, находим
живое сечение камеры 10 : 0,3=33,3 м2, ширину камеры 33,3 : 3,7
№ 9,0 м и длину рабочей части камеры:
S = KH — = K —— 1,4  3,7 ~= 91,5 м,
w w	1,7	’
где w — гидравлическая крупность наносов диаметром 0,2 мм,
которые по заданию должны осаждаться в отстойнике; К — 1,4.
В этом приближенном подсчете размеров камер отстойника
мы не учитывали потерь на вход в отстойник, не проверяли, доста-
точна ли скорость для смыва наносов в камерах при промывках,
достаточна ли скорость для транспортирования по пульповоду
смываемых из камер наносов.
Ясно, что одним, достаточно простым уравнением нельзя
охватить всего многообразия форм работы отстойника (заиление,
промывка), поэтому приходится задаваться его размерами и про-
верять их расчетом; подобный подбор следует делать два, редко
три раза и, сравнив варианты, выбрать лучший из них по усло-
виям эксплуатации.
Пользуясь предварительным подсчетом, назначим следующие
размеры камеры (рис. 77): длина рабочей части камеры S — 90,0 Mi
глубина воды при входе в отстойник 1,65 м, глубина в начале ка-
меры Нг = 3,45 м, р — 1,8 м, глубина и порог в конце камеры Н2 =
= 4,0 м, ширина камеры 9,5 л<;вход в камеру делаем двухпролет-
ным, с шириной каждого пролета 3,5 м с бычками толщиной 1,25 м.
На рисунке 78 приведен фасад головного регулятора с пока-
зом отметок порогов отверстий плотины, головного регулятора
и донного промывника. Глубину на пороге головного регулятора
принимают примерно равной глубине в магистральном канале,
т. е. около 2,05 м (см. табл. 28). Если бы приняли h = 2,05 м,
то получили бы ширину входа плюс ширина бычков уже, чем
115
ширина отстойника, следовательно, надо было бы устраивать пере-
ходный участок от входа до камеры отстойника. Уменьшив h
jifl 1,65 м, мы можем получить ширину входа, одинаковую с ши-
риной камеры, т. е. простое сопряжение входа с камерой. Рас-
смотрим этот вариант входа в отстойник.
1 — донные промывники; 2 — пульповод; 3 — уравнительная решетка.
Высоту отверстия донного промывника примем 1,0 м (обычные
ее размеры 0,8—1,2 м) с отметкой порога на 0,5 м выше порога
плотины; тогда вертикальное расстояние между водозаборным от-
верстием и донным промывником будет достаточно для размещения
поднятого затвора донного промывника; при этом не будет созда-
ваться затруднения забору воды в отстойник.
Рис. 78. Фасад головного регулятора.
Средняя глубина отстойника будет 3,72 м, живое сечение
35,5 м2 и средняя скорость течения 28,3 см/сек-, уклон дна камеры
получается равным 0,00611. При промывном расходе, несколько
большем рабочего и равном 12 м3/сек, скорость в конце промывки
при глубине 0,47 м получается 2,76 м/сек, т. е. в рекомендуемых
пределах (2,5—3,5 м/сек).
Вычертив эскиз отстойника в плане, получим длину пульпо-
вода от ближайшей к реке камеры (третьей) до уреза воды в реке
85 м и до конца первой камеры 115 м, что позволяет придать дну
116
пульповода уклон 0,01; принимая ширину пульповода 2,0 м,
получаем при пропуске 12 м3/сек глубину в нем 1,3 м и скорость
4,6 м/сек (при коэффициенте шероховатости п — 0,015), т. е. в
пределах обычно принимаемых величин.
Потери при входе в отстойник найдем из формулы расхода:
Q = SeyBh Y
где = 0,90; 8 = 0,9.
Коэффициент сжатия, по Е. А. Замарину, при полуциркульном
очертании оголовков бычков для крайних пролетов исчисляется
при т] = 0,2, для средних пролетов т; = 0,1, в среднем т. = 0,15,
т. е.
е = 1 — 1 т+ = 1 — О.15 •	= °.95-
• h -f- Ъ	’	1,65 + 3,50
Подставляя значения величин В = 2- 3,5 = 7,0 м, Q — 10лг3/сек,
h — 1,65 м, получаем z0 = 7,0 см, z «=* 4 см.
На входном пороге устанавливаем вертикальную решетку *
из железных полос сечением 6Z = 1,5 • 8 см с просветами Ьх = 3 сл«;
потери в решетке, по А. Р. Березинскому, составят:
+8К=2'6
где Р = 0,318;
v — скорость входа, равная 0,84 м/сек. Общие потери будут
равны 4,0+2,6 «=* 7,0 см.
Во входном пороге устраиваем по одному донному отверстию
против каждой камеры (они вполне обеспечат смыв наносных от-
ложений перед порогом) и еще одно до входа в головной регуля-
тор — типа наносоперехватывающей галереи. В выходном пороге
намечаем два донных отверстия в каждой камере.
Найдем время заиления камеры, полагая что взвешенные наносы
распределены по живому сечению равномерно, т. е. по прямо-
угольной эпюре, что для приплотинного отстойника близко к
действительности. Расчет ведем по трехчасовым интервалам вре-
мени, условно считая в течение каждого интервала времени дви-
жение установившимся. При прямоугольной эпюре распределения
взвешенных наносов по вертикали получим, что каждая фракция
наносов будет выпадать на дно равномерным слоем, толщиной
6, равной:
8 = "wool60-100=1137Т см>	<“>
где q— удельный расход воды 1,052 м3/сек, пог. м\
t — интервал времени, равный 3 часам;
р — объемная мутность выпадающих наносов, л/м3',
L — длина отлета выпадающих частиц наносов, м.
Длину L находим, по Е. А. Замарину, из формулы:
L = — • Р1 + Р
117
Заменяя далее Н — $, получаем!
w I Н1 — А______4
Y ‘ ZHyS J”1’

откуда находим L.
Для нашего случая, при д = 1,052 мЧсек, S = 90 м, Нг =
3,45 м, Н2 — 4,00 м и w = 0,017 м/сек, получаем L = 65,5 м.
Фракции наносов мельче 0,2 мм полностью не выпадают в от-
стойнике, часть их проносится в деривационный канал. Чтобы
найти ту часть их, которая осаждается в камере, следует найти
глубину Л2, при которой еще возможно задержать оседающие
частицы в камере; частицы, расположенные выше h2, уже не будут
выпадать на дно камеры. Величину Л2 можно найти из формулы
Е. А. Замарина:
Л2 —
Sw
V1 — V2
• 2,31g —=2
& v2
Sw
V1 + v2
Следовательно, количество осаждающихся в камере мелких
наносов будет равно <7Ц при прямоугольной эпюре их распре-
деления по вертикали. При иной эпюре распределения количество
осаждающихся наносов будет равно дц ~ , где со — площадь эпюры
распределения наносов по вертикали от дна камеры до высоты hr
в начальном створе отстойника, ай — вся площадь эпюры рас-
пределения наносов рассматриваемой фракции. Зная количество
осаждающихся наносов, находят высоту слоя отложений. Глубину
находим из зависимости (рис. 77):
hi = /i2 — (772 — Нi).
Не приводя здесь решений рассмотренных выше уравнений (а)
и (Ь), дадим их результаты в таблице 30, где длина L и толщина
наносных отложений 3 выражены в метрах и сантиметрах.
Таблица 30
Интервалы времени
d, мм	I		II		Ш		IV		V		VI	
	L	6	L	6	L	5	L	8	L	6	L	8
0,50	18,3	2,1	18,8	2,0	19,4	2,0	20,0	1,9	20,8	1,9	21,6	1,8
0,30	34,0	21,2	35,3	20,4	37,3	19,4	38,0	19,0	39,6	18,2	43,0	16,8
0,20	65,5	7,5	69,0	7,2	72,0	6,9	76,8	6,5	82,5	6,0	90,0	4,5
0,10	90,0	2,5	90,0	2,0	90,0	1,3	90,0	0,4	—	—	—	—
11,6	23,1
118
Из таблицы 30 видно, что к концу первого интервала времени
в начале отстойника отложатся наносы слоем 33 см и в конце от-
стойника 2 см, следовательно, для второго интервала IIх = 3,45—
— 0,33=3,12 м и Н.2 = 4,00—0,02=3,98м\ соответственно изменяется
v2 и v2. Для полученных значений глубин и скоростей в начале
и в конце отстойника по предыдущему находятся решения урав-
нений (а) и (6).
В итоговой строке таблицы 30 указаны общая толщина отло-
жений наносов за каждый интервал в начале камеры 28 и общая
кубатура наносных отложений V за каждый интервал времени,
определяемая уравнениями:
V = '£L% и LVb = b'2V.
К концу шестого интервала времени, т. е. к концу 18-го часа
работы отстойника, часть наносов диаметром 0,2 мм начинает по-
падать в деривационный канал; следовательно, камеру нужно вы-
ключить из работы и промыть. За первые 18 часов работы камеры
слой наносных отложений достигает 1,72 м, в камере задержится
52 7 = 757 м3 наносов, за это время в камеру вступало наносов:
fxQ18 • 60 • 60	3,33 • 10 • 18 • 60 • 60	,3
7V~	1000	~	1000	— 21Ь0л/,
757 огло/
следовательно, в камере задерживается = 35,1% взвешенных
наносов; в деривационный канал поступает 64,9% наносов, т. е.
3,25 кг/м3.
Транспортирующая способность деривационного канала, вода
которого после очистки в отстойнике содержит только мелкие взве-
шенные наносы, по Е. А. Замарину, равна р = 12 000 Ri = 12 000-
•1,65-0,0002 = 3,7 кг/м3, значит деривационный канал не будет
заиляться.
§ 3.	ПРОМЫВКА КАМЕРЫ
При промывке одной из камер от наносных отложений питание
деривационного канала идет через две другие камеры. Порядок
управления затворами при промывке камеры следующий:
1)	опускают верхние затворы в конце камеры и тем самым пре-
кращают поступление воды из камеры в деривационный канал,
вследствие чего уровень воды в ней сравнивается с уровнем верх-
него бьефа (56,0 м)-,
2)	опускают затворы в начале камеры так, чтобы между порогом
и низом затворов оставалось отверстие высотой аг, пропускающее
в условиях свободного истечения принятый промывной расход
(12 м3/секу.
3)	поднимают нижние затворы в . конце отстойника у отверстий
донных промывников, вследствие чего уровень воды в камере сильно
снижается, скорости течения увеличиваются и наносные отложения
быстро смываются;
119
4)	убедившись в смыве всех наносов из камеры, путем промера
рейками с дорожек над раздельными стенками камер, закрывают
отверстия донных промывников, вследствие чего камера напол-
няется водой до уровня верхнего бьефа;
5)	поднимают затворы в начале камеры;
6)	поднимают верхние затворы в конце камеры и пропускают
воду в деривационный канал.
При таком порядке управления затворами упрощается опус-
кание и поднятие затворов в начале камеры, так как операции
с ними совершаются в спокойной, не текущей, воде, почему и за-
творы здесь могут быть простые (или сдвоенные) шандоры.
Понижение уровня воды в камере при промывке происходит
в короткий промежуток времени, в чем можно убедиться из следую-
щих расчетов. Из камеры вытекает расход (см. рис. 79):
е2^2^2	(^2--- е2^2->
он составляется из втекающего в камеру расхода e1Z>1a1p/2gz
и объема воды, соответствующего понижению уровня в камере, т. е.
е262а2 ]/ 2g (Я2 — е2а2 — z) dt =	]/ 2gz dt-\- В (S -[-I) dz, (с)
где е2 и ех — коэффициенты сжатия струи выходного и вход-
ного отверстий камеры;
Н2 — глубина в конце камеры, равная 4,0 м;
z — снижение уровня в камере (рис. 79);
В — ширина камеры, равная 9,5 м;
S — длина камеры, равная 90 м\
I — длина входа в камеру, равная 7 м\
ах и а2 — высота входного и выходного отверстий камеры;
Ьх и Ъ2 — ширины входного и выходного отверстий камеры,
равные 2-3,5 = 7,0 м.
В уравнении (с) коэффициент скорости принят равным <р = 1,0.
Величину ах находим из условия пропуска промывного рас-
хода 12 м31сек при свободном истечении:
Q = S1biai V2g (Но — ejaj) .
120
Глубина на пороге отстойника в рабочем состоянии равна
1,65 м\ перед промывкой горизонт воды в отстойнике уравнивается
с горизонтом верхнего бьефа перед щитами, т. е. Поднимается на
7 см (подсчет опускаем), вследствие чего глубина на пороге станет
равной Но Н = 1,72 м.
Величину коэффициента сжатия примем по Н. Е. Жуковскому х;
задавшись аг = 0,485 м, получаем:
-^- = 0,28 и s„ = 0,624;
г, =0,624 (1 +0,12	+ 0,16	= 0,675.
Здесь 7,97 м — периметр отверстия;
0,97 м — длина вертикальных сторон отверстий, по кото-
рым отсутствует сжатие потока;
3,5 м — длина отверстия по дну, где поток не сжат.
Подставляя полученные значения а± и Sj в уравнение расхода,
получаем (2 = 12,0 мЧсек, что указывает на удовлетворительность
подбора а± и ev
Для быстроты и бесперебойности промывки величину а2 при-
мем больше нормальной глубины потока в камере в конце промывки,
равной 0,47 м (см.стр. 116); пусть а2 = 0,7 м. Втекание воды в камеру
будет в первое время происходить с возрастающим расходом —
от нуля до 12 мЧсек, когда уровень снизится на 1,72—81а1 = 1,40 м.
Значит, в это время средний напор, под которым работает нижнее
отверстие камеры, будет равен:
—	= 4,08 —0,70 —0,47 = 2,91 м = h,.
Отношению	=0,24 отвечает е0 = 0,622,
е„ = 0,662 (1+0,12 ^. + 0,16^-) = 0,718.
Подставляя полученные значения Ej, е2, а1г а2 в уравнение
(с) и интегрируя его, можно найти время 7\ опускания уровня
воды в камере на 1,40 м:
1,4
_ 1 С___________dz_______
^(З’ + О- ЮД .1 1,54 /3,74 —г — /Г*
При тихоходных затворах отстойника время 7\ можно доста-
точно точно найти, исходя из средних величин: средний напор над
верхним отверстием 1,40:2 = 0,70 м, средний напор над нижним
отверстием 4,08 — Цу- —	= 3,14 м, полагая, что за время
Т± щиты будут подняты на а2 = 0,70 м (это обстоятельство не учи-
1 И. И. А гр о скин, Ф. И. Пикалов, Г. Т. Дмитриев. Гидрав-
лика. Госэнергоиздат, М.—Л., 1954, стр. 103 и 337.
121
ТЬтвалось в уравнении (с), где пренебрегалОсЬ временем поднятая
нижних щитов); средняя высота нижнего отверстия равна а2 : 2 =
= 0,35 м.
В камеру за время 1\ втекло воды:
0,7 = 10,1Ти
за то же время из камеры вытекло:.
W2-у-/2g-3,14.
Баланс воды напишем так:
10,1+1,4 (90 + 7) • 9,5 = 7+Д	/2g-3,14 .
Отсюда получаем Т\ = 348 сек.
Найдем далее, время Г2 понижения уровня воды в камере до
поверхности наносных отложений, т. е. еще на величину:
+ Л — 2 8 = 0,33 4-1,80 — 1,72 = 0,41 м-
при этом через верхние отверстия протекает постоянный расход
12 м3/сек, а нижнее отверстие открыто полностью на 0,70 м и сред-
ний напор цад ним будет равен:
4,08 — 1,40 — е2а2 —	= 2,0 м.
Уравнение баланса воды:
127\ + 0,41 (S + Z) В = TfJw, V2iz,
откуда получаем Г2 = 36 сек.
Таким образом, понижение уровня в камере до поверхности
наносных отложений потребует около 6 мин, в течение которых
часть наносов будет смыта.
Примем 15 мин на операции с затворами перед промывкой —
по 5 мин на каждую группу затворов, причем из этого времени
в течение 5 мин происходит смыв наносов; на операции с затворами
после промывки камеры также отводим 15 мин и на самую про-
мывку 20 мин. Таким образом, наносы смываются из камеры в
течение 5+20+5=30 мин-, в пульповод поток будет вступать со
средней мутностью:
,7 Ъ S V	г | 1500	757	«	, з
Р Ро-h Q ' 3'0-60	5+ 12 ‘30-60	58 кг/м .
Здесь р0 = 5 кг/м3 — мутность речной воды;
7 = 1500 кг/м3 — объемный вес смываемых наносных от-
ложений;
Q = 12 м3/сек — промывной расход;
V = 757 м3 — объем наносных отложений.
В пульповоде мы имеем v — 4,6 м/сек, h = 1,3 м, средний
диаметр частиц наносных отложений около 0,28 мм.
122
Г. Н. Роер предложил сложную формулу наименьшей скорости,
при которой обеспечивается перемещение открытым потоком пес-
чаных наносов; упрощая эту сложную формулу, я придал ей сле-
дующий вид:
„=л|Л^(То-1)а> ./я.	(<0
где R — гидравлический радиус;
т — b — ширина потока, Н — его глубина;
Л
Тп — удельный вес пульпы, т1м\
А = 30 при Д 0,005 м, где
Д — абсолютная шероховатость русла, м\
w — средневзвешенная гидравлическая крупность наносов,
м!сек\
У нас т = — — 1,54, уп == 1,06 т/м3, R — 0,60 м, w —
=0,03 м!сек. Подставляя значения величин в формулу (</), получаем
Рис. 80. Поперечный разрез камер отстойника:
1 — затворы пульповода; 2 — затворы шлюза; 3 — застойная дрена.
v = 3,8 м!сек\ в действительности скорость равна 4,6 м!сек, что
больше минимальной расчетной 3,8 м'сек.
В плане пульповод между отстойником и рекой имеет неболь-
шой поворот, который совместно с косыми впусками от камер
в пульповод (рис. 74) будет содействовать развитию винтового
потока, транспортирующая способность которого значительно
больше обычного поступательного потока, т. е. значительно
больше 60 кг/м3.
Наносные отложения в камере будут интенсивно размываться
струями, вытекающими из-под верхних щитов, и струями, втекаю-
щими под нижние щиты.
В камере глубина потока составляет 0,47 м, т. е. близка к
глубинам в опытах, из которых эмпирически установлена транс-
портирующая способность пульпы 1 с частицами средним диамет-
1 Б. М. Ш к у н д и и. Гидромеханизация земляных работ. Стройиздат,
М. —Л., 1940.
123
ром 0,32 мм (т. е. несколько большим, чем в нашем случае, что
идет в запас расчета):
ро/о =0,107
1)’
где р — процентное содержание взвеси в пульпе по весу;
v — скорость течения, м]сек\
h — глубина воды, м.
Наименьшая транспортирующая способность потока в камере
будет в конце промывки, когда v = 2,76 м/сек и h = 0,47 м,
чему соответствует:
р»/о=О,1О7(-§^-У	1У=6,3»/„ или 65 кг!м’.
В обоих случаях, и в камере и в пульповоде, транспортирующие
способности потоков оказались больше имеющейся в потоке взвеси,
что обеспечит успешную
Рис. 81. Продольный разрез и план вы-
хода из отстойника:
1 — пульповод; 2 — смесительный колодец; 3 —
застенная дрена; 4 — смотровой колодец; 5 —
магистральный канал.
промывку камеры.
На рисунках 74, 77—81
показаны план, попереч-
ный и продольный разрез
по оси отстойника и часть
фасада отстойника.
Донные промывники пе-
ред входом в отстойник
объединены в два водо-
вода: один для промывни-
ков перед первой камерой
и другой для промывни-
ков второй и третьей ка-
мер; в конце водоводов
ставят ремонтные затворы
(шандоры). За отстойником
устраиваем смесительный
колодец глубиной 0,75 м,
выравнивающий поступле-
ние воды в деривационный
канал и направляющий те-
чение вдоль канала вслед-
ствие возможной работы
одной или двух соседних
камер из трех.
§ 4. ДРУГИЕ ВАРИАНТЫ
ОТСТОЙНИКА
Другие варианты от-
стойника будут иметь боль-
шие глубины, чем в рас-
124
смотренном; это следует из того, что ширина по дну подводящего
русла (73 м, см. рис. 74) достаточно велика и ее полезно несколько
уменьшить, сократив ширину отстойника, что поведет к увеличе-
нию его глубины. Однако увеличение глубины отстойника не
должно вызывать подтопления его со стороны нижнего бьефа и
не должно препятствовать промывке его камер.
Из полученных отметок на рисунке 79 можно прийти к выводу,
что увеличение Н1 до 4,1 м и Н2 до 4,5 м еще не вызовет подтоп-
ления камеры при ее промывке; тогда при трех камерах получим
5 = 100 л£, ширину камеры 8,0 м и цср — 0,29 м/сек. Для большей
обеспеченности промывки можно увеличить промывной расход
до 15,0 мЧсек, который к концу промывки будет протекать в камере
со скоростью 3,0 м/сек при глубине 0,65 м, и увеличить до 2,5 м
ширину пульповода, пропускающего расход 15,0 мЧсек при глу-
бине 1,2 м со скоростью 4,95 м/сек.
Второй вариант дает экономию в армированной бетонной кладке
дна камер, дна смесительного колодца и в бычках до 300 м3,
стоимость которых составит около 9 тыс. руб. Эксплуатацион-
ные характеристики обоих вариантов примерно одинаковы, но
второй вариант имеет большую продолжительность рабочего
периода.
В техническом проекте следует разработать второй вариант
отстойника.
§ 5. ОТСТОЙНИК С ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ УКЛОНОМ ДНА
Основные размеры остаются те же, что и в первом варианте,
но дну камер придадим отрицательный уклон; следовательно,
будем иметь: Н1 = 4,00 м, Н2 — 3,45 м, S = 90,0 м, В = 9,5 м.
Второй вариант конструктивно сложнее первого, но удобнее
в эксплуатации, так как все три группы камерных затворов раз-
мещаются в одном месте — на входе в камеры; кроме того, отпа-
дает необходимость в длинном пульповоде.
Подсчеты заиления камеры (здесь, ради краткости, не приво-
дим), выполненные по трехчасовым интервалам времени, по-
казали, что в девятом интервале в деривационный канал начинают
поступать наносы диаметром 0,2 мм\ следовательно, камера к
этому времени должна быть выключена из работы и промыта. Если
взять для камеры период работы в 24 часа, то в нее за это время
вступит наносов:
гг, 10-5-86 400 /ооп
=------1000---=4320 m
и осядет в камере 1 658 т, т. е. 38,4% общего количества вступив-
ших в камеру наносов.
Таким образом, в камере с отрицательным уклоном дна еще
удлинился срок работы камеры и повысилось качество очистки
воды от наносов.
125
Глава XII
ОТСТОЙНИК С НЕПРЕРЫВНОЙ ПРОМЫВКОЙ
§ 1.	УСЛОВИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Отстойники с периодической промывкой имеют несложную кон-
струкцию, но в работе они далеко не совершенны. Из-за неравно-
мерного распределения скоростей в камере отложения крупных
наносов в начале камеры принимают неправильные, несимметрич-
ные относительно продольной? оси камеры формы, усиливающие
дальнейшее искривление потока и тем самым понижающие эффект
осаждения наносов. Выравнивание скоростей в камере должно
достигаться конструкциями входа и разбивательными (уравнитель-
ными) решетками. При колебаниях уровня верхнего бьефа, при
изменениях величины и условий пропуска расходов воды через
плотину выравнивание скоростей становится затруднительным —
пришлось бы переставлять разбивательные решетки. Проще и
лучше в эксплуатации держать уровень верхнего бьефа постоян-
ным и по возможности не менять условий входа в отстойник.
Периодическая промывка камер от наносов несложна, но при
сосредоточенном (залповом) сбросе больших количеств наносов
в нижний бьеф плотины у устья пульповодов могут образоваться
бары, затрудняющие дальнейшие промывки. В паводок вследст-
ствие быстрого нарастания наносных отложений в камере, особенно
в начале ее, приходится часто промывать камеры, что усложняет
эксплуатацию; делать же камеры с большой емкостью неэконо-
мично. Периодическая промывка камер возможна при разви-
тии в них больших скоростей, что требует значительного сниже-
ния уровня воды в камере и обеспечения неподтопления его со
стороны нижнего бьефа реки.
Отстойники с непрерывной промывкой наносов сложнее по кон-
струкции, но они менее чувствительны к неравномерности распре-
деления скоростей в камерах, так как в них не образуется скопле-
ний наносных отложений. Пульпу из отстойников этого типа сбра-
сывают непрерывно и в несколько раз менее концентрированную,
чем при периодической промывке. Образование бара у устья пуль-
повода при этом или совсем не происходит, или происходит мед-
ленно, с возможным смывом его в ближайший паводок. Если не
стремиться к чрезмерному уменьшению промывного расхода, обес-
126
Печивающего смыв наносов, но ведущего к повышению концентра*
ции пульпы, то можно совсем избавиться от образования бара за
устьем пульповода. Промывка наносов идет при рабочем не сни-
женном уровне в камере, следовательно, она меньше зависит от
уровней воды за плотиной. Эксплуатация отстойников с непре-
рывной промывкой сложна в период налаживания их работы: во
время соответствующих подвесок разбивательных решеток, под-
бора просветов щелей донных решеток, операций с затворами для
смыва листьев, мусора и пр. с донной решетки, подбора открытия
щитов донных галерей для разных горизонтов реки за плотиной.
После налаживания работы отстойников с непрерывной промыв-
кой эксплуатация их проще, чем отстойников с периодической
промывкой.
В осенне-зимний период и вообще, когда мутность речной воды
невелика, нет необходимости вести непрерывную промывку на-
носов; камеры отстойника могут тогда работать с периодической
промывкой наносов, по мере накопления их в камере.
Условия проектирования отстойника с непрерывной промывкой
примем те же, что и для случая периодической промывки (рис. 74,
глава XI, § 1).
§ 2.	ОСНОВНЫЕ РАЗМЕРЫ И ЧИСЛО КАМЕР ОТСТОЙНИКА
Придадим, по предварительным прикидкам (ради краткости их
опускаем), следующее поперечное сечение отстойнику (рис. 82).
Отстойник состоит из двух одинаковых камер с плоским дном;
Рис. 82. Поперечный разрез отстойника с непрерывной промывкой:
1 — донные пульповоды; 2 — наклонные плоскости; з — затворы шлюза; 4 — затворы
промывников.
в каждой камере устраиваем по пять донных пульповодов, сверху
перекрываемых решеткой (рис. 83); все пульповоды включаются
в общий сборный пульповод, отводящий пульпу в реку. Ширина
каждой камеры составляет 5-2,8=14,0 м, глубина воды в них по-
стоянна (пренебрегаем небольшим снижением уровня вдоль ка-
меры) и равна 4,1 м. Если выбрать отметку дна донных пульповодов
в конце их (перед включением их в сборный пульповод), равную
51,37 м, то в межень дно выключенной камеры не будет подтоп-
лено со стороны нижнего бьефа реки. Наибольшую высоту
донного пульповода, в его конце, примем равной 0,5 м, в начале
127
пульповода высота будет меньше 0,2 м и устанавливается даль-
нейшим расчетом.
При указанных на рисунках 82 и 83 размерах получаем следую-
щую величину живого сечения отстойника:
2 = 2-4,1 • 14,0 —10-1,2- 1,0 = 102,8 м\
Рис. 83. Детали донного пульповода:
1 — гребни ребристого дна; 2 и 3 — донные пульповод и его решетка;
4 — железобетонный блок пульповода; 5 — раздельная стенка.
Назначим величину промывного расхода; обычная его величина
10—20% от рабочего, в нашем случае = 5,0 м3/сек; тогда сред-
няя скорость течения в отстойнике будет:
Длину рабочей части отстойника L найдем по формуле Е. А. За-
марипа
Л = Я —— Qn
w
wBw ’
которая для расчета может быть представлена в такой форме:
т _ н /	Qn \
А — — I v--7Т~ /.
w \	Q
Подставляя значение w = 0,017 м{сек для заданного к осажде-
нию размера частицы d = 0,2 мм, получаем L = 64,3 м 65 м.
128
Подобранные размеры отстойника позволяют: нормально Про-
пускать заданные расходы; очищать воду от наносов; непрерывно
удалять выпадающие наносы; вести осмотр и ремонт камер в ме-
жень без подтопления их рекой и без выключения питания гид-
роэлектростанции.
§ 3.	ОСАЖДЕНИЕ НАНОСОВ И ТРАНСПОРТ ПУЛЬПЫ
По заданию все наносы с частицами большими 0,2 мм должны
осесть в отстойнике, для чего ему и приданы указанные в § 2 раз-
меры. Более мелкие наносы будут выпадать не со всей глубины
Н — 4,1 м, а с меньшей h,. находимой из предыдущей формулы
с заменой в ней Н на h (рис. 84):
7 т W I Q1I	7 т W | QnH
h=L — -\------— или h—L-------------тг—.
v 1	v 1 uQ
ър
Рис. 84. Продольный разрез отстойника:
1 и 2 — вход и выход из отстойника; з — донные промывникп; 4 — гребни ребристого
дна; 5 — донные решетки; в и 7 — донный пульповод и его затвор; S — сборный пульпо-
вод; 9— затвор для периодической промывки; 10 — уравнительная решетка; 11 — смеси-
тельный колодец; 12 — магистральный канал.
Очевидно, для различных w, т. е. для различных по размерам
частиц, будут различные А; количество наносов мелких фракций,
hi
оседающих в отстойники, будет равно pt = Ri,
гдё pi— мутность соответствующей фракции наносов;
hi — соответствующая ей высота выпадения.
Для подсчета hi и pi механический состав мелких взвешенных
наносов по данным графика (рис. 76) представим в более узких
фракциях в таблице 31.
Фракции крупнее 0,25 мм в количестве 25%, т. е. 1,25 кг!м3,
осядут в отстойнике и будут удалены в нижний бьеф реки; мелкие
фракции, по данным последнего столбца таблицы 31, в сумме ося-
дут в количестве 1,25 кг/м3, а всего вместе с крупными наносами
2,50 кг!м\ т. е. 50% мутности речной воды. Как видно, эффектив-
ность очистки воды от взвешенных наносов в отстойниках с непре-
Б Е. А. Замарип
129
Таблица 31
Диаметр наносов, мм	Содержа- ние нано- сов, %	Мутность речной воды р, кг[м^	w, см/сек при t = 15°С	h, м	R. мутность, задерживае- мая отстойни- ком, кг!м,*
0,25 — 0,20	8,75	0,44	1,7	4,10	0,44
0,20 — 0,15	8,75	0,44	1,33	3,37	0,36
0.15 — 0,10	8,75	0,43	0.59	1,85	0,19
0,10 — 0,05	8.75	0,44	0.20	1,04	0,11
0,05 — 0,03	16,00	0.80	0,07	0.77	0,15
меньше 0,03	24.00	1,20	—	—	—
рывной промывкой выше, чем в отстойниках с периодической
промывкой, даже при некотором превышении средней скорости
течения (0,315 м/сек против 0,284 м/сек у отстойника с периодиче-
ской промывкой.)
Рис. 85. Расчетная схема донного пульповода (продольный разрез):
1 — донный пульповод; 2 — донная решетка; 3 — сборный пульповод; 4 — вы-
ход из отстойника; 5 —затвор донного пульповода; 6—затвор для периоди-
ческой промывки.
В отстойник входит Q + Qn — 304-5=35 м3/сек с мутно-
стью 5 кг/м3, т. е. 5-35=175 кг/секк выходит 30 кг3/сек с мутно-
стью 2,5 кг/м3, т. е. 75 кг/сек, следовательно, 175—75=100 кг/сек
уносятся промывным расходом = 5 м?/сек\ значит, мутность
промывной воды будет составлять 100 : 5=20 кг/м3 — величину,
сравнительно небольшую для пульпы.
Донный пульповод собирают из железобетонных блоков вы-
сотой 0,5 м, в стенки которых упираются блоки-плиты ребристого
дна; блоки 4 (рис. 83) устанавливают горизонтально, и уменьшение
высоты внутри их до 0,2 м в начале камеры достигается укладкой
бетона.
В начале пульповода протекает небольшой расход, вместе с
тем здесь выпадает большое количество наносов и к тому же более
крупных, чем далее по отстойнику. С целью облегчения транспор-
тирования наносов по пульповоду, особенно в его начальной части,
устраиваем здесь входное отверстие в пульповод и пропускаем
130
через него около 0,2 промывного расхода, т. е. 0,1 м3!сек, так как
расход одного донного пульповода составляет при числе их,
равном 10,
Qu : 10 = 5 : 10 = 0,5 м3[сек.
Донный пульповод питается через прозоры перекрывающей
его решетки (или через отверстия перекрывающих его плит),
поэтому расход его постепенно возрастает, достигая к концу
0,5 м3!сек. Считая удельный расход через донную решетку (или
через дырчатые плиты) постоянным, мы можем установить (найти)
расход в любом его створе.
Рассмотрим три створа в серединах отрезков по х/3 длины дон-
ного пульповода (рис. 85); тогда расходы в этих створах будут
равны:
^1 = 0Д4- 0>5~-°?-- = О,167 м*/сек;
^ = 0,14- °’5~-°4. -3 = 0,300 м3/сек;
(2з = 0,14-°’5-~:0,1 -5 = 0,433 м^/сек.
Вследствие небольшой мутности пульпы расчет можно вести
по формулам гидравлики для чистой воды.
Найдем гидравлические уклоны в серединах выделенных ранее
трех участков донного пульповода, полагая при этом высоту пуль-
повода линейно увеличивающейся от 0,2 м в начале до 0,5 м в конце
и ведя расчет для условий равномерного режима при повышенном
коэффициенте шероховатости п = 0,018 за счет усиленной шеро-
ховатости потолка и торможения от падающих с потолка струек.
Расчет сведен в таблицу 32.
Таблица 32
Q	h	<0	V	X	R		h w
0,167	0,23	0,092	1,82	1,26	0,074	3,5	0,76
0.300	0,30	0,120	2,50	1,40	0,086	5,4	1,17
0,433	0,37	0,148	2,92	1,54	0,096	6,3	1,36
Потери на каждом участке определяли по формуле:
, _ L . __ 65 -
— з~ — з "
При входе в пульповод потери z найдем из отношения
Q' = р,(о ]/2gz, или 0,1 = 0,75 • 0,4 • 0,2 • 4,43 ^z,
откуда z = 0,25 м.
Общие потери будут составлять 0,25+0,76+1,17+1,36=3,54 м;
на участке от конца донного пульповода до начала сборного пуль-
5*
131
повода (около 1,5 м) еще будет потеряно г3 • 1,5 = 0,063-1,5 =
= 0,1 м, а всего 3,64 м.
Мы считали удельный расход q, питающий донный пульповод,
постоянным по длине отстойника:
^==р,(о j/2gz,
где со — площадь отверстия решетки (или дырчатой плиты)
на 1 пог. м ее длины;
— коэффициент расхода;
z — разность между уровнем воды в отстойнике и линией
пьезометрических напоров.
Как видно из рисунка 85, величина z переменна, значит q не
будет постоянной величиной. Чтобы выравнить значения q вдоль
отстойника, следует увеличить со в начале его (сделать шире про-
зоры решетки или увеличить дыры в плите) и уменьшить в конце.
80,00
Рис. 86. Схематический продольный разрез по сборному пульповоду
(вертикальный масштаб увеличен вдвое).
Сборный пульповод проектируем с гидравлическим уклоном,
равным 0,0067, при котором в нем создаются достаточно большие
скорости; так, на участке сборного пульповода от реки до отстой-
ника протекает расход 5,0 лс3/сек; при ширине пульповода Ъ = 1,5 м
и глубине h = 1,04 м скорость равномерного течения будет v =
3,2 м/сек. На середине отстойника, где расход сборного пульпо-
вода составляет 2,5 мЧсек, примем ширину его равной 1,2 лс, глу-
бину 0,79 м и при i = 0,0067 получим h = 2,65 м/сек. В начале
сборного пульповода расход его равен расходу одного донного
пульповода, т. е. 0,5 м3/сек и уклон 0,0063 при поперечном се-
чении 0,4-0,4 м. Поток в сборном пульповоде на участке его, рас-
положенном под выходным шлюзом, будет терять Н = 30-0,0067 =
= 0,2 м, и если в начале этого участка принять отметку уровня
потока, равной 55,93—3,64=52,29 м (см. рис. 84), то в конце этого
участка отметка уровня воды будет на 0,2 м ниже, т. е. 52,09 м.
Следовательно, остальные девять донных пульповодов будут
выпускать свои потоки поверх потока, следующего по сборному
пульповоду, что может повести к увеличению их сбросных рас-
ходов; регулировка их расходов (по 0,5 м3/сек каждого) выпол-
няется щитками 7 (рис. 84).
132
На участке от отстойника до реки длиной 80 м поток еще по-
теряет 0,54 м и подойдет к реке с отметкой 52,09—0,54=51,55 м.
В реке может быть такая отметка воды и ниже, в этом случае в
сборном пульповоде образуется спад и повысятся скорости тече-
ния (вообще неопасные для прочности кладки).
Щитами 9 (рис. 84) можно регулировать промывку периоди-
чески, опустив при этом щиты 7; с этой целью следует преду-
смотреть окончание ребристого дна хотя бы на 0,5 м до щитов 9.
Схематический продольный разрез по сборному пульповоду
дан на рисунке 86.
Если сравнить отстойник с непрерывной промывкой со вторым
вариантом отстойника с периодической промывкой (у которого
длина S = 100 м и ширина трех камер составляет 3-8=24 м), то
оказывается, что для отстойника с непрерывной промывкой по-
требуется железобетона примерно на 600 меньше, чем для отстой-
ника с периодической промывкой, но зато на 8 т больше чугуна
для донных решеток, что в итоге даст экономии около 15 тыс. руб.
Глава XIII
БЕСПЛОТИННЫЙ ВОДОЗАБОР БЕЗ ОТСТОЙНИКА
§ 1. УСЛОВИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Составить проект бесплотинного водозаборного сооружения,
расположив его на правом берегу реки. Гидрограф реки показан
на рисунке 87. Отметка дна магистрального канала задана из
условий его трассировки и равна 100,0 м; отметка дна реки у места
водозабора 99,1 м. Берег и русло реки в месте водозабора сложены
плотным суглинком, устойчивы против оползания, что позволяет
поставить сооружение без глубокой врезки в берег. Угол отвода
по условиям трассировки магистрали во избежание глубоких
выемок принимаем равным 75е.
Магистральный канал имеет ширину по дну 20 м, заложение
откосов полуторное, уклон дна 0,0003 и следующие гидравлические
элементы (табл. 33):
134
Таблица 33
h, м		0,6	1,0	1,2	1,5
Q, м?/сек		б'б	15,5	21,1	31,0
V, м/сек		0,53	0’72	0,81	0,93
Режим магистрального канала показан на графике (рис. 87);
отметки отнесены к условному нулю, совпадающему с уровнем дна
канала, т. е. с отметкой 100,0 м. К этому же нулю отнесен и гид-
рограф реки, причем на графике глубин отложены глубины Н2,
соответствующие расходам реки за вычетом расходов водозабор-
ного сооружения.
§ 2. КОМПОНОВКА РЕГУЛЯТОРА И ЕГО ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
Рассматривая графики 112 и h, видим, что в точках А, В и С
превышения уровня воды реки над уровнем воды магистрали будут
соответственно равны 0,08; 0,12 и 0,17 м.
Так как в эти моменты забираются различные расходы воды
и еще неизвестно, который из них явится расчетным для ширины
регулятора, необходимо для всех них отыскать соответствующую
ширину регулятора и выбрать из них наибольшую. В точке D
имеется избыток напора, для нее при найденной ширине следует
проверить пропуск воды через регулятор при переливе воды через
шандорные стенки, устанавливаемые в пролетах регулятора.
Вследствие большого превышения глубин реки в мае — июле
над глубинами магистрали экономично конструкцию регулятора
снабдить диафрагмой, размеры которой, как и высоту наружных
стен регулятора, находим из рассмотрения пропуска воды через
регулятор в точке D.
Из-за относительной пологости берега фасад сооружения нельзя
вынести на урез воды, как это сделано, например, у Голодностеп-
ного и у Вахшского регуляторов, поэтому водозаборное сооруже-
ние ставим с небольшим заглублением в берег, вследствие этого
порога у входа не устраиваем; таким образом, получается вход
по типу донного порога (рис. 89).
При указанных разностях уровней реки и магистрали истече-
ние, очевидно, будет затопленным, и ширину входа b можно найти
из выражения:
Q = tpffebh у/2g,
где ср = 0,93; б = 0,9; угол а = 75°; е — коэффициент сжатия.
Так как надо установить, какой из трех указанных моментов
является расчетным, то пока не будем уточнять ни 8, приняв его
в среднем 0,95, ни других условий потока.
Расходы магистрали в точках А, В, С графика соответственно
равны 6,6; 15,5 и 21,1 м3/сек; подставляя их в формулу, найдем
отвечающие им ширины регулятора b = 11,1; 12,8 и 12,1 м\ сле-
довательно, расчетной будет точка В.
135

Рис. 88. Бесплотинное водозаборное сооружение; вид с верхнего бьефа.
масштаб
i О I 5м
Рис. 89. Поперечный разрез по регулятору:
1 — решетка; 2 — шандоры; 3 — затвор; 4 — диафрагма; 5 — пазы для
склада шандор; 6 — пазы для ремонтных шандор; 7 — сквозные плиты рис-
бермы; 8 — обратный фильтр; 9 — глинобетон; 10 — бетонные плиты;
А ВС — открылок устоя.
Ширина сооружения получается уже канала, поэтому, а также
учитывая возможный в эксплуатации шлюза несимметричный
впуск воды в канал, устраиваем небольшой смесительный колодец
глубиной 0,5 м (рис. 89), в котором отчасти будет сглаживаться
несимметричность выхода воды из шлюза и обеспечиваться более
равномерный выпуск воды из колодца по всей ширине канала.
Для этого ширину колодца в его конце (в точке С) делаем равной
ширине канала, т. е. 20 м\ стены устоев шлюза (открылки) в плане
будут образовывать раструб.
При выходе воды из смесительного колодца в канал образуется
некоторая потеря напора, которую определим по формуле:
Q — yBh /2gzoi,
или
15,6 = 0,95 • 1,0 • 20,0 • 4,43
откуда получаем = 0,02 м.
Следовательно, на пороге шлюза глубина воды будет не 1,0 м,
а 1,0+0,02=1,02 м и z будет не 0,12, а 0,10 м.
Из приведенных подсчетов видно, что, несмотря на незначитель-
ность величины ею нельзя пренебрегать, так как она соразмерна
аналогичным величинам z.
Подставляя в формулу расхода новое значение z, находим
b = 13,75	14,0 м.
Примем четыре пролета по 3,5 м высотой 1,25 м-, такие про-
леты можно перекрыть деревянными шандорами. Устраивая диа-
фрагму, можно будет поставить перед ней простые задвижные щиты
с простейшими подъемниками, с подъемным усилием не более 1 т.
Пролеты разделяем бетонными бычками полуциркульной формы
толщиной по 1 л.
Выше мы приняли 8 = 0,95; проверим эту величину, считая
ее как для боковых пролетов, т. е. с запасом;
£~1~~0’27z + В ~^’2+12 +3,50’ ~0’95'
Проверим пропуск расхода воды 31 м3/сек в момент, относя-
щийся к точке D графика. Для пропуска этого расхода поднимаем
затвор на 2/3 глубины воды в канале, т. е. на 1,0 м; при такой
величине поднятия затвора избавляемся от прыжка за щитом.
Перед щитом уровень воды будет стоять выше на величину z.
При расходе 31 м, аналогично предыдущему расчету, получим
zi ~ 0,03 м и далее:
Q = ?bhm /2^=0,85 • 14 • 1 • 4,43 /Г,
откуда
z = 0,35 м.
137
Забор воды из реки проводится через шандоры (рис. 89) и рас-
считывается по формуле свободного водослива:

т. е.
31 =0,95 • 0,9 • 1,86 • 14Я8/з,
откуда находим Н — 1,24 м.
Для более точного подбора высоты шандорной стенки следует
иметь на каждом пролете по одной шандоре уменьшенного попе-
речного сечения. Промежуток между шандорами и щитом прини-
маем равным 1,5 м для удобств осмотра и ремонта щита; низ заб-
ральной стенки располагаем на 1,25 м от порога шлюза, т. е. на
0,25 м выше уровня воды в канале во время межени.
§ 3. СТРУЕНАПРАВЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА ПРОФ. М. В. ПОТАПОВА
Для предупреждения захвата регулятором донных наносов
устанавливаем в реке струенаправляющую систему понтонов
Рис. 90. План регулятора и струенаправляющей системы
М. В. Потапова:
1 — водозаборный регулятор; 2 — струенаправляюшая система
М. В. Потапова; 3 — лебедки; 4 — якори; 5 — канал.
проф. М. В. Потапова, создающую в реке поперечную циркуляцию
потока и отклоняющую тем самым движение донных наносов
от регулятора к стрежню реки.
138
Подсчитаем количество направляющих понтонов системы проф.
М. В. Потапова. Примем ширину S (рис. 90), равную 1,3 ширины
входа-брутто в регулятор, т. е.:
5 = 1,3 • (14-{-3) = 22,1 м.
Считая расстояние между понтонами 4,5 м и Р — 20°, т. е.
tg^ = 0,364, получаем число понтонов
Я Т   22, 1	| Д   Д /
N —	1 шт-
0,364 • 4,5 '
Примем также шесть поплавочных понтонов.
Размещение понтонов определяется углами 6 = 55° и а = 30°.
Мы рассмотрели один из вариантов водозабора; в качестве
другого варианта можно наметить пятипролетный шлюз с шириной
брутто 3,5-5+4-1=21,5 м, при котором отметка порога будет выше
100,0 м; третьим вариантом может быть железобетонный регулятор.
С эксплуатационной стороны эти варианты будут мало отли-
чаться один от другого, различие их будет в строительной стои-
мости и в сроках производства работ.
Глава XIV
БЕСПЛОТИННЫЙ ВОДОЗАБОР С МНОГОКАМЕРНЫМИ
ОТСТОЙНИКАМИ
§ 1. СХЕМА ВОДОЗАБОРНОГО УЗЛА
Водозаборный узел сооружений, располагаемый на невысоком
берегу, состоит из нескольких каналов-прокопов, соединяющих
реку со шлюзами (регуляторами и промывными), отстоящими от
берега реки на расстояниях, достаточ-
Рис. 91. Схематический
план гидроузла:
ных для осаждения в прокопах нуж-
ного количества наносов. Несколько
прокопов (а не один) устраивают по
следующим соображениям: уровни верх-
него бьефа шлюзов точно следуют за
уровнями реки, т. е. за природными,
неуправляемыми горизонтами. В паво-
док, когда горизонты реки стоят высоко
и мутность речной воды велика, в гидро-
узле с одним прокопом наблюдались бы
обильное выпадение наносов, быстрое
заиление прокопа, образование меандр
г, 2 и з — прокопы-отстойники; в широком канале и при начале спада
уровней в реке из-за заиления прокопа
шлюз-регулятор.	невозможно было бы обеспечить ороси-
тельную или систему другого назначе-
ния питанием водой. Для обеспечения плановой водоподачи на
систему необходимо было бы иметь для постоянной очистки про-
копа от заиления мощные землесосы (производительностью 5—
10 тыс. л£3/сутки для оросительных систем средних размеров пло-
щадью орошения 40—60 тыс. га).
При такой системе гидроузла и при недопустимости перерыва
в подаче воды на систему в течение нескольких суток, нужных на
смыв наносов, невозможно гидравлическое удаление (смыв) нанос-
ных отложений из прокопа, т. е. невозможно применение наиболее
дешевого способа удаления наносов; наоборот, здесь наносы
приходится удалять самым дорогим способом — механической
очисткой. Парк землесосов (или других снарядов) используется
при этом нерационально, с неполной загрузкой по сезонам года:
140
’в паводок мощность землесосов требуется в 2—3 раза большая,
чем в межень. В гидроузле с несколькими прокопами-отстойни-
ками (рис. 91) в паводок система питается через один прокоп;
по мере заиления работающего прокопа его можно выключить
и на питание системы включить следующий прокоп, первый про-
коп при этом можно очищать гидравлическим способом. При такой
системе гидроузла не происходит ненужного, а иногда вредного
Рис. 92. План головного шлюза-регулятора:
1, 2 и 3 — прокопы; 4 — раздельные стенки; 5 — головной шлюз-
регулятор; в — магистральный канал; 7 — сбросной канал.
переосветления воды в прокопах, так как скорости течения в них
достаточно велики и их можно регулировать, включая в работу
нужное число прокопов. Прокопы здесь с меньшими размерами
живого сечения. Вместо парка мощных землесосов можно обслу -
живать эту систему одним землесосом средней мощности (500—
1000 л*3/сутки), который к тому же будет равномерно загружен в
течение 9—10 месяцев в году.
На рисунках 92, 93 и 94 показаны план и разрезы гидроузла
с тремя отстойниками-прокопами. Гидравлический расчет голов-
ного регулятора такой же, что и в примере предыдущей главы,
поэтому для краткости здесь не останавливаемся на гидра одиче-
ском расчете; рассмотрим его несколько позже.
141
Прокопы-отстойники независимо друг от друга подводят воду-
к головному шлюзу-регулятору, снабженному в двух этажах
двумя рядами отверстий. Через верхний этаж головного шлюза-
регулятора вода идет в магистральный канал, а через нижний —
в сбросной канал. Отложения наносов в прокопах смываются
через донные отверстия в сбросной канал и далее в реку. Во время
промывок верхние пролеты головного шлюза закрывают и питают
систему из остальных прокопов.
Рис. 93. Фасад головного шлюза-регулятора и разрез А—Г (к рис. 92):
1 — верхние водозаборные пролеты; 2— затворы донных отверстий; 3 — донный
промывник; 4 — раздельные стенки; 5 — сбросной канал.
В прокопы и в сбросной канал всегда можно ввести землесосы
для очистки от заиления; значительная часть наносных отложений
может быть смыта из них гидравлически.
Головы прокопов располагаем на расстоянии 800 м одна от
другой; площадь между прокопами используется для склада на-
носов, удаляемых из прокопов землесосами. При очистке часть
Рис. 94. Продольный разрез головного шлюза-регулятора:
1 — затворы водозаборных пролетов; 2 — затворы донных отверстий; 3 — дон-
ный промывник; 4 — раздельная стенка; 5 — диафрагма; 6 — магистральный
канал.
наносов, откладывающихся в голове прокопов, где происходит
более интенсивное заиление за счет крупных фракций, полезно
не складывать на магазинажных площадках, а по лоткам-пульпо-
водам или по напорному трубопроводу от землесосов сбрасывать
ниже в реку.
Для предупреждения поступления в прокопы донных речных
наносов, а также наносов, сбрасываемых землесосами, в реке перед
головами прокопов следует устанавливать системы направляющих
понтонов проф. М. В. Потапова.
К положительным сторонам рассматриваемой схемы надо от-
нести успешную борьбу с наносами путем гидравлического смыва
их в реку и недопущение в магистральный канал чрезмерных их
142
количеств, централизованное управление потоком в одной точке,
небольшую мощность землесосов и их равномерную загрузку.
К недостаткам схемы относится опасность зарастания прокопов
и сбросного канала камышом, для чего особенно благоприятные
условия создаются во время простоев прокопов и сбросного канала;
в это же время в стоячей и теплой воде возможны выплоды малярий-
ного комара, предупредить которые путем пропусков воды не
всегда возможно (из-за опасения при пропуске малых расходов
воды через промывной шлюз заиления каналов и последующей
недостаточной очистки от наносов воды для питания системы).
Возможны также затруднения со смывом наносов из прокопов во
время высоких вод в реке, когда из-за больших потерь напора в
донных промывниках (около 0,5—0,7 м) уровни воды в реке могут
создавать подпор в прокопе и в сбросном канале. Существует
также опасность заиления промывного шлюза при пропуске через
него малых расходов воды.
§ 2. УСЛОВИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Требуется рассчитать работу прокопов-отстойников водоза-
борного узла сооружений с централизованным управлением водой,
Рис. 95. Графики горизонтов Н и мутностей р расчетного
гидрологического года реки и расходов Q магистрального
канала.
расположенного на левом берегу реки; берег на протяжении почти
4 км сложен мелкопесчаными отложениями реки. Горизонты реки
для расчетного гидрологического года, колебание мутности речной
воды и потребление воды оросительной системой показаны на гра-
фиках (рис. 95). Из забираемого расхода 10 мЧсек подается на
143
ГЭС. Гранулометрический состав взвешенных наносов, гидравли-
ческие крупности наносов для нижних пределов фракций w мм!сек,
средние гидравлические крупности взвешенных наносов реки
ауСр мм!сек, т. е. по всем семи фракциям, средние гидравлические
крупности наносов 4—7 фракций Ж4...7 и фракций 5—7 w^—7 в
мм!сек приведены в таблице 34.
Средний уклон реки равен 0,0003.
Отметка поверхности земли на берегу равна 15,0 ж, далее она
медленно повышается до 15,5 м, на расстоянии 4 км от берега.
Ширина по дну магистрального канала 20 м, заложение откосов
двойное, уклон дна 0,00017, отметка дна у шлюза 10,6 м. Графики
расходов, скоростей и гидравлических радиусов в магистральном
канале в зависимости от наполнения приведены на рисунке 96.
Магистральный канал трассируется в лессе средней плотности.
Таблица 34
	Диаметры наносов, мм									
Сезоны и w	> 0,25	0,25— 0,15	0,15— 0,10	0,io- о.05	0,05— 0,01	0,010- 0,005	< 0,005	Значения w		
	№ фракций									
	1	2	3	4	5	6	7	Wcp	W4-7	W6-7
Паводок . . .	1,0	2,0	10	18,0	38,00	16,00	15	2,6	1,о	0,4
Лето .....	0,5	1,5	7	16.2	42,00	17,00	16	2,0	0,9	0,4
Осень ....	—	1.0	5	12,0	46,00	19,00	17	1,4	0.8	0,4
w, мм/сек . .	25,8	12,0	6	1.6	0,08	0,02	—		—.	—
Головной шлюз располагаем на расстоянии 4 км от берега реки;
будет ли при этом длина прокопов избыточна или недостаточна,
проверим расчетом, считая по положительному опыту работы оро-
сительных каналов, что в магистральном канале мутность воды
в период паводка не должна превосходить 2,5 кг/м3.
Магистральные каналы оросительных систем без отстойников
в голове работают на своих начальных участках в сущности как-
отстойники и поэтому интенсивно заиляются; длина заиляемых
участков колеблется от 3 до 10 км, в зависимости от забираемых
расходов, гидравлических элементов потока, мутности воды и со-
става взвешенных наносов; эта длина постепенно увеличивается
в прямой зависимости от продолжительности работы канала. Когда
заиления настолько возрастут по высоте, что забор требуемого
количества воды становится невозможным, заиленные участки очи-
щают, питая систему из другого магистрального канала; на этом
принципе и строились местные многоголовные системы бесплотин-
ного водозабора.
Для рассматриваемого водозабора средней величины можно
ограничиться тремя прокопами-отстойниками средней длиной по
4 км. Судя по работе, начальных участков магистральных каналов,
не снабженных отстойниками, можно полагать, что к концу про-
144
Рис. 96. Графики расходов Q, скоростей v
и гидравлических радиусов R в зависимо-
сти от наполнения магистрального канала.
копа указанной длины и наносный и водный режимы будут близки
к установившимся; следовательно, к концу прокопов можно без
большой погрешности применять формулы транспортирующей
способности потока.
Разумеется, что для коротких отстойников формулы транспор-
тирующей способности неприменимы, как выведенные для условий
установившихся и водного и наносного режимов.
Однако применение формул транспортирующей способности
потока и для случаев длинных отстойников встречает ряд затруд-
нений. Первое затруднение
заключается в гидравличе-
ском расчете прокопа: в
процессе работы прокоп
постепенно заиляется; ста-
ло быть, меняются его на-
полнения, гидравлические
уклоны и прочие элементы
потока, другими словами,
поток находится в неуста-
новившемся состоянии.
Второе затруднение заклю-
чается в гидротехниче-
ском расчете прокопа, по-
ток постепенно осаждая
наносы в прокопе, изме-
няет и свою мутность и
крупность взвешенных на-
носов, т. е. наносный ре-
жим потока также нахо-
дится в неустановившемся
состоянии.
Первое затруднение мож-
но разрешить, исходя из
следующих соображений: относительная медлительность заиления
прокопа вызывает и медлительность изменения условий установив-
шегося движения; поэтому, если мы выберем достаточно короткие ин-
тервалы времени и для них будем проводить гидравлические рас-
четы, как и для установившегося режима, по средним наполнениям,
то тем самым мы не сделаем большой погрешности в расчетах и в
то же время применим простые, общеизвестные приемы гидравли-
ческого расчета. Более того, в случае малых заилений прокопа
приемлем расчет не по средним наполнениям, т. е. не по полусумме
начального наполнения канала до его заиления и конечного поело
заиления в данном интервале времени, а по начальным наполне-
ниям прокопа в выбранном интервале времени; такой прием еще
более упрощает гидравлический расчет прокопа. В обоих случаях
нам надо найти величину его заиления в принятый интервал вре-
мени, т. е. нам надо разрешить и второе затруднение.
145
По данным практики, при принятой длине прокопа можно ожи-
дать полного осаждения первых трех фракций наносов по таблице
34, полного или близкого к полному осаждения 4-й фракции на-
носов (в зависимости от гидравлических условий), значительного
осаждения наносов 5-й фракции; доля осаждения наносов 6-й
фракции неопределенна, но, во всяком случае, она невелика;
7-я фракция почти не оседает.
В таблице 34 приведены средние гидравлические крупности
взвешенных наносов всех семи фракций г^Ср, т. е. речной воды,
и далее для групп фракций 4—7 и 5—7, считая, что фракции 1—3
и 1—4 оседают в прокопе. Из таблицы видно интенсивное умень-
шение w по мере продвижения и осветления воды в отстой-
нике.
Расчет заиления отстойника можно проводить в таком порядке;
для принятого расхода прокопа-отстойника находят из гидравли-
ческого расчета R, v и i; далее по формуле (а) находят транспорти-
рующую способность прокопа р ; очевидно, что р должно быть не
более 2,5 кг/м1 * 3, согласно эксплуатационным условиям системы.
Для определения транспортирующей способности каналов
используем следующую формулу:
р =0,022 —	,	(а)
1	’ w0 У w	v '
где р — транспортирующая способность потока, т. е. количество
взвешенных наносов в кг, содержащихся в 1 л«3воды,
каЛи3;
v — средняя скорость течения в м/сек, обеспечивающая
транспортирование мутности р;
R — гидравлический радиус живого сечения потока, .и;
i — гидравлический уклон поверхности воды;
w — средняя гидравлическая крупность взвешенных наносов
в м/сек по Сабанину г.
wQ = w при w 0,002 м/сек и г^0 — 0,002 м/сек при w sC
-С 0,002 м/сек.
Формула («) дана для условий равномерного установившегося
движения воды и 7?	0,5 м.
Опыт эксплуатации ирригационных каналов, не имеющих
в голове отстойных бассейнов, показывает заиление их начальных
участков крупными и средними фракциями взвешенных наносов;
дальше по каналам w почти всегда меньше 0,002 м/сек, и для этих
участков формуле («) можно придать более простой вид:
р = 11и1/'—,	(6)
.	‘	у w	' '
при тех же обозначениях.
1 При ином способе определения w коэффициент в формуле (а) при-
нимает другое значение, см. Е. А. Замарин, В. В. Фандеев, «Гидро-
технические сооружения», Сельхозгиз, 1960, стр. 496.
146
Для предварительных подсчетов формулу (а) можно заменить
следующей:
9000 D.
Р = ^-1,25^
при тех же обозначениях, но с размерностью w в мм!сек.
В формуле (с) наименьшее расчетное значение w принимается
равным 2 мм/сек, т. е. в тех случаях, когда гидравлическая круп-
ность наносов меньше 2 мм/сек, знаменатель формулы (с) прини-
мает значение 2 — 1,25 = 0,75.
Однако, чтобы найти р, надо знать w, т. е. гидравлическую
крупность взвешенных наносов в конце отстойника; но, во-первых,
из таблицы 34 ясно, что эта w 2 мм/сек, значит можно будет
пользоваться более простой формулой (5) вместо формулы транс-
портирующей способности (а), и, во-вторых, искомое w будет
находиться между ^4—7 и ^5—7.
Вследствие большей гидравлической крупности наносов 4-й
фракции, чем 5-й, наносы 4-й фракции будут оседать интенсивнее
5-й; следовательно, среднее между ®4_7И ^5-7 следует исчислять
не как среднее арифметическое, а с учетом их весов, например 1
для к?4_7 и 2 для г^5—7, т. е.
г„, ___w4-i + 2ш5_7
---	 о
(С/)
Наконец, для транспортирующей способности потока в конце
прокопа, ввиду малой изменяемости Ш4_?и W5—7 и их значений,
меныпйх 2 мм! сек, можно воспользоваться формулой (с), которая
при w 2 мм!сек принимает вид:
p = 12OOO7?t = l,2/?i0,	(е)
где i = i0 • 10~4.
На расчет заиления прокопа влияет и форма наносных отложе-
ний; крупные фракции наносов 1-я и 2-я будут оседать преиму-
щественно в начале прокопа, стесняя его сечение и тем самым
повышая скорости течения в начале отстойника. Повышенные
здесь скорости течения вызовут удлинение зоны выпадения круп-
ных фракций наносов с более медленным повышением их слоя.
Средние фракции будут выпадать вдоль всего прокопа, мелкие
фракции — преимущественно в средней и нижней частях прокопа,
в итоге прокоп будет заиляться почти равномерно.
§ 3.	РАСЧЕТ ЗАИЛЕНИЯ ПРОКОПА-ОТСТОЙНИКА
Примем длину прокопов одинаковой и равной 4 км; в действи-
тельности длины их, в зависимости от топографии местности, гео-
логических условий и др., могут различаться; различны будут
в них и горизонты, особенно у входа, вследствие того, что головы
прокопов отстоят одна от другой достаточно далеко, в нашем
случае на 800 м.
147
Принимая одинаковые условия работы всех прокопов, мы
быстрее можем установить пригодность принятых размеров проко-
пов и соответствие порядка их работы требуемым условиям эксплу-
атации и в дальнейшем уточнить расчет, ведя его индивидуально
для каждого прокопа.
За расчетный интервал времени примем декаду и расчет нач-
нем с апреля, считая к этому времени третий прокоп чистым от
наносов; до апреля мог работать другой прокоп, отложения в ко-
тором могут быть удалены в апреле промывкой или землесосом.
Расчет ведем для условий работы третьего (нижнего по тече-
нию реки) прокопа, т. е. с запасом, потому что для третьего про-
копа могут быть большие затруднения с его промывкой, чем для
первого и второго. Это следует из того, что горизонты воды (вслед-
ствие падения их по течению реки) стоят выше у начала первого
и второго прокопов, чем у третьего; стало быть, разница уровней
воды у начала третьего прокопа и у устья сбросного канала будет
меньше, чем соответственно для первого и второго прокопов. Чем
меньше эта разница, тем труднее провести успешную промывку
наносов из прокопа.
Примем размеры прокопа: ширину по дну 15 м, достаточно
удобную для работы среднего землесоса; заложение откосов для
мелкопесчаных грунтов двойное; уклон дна 0,00007, отвечающий
равномерному режиму при пропуске 30 лс3/сек; коэффициент шеро-
ховатости 0,03. Потери на вход в прокоп будем оценивать в 2—3 см,
в зависимости от расхода воды в прокопе. Отметку дна в начале
прокопа примем равной 10,0 м. В первой декаде апреле через
третий прокоп пропускается Q ~ 30 .-и3/сек; уровень воды в реке
будет при этом 13,05 м (рис. 95), следовательно глубина воды
в прокопе с учетом потерь на вход будет равна 3,03 м.
Проведем расчет заиления прокопа за декаду для глубины
3,03 м, т. е. для начальной глубины, без учета заиления; второй
расчет, для сравнения с первым, проведем с учетом заиления.
Имеем Н — 3,03 м\ со = 63,8 ж2; v = 0,47 м!сек\ ; = 28,54 м;
R = 2,24 м\ i = 0,00007. По таблице 34 и формуле (с/) подсчи-
0,8-|-2-0,4 л «	/
таем среднюю w =-----------== 0,53 мм/сек и по ней транс-
портирующую способность по формуле (Ь):
Рз = 11.0,47J/''-2’24^-8--- = 1,89 кг/м3,
где v : w ~ 888.
Для сравнения найдем р4 по формуле (с):
р4 = 1,2- 0,7- 2,24 = 1,88 кг/ж3,
т. е. практически совпадающая с предыдущим результатом.
Мутность речной водыр0 = 3,2 кг!м3, следовательно в отстой-
нике оседает:
р0 — р =3,20 —1,89 = 1,31 кг/м*,
148
или на 1 пог. м его длины:
ЛГ /	х 86 400 • Т • Q	or з
— (ро	р) . 1300	6,5 м ,
где Т — принятый интервал времени, равный 10 суткам;
Q — расход воды, равный 30 м3/сек;
L — длина прокопа 4000 м;
1300 — вес 1 м3 наносов, кг.
Средняя толщина отложившихся наносов
Ъ то ’
где m — заложение откосов прокопа, равное 2;
b — ширина по дну прокопа.
Имеем:
Теперь найдем S с учетом заиления канала; зададимся S =
= 0,34 ж, меньшим, чем получили ранее, так как теперь средняя
скорость течения будет больше, а значит, заиление мерыпе. Ши-
рина по дну в начале интервала времени была 15,0, в конце интер-
вала 15 + 2 mb в среднем
В — Ъ + тпЪ.
Имеем
В= 15+ 2 • 0,34= 15,68 ж; Н = 3,03 — 4 = 2,86 ж;
Х = # + 2#]/1+т2 = 28,44 м; а> = 61,5 м*; v = 0,488 м/сек;
77 = 2,16 м; г = 0,77 • 10~4;
р3 = 2,01 кг/м?; р4==2,10 кг/м3;
N = (3,2 — 2,1) • 4,97 = 5,47 м3; 8 = 34,5 сж^35 см.
Из этого расчета заключаем, что учет ожидаемого заиления
обязателен.
Во второй декаде апреля: Q = 30 м3/сек; HQ = 3,50 м —
расстояние по вертикали от уровня воды в начале прокопа до
незаиленного, проектного дна), р0 = 4,1 кг/м3. Задаемся 62 =
= 0,69 м, тогда при наличии заиления от предыдущей декады
в 35 см будем иметь отметку среднего (расчетного) положения
дна 10 + 0,35 + у, его ширину:
B = b-}-2m (Si + 4^17,'78 м
и глубину:
3,48—	+-у-) = 2,83 м.
149
Далее находим со, /, Л, i, р3 = 1,65 кг Ли3; р4 = 1,67 кг/м3,
N и по ним о2 = 0,69 м, т. е. равное принятому ранее.
В дальнейшем ввиду близости р3 и р4 транспортирующую
способность будем находить по более простой формуле (с).
В третьей декаде апреля: (7 = 30 мЧсек, Но — 3,75 м; р0 =
= 6,0 кг/м3. Прокоп работает в течение 5 суток. Задаваясь 83 —
= 0,48 м и проверяя ее подбором по предыдущему методу, нахо-
дим р = 2,07 кг/м3 и S3 = 0,48 м. Таким образом, 16 апреля слой
отложений в третьем прокопе будет составлять 1,52 м.
С 16 апреля начинаем промывку третьего прокопа, а для пита-
ния системы включаем в работу второй прокоп.
§ 4.	РАСЧЕТ ПРОМЫВКИ ПРОКОПА-ОТСТОЙНИКА
В расчет промывки прокопа-отстойника входит определение
величины промывного расхода, длительности смыва и объема
смытых наносов; все искомые величины являются функциями мно-
гих независимых переменных, например разности уровней воды
в начале прокопа и у устья сбросного канала, абсолютных значе-
ний этих уровней, мутности речной воды, конструкции и размеров
сбросного шлюза, мощности отложений наносов в прокопе, попе-
речных размеров сбросного канала, его продольного уклона и др.
Сложность решения задач промывки прокопа заставляет идти
по пути принятия готовых схем промывки, проверки их возмож-
ностей и выбора из них наиболее эффективных.
Рассмотрим одну из таких схем — пропуск через прокоп
50 мЧсек. Очевидно, что смыв наносов из прокопа при выбранном
расходе воды прекратится к моменту равенства транспортирующей
способности потока и мутности воды, поступающей из реки в про-
коп. В данном случае имеем Но = 3,75 м, р0 = 5,5 кг/м3; прини-
мая, как и ранее, потери на вход в прокоп 3 см, будем задаваться
глубиной воды в начальном створе прокопа, пока не получим
соответствующую ей транспортирующую способность, равную
мутности речной воды. Для отметки уровня воды в начале прокопа
13,72 м (рис. 97) ширина зеркала воды будет равна:
В==ЬЛ-2Н(>т = 15-Ч2- 3,72 -2 = 29,88 м.
Задаваясь глубиной h воды в начальном створе прокопа ко
времени окончания промывки h = 2,5 м, мы получаем со = 62,2 м2;
(2 — 50 мЧсек; v — 0,81 м/сек; х = 31,1 м; R — 2,0 м; i = 2,3-10~4;
Pi = 5,5 кг/м3, т. е. получаем равенство транспортирующей спо-
собности потока и мутности поступающей в прокоп речной воды.
Из рисунка видно, что в начале прокопа будет смыт слой на-
носных отложений в 30 см.
Если предположить, что глубина потока вдоль прокопа по-
стоянна и равна h — 2,5 м, то отметка уровня воды в конце про-
копа была бы равна 13,72 — 2,3 • 0,4 = 12,80 м (рис. 97) и тол-
щина слоя несмытых наносов 82 = 0,58 м.
150
Однако подсчет, сделанный в предположении постоянства
глубины воды вдоль прокопа, можно рассматривать лишь как
первое приближение, так как по мере снижения уровня воды
вдоль прокопа в нем изменяются живое течение и другие гидрав-
лические элементы, изменяется и его транспортирующая способ-
ность. В самом деле, в концевом участке прокопа пропуску рас-
хода 50 мЧсек при глубине Л2 = 2,5 м и В2 = 0,58 м соответст-
Рис. 97. Продольный разрез (а) и поперечное сечение (б) прокопа-
отстойника.
вуют следующие гидравлические элементы: ширина канала по
дну b = 15,0 +4 = 17,32 ж; со = 55,7 ж2; R = 1,95 м; Q =
— 50 ж3/сек; v ~ 0,90 м/сек’, i ~ 3,0 • 10~4 и транспортирующая
способность р = 7,0 кг/м5, т. е. не совпадающая с мутностью реки
р0 =5,5 кг/ж3; также не совпадает с прежней отметка уровня воды
в конце прокопа вследствие иного значения уклона.
Гидравлические элементы концевого участка прокопа ко вре-
мени окончания промывки находим подбором, исходя из следую-
щих условий: 1) равенства транспортирующей способности про-
копа и мутности речной воды р3 = р0 = 5,5 кг/мг и 2) отметки
451
уровня воды в конце прокопа 9,72 + fyj + ^2> удовлетворяющей
уравнению:
9,72 + 3.2 + Л2 = 13,72 — 4000	,
где и i2 — уклоны поверхности воды начального и конечного
участков прокопа;
h2 — глубина воды в конце прокопа.
Глубину Л2 определяем подбором, исходя из следующих со-
ображений: как показал проведенный выше расчет для р2, при
условии h2 = получается завышенное значение р2^>Ро; далее
надо ожидать, и опыт эксплуатации это подтверждает, что Л2
будет больше но если Л2 h1} то, вероятнее всего, г2 будет
меньше i±. Не зная пока i2, примем его в первом приближении
Рис. 98. Третий прокоп-отстойник и сбросной канал.
равным т. е. 2,3 • 10~4; тогда отметка уровня воды в конце
прокопа будет 12,80 м, и ширина зеркала воды В — 15 + 2 X
X (12,80 — 9,72) ~ 27,32 м\ задаваясь h2 — 2,75, находим:
со — 60,0 ж2; R = 2,1 м; v ~ 0,83 м1сек\
Q = 50 м3!сек и р2 = 5,8 кг/м3, т. е. несколько больше, чем
мутность речной воды.
Задаваясь во втором приближении г2 = 2,1 • 10 4 и принимая
гср = фр- = 2,2 • 10~4, получим отметку воды в конце прокопй
12,84 м, для которой подбором находим: д2 = 0,29 ж; /г2 = 2,83 м-,
Q = 50 ж3/сек; v = 0,81 м!сек\ R — 2,15 ж; р2 = 5,5 кг/м3, что
удовлетворяет поставленным условиям подбора.
На рисунке 98 показан продольный профиль по прокопу с глу-
бинами воды ко времени окончания промывки и слоем несмытых
152
наносных отложений. Из рисунка видно, что слой наносных отло-
жений перед промывкой был мощностью 1,52 м, общим объемом
109,6 тыс. Л13; к концу промывки было смыто в начале прокопа
30 см и в конце 1,23 м, что составляет 59,3 тыс. ж3, или 54% об-
щего объема заиления. Средний слой оставшихся в прокопе заи-
лений составит (1,22 + 0,29) : 2 = 0,76 м.
Длительность промывки прокопа устанавливается из расчета
работы сбросного канала и промываемого прокопа. Размеры сброс-
ного канала выбирают из условий развития в нем предельно допу-
скаемых для грунта ложа скоростей (у нас около 1 м/сек), обеспе-
чивающих высокую транспортирующую способность потока; при
этом надо стремиться избегать больших подтоплений канала со
стороны реки, выбирая соответствующее время (дату) промывок
и отметку дна канала, обеспечивающую небольшой уклон подъема
от дна промывного шлюза к дну сбросного канала (рис. 93).
Примем: ширина по дну сбросного канала b = 10 м, заложение
откосов т = 2, уклон дна i — 3,74 • 10’4, длина 5800 м, глубина
воды h = 3,0 м-, тогда, при расходе 50 мЧсек, получаем скорость
v = 1,04 м/сек и транспортирующую способность р = 9,2 кг/м3.
Длина по стрежню реки от головы третьего прокопа до устья
сбросного канала равна 11,5 км-, по данным полевых исследований,
отметка уровня воды у устья сбросного канала 10,30 м\ отметка
дна в этом месте 6,98 м. Выбрав отметку дна начального участка
канала 9,15 ми считая, что в сбросном шлюзе теряется при про-
пуске 50 мЧсек напор около 70 см (расчеты шлюза рассмотрим
ниже), получаем со стороны реки подпор канала на 32 см\ такой
небольшой подпор условно учтем снижением транспортирующей
спссобности (канала) приблизительно до 9,0 кг/м3.
Длительность промывки прокопа найдем по формуле:
Sy
^=864O6Qn(P-Po) СУТ0К’
где S — объем смываемых наносов, м3;
у — вес 1 м3 наносов, кг-,
Qn— промывной расход, мЧсек-,
р и р0— мутность воды сбросного канала и речной воды, кг/м3.
Подставляя числовые значения в эту формулу, получаем:
т 59 300 • 1 300	г
Т ~~ 86 400 • 50 (9 — 5,5)	5 СУТОК-
После трех дней промывки вводим в прокоп землесос, который
работает в начальной части прокопа до второй декады мая, т. е.
12 дней; при среднесуточной выработке землесоса 500 м3 его работа
будет эквивалентна снятию слоя наносов по всему прокопу в 8 см-,
следовательно, к концу первой декады мая средний слой наносов
в третьем прокопе будет составлять 0,76—0,08 № 0,70 м.
Приведенный расчет длительности промывки прокопа услов-
ный; задачу следовало бы решить, учитывая следующие явления:
153
интенсивность размыва наносных отложении прокопа в условиях
неустановившегося движения; взмучивание большей части этих
наносов; перемещение их частично во взвешенном состоянии,
частично влечением их по дну; перемещение взвешенных наносов,
поступающих в прокоп вместе с речной водой; дальнейшее транс-
портирование речных наносов и наносов прокопа по сбросному
каналу. Решение даже части перечисленных задач приводит к очень
сложным зависимостям
В нашем случае промывку прокопа ведут следующим образом:
закрывают верхние пролеты шлюза, питавшие магистральный
канал из третьего прокопа, уровень воды в прокопе сравнивают
с речным (до отметки 13,75; в сбросном канале уровень воды стоит
на отметке нижнего бьефа, т. е. 10,30 м), открывают затворы
промывного шлюза и в начальный момент через него пропускают
несколько больший расход, например около 60 м1 * 3/сек. В конце
работы прокопа (перед его промывкой) QK = 30л^3/сек, р =
= 2,07 кг/м3.
Пропуская большой промывной расход, можем примерно счи-
тать:
/ v V	/ Q V
Р = Рк — ^Рк тп ’
\ик /	\	/
что следует из формулы (е), т. е.
р = 2,07	=8,3 кг[м\
На самом деле р будет больше вследствие нарастания движе-
ния ~^>0;это увеличение можно приближенно оценить в 20—
50%; тогда р — 10,8 кг/м3. К концу промывки, когда Q ~ 50 м3/сек
и средний уклон поверхности воды i = 2,55 • 10'4 (при z = 0,55 м,
см. стр. 160), получаем h = 2,51 ми р = 6,1 кг/м3, следовательно
мутность воды за счет размыва наносных отложений будет изме-
няться от 10,8 — 5,5 = 5,3 кг/м3 до 6,1 — 5,5 = 0,6 кг/м3, или
в среднем 3 кг/м3. Раньше мы ее считали равной 9 — 5,5 ~ 3,5 кг/м3
и ей отвечали 5 суток промывки; теперь срок промывки получается
| • 3,5	6 суток.
Для ускорения смыва наносов в прокопе можно ставить взму-
чиватели наносов, например типа системы передвижных верти-
кальных щитов.
§ 5.	ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГИДРОУЗЛА
По эксплуатационным условиям мутность воды магистраль-
ного канала не должна превышать 2,5 кг/м3, поэтому выберем
такую схему работы прокопов-отстойников, которая гарантиро-
1 Проф. И. И. Л е в и. Расчет промыва отстойников. «Гидротехническое
строительство» № 8, 1948. Его же. Динамика русловых потоков. Госэнер-
гоиздат, М.—Л., 1957.
154
вала бы выполнение этих условий. Выше мы указали, что с 16 ап-
реля третий прокоп промывается, а вода подается на систему
через второй прокоп. Выбор этого времени промывки третьего
прокопа вызван режимом реки; в мае при высоких горизонтах
реки промывка прокопов вследствие подпора рекой сбросного
канала будет неэффективной; следовательно, промывку надо про-
водить в конце апреля и далее в июне. Опуская подсчеты заиле-
ния прокопов и их промывок, приведем результативную таб-
лицу 35, в которой указаны рабочие и промывные расходы про-
копов, толщины слоев заиления и транспортирующие способности
потоков в конце прокопов, т. е. те мутности, с которыми поток
вступает в магистральный канал. Эти данные для наглядности
показаны графически на рисунке 99, из которого видно, что третий
прокоп промывают четыре раза, второй и первый прокопы — по
155
два раза; третий прокоп не работает в течение двух декад, а вто-
рой — одной.
Декадные перерывы в работе прокопов еще допустимы; боль-
шие перерывы опасны в малярийном отношении. Во время переры-
вов в прокопах работает землесос, который удаляет ранее отло-
жившиеся наносы, а также те, которые выпадают из почти стоячей
воды прокопов во время работы землесоса; в первую декаду июня
землесос работает во втором прокопе.
Водный и наносный баланс работы гидроузла приведен в таб-
лице 36, из которой можно установить, что гидроузлом с 1 апреля
по 20 сентября пропускается на систему 655 млн. Л13 воды, из них
150 млн. м3 на ГЭС (с постоянным расходом 10 м3/сек) и 505 млн. м3
на ирригацию. Взвешенных наносов входит в прокопы 1811 тыс. м3
при средней сезонной (за вегетацию) мутности речной воды
3,58 кг!м3 и выходит из прокопов в магистральный канал 784 тыс. м3
при средней за сезон мутности 1,56 кг/м3. Из прокопов смыто
наносов за восемь промывок 910 тыс. м3 плюс 85 тыс. м3 остав-
шихся отложений во втором и первом прокопах к 21 сентября,
которые будут смыты в третьей декаде сентября; таким образом,
через прокопы удаляется 995 тыс. м3. Землесосом удаляется
32 тыс. ж3, однако отсюда не следует, что землесос работает только
в течение 64 суток из 173 суток рассматриваемого периода; зем-
лесос занят непрерывно весь период на прочистке голов кана-
лов от выпадающих здесь крупных фракций.
Из поступающих в магистраль 784 тыс. м3 взвешенных наносов
на долю орошения приходится 605 тыс. ж3; из них около половины
будет вынесено на поля, остальные могут осесть в мелкой сети.
При ориентировочной площади орошения в 50 тыс. га на 1 га
придется около 6 м3 наносных отложений; при подаче воды без
прокопов объем наносных заилений составил бы около 22—25 м3.
Мы рассмотрели один из возможных вариантов эксплуатации
гидроузла; на базе его можно составить другие варианты с боль-
шим количеством осаждающихся наносов; например, ликвидация
простоев прокопов в третьей декаде июня и первой декаде августа
удержит в прокопах еще около 65 тыс. м3 наносов, т. е. умень-
шит заиление на 1 га еще на 1,3 м3. В выбранном варианте экс-
плуатации гидроузла, для повышения точности подсчетов, интервал
времени для периодов интенсивного выпадения наносов следует
уменьшить до пятидневки.
В эксплуатации гидроузла может оказаться целесообразным
длительные промывки (5 и более суток) заменить кратковремен-
ными (1—2 суток). Выше мы видели, что в начале промывок кон-
центрацию пульпы можно довести до 12 кг/м3 и больше; далее
концентрация постепенно падает и промывка становится менее
эффективной. Кратковременные, но частые промывки выгодны
в отношении повышения процента смыва осаждаемых наносов,
так как ими смывается большая доля выпавших и еще не успев-
ших слежаться наносов.
156
Таблица 35
Работа прокопов-отстойников
Прокопы	Величины	Апрель			Май			Июнь			Июль			Август			Сентябрь	
		декады																
		I	II	in	I	II	ш	I	п	ш	I	II	ш	I	п	ш	I	II
Третий	Q, м3/сек б, см 56, см р, кг/м3	30 35 35 1,89	30 69 104 1,65	30; 50* 48 152 2,07	70	30 114 184 0,99	30 60 244 2,39	15 23 267 2,21	1818	65	30 38 103 2,02	22 43 146 0,64	38* 6	30 26 32 1,69	24 28 60 1,21	14 16 76 0,65	14 9 85 0,70	38
Второй	Q, м3/сек б, см 56, см р, кг/м3	—	—	—	40 194 194 2,33	20 65 259 0,93	20 38 297 2,21	50* 84	25 61 145 1,30	25 26 171 2,40	20 26 197 1,63	47 * 10	27 25 35 1,72	20	26 26 46 1,42	14 20 66 0,65	14 11 77 0,70	13 2 78 0,97
Первый	Q, м3/сек б, см 56, см р, кг/м3	—	—	—	—	—	—	35 90 90 1,70	25 60 150 1,33	25 24 174 2,40	47* 10	28 49 59 1,28	23 26 85 1,36	20 22 107 1,25	38* 6	17 24 30 0,70	12 19 49 0.77	17 4 53 0,97
S3 Примечание. Промывные расходы помечены звездочкой (*).
Таблица 36
Балансовая таблица работы отстойников и магистрального канала
	Апрель			Май			Июнь			Июль			Август			Сентябрь		
Показатели	декады																	
	I	п	III	I	п	III	I	II	Ш	• I	п	III '	I	II	ш	I	П	Ш
Расходы воды																		
магистрали, м3/сек		30,0	30,0	30,0	40,0	50,0	50,0	50,0	50,0	50,0	50,0	50,0	50,0	50,0	50,0	45,0	40,0	30,0		
Мутность реч-																		
НО II воды, кг/м3		з,о	4,0	6,0	6,0	5,6	5,2	4,6	4,2	3,7	3,4	з,о	2,6	2,5	2,4	2,0	1,5	1,2		
Мутность воды																		
магистраль- ного канала, кг/л3		1,89	1,65	2,20	2,33	0,97	2,32	1,83	1,32	2,40	1,86	1,00	1,56	1,50	1,32	0,67	0,72	0,97	
Наносы, вхо-																		
дящие в от-																		
стойник, тыс. м3		59,7	79,7	120,0	159,0	186,0	190,0	153,0	140,0	123,0	113,0	99,7	95,0	83,1	79,7	65,7	39,9	23,9	
Наносы, выхо-																		
дящие из от-																		
стойника, тыс. м3... .	37,6	32,8	43,8	62,0	32,2	84,7	60,7	43.8	79,7	61.9	33,2	57,0	49,8	43,8	22,0	19,1	19,3	—
Смыв наносов																		
из отстойни- ка, тыс. м3 .	—	—	59,3	—	—	—	191,0	159,0		129,0	143,0	101,0	—	71,0	—	—	57,0	—
§ 6.	ГОЛОВНОЙ ШЛЮЗ-РЕГУЛЯТОР
Сопоставляя уровни воды перед входом в шлюз и на его пороге,
мы, опуская ради краткости подсчеты, устанавливаем наимень-
шую разность в первой декаде сентября, когда через одну из сек-
ций шлюза пропускается 14 м31сек, а через все секции 40 м3!сек,
чему соответствует наполнение магистрали 2,16 м, т. е. отметка
12,76 м при отметке воды в конце третьего прокопа 12,85 м.
Выбираем для каждой секции шлюза три пролета по 3 At с двумя
железобетонными бычками по 0,6 м, общим фронтом 10,2 м, т. е.
на 4,8 м уже ширины прокопа по дну. При выходе из шлюза в ма-
гистральный канал устраиваем смесительный колодец, отчасти
выравнивающий выпуск воды в канал при различных расходах,
пропускаемых отдельными секциями шлюза; ширину колодца
принимаем равной ширине канала по дну, т. е. 20 м.
При выходе воды из колодца создается перепад уровней, опре-
деляемый из уравнения:
 Q — ср (6 —j—0,8т/г) h ]/2gz0,
где h = 2,16 м\ т — заложение откосов, равное 2;
b ~ 20 ж;
Q ~ 40 мЧсек-,
Ф =0,92 — для закругленного порога.
Из уравнения находим z0 ~ 0,039 м, а учитывая скоростной
напор, z ~ 0,02 м; следовательно, глубина на пороге шлюза будет
равна 2,18 м при отметке уровня воды 12,78 м.
Пропускную способность шлюза проверяем по формуле:
Q = ysBh ]/2gz0,
где (р = 0,85 г;
В = ЗЬ = 3-3 = 9 М-
h ~ 2,18 м;
z = 12,85 — 12,78 = 0,07 ж;
е — коэффициент бокового сжатия потока, равный для по-
луциркульного очертания бычков:
е=1 -0,1	= 1 —0,1	= 0,95;
Н о	2,25 + о
#=12,85— 10,60 = 2,25 ж; Ь = 3 м.
Подставляя значения букв в формулу, получаем Q = 18,5 мЧсек,
14,0 м3!сек.
§ 7. ПРОМЫВНОЙ ШЛЮЗ
Промывной шлюз каждой секции состоит из трех отверстий
шириной по 3 а« и высотой 2 м; живое сечение донной галереи за
бычками 10 • 2 = 20 м2 сохраняется до выхода в сбросной канал.
1 Е. А. 3 а м а р и н и В. В. Ф а н д е е в. «Гидротехнические сооруже-
ния». Сельхозгиз, М. 1960 г.
159
При пропуске 50 мг1сек через сбросной шлюз мы считали z =
= 0,7 ж; уточним величину z; с этой целью найдем коэффициенты
местных потерь, по ним коэффициент расхода и далее z. Конструк-
ции шлюзов приведены на рисунках 92, 93 и 94. Потери на вход
оценим коэффициентом 0,25; потери на выход будут:
Свх = ^_^у = (1_^=0,34,
\ / \ /
где vr и v2 — скорости в сбросном канале и в сбросном шлюзе;
на поворот 1,0, на трение:
С*Я —и,ю,
а в сумме:
Г = 1,74 и и =	= 0,76.
К 1,74
Следовательно:
z = C=- =0,55 м,
2g
что значительно меньше ранее ориентировочно принятого z =-
= 0,7 м.
В промывном шлюзе при Q — 38 мЧсек скорость будет равна
1,9 м/сек и z = 0,32 м. Полученные величины z указывают на воз-
Рис. 100. Продольный разрез по третьему прокопу-от-
стойнику.
можность увеличения промывных расходов до 40=55 м3/сек.
Если увеличить промывной расход в третьем прокопе в третьей
декаде апреля до 53,5 мЧсек вместо 50 мЧсек, то в конце про-
мывки будут следующие глубины в начале и в конце прокопа
(табл. 37).
160
Таблица 37
Каналы	Q	V	н	R	г • 104	Р	•3
Начало прокопа		53 5	0 81	2 73	2 13	2 11	55	0 99
Конец	»			535	0'82	3 00	2 23	2 06		0 18
Сбросной канал 		53,5	1,06	3,’1О	2Д1	3,74	9,6	
Продольный профиль по третьему прокопу к концу промывки
показан на рисунке 100.
Увеличение промывного расхода влечет за собой возрастание
количества смываемых наносов. По сравнению с данными рисунка
98, где принят промывной расход 50 мЧсек, теперь наносов смы-
вается больше на 12400 м\ или всего смывается наносов около
2/3 объема заиления прокопа.
!/4б Е. А. Замарин
Глава XV
ГОРНЫЙ ВОДОЗАБОР С ДОННОЙ РЕШЕТКОЙ
§ 1. ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Требуется составить проект горного водозабора с донной
решеткой при следующих условиях: план местности с намеченным
створом плотины показан на рисунке 101; данные наблюдений
расходов и глубин реки позволили установить гидрограф реки
Рис. 101. Генеральный план водозабора:
1 — бетонная плотина; 2 —'земляная плотина; 3 и 4 — струенаправ-
ляющие дамбы; 5 — шлюз; 6 — канал; 7 — отстойник.
и зависимость между расходом и глубиной реки, показанные на
рисунках 102—103, при условной отметке нуля глубин 100,0 м,
и в таблице 38.
Средний уклон русла реки в районе гидроузла составляет
0,004, ниже 0,006. Русло реки до отметки 88,0 м сложено отложе-
ниями гальки и гравия с песком, ниже отметки 88,0 м залегает
прочная скала; берега реки суглинистые (рис. 104).
Расход реки с обеспеченностью 1 % равен 370 м31сек, с обеспе-
ченностью 5% — 300 л«3/се»и с обеспеченностью 10% — 250 м3!сек.
162
Таблица 38
Q, м3/сек	7,0	32	117	240
h, м	0,5	1,0	1,5	2,0
V, м/сек	0,7	1Д	1,5	1,8
Первый расход используем при поверочных расчетах, устанавли-
вающих главным образом высоту сооружений, обеспечивающую от
Рис. 102. Гидрограф реки и график водозабора.
Рис. 103. Зависимость Q = /(Я) и v=F(H)
реки.
перелива через них воды; второй — расчетный расход, по кото-
рому устанавливаем размеры сооружений — их пролеты; третий
используем при выборе
размещения русловых со-
оружений — струенаправ-
ляющих дамб.
В паводок мутность во-
ды достигает 5,0 кг1м\
донные наносы около
1,2 кг/м3', в межень мут-
ность незначительна, а дон-
ные наносы отсутствуют.
Состав мутности в паводок
приведен в таблице 39.
Взвешенные наносы
имеют остроугольную фор-
му и представлены твер-
дыми породами (кварц), поэтому забираемая вода должна быть
очищена от наносов d 0,2 мм.
7<б'
163
Таблица : 9
d, мм	>0,25	0,25 — 0,05	0,05-0,01	<0,01
Р, %	16	40	23	21
Вода из реки забирается на гидроэлектростанции, на орошение
и обводнение: в осенне-зимний период на ГЭС подается 7 мЧсек*
Рис. 104. Профиль по створу плотины.
в весенне-летний период — 14 м*1сек\ на орошение и обводнение
весной и летом подается 4 м3/сек, осенью — 2 мЧсек. Уровень
воды в деривационном канале близ плотины определен трассиров-
кой канала и равен 102,5 м.
§ 2. ВОДОЗАБОР С ДОННОЙ РЕШЕТКОЙ
Водозаборный гидроузел состоит из низконапорной плотины
с несколькими широкими пролетами, перекрываемыми затворами,
через эти пролеты пропускаются паводковые расходы реки и рас-
ходы ее сверх расходов на водозабор и на промывку отстойника;
водозаборного пролета с приподнятым порогом, забирающего
воду через донную решетку над траншеей, с дальнейшим отводом
ее в деривацию; наносоперехватывающей галереи, располагаемой
перед траншеей с целью захвата донных наносов и отвода их
в нижний бьеф реки, минуя водозаборную траншею; из шлюза,
забирающего воду из реки и подающего ее в деривацию при вы-
ключенной водозаборной траншее в зимнее время и в межень,
когда речная вода не несет донных наносов и крупных взвешенных
наносов; глухой земляной плотины, сопрягающей водосбросную
плотину с правым берегом; русловых струенаправляющих дамб,
обеспечивающих относительную устойчивость русла в верхнем
.164
бьефе и защищающих плотины от размыва и подмыва в нижнем
бьефе; отстойника на Деривации.
Предварительные размеры частей гидроузла находят путем
нескольких расчетных прикидок, составлений по ним вариантов
гидроузла, сопоставлений их строительных стоимостей и условий
эксплуатации и выбора из них наиболее приемлемого для произ-
водства.
Рассмотрим один из вариантов гидроузла, когда расход реки
пропускается через пролет с донной решеткой. В мае — июне
расход реки не снижается ниже 34 мЧсек, из них на ГЭС и ороше-
ние забирается 18 мЧсек, на непрерывную промывку отстойника —
2 мЧсек и в наносоперехватывающую галерею приблизительно
1 мЧсек. Ввиду большой крупности взвешенных наносов удобнее
поставить отстойник с непрерывной промывкой, автоматически
очищающий воду от наносов.
Удельные расходы на пролете с донной решеткой принимают
не более 3—4 мЧсек при наибольшем заборе воды во время уровней,
llllil lllllllllHill IIIIIIIIIIIIII ИНН
—//S-4*— 2к5мм —4--------- 2^5 ----4
Рис. 105. Звено (секция) донной решетки.
немного превосходящих уровни межени. Примем предположи-
тельно длину решетки равной 9 м, тогда в нашем случае q = 34 : 9—
= 3,78 мЧсек на пог. ж; глубина над порогом пролета с донной
решеткой найдется из:
q = еМН9/^ = 0,98-1,62 - Я^ = 1,59 Н3^.
и будет равна Яо = 1,78 м.
Формулу расхода через водослив (с широким порогом) здесь
применили на том основании, что для реки при Q = 34 мЧсек
V2 1,12
параметр кинетичности — g-gjyj \ 1, т. е. в реке будет на-
блюдаться спокойный, не бурный поток.
В случае-бурного потока в реке (Як^> 1) в предыдущую фор-
мулу следовало бы подставить значение глубины воды в реке (с уче-
том подходной скорости), соответствующей бурному режиму по-
тока, по ней найти q и далее найти длину решетки.
Найдем теперь длину донной решетки; спицы решетки устраи-
ваем или из полимеров или из железных полос 50 X 8 мм с про-
зором между ними 8 мм. Сверху решетку защищаем от камней
таврами сечением 120 • 120 • 13 мм, расставленными через 245 мм
друг от друга и включенными в общую решетку (рис. 105). Решетку
собирают секциями по 735 мм, ей придается уклон 0,1. Рабочая
ширина решетки назначается 1—2 м, примем b = 1,7 м, тогда
6 Е. А. Замарин
165
при коэффициенте застройки площади решетки р = 0,5 =
,	8-4-8
(равном отношению ширины прозбра к сумме толщины элемента
решетки и ширины прозора) длину решетки I найдем из уравне-
ния свободного, не подтопленного, течения через решетку:
Z =-----
рр.ь у 2ghi
где Лг — глубина воды в начале решетки;
р. — коэффициент расхода решетки при уклоне 0,1, равный-
0,65.
В этой формуле еще неизвестна она несколько меньше Лкр,
т. е.
h\ = khKT> = k • 0,4872/з,
где к — 0,85-г-0,79, в среднем около 0,81. Мы имели д =3,78 мЧсек,
следовательно hr — 0,94 м,
1=------------------—= = 8,45 ж^9 м, п1 = -|’- = 4,0 м/сек.
0,5 • 0,65 • 1,7 • 4,43 /0,94	1
В конце решетки удельный расход протекающего над ней потока
20
будет равен д2 — 3,78 — у = 1,56 мЧсек и соответствующая ему
глубина Л2 = 0,53 (см. рис. 106).
Галерея питается также через два окна, устраиваемые у кон-
цов решетки в быках пролета; оба окна защищены вертикальными
решетками с р=0,5 и размерами живого сечения pbhp=Q,5 • 1,7-0,9=
= 0,76 ж2. Коэффициенты расхода таких решеток, как и сама
форма движения воды в них, мало изучены; поток, движущийся
вдоль решетки, при заходе в нее будет испытывать сильное боковое
сжатие, существенно уменьшающее величину коэффициента рас-
хода. Чем больше скорость течения вдоль решетки над траншеей
и чем меньше глубина над этой решеткой, тем больше будет сжа-
тие между элементами решеток окна, т. е. тем меньше будет коэф-
фициент сжатия е. Примем ориентировочно его значение 0,4—0,5,
тогда расход воды через два окна Q’ — 2 zbMh*/» = 2 • 0,45 • 1,7-
• 1,55 • 0,94 3/2 «« 2 мЧсек.
В начале траншеи, где расходы и скорости невелики, добавоч-
ный расход в 1 мЧсек полезен для повышения поступательных
скоростей.
В процессе поступления воды в траншею решетка непрерывно
посекционно очищается граблями или, лучше, автоматической про-
мывкой снизу (из траншеи) сильной струей воды (с v 15 м!сек).
Очищаемая площадь решетки составляет около 10% общей пло-
щади решетки; если считать, что вследствие засорения наносами
действующая площадь решетки за время между соседними очист-
ками уменьшится на 5—10%, то проектная пропускная способ-
ность траншеи должна превышать расчетную примерно на 15 —
166
20%. Примем длину решетки 9,0 м, тогда пропускаемый ею рас-
ход будет равен g-^-9 = 21,3 м3/сек; общий расход траншеи,
с учетом подачи через окна, будет составлять около 23,3 м31сек,
т. е. с запасом 16%.
Поперечный разрез сборной траншеи показан на рисунке 106,
продольный разрез — на рисунке 107.
Рис. 106. Поперечный разрез пролета с донной решеткой:
1 — ячеистая плотина; 2 — шандорный паз; 3 — наносоперехватывающая гале-
рея; 4 —донная решетка; 5 — окно в быке; в —водосборная траншея; 7— напор-
ный трубопровод для автоматической очистки донной решетки; 8 — эксплуата-
ционный мост.
Рассмотрим случай, когда через донную решетку протекает
19 м31сек и через правое окно 1 м3/сек, т. е. всего 20 м3/сек, левое
окно может быть закрыто. Пространство на донной решетке в 1 .и
у левого окна выключено и очищается от наносов; остальную часть
траншеи для гидравлического расчета разделим на 4 участка по
2 м с сечениями № 1—5 и подсчитаем проникающие через них рас-
ходы воды. В первом сечении расход равен тому, что поступает
из правого окна, т. е. 1 м3/сек; во втором сечении расход увели-
чится на-g- • 2 = 4,75 м3/секи т. д. Далее зададимся скоростями v
в каждом сечении, достаточными для транспорта поступающих
6*	167
в траншею наносов, и ширинами b; по v и b находим со, Н, R и
из v = C\ Ri найдем гидравлические уклоны г, принимая повышен-
ное значение величины коэффициента шероховатости п = 0,03,
чем неявно учитываются потери на винтовое движение в тран-
шее и на тормозящее действие косо падающих через донную ре-
шетку струй.
Расчеты сведены в таблицу 40.
Таблица 40
№ сечений	1	2	3	4	5
Q, м3/сек	1,00	5,75	10,50	15,25	20,00
V, м/сек	1,8	2,0	2,2	2,4	2,6
Ь, м	1,7	2,0	2,3	2,6	2,9
со, м2	0,55	2,87	4,78	6,37	7,7
Н, м	0,33	1,44	2,08	2,45	2,65
R, м	0,23	0,57	0,74	0,85	0,94
i°/oo	20,0	7,4	6,5	6,5	6,5
i %осред.	14	7	6,5	6,5	6,5
hw, см	2,8	1,4	1,3	1,3	1,3
2	, ель	2,8	4,2	5,5	6,8	8,1
На рисунке 107 построен продольный профиль Дна и свободной
поверхности воды таким образом: в первом сечении уровень воды
1 — донная решетка; 2 — окна в быках; '3 — траншея;
4 — затвор.
в траншее должен
отстоять от низа дон-
ной решетки пример-
но на 5 см в низовом
ее конце и на 22 см
у верхового ее конца
5сл^+г&=5+0,1-170=
— 22 см; отложив от
низа донной решет-
ки 22 + Нг — ЬЬсм,
получим отметку
дна в первом сече-
нии.
Уровень воды у
второго сечения будет
ниже уровня воды
первого сечения на i2 • 2 = 0,014 • 2 — 0,028 = 2,8 см; нанесем этот
уровень на рисунок и, отложив от него глубину Н2, получим от-
метку дна во втором сечении и т. д. Плавное очертание дна и сво-
бодной поверхности укажет на приемлемость принятых v и Ь;
при отсутствии плавности очертания дна и уровней воды необхо-
димо провести перерасчет, учтя результаты первого.
Выполненные гидравлические расчеты позволяют установить
отметку порога пролета с донной решеткой и отметки дна траншеи.
168
Если отметка уровня воды в канале близ плотины равна 102,5 -и,
то в начале траншеи она будет равна 102,5 + 0,08 = 102,58 ж,
где 8 см — потери в траншее (см. предыдущую таблицу гидравли-
ческого расчета траншеи). Этот уровень отстоит от низа решетки
на 5 сж, решетка имеет уклон 0,1, следовательно подъем решетки
составит 0,1 • 1,7 = 0,17 лс; высота элемента решетки равна 8 см,
а всего 5 + 17 + 8 = 30 см. Следовательно, высота порога про-
лета будет не меньше 102,58 + 0,30 = 102,88	102,9 м.
§ 3.	НАНОСОПЕРЕХВАТЫВАЮЩАЯ ГАЛЕРЕЯ
В расчете расхода траншеи не был учтен расход наносопере-
хватывающей галереи; примем его предположительно равным
1,0 м3/сек, или при ширине пролета в 9 м </^0,1 мЧсек, тогда
перед пролетом глубина над порогом будет найдена из 3,78—0,1 =
= 1,59 Я03/2, т. е. Но = 1,74 -и вместо прежних 1,78 ж; как видно,
влияние наносоперехватывающей галереи на горизонт верхнего
бьефа невелико.
Теперь проверим принятый расход наносоперехватывающей
галереи, схема конструкции которой показана на рисунке 106.
Ширина галереи по верху 60 см, по низу 80 см; сверху она пере-
крыта горизонтальной решеткой с прозорами в 16 мм и толщиной
стенок элементов решетки 12 мм, т. е.
_ 16
Р 16+12
= 0,57.
с
По дну галереи уложены три трубы d = 0,2 м, к которым при-
креплены по два приемных патрубка, принимающих воду с дон-
ными наносами и отводящих их по трубам в нижний бьеф; в раз-
дельном бычке помещены затворы труб.
Гидравлический расчет выполним для условий работы трубы
длиной 9 м. Каждая труба обслуживает участок галереи длиной
1,5 м с живым сечением решетки 1,5-0,6-0,57 = 0,513 м2,
живое сечение трубы 0,785 d2 = 0,785 • 0,22 = 0,0314 ж2 меньше
живого сечения решетки в 16,3 раза, следовательно коэффициент
местных потерь для решетки галереи вообще большой — 4—8;
если его отнести к живому сечению трубы, должен быть уменьшен
в 16,32 = 267 раз, и такой малой величиной его можно пренебречь.
Вводим в гидравлический расчет следующие коэффициенты
местных потерь: на вход в патрубок 0,5, на два поворота за пат-
рубком по 90° каждый 2 • 0,3 = 0,6; на трение вдоль трубы
0’022(1 + +'
-----2---- =1,1, на открытую задвижку 0,1; на поворот
у задвижки 0,1, а всего в сумме £ = 2,4.
При выпуске воды в атмосферу коэффициент скорости будет
1
равен -р=|- = 0,54, следовательно расход шести патрубков при
погашаемом напоре в 2,8 м будет составлять 6 • 0,0314 • 4,43]/2,8 =
= 0,76 л3/сек, т. е. близкий к принятому раньше.
169
§ 4.	ОТСТОЙНИК
Устройство отстойника рядом с водозабором затруднительно
из-за крутого рельефа створа гидроузла и из-за неблагоприятных
условий промывки, осмотра и текущего ремонта отстойника. Эти
недостатки устраняются при расположении отстойника на дери-
вации, на расстоянии около 450 м от плотины. Наметим следую-
щие размеры канала b — 4,0 м, т — 1, h = 2,65 м, т. е. почти те
же, что и в конце траншеи, п = 0,025; тогда получаем v =
= 1,14 м!сек, i — 0,00046, транспортирующая способность потока
канала*, по Е. А. Замарину, р = 7200 Ri = 5,1 кг/м3 достаточна,
следовательно размеры канала приемлемы.
На длине 450 м отметка уровня воды в канале понизится на
450 i — 20 см и будет равна 102,5 — 0,2 = 102,3 м, отметка уровня
воды в отстойнике будет приблизительно на 5 см ниже, т. е.
102,25 м; при глубине воды в нем 4 м отметка дна отстойника будет
98,25 м. Отметка дна русла реки у конца отстойника на расстоя-
нии примерно 500 м от плотины (450 м деривации и около 50 м
длины отстойника, что уточняется далее) будет равна 100,0—
— 50,0 -0,006 = 97,0 м, что обеспечит нормальные условия эксплуа-
тации отстойника.
Отстойник принимаем однокамерным с непрерывной промывкой,
средней глубиной 4 м и средней скоростью 25 см/сек. Расход от-
стойника в начале 20,0 м31сек, в конце 18 м3/сек, средний 19 м3/сек-,
живое сечение отстойника равно 19 : 0,25 = 76 м2, ширина
76 : 4 = 19 м. Средняя скорость опускания промывного рас-
хода равна:
Qrr 9
и =	=0,0021 ж = 0,21 см,
L • В 50 • 19	’
здесь, по предварительным прикидкам, принимали длину отстой-
ника L — 50 м. Уточним ее величину:
L = Н	=4 4gg-2L— = 48^50 ж,
w + и 1,88 + 0,21	’
где да — гидравлическая крупность наносов d = 0,2 мм в см!сек,
т. е. да = 1,88 см!сек при t — 15° С.
В отстойнике осядут все взвешенные наносы с d 0,20 мм и
часть более мелких. Если считать вторую фракцию наносов
0,25—0,05 мм, равномерно составленную из четырех дополни-
тельных фракций: 0,05—0,10 мм, 0,10—0,15 мм, 0,15—0,20 мм
и 0,20 — 0,25 мм по 10% каждая от общей мутности, то
можно найти долю наносов каждой такой дополнительной фрак-
ции, выпадающих в отстойнике. Так, для наносов 0,15—
— 0,20 мм с да = 1,33 см!сек эта доля будет равна 10%,
* Транспортирующая способность потока подсчитана по формуле (с)
главы XIV при щ 2,5 лг.ч/сек, т. е. с запасом, так как w 2,5 мм/сек.
170
где
,	L(w-\-u}	,	50(1,33 + 0,21) оло .
h=—	---, у нас Л =—	=3,08 м
v J	25
И
А 10% =^-- Ю’/,=7,7%;
для фракции 0,10—0,15 мм w — 0,59 см!сек, h = 1,60 м и доля
4,0%; для фракции 0,05—0,10 мм доля равна 2,1%, а всего —
16 + 10 + 7,7 + 4,0 + 2,1 = 39,8%. Значит, мутность, более
мелкая по составу, содержащаяся в воде, выходящей из отстой-
ника, будет составлять 5,0 • (1 — 0,398) = 3,0 кг/м3. От отстой-
ника отходят два канала: один на ГЭС с Q = 14 м3/сек, b = 4 м,
h = 2,5 м, v — 0,86 м/сек, i = 0,0003, R ~ 1,47 м, р* = 9000 Ri =
= 4,0 кг/м3, другой на орошение с Q = 4 'м3/сек, b — 2,0 м,
h = 1,4 м, v — 0,84 м/сек, i = 0,0006, R = 0,8 м, р = 4,3 кг/м3.
Транспортирующая способность обоих каналов обеспечит их
от заиления, но для орошения надо предусмотреть дальнейшую
очистку воды от наносов до р = 1—1,5 кг/м3, используя для
этой цели местные понижения рельефа для устройства ирригацион-
ных отстойников.
В целях обеспечения непрерывной подачи воды на орошение
и на ГЭС у отстойника строится обводной канал.
§ 5.	ПЛОТИНА И РУСЛОВЫЕ СООРУЖЕНИЯ
Для пропуска паводков устраиваем, как показали предвари-
тельные прикидки, два пролета по 12 м каждый, достаточные по
ширине для пропуска коряг. Для лучшего отвлечения донных
наносов от водозаборного пролета у паводковых пролетов порог
размещаем ниже порога водозаборного пролета, на котором допу-
скаем во время пропуска расчетного паводка повышение уровня
до 2 м. Участок верхнего бьефа, на подходе к плотине, обваловы-
ваем, образуя подводное русло шириной по дну 40 м с полутор-
ными откосами. В этих условиях через пролет с донной решеткой
будет протекать расход Qa = вМЬН*7» = 0,98 ♦ 1,62 • 9 -2,153/2=
= 45 м3/сек. Здесь в 2,15 м учтен скоростной напор в размере
0,8^. Из такого же уравнения расхода при Q ~ 300 — 45 =
= 255 м3/сек и b — 2 • 12 — 24 м находим для паводковых про-
летов HQ — 3,55 м или Н — 3,40 м, следовательно пороги павод-
ковых пролетов будут располагаться ниже порога водозаборного
пролета на 1,4 м, т. е. на отметке 101,5 м.
При пропуске наибольшего паводка с расходом в 370 м3/сек
уровень верхнего бьефа поднимется еще на 2,46 (7/0 = 2,63 м над
водозаборным пролетом), т. е. до отметки 105,36 м. Паводковые
* См. формулу (с) главы XIV при w 2,25 мм/сек.
171
пролеты перекрываются сегментными затворами 3,5 • 12 м с раз-
мещением подъемников на быках и устое. Гребень земляной пло-
тины размещаем на отметке 107,0 м, т. е. с запасом над наивысшим
уровнем реки на 1,64 м.
Средние скорости в подводящем русле при отметке дна 101,5 м
получаются равными 1,95 м/сек и 2,09 м/сек, т. е. около 2 м/сек
при расходе 300 м3/сек и 370 м3/сек\ учитывая самоотмостку русла,
указанные значения скоростей нельзя считать завышенными.
Длина струенаправляющей дамбы в верхнем бьефе принята 200 м,
т. е. около 4,2 Вив нижнем бьефе 100 м, где В — средняя ширина
русла верхнего бьефа, равная 40 + 1,5 (107,0 — 101,5) = 48,2 м.
Наименьшее соотношение между средней шириной потока
в Подводящем русле и глубиной в нем будет равно 48,2 : 5,5 = 8,8,
т. е. в рекомендуемых пределах.
§ 6.	ШЛЮЗ ЗИМНЕГО ВОДОЗАБОРА
Назначение шлюза: подавать зимой на ГЭС весь расход реки
7 м3/сек-, в начале зимы перед ледоставом предупреждать захват
с водой шуги; в летний период работать в качестве аварийного
Рис. 108. Шлюз зимнего водозабора в плане:
1 — шлюз; 2 — пролет плотины с донной решеткой;
з — наносоперехватывающая галерея; 4 — траншея;
,5 — отводное русло; 6 — запани; 7 — шугосбросной
лоток.
шлюза, подавать на
систему 20 м3/сек,
когда пролет с дон-
ной решеткой не ра-
ботает. Опуская пред-
варительные прикид-
ки, примем следую-
щие размеры шлю-
за: отметка порога
102,0 м, пролет 5 м\на
отметке 104,2 м до вер-
ха стен (т. е. до от-
метки 107,0 ^устраи-
вается железобетон-
наядиафрагма (такна-
зываемая забральная
стенка). Нетрудно убедиться, что шлюз при отметке воды верхнего
бьефа 103,6 м из-под щита Лщ = 0,38 м пропустит 7 м3/сек:
Q — ^bhU{ }/2gz=0,75 • 5 • 0,38 • 4,43 у4 1,6 — 0,5/гщ — 7,0 м^/сек,
где 1,6 м — разность отметок уровня воды 103,6 и порога шлюза
102,0 м. Этот же расход может быть пропущен при меньших
горизонтах при свободном истечении.
Для сброса шуги в нижний бьеф ограждаем запанями поток
верхнего бьефа до дна с таким расчетом, чтобы в огражденном
пространстве развилась достаточная шуготранспортирующая ско-
рость, примерно равная 0,7 м^ек, следовательно ширина такого
русла будет около 7 м (рис. 108). Пролет с донной решеткой закрыт
172
спицами, кроме двухметрового участка близ шлюза зимнего водо-
забора; на этом участке ставят деревянный лоток для сброса шуги
при расходе воды 1—1,5 мЧсек. После ледостава отверстие лотка
закрывают.
В аварийном случае полностью открытое отверстие шлюза
при отметке воды в верхнем бьефе 104,0 м пропустит 20 мЧсек при
свободном истечении через водослив с широким порогом.
§ 7.	ОБЩАЯ КОМПОНОВКА ГИДРОУЗЛА
По выполненным предварительным подсчетам гидроузел пред-
ставляется в следующем виде (рис. 109): у левого берега разме-
щается водозаборный пролет с донной решеткой длиной 9 м-, слева
к нему примыкает шлюз зимнего водозабора пролетом 5 м, распо-
Рис. 109. Продольный разрез и план гидроузла:
1 — бетонная плотина; 2 — понур; 3 — водобой; 4 — земляная
плотина; 5 — эксплуатационная дорога и мост; в — струена-
правляющие дамбы; 7 — шлюз зимнего водозабора; 8 — канал.
лагаемый вдоль берега; выпуски воды из шлюза и из траншеи
под донной решеткой, имеющие прямоугольное сечение шириной
4 м, соединяются и далее переходят в деривационный канал шириной
b = Ьм, иг = 1 : 1. Прямоугольная и не трапецеидальная форма
выпусков обусловлена эксплуатацией гидроузла, когда поток
из шлюза (или из траншеи) выпускается в сторону левого борта
выпуска, что могло бы повести к большим нагонам воды при тра-
пецеидальном поперечном профиле выпуска. Через донную ре-
шетку возможен захват излишней воды, которая автоматически
173
удаляется в нижний бьеф реки через водослив (рис. 110), забираю-
щий воду со дна из-под забральной стенки (или через сифон).
Донная решетка очищается автоматически струями воды из
четырех групп насадков напорных труб, укладываемых на по-
Рис. НО. Схема контрольного водослива.
л очке вдоль верха траншеи.
Каждая группа насадков об-
служивает поочередно 2,25 м
по длине решетки и по 1,7 м
по ее ширине (см. рис. 106 и
схему водоводов на рис. 111).
Устройство полочки жела-
тельно еще и для ослабления
винтового вращения потока
в траншее; при интенсивном
вращении поток, если бы не было полочки, мог выплески-
ваться и тормозить поступление воды через решетку.
Перед донной решеткой устраиваем наносоперехватываю-
Подача	Подача
воды	воды
<асосом/\	 ^насосом
Тис. 111. Схема водоводов для очистки донной решетки.
Рис. 112. Продольный разрез и план наносоперехватывающей
галереи (в плане решетки сняты):
1 — решетки; 2 — патрубки; 3 — трубы; 4 — затворы; 6 — наносные
отложения; 6 — быки.
щую галерею, непрерывно удаляющую донные наносы в нижний
бьеф реки через три трубы d = 200 мм (см. схему на рис. 112). Пролет
с донной решеткой снабжается затворами, состоящими из ряда
174
съемных стоек, в пазах которых перемещаются плоские щиты,
или спицевым затвором; в обоих случаях уплотнение достигается
накаткой рулона брезентового полотна.
Справа к водозаборному пролету с донной решеткой примыкают
два паводковых пролета по 12 м каждый, порог которых располо-
жен на 1,4 м ниже порога водозаборного пролета, что способствует
лучшему отвлечению донных наносов от водозаборного пролета.
Конструкция плотины принята ячеистой, стены которой выпол-
няются из бетона в железобетонных плитах-оболочках, перекры-
тия — из армированного бетона или из сборных железобетонных
плит.
Бетонная плотина соединяется с правым берегом земляной пло-
тиной. С целью предупреждения образования глубоких размывов
за плотиной создаем режим поверхностного свободного (незатоп-
ленного) прыжка путем устройства гуська с уступом.
Для стабилизации условий подхода потока к гидроузлу уст-
раиваем струенаправляющую дамбу; в нижнем бьефе также устраи-
ваем струенаправляющую дамбу, короткую, защищающую соору-
жения гидроузла от подмыва и устраняющую (или ослабляющую)
сбойность потока за гидроузлом.
* * *
Мы рассмотрели один из вариантов гидроузла, по полученным
размерам его сооружений уточняется гидравлический расчет,
проводятся остальные расчеты (гидротехнический, статический и
др.), уточняются конструкции выхода в нижний бьеф.
В качестве другого варианта можно рассмотреть водозабор
с траншеей с напорным течением воды в ней.
Глава X Vi
ПЛОТИННЫЙ ВОДОЗАБОРНЫЙ УЗЕЛ СООРУЖЕНИЙ
§ 1.	ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ И УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ
ГИДРОУЗЛА
Требуется составить проект плотины на среднем участке реки
и левобережного водозаборного сооружения с отстойником, с под-
пором плотиной уровня реки не выше отметки 48,50 м при межен-
ном уровне 41,10 м. Расчетный годовой гидрограф реки приведен
дачи Q на оросительную систему и гидроэлектростанцию.
на рисунке ИЗ, на котором показаны бытовые горизонты реки и
мутность речной воды р кг!м3. Связь уровней реки и ее расходов
представлена графически на рисунке 114 и в таблице 41, в которых
глубины воды в реке отнесены к отметке дна реки, равной 40,0 м.
Таблица 41
h, м	1	2	3	4
Q, мъ/сек	45	150	500	1400
176
Наивысший подпорный горизонт не должен превышать 48,0 м.
Фракционный состав (в процентах) взвешенных наносов реки
приведен в таблице 42 для паводкового периода, когда р 4 кг!м3,
и для периода средней межени, когда 2 р <4 кг/м3.
Таблица 42
Мутность, кг/л13	Диаметр частиц, мм				
	> 0,5	0,50-0,25	0,25—0,05	0,05-0,01	С 0,01
Р 4	3,0	9,7	38,8	29,1	19,4
2^р<4	—	3,4	27,7	37,6	31,3
Количество, донных наносов составляет 6—10% взвешенных.
Зимой на участках реки с малыми скоростями течения толщина
ледяного покрова достигает 0,6 л«; шуга наблюдается перед ледо-
ставом в начале декабря. Расход реки во время ледохода 150 мг/сек.
Рис. 114. Графики расходов реки и магистраль-
ного канала в зависимости от глубины.
Уклон поверхности воды в створе плотины в межень равен
0,0005, в начале паводка уклон несколько увеличивается. В паво-
док коренное русло реки размывается в среднем на 0,5 м\ на спаде
паводка размывы заполняются наносами.
Профиль по створу плотины и геологическое строение пока-
заны на рисунке 115. Грунтовые воды у русла реки в общем сле-
дуют за уровнями воды в реке.
График расходов, забираемых из реки в течение года, приве-
ден на рисунке 113.
Ширина по дну магистрального канала 23 м, заложение отко-
сов 1,75, уклон дна 0,00014, коэффициент шероховатости 0,0225;
грунт по трассе канала — лесс средней плотности. Отметка дна
магистрального канала у гидроузла задана равной 44,90 м. Рас-
ходы, наполнения, скорости, гидравлические радиусы и отметки
воды в магистральном канале приведены в таблице 43.
177
Таблица 43
Q, м3[сек	h, м	v, м/сек	R, м	АН, Л1
17,0	1,21	0,56	1,09	46,11
17,0	1,34	0,50	0,60	46,24
36,0	1,89	0,72	1,62	46,79
46,0	2,18	0,79	1,94	47,08
56,0	2,44	0,84	2,03	47,34
72,0	2,82	0,91	2,29	47,72
Вторая строка цифр в таблице 43 относится к зимнему режиму
канала при ледяном покрове толщиной 0,60 м.
К'
^50,00
'Лёсс
в-1,30
Песок с гравием
< » уч. ч ч . ч : А v * ч '. чО
4^/^
Суглинок
______
W3. ^//Д/ф^/, w у,
2вЛ
во 50



Рис. 115. Профиль русла реки по створу плотины.
В отстойнике следует обеспечить осаждение взвешенных нано-
сов диаметром 0,2 мм и крупнее при непрерывной подаче воды
в ирригационную систему по заданному графику (рис. ИЗ).
§ 2.	ВЫБОР ТИПА ВОДОЗАБОРНОГО СООРУЖЕНИЯ
Требование задерживать в отстойнике средние пески с d
0,2 мм обязывает к постановке в гидроузле широкого и длин-
ного отстойника, работающего с малыми скоростями течения воды;
поэтому водозабор с речным отстойником-карманом, особенно при
непрерывной подаче воды, здесь неприемлем.
Рассмотрим четыре схемы компоновки гидроузла (рис. 116):
первая схема — с выдвинутым в верхний бьеф отстойником; вто-
рая схема — с отстойником, расположенным в нижнем бьефе;
третья схема — с береговым отстойником, расположенным под
углом к оси плотины; четвертая схема — с боковым отводом воды
178
И	ш	JS
Рис. 116. Четыре схемы водозаборного гидроузла:
1 - плотина; 2 — отстойник; з — магистральный каналу— ^^^^плотина; 5 — струенаправляющие дамбы; 6 — донные промыв-
в отстойник. Первые две схемы относятся к фронтальному водо-
забору, третья схема занимает промежуточное положение между
фронтальным и боковым водозабором.
Наметим ориентировочные размеры сооружений. Ширина от-
верстий плотины будет около 70 м, считая удельный расход
20 мЧсек, общий расход плотины 1400 мЧсек и расход на водоза-
бор и на промывку 100 мЧсек.
Живое сечение отстойника с учетом промывного расхода, при
средней скорости течения 0,25 м/сек, будет около 350 м2, при глу-
бине 5—6 м ширина будет около 60 м.
С учетом толщины быков и раздельных стен камер отстойника
можно принять ширину плотины 90—100 м и ширину отстойника
65—70 м; таким образом, ширина гидроузла фронтального водо-
забора составит около 160—170 м.
Отметку уровня воды перед плотиной установим из следующего
подсчета. Отметка дна магистрального канала известна, она равна
44,90 м, глубина воды в нем 2,82 м-, если считать потери около 8 см,
то отметка уровня воды перед плотиной будет 44,90 + 2,82
+ 0,08 — 47,80 м. Отметка дна русла известна (рис. 115), она
равна 40,0 м; следовательно, глубина воды перед плотиной будет
равна 47,8—40,0 = 7,8 м.
Относительно устойчивое русло реки между левым берегом
и струенаправляющей дамбой должно быть не более В = }1Н
as# 132 м, а по формуле проф. С. Т. Алтунина:
5=^	= 143 м,
VI . ]/ 0,0005
где Q — расход, повторяемостью около 10%;
i — уклон русла.
Примем В а=# 135 м.
Оставлять русло реки у плотины в его природном состоянии,
не отрегулированным, значит предоставить возможность разви-
ваться в нем стихийным процессам формирования нового русла,
что не может не повести к значительным осложнениям при эксплуа-
тации гидроузла.
Опыт ряда построенных гидроузлов, в которых не было обра-
щено должного внимания на регулирование русла верхнего бьефа,
показывает, что наносные отложения крайне осложнили забор
воды из реки, сброс паводка, борьбу с захватом наносов. Регу-
лирование русла реки у плотины следует вести и в нижнем бьефе.
Длина струенаправляющей дамбы в верхнем бьефе L назна-
чается от ЗВ, если стрежень реки проходит близ берега, где рас-
положен водозабор (левого в нашем случае), до 6В, если стре-
жень реки не проходит близ водозабора.
В первой и второй схемах водозабора (рис. 116) ширина отре-
гулированного русла излишне велика, что скажется на ухудше-
нии условий забора воды и поведет к образованию наносных отло-
жений перед отстойником. Смыв наносов здесь не будет распро-
180
граняться на значительную длину, поэтому в водозаборе по пор-
ой схеме наносные отложения перед отстойниками не могут быть
мыты потоком, пропускаемым через затворы плотины.
Устройство порога у входа в отстойник в водозаборе по первой
хеме здесь мало эффективно — непромываемый порог будет зане-
эн наносами; устройство же промываемого порога, т. е. с дон-
ыми промывниками, весьма затруднительно как из-за большой
лины водоводов, так и из-за трудностей их осмотра и ремонта.
)тсюда следует, что при промывке камеры отстойника в нее будут
авлекаться отложения верхнего бьефа плотины, что удлинит
ремя промывки камеры, ускорит ее износ.
Устройство промываемых порогов в водозаборе по второй схеме
роще, чем в первой; донные водоводы здесь короче, доступнее
смотру и ремонту, имеют изгиб в плане, вследствие чего движе-
ие воды в них становится винтовым, т. е. с большей транспорти-
ующей способностью.
Шуговые затруднения в первой схеме водозабора более веро-
тны, чем в других; постановка шугосбросов в начале отстойников
десь бесцельна, а в конце отстойников почти бесцельна из-за
озможной забивки камер шугой; пропуски шуги через камеры
тодобно смыву наносных отложений) носят скорее аварийный
арактер, чем систематический. В водозаборах по другим схемам
становка шугосбросов проще, и работать они будут лучше.
Сонструкции водозабора по первой схеме чувствительнее к давле-
ию льда (раздельные стенки), чем в других схемах, а это немало-
ажно, так как раздельные стенки будут высотой около 7—8 м.
Опыт работы водозаборов, построенных по первой схеме, сви-
етельствует не в их пользу, поэтому отказываемся от дальнейшего
ассмотрения этого водозабора.
Излишнюю ширину фронта плотины и головного шлюза-регу-
ятора по второй схеме по сравнению с требуемой шириной под-
одящего русла можно устранить, придав пролетам плотины боль-
тую пропускную способность, однако при этом сохранится раз-
ичие в удельных расходах плотины и водозабора, не способ-
твующее созданию в подводящем русле равномерного течения.
Слегка изменив положение отстойника (третья схема на
ис. 116), мы получаем нормальную ширину отрегулированного
частка реки, что значительно улучшит состояние верхнего бьефа
еред плотиной и несколько сгладит указанное выше различие
удельных расходах плотины и водозабора. Устройство промыв-
иков в пороге отстойника и в конце его просто.
При водозаборе с боковым отводом (четвертая схема на рис. 116)
шрина отрегулированного русла даже несколько меньше реко-
мендуемой, поэтому струенаправляющую дамбу приходится раз-
мещать, несколько отодвинув от плотины. Боковой отвод будет
арушать условия выравнивания движения в отрегулированной
асти русла. Выход в нижний бьеф здесь сужен и приближен кбе-
егу (угроза подмыва его).
181
Однако эти недостатки нетрудно устранить и даже превратить
их в хорошие качества устройством наносоперехватывающих га-
лерей, предупреждающих попадание донных наносов в водозабор,
и некоторым выдвижением шлюза-регулятора в русло, что позво-
лит обеспечить двустороннее растекание потока за плотиной и
не будет угрожать подмывом левому берегу реки.
Следовательно, к рассмотрению в качестве вариантов прием-
лемы и третья и четвертая схемы; меньшая строительная стои-
мость, более короткие сроки возведения, простота и дешевизна
эксплуатации одного из вариантов и решат его выбор.
Ради краткости изложения рассмотрим третью схему водоза-
бора, в которой есть положительные стороны второй и четвертой
схем, и к тому же здесь достаточно широкий выход в нижний бьеф,
при котором не будет подмыва левого берега реки.
§ 3.	ВЫБОР СИСТЕМЫ ОТСТОЙНИКА И ЧИСЛА КАМЕР
Для выбора системы отстойника сравним отстойники с перио-
дической и непрерывной промывкой.
В главах XI и XII были проведены качественные сравнения
этих систем отстойников и для конкретных условий и количествен-
ного сравнения.
Рис. 117. Продольный разрез по пульповоду отстойника
с периодической промывкой:
А — отстойник; В — шлюз-регулятор; С — донный промыв-
нин; D — пульповод.
Наметим примерные размеры отстойников обеих систем, со-
поставим их и выберем лучший.
Примем среднюю скорость течения в отстойнике v — 0,25 м/сек,
при расходе 72 м3/сек ей соответствует живое сечение 288 м2. Най-
дем наполнение отстойника с периодической промывкой, исходя
из следующих условий: 1) отметка рабочего уровня равна примерно
47,75 м, т. е. на 3 см выше, чем в магистральном канале (рис. 117);
2) расчетный уровень нижнего бьефа реки при промывке прини-
маем равным не 44,00 м, соответствующим бытовому пику паводка,
182
а с учетом размыва русла и снижения уровня воды 43,8 м (в даль-
нейшем уточняется расчетом); промывка в течение пяти дней сере-
дины мая, когда проходит пик паводка и когда уровень в реке
может быть больше 43,8 м, будет несколько затруднена; 3) во время
высоких уровней в реке промывку камер ведем при расходе, вдвое
большем рабочего (т. е. подаваемого в магистраль); 4) потери на
длине пульповода предварительно примем равными 0,5 л«, что
равносильно принятию отметки воды в камере к концу промывки,
равной 43,8 + 0,5 = 44,3 м.
Обозначив глубину и скорость течения воды при промывке
через h и ип, можем написать (рис. 117):
2д = 2Hv = 2 (47,75 — 44,30 Д- /г) v = hvn.
Считая v = 0,25 м/сек и vn = 2,0 м/сек, получим h = 1,15 м,
Н = 4,60 м и ширину отстойника В = 288 : Н = 62,5 м.
Длина отстойника будет равна:
£ = 1,5Я —= 1,5 • 4,6 •	= 92 л<^100 м,
w	1,88	’
где гидравлическая крупность w = 1,88 см/сек соответствует
наносам d — 0,2 мм при t — 15° С.
Примем четыре камеры отстойника шириной по 15,5 м.
При меньшем числе камер будет значительная перегрузка их
во время промывок (в паводок ежедневных, как это будет видно
из дальнейшего).
Для промывки камер отстойника, так же как и во время пика
паводка, потребовалось бы повышение уровня верхнего бьефа,
уровня в отстойнике и повышение дна отстойника и порога в
конце его на 0,20—0,25 м, т. е. соответственно до отметок 48,00
и 43,35 м, что по заданным техническим условиям допустимо.
Если бы такое повышение уровней не было допустимо, а тре-
бование постановки отстойника с периодической промывкой явля-
лось обязательным, то тогда отстойник пришлось бы разместить
на деривации на таком расстоянии от плотины, которое обеспечи-
вало бы свободную без подтопления промывку камер отстойника.
Для этого в гидроузле следует поставить водозаборный шлюз, за
ним незаиляющийся канал, доводящий воду до отстойника; длина
такого канала найдется из соотношения:
? 44,0 — 43,8
где ip—уклон реки;
i — уклон дна канала.
Поперечное сечение отстойника с непрерывной промывкой
намечаем в двух вариантах: по первому варианту (рис. 118) вдоль
отстойника устраиваем двускатные гребни из железобетонных
плит, внизу которых размещаем небольшие донные галереи, при-
крываемые решеткой. По второму варианту (рис. 118) дно отстой-
ника также делаем плоским с такими же донными галереями, дву-
18!
скатные гребни образуются здесь наносными отложениями. Пер-
вый вариант сложнее и дороже, второй — проще и несколько
дешевле, но неопределенен, так как здесь возможны оползни греб-
ней. Гидравлический расчет обоих вариантов одинаков. Примем
первый вариант (см. главу XII).
Рис. 118. Поперечный разрез отстойника с непрерывной промывкой (1-й (а)
и 2-й (б) варианты).
Отстойник с непрерывной промывкой (рис. 118) примем состоя-
щим из 20 секций; общая площадь и ширина живого сечения
равны:
со = [2,8.6,0 —	2] • 20 = 312 м\
В==2,8- 20 = 56 м.
Промывной расход назначается около 12—20% рабочего,
примем его равным 12 м31сек, т. е. 16,7%; тогда средняя скорость
течения в отстойнике будет равна:
Q4-0,5Qn	72 + 6 п ,
v —---------— —5+— = 0,25 м сек.
<л	312	'
Длину отстойника найдем из уравнения Е. А. Замарина:
184
Здесь Н — 6,0 м; w = 1,88 см/сек-, d — 0,2 мм при t — 15° С
Вер = со: Я = 312 : 6 = 52 м.
Разумеется, что все полученные размеры ориентировочные,
их следует уточнить при составлении технического проекта. На
данной стадии проектирования они подсчитаны с одинаковой сте-
пенью точности, приемлемой для сравнения вариантов.
Отстойник с периодической промывкой для своего возведения
потребует на 2000 м3 бетона больше (подсчеты для краткости опу-
скаем), чем отстойник с непрерывной промывкой, т. е. будет дороже
примерно на 60 тыс. руб.; в эксплуатации же он будет во многом
уступать отстойнику с непрерывной промывкой.
В самом деле, из-за высокого положения дна отстойника с пе-
риодической промывкой емкость его ковша (т. е. пространство от
дна до верха входного порога), аккумулирующего наносные отло-
жения, невелика; ковш будет быстро заноситься наносами, для его
очистки необходимы частые промывки. Считая среднюю толщину
отложений наносов Р = 1,5 ми объемный вес наносов у — 1,3 т/м3,
найдем емкость ковша LBP м3 и вес отложений LBP у = 100 • 62 •
• 1,5 - 1,3 = 12100 т.
Если отстойник будет задерживать 34% взвешенных наносов
(табл. 42), т. е. 1,75 кг/м3, то за сутки в отстойнике осядет
1,75 • 72 • 86400 — 11 000 т; следовательно, каждую из четырех ка-
мер отстойника необходимо промывать ежедневно. Уменьшить чис-
ло промывок можно было бы, увеличив емкость ковша, но последнее
не представляется возможным, так как понижение дна отстойника
ухудшит его промывку, и без этого затрудненную в пик паводка.
Простота и большая надежность эксплуатации отстойника
с непрерывной промывкой при меньшей строительной стоимости
отстойника с периодической промывкой дают основания принять
для дальнейшей разработки в техническом проекте отстойник
с непрерывной промывкой.
Через отстойник должна непрерывно подаваться вода; значит,
его нельзя делать однокамерным; необходимо сделать несколько
камер, тогда будет можно, не прерывая подачи воды на систему,
осматривать и ремонтировать по очереди камеры. Наименьшее
число камер равно двум; учитывая значительную разницу в рас-
ходах зимой и летом, камеры должны быть различной ширины.
Для зимнего периода камеру отстойника достаточно составить
из шести секций, т. е. придать ей ширину 6-2,8 = 16,8 м. Тогда
в другой камере было бы 14 секций, т. е. она имела бы ширину
14.2,8 = 39,2 м, что, однако, велико, и при встречном.или боко-
вом ветре в ней могут образоваться волны и нагоны воды, сильно
искажающие поступательное течение и нарушающие процесс
осаждения наносов. Желательно уменьшить ширину второй ка-
меры, т. е. отстойник сделать трехкамерным.
Увеличение числа камер обусловливается также шуговыми
явлениями в реке, природа которых, как и процесс хода шуги,
еще мало изучены для отдельных рек. Для обеспечения водоподачи
185
при затруднениях с шугой может потребоваться включение в ра-
боту широкой камеры на время очистки от шуги первой узкой
камеры, а за это время может возникнуть угроза забивки шугой
широкой камеры из-за малых скоростей в ней. Поэтому широкую
камеру целесообразно разделить на две части: 6 секций в одной и
8 секций в другой. В период шугохода могут работать по очереди
обе соседние узкие камеры, из которых шуга будет удаляться
такой же промывкой, как и наносы. Следовательно, в конце ка-
ждой секции первой и второй камер надо предусмотреть достаточно
широкие и высокие отверстия, пропускающие большие расходы,
смывающие шугу по пульповоду в нижний бьеф. Этими же отвер-
стиями можно пользоваться при периодической промывке отстой-
ника (в межень), когда вода содержит мало наносов и нет необхо-
димости в непрерывной промывке.
Расходы при смыве шуги должны быть близкими к рабочим,
т. е. 20—17 м3/сек на камеру; при этом в камерах и пульповодах
скорости будут достаточно велики для быстрого смыва шуги;
например, при расходе смыва 17 м3/сек и при глубине в отстойнике
во время смыва 1,5 м над донной решеткой скорость получается
равной 1,17 м/сек. Зимой при относительно чистой воде реки,
когда мутность ее невелика (0,2 кг/м3) и взвешенные наносы мелки,
воду можно пропускать через отстойник при закрытых щитках
в конце донных пульповодов секции, т. е. без очистки от наносов,
поэтому при подсчетах скоростей смыва шуги принимается в рас-
чет живое сечение над донной решеткой, а живое сечение донной
галереи не учитывается.
Отверстия в конце секции должны быть пригодны для смыва
через них шуги; с этой целью их следует делать широкими — той
же ширины, что и верхние отверстия, пропускающие воду в маги-
стральный канал, т. е. 4 м, и высокими, чтобы проходящая через
них шуга не задевала потолка, т. е. высотой 1,75 м (рис. 119),
на 10 см выше уровня смыва (j=« 43,25 м). На самом деле между
потолком шугового отверстия и уровнем воды в конце секции рас-
стояние будет больше 10 см. Как видно из таблицы 46 и рисунка 122,
уровень воды в пульповоде у второй камеры будет стоять на от-
метке, равной примерно 42,71 м в условиях равномерного дви-
жения с расходом 12,0 м3/сек и при уровне нижнего бьефа 42,50 м.
Уровень нижнего бьефа при шугоходе будет около 41,20 м, т. е.
на 1,3 м ниже предыдущего; значит, в пульповоде и в секциях
будут развиваться спад и повышение скоростей.
В благоприятных климатических и русловых условиях, когда
период шугохода невелик и шуги немного, нет надобности снаб-
жать шугосбросными отверстиями третью широкую камеру. В этих
условиях для борьбы с шугой, при наличии плавучей запани перед
отстойником, достаточно двух камер — рабочей и резервной,
имеющих шугосбросные отверстия.
Отметим, что устройство шугосбросных отверстий в третьей
камере для страховки от шуговых затруднений не может дать
186
эффекта, потому что при значительной ширине этой камеры (име-
ющей 8 секций, тогда как в первой 6) в нее надо подавать смываю-
щий шугу расход больший, чем в соседнюю узкую камеру, т. е.
около 35 м3, а если учесть подачу 17 м31сек рабочего расхода, то
такого количества воды в реке может и не быть. Даже при наличии
в реке такого расхода пропустить его через пульповод будет за-
труднительно, так как пульповод, обслуживающий третью камеру,
узок, особенно в начальной части, и легко может быть закупорен
камера	2-я камера
Рис. 119. Поперечный разрез отстойника:
1 — отверстия, подающие воду в магистральный канал; 2 — отверстия для периодической
промывки шуги и наносов; 3 — отверстия в конце донных пульповодов.
шугой; расширение же пульповода недопустимо, так как в этом
случае он не сможет быстро транспортировать наносы и возникнет
угроза забивки его наносами.
Работа трехкамерного отстойника при пропуске различных
расходов характеризуется таблицей 44.
Таблица 44
Расходы отстойника, мЧсек			Число секций работающей камеры			Средний расход секции, л1’/сек	Средняя скорость течения, м/сек
рабочий	промыв- ной	средний	1	2	3		
72	12	78	6	6	8	3,9	0,25
56	12	62	6	6	8	ЗД	0,22
46	8	50	—	6	8	3,6	0,26
36	8	40	6	6	—	з,з	0,26
17	—	17	6	—	—	2,9	0.26
Таблица показывает на относительно равномерную по вре-
мени, по расходам секций и по скоростям работу камер; так как
при расчете в таблице 44 уровни воды в отстойнике считались
187
соответствующими уровням магистрального канала плюс 3 см
(на потери при выходе из отстойника), то имеется возможность
несколько повысить их при расходах меньших 56 мЧсек (спице-
выми затворами по выходе) и снизить скорости течения меньше
0,26 м/сек.
Донный пульповод. Его поперечному сечению придадим круг-
лую или близкую к ней форму, например восьмигранную; галерея
прикрывается железобетонными плитами с отверстиями — верти-
кальными с одной стороны и наклонными с другой, через которые
выпавшие наносы, скатываясь по наклонным поверхностям дна
отстойника, попадают в донную галерею вместе с промывной
водой.
Принятое направление отверстий способствует созданию и
поддержанию в галерее винтового потока, обладающего, как пока-
Рис. 120. Поперечные сечения донного пульповода.
зали исследования инж. И. Т. Колесникова, большей транспорти-
рующей способностью \
Наклонное расположение отверстий (рис. 120) имеет недоста-
ток—вход в отверстие больше самого отверстия, что может повести
к закупорке его наносами. Винтовое движение в галерее можно
создать и при вертикальных отверстиях в решетке, но при устрой-
стве на бортах галереи наклонных брусков, вызывающих винтовое
движение потока (рис. 120).
В начале галереи протекает небольшой расход воды, вместе
с тем здесь выпадает большое количество наносов, к тому же более
крупных фракций. С целью облегчения транспортирования нано-
сов по галерее, особенно в ее начальной части, в нее перед дон-
ными плитами с отверстиями впускается часть (около х/5) промыв-
ного расхода.
Поперечные сечения галереи назначим с учетом колебаний
величин промывных расходов от 10 до 25% рабочего, что скажется,
во-первых, на выполнении требований о минимальных скоростях
в галерее для Qn = 0,1 Q не менее 1 м/сек и, во-вторых, на огра-
ничении максимальных скоростей в галерее 4—5 м/сек при боль-
1 И.Т.Колесников. Промывные галереи с винтообразным движе-
нием воды. «Гидротехническое строительство», № 7, 1940.
188
ших промывных расходах. Выполнение первого требования обес-
печит транспортирование пульпы в донной галерее; выполнение
второго требования обеспечит как сохранение нормальных усло-
вий отстоя наносов в отстойнике, могущих нарушиться при чрез-
мерных скоростях в галерее из-за энергичного подсоса воды через
щели плиток галереи и относительно больших скоростей течения
в отстойнике, так и меньшее истирание наносами пульповодного
тракта.
В целях предупреждения закупорки донной галереи наносами
запроектируем ее так, чтобы скорости в ней постепенно возрастали
от начала к концу. Далее, так как непрерывная промывка наносов
возможна при различных промывных расходах, то принятый наи-
больший промывной расход должен пропускаться из донной гале-
реи в сборный пульповод при полностью поднятом щитке; все
другие, меньшие промывные расходы будут пропускаться из-под
щитка, поставленного в конце донной галереи.
Ввиду множества действующих взаимозависимых факторов и
трудностей учета их при отыскании размеров сооружений расчет
донной галереи и пульповода за ней ведется проверочным спосо-
бом. В нашем случае проведем расчет на промывной расход
12 м3/сек при скорости в донной галерее около 2 м/сек\ при про-
пуске и больших и меньших промывных расходов скорости в дон-
ной галерее будут приемлемы. Донная галерея питается через
отверстия в перекрывающих ее плитах (рис. 120), поэтому расход
постепенно возрастает к концу галереи, т. е. движение совершается
с переменной массой; учтем этот факт в уравнениях равномер-
ного движения, составляя их для отдельных створов потока.
Возьмем три створа в центрах отрезков в 1/3 длины донной
галереи.
Расход одного донного пульповода найдем как отношение про-
мывного расхода 12 мЧсек к числу пульповодов 20, е.
Qr = 12 : 20 = 0,60 м*[сек.
Из этого количества 0,12 мЧсек пропустим в начале галереи,
а остальные 0,48 мЧсек будем считать равномерно поступающими
через отверстия в плитах. Если обозначить через <о площадь отвер-
стий в плитах, приходящихся на 1 пог. м длины донного пульпо-
вода, то расход <7, протекающий через эти отверстия, будет:
д = р(й ’/2^2,
где z берется как разность между уровнем воды в отстойнике и
линией пьезометрических напоров в донном пульповоде (показана
пунктиром на рис. 121).
Чтобы пульповод равномерно питался через отверстия, надо
иметь постоянным q, поэтому при переменном z будет переменной
п ю, полагая при этом коэффициент расхода р постоянным.
В начале отстойника z мало; значит, здесь следует увеличить ю
путем редкой расстановки спиц решетки или увеличения отверстий
189
i* плитах. В конце отстойника Zвелико, здесь следует уменьшить о)
путем частой расстановки спиц решетки или уменьшения отверстий
в плитах, перекрывающих пульповод. Выполнив указанные условия
Рис. 121. Расчетная схема донного пульповода
(продольный разрез):
1 —донный пульповод; 2 —донная решетка; 3—камера
отстойника.
расстановки иразмеров отверстий в плитах, получим постоянное (или
почти постоянное) значение q — 0,48 : 70.
В первом створе (рис. 121) расход будет равен;
Q. =0,12	• 11,7=0,20 m3zW;
во втором створе:
(Z2 = 0,124--^-35 = 0,36 м3/сек-,
в третьем створе:
(?3 = 0,12 +	-58,3 = 0,52 м3/сек.
Предварительно найдем потери при впуске в галерею 0,12 м3/сек,
считая площадь отверстия 0,075 м2 = 0,30 • 0,25 м и ц = 0,75:
Р о 75 • 0 75  4 43 ’	— 0,23 м, v — 1,6 м/сек.
Далее найдем пьезометрические уклоны на каждом участке
пульповода и отвечающие им потери напора по формулам:
i = h =i-l, n = 0,018, Z = 23,3 м,
коэффициент шероховатости несколько повышен за счет потерь,
вызываемых пуском в поток струй через отверстия в плитах.
Принимая живые сечения донного пульповода от h • b =
= 0,25-0,40 м в начале и 0,50 • 0,50 м в конце, гидравлические
подсчеты сведем в таблицу 45.
190
Таблица 45
Q	h	ъ	СО	V	i %	
0,20	0,29	0,40	0,116	1.72	3,4	0,79
0,36	0,38	0,45	0,171	2,11	3,7	0,86
0,52	0,46	0.50	0,230	2,27	3,4	0,79
Следовательно, суммарные потери от начала до конца донного
пульповода составят 0,23 + 0,79 + 0,86 + 0,79 = 2,67 м и от-
метка пьезометрического уровня перед затвором в конце донного
пульповода будет 47,75 — 2,67 = 45,08 м (рис. 121).
Промывные воды из 20 донных пульповодов собираются в один
сборный пульповод, который отводит их в реку; в сборном пульпо-
воде проектируем безнапорное течение, тогда выключенный пуль-
повод легче доступен осмотру и ремонту.
Гидравлический расчет ведем тем же способом, что и расчет
донного пульповода, рассматривая отдельные сечения сборного
пульповода, питаемые тем или иным количеством N донных пуль-
поводов. Вследствие большого числа боковых включений потока
коэффициент шероховатости несколько повысим и примем п =
= 0,017.
Рассчитаем один из вариантов пульповода. От реки до отстой-
ника пульповоду придаем ширину 2,0 м и высоту 2,7 ж; далее
в той части сборного пульповода, что расположена под выходным
шлюзом, ширина убывает; там, где в сборный пульповод сливают
воду 14 донных пульповодов (N = 14), ширина его составляет
1,43 м-, там, где N — 8, ширина равна 0,84 м, у устья четвертого
донного пульповода (N — 4) ширина b = 0,65 жив начале сбор-
ного пульповода Ъ = 0,6 м (см. табл. 46). На участке от N = 1
до JV — 4 в пульповоде течение напорное.
Так как расход каждого донного пульповода составляет
0,6 мЧсек, то можно найти расход в любом створе сборного пуль-
повода; он, очевидно, равен произведению 0,6 мЧсек на число
впадающих донных пульповодов N.
Назначим в каждом створе глубину воды h так, чтобы скорости
от начала сборного пульповода постепенно возрастали и в конце
были бы примерно равны скорости в донном пульповоде (2,27 м/сек
Таблица 46
	Q	V	СО	h	b	i %	!lw	Отметка поверх- ности воды
20	12,0	2,4	5,00	2,5	2,00	0,26	0,16	42,66
14	8,4	2,35	3,57	2,5	1,43	0,35	0,05	42,71
8	4,8	2,3	2,09	2,5	0,84	0,61	0,08	42,79
4	2,4	2,2	1.09	1,67	0,65	0.81	0,08	42,87
3	1,8	2,5	0,72	0,80	0,90	0,92	0,03	42,90
1	.0,6	2Д	0,28	0,48	0,60	2,08	0,09	42,99
191
по табл. 45); далее по h и v находим уклоны i в каждом створе п
по ним строим продольный профиль сборного пульповода и сво-
бодной поверхности его потока, считая, что устье его подходит
к реке на отметке 40,0 м.
Описанные подсчеты выполнены в таблице 46.
По данным таблицы 46 построен продольный профиль сборного
пульповода (рис. 122). Расстояние между устьем сборного пульпо-
вода и отстойником равно 60 м, на этом расстоянии теряется напор
Рис. 122. Продольный разрез (вертикальный масштаб увеличен вдвое) и план
сборного пульповода:
1 — сборный пульповод; 2 — устья донных пульповодов.
60 • 0,0026 = 0,16 м, следовательно, отметка воды в нем у отстой-
ника поднимется на 0,16.м и будет составлять 40,00 + h + hw ==
= 40,00 + 2,50 + 0,16 = 42,66 м.
Во втором створе (где N = 14), отстоящем от предыдущего
на 6 • 2,8 — 16,8 м, отметка уровня воды будет равна 42,46 + hw,
где hw = liCI> = 16,8 • —’-—— = 5 см, т. е. отметка 42,71 м.
Расстояние между створами сЛг = 14и7У = 8 будет составлять
6 • 2,8 плюс 0,5 (толщина раздельной железобетонной стенки
между камерами), т. е. 17,3 ж и + = 17,3 • ——2—~~ = ° см-
Расстояние между створами с N = 8и N = 4 будет равно 4 • 2,8 +
1ЛС	Л Л П I. Л Л 1	0,61 + 0,81	о
+ 0,5 =	11,7	м, hw	= 11,7 •	-—-— =	8	см.
§ 4. ВОДОЗАБОРНОЕ СООРУЖЕНИЕ
Водозаборное сооружение состоит из головного шлюза, подаю-
щего воду в отстойник, донных промывников, головного порога и
шлюза в конце отстойника, выпускающего осветленную воду в ма-
гистральный канал. Отметка порогов шлюзов назначается такой,
при которой действия верхних и нижних;отверстий были бы неза-
192
висимы друг от друга; в нашем случае этому условию удовлетво-
ряет отметка порогов шлюзов, совпадающая с отметкой дна маги-
стрального канала, т. е. 44,90 м.
Затворы полностью открытых отверстий донных промывников
входного порога не закрывают верхних водозаборных отверстий;
что же касается затворов отверстий сборного пульповода (11 на
рис. 123), то эти отверстия открываются при периодической про-
мывке, т. е. тогда, когда верхние пролеты (шлюза 2 на рис. 123)
закрыты.
На входе и на выходе из шлюза устраиваем 10 отверстий шири-
ной по 4,0 м: по 3 в первой и второй камере и 4 в третьей камере,
каждое отверстие в выходном шлюзе пропускает до 72 : 10 =
= 7,2 мЧсек и в входном (72 + 12) : 10 = 8,4 мЧсек.
Наименьшая отметка уровня воды в реке при заборе на систему
72,0 мЧсек найдется из следующих подсчетов; определим превы-
шение уровня воды в отстойнике над уровнем ее в магистральном
канале (47,72 м), пренебрегая ввиду малых скоростей течения
восстановлением кинетической энергии по выходе воды за бычки,
т. е. считая одинаковыми уровни воды между бычками и за быч-
ками.
Для затопленного истечения имеем:
Q = yzbh V2gz , е = 1—
Здесь
<2 = 7,2 м^сек-, ?=0,95; е=1 —= 0,96;
6 = 4,0 м\ Л = 2,82 м‘, а = 0,2.
Подставляя значения букв, получаем z — 0,025 «=# 0,03 м.
На входе в отстойник потери напора будут у мусорозадержи-
вающей решетки, в отверстии и у уравнительной решетки; первую
решетку собираем из железных полос 1,5 • 8 см = S • I с прозо-
рами Ьг = 3 см, вторую из уголков № -5, расставленных через
21 см, т. е. с 6 = 7 см, I = 3,5 см и Ъг = 14 см. Потери напора
в решетках найдем по формуле А. Р. Березинского:
Л„= ? (-airУ’6  Г2-3 4-+2,4i +81sin »Ч >
г \ а + bl /	L bt 1 l 1 J 2g
где p — коэффициент, учитывающий форму спиц, в нашем слу-
чае равный 0,318;
а — угол наклона спиц к горизонту, у нас а = 90°.
Подсчитав потери, получаем hw = 1 см, а для двух рядов —
2 см, на входной решетке 2 см, в пролете 3 см, а всего 7 см.
Таким образом, общие потери напора при протекании воды
через отстойник составят 10 см-, потери в самом отстойнике нич-
тожны, и ими пренебрегаем; отсюда следует, что отметка уровня
верхнего бьефа, обеспечивающая поступление 84 мЧсек в отстой-
ник, не должна быть меньше 47,72 + 0,10 = 47,82 м. При заборе
193
г ri
и 11 н
и и
Рис. 123. Продольный разрез и план водозаборного шлюза и отстойника:
1 м 2 — входной и выходной шлюзы; <3 — камеры отстойника; 4 — смесительный колодец; 5 — магистральный канал;
6' п ; — мусорозадерживающая и уравнительная решетки; 8 — донные промывники входного порога; 9 — донный
пульповод; ю — донная решетка; 11 — сборный пульповод; 12 — гребень ребристого дна.
меньших расходов общие потери будут соответственно меньше;
примем их, с небольшим запасом, 10 см и подсчитаем минималь-
ные отметки уровня верхнего бьефа, обеспечивающие заданный
водозабор системы (табл. 47).
Таблица 47
Q, м*/сек	72	56	46	36	17
ДЯ, м	47,82	47,44	47,18	46,89	46,21
Во входном пороге водозаборного шлюза устраиваем шесть
донных промывников шириной 4,0 м и высотой 0,75 м. Каждые
два соседних промывника объединяются одной галереей с попе-
речным сечением 2,0 • 2,0 м. Таким образом, всего устраиваем
три галереи. Учитывая ширину нетто отстойника 56,0 м, толщину
двух раздельных стен и устоев, можно установить длину галерей;
в среднем она составляет 44 м.
Средний коэффициент расхода галерей находим из отношения
1
где t, — сумма коэффициентов местных потерь: на вход 0,5, на
2"1
поворот 0,5, на выход 1,0, на трение - = 0,75, следовательно
р = 0,6.
Зная коэффициент расхода и живое сечение промывников
3 • 2 • 2 = 12 м2 при средней разнице отметок z уровней верх-
него и нижнего бьефов 4 м, можно найти пропускаемый донными
промывниками расход:
& = 12,0-4,43-0,61/4 =64,0 м3/сек.
Скорость в галерее при принятом z = 4 м достигает 5,3 м/сек-,
при пропуске вдвое меньшего расхода скорость в галерее будет
достаточна для транспортирования наносов, чему будет благо-
приятствовать поворот промывников при примыкании их к гале-
рее, способствующий винтовому движению воды. При наиболь-
шем z — 6 м скорость v = 6,4 м/сек, т. е. еще допустимая. Раз-
меры промывников, галерей, их размещение следует уточнить при
техническом проектировании. Для успеха промывки наносов,
отложившихся перед порогом или влекомых к нему донных нано-
сов, не рекомендуется расстояния по фасаду между донными про-
мывниками устраивать более трех ширин — 3 Ъ — входа промыв-
ника.
§ 5. ПЛОТИНА
Рассмотрим вариант щитовой плотины с открытыми (поверх-
ностными) пролетами, перекрываемыми затворами с клапанами
для сброса льда и шуги. Учитывая заиление верхнего бьефа, воз-
195
можность образования в нижнем бьефе бара высотой 1—1,5 м
и наличие донных промывников у входа в отстойник, порог пло-
тины примем на 1,5 м выше дна, т. е. на отметке 41,50 ж; таким
образом, при наибольшем допускаемом уровне верхнего бьефа
48,00 м напор над порогом во время пропуска паводка 1500 мЧсек
будет равен Н = 48,00 — 41,50 ~ 6,5 м. Во время паводка в от-
стойник забирается 72 + 12 = 84 мЧсек, пропускается (расчеты
опущены) через донные промывники у входа в отстойник 71 мЧсек,
т. е. всего 155 мЧсек, остальной расход 1500 — 155 = 1345 мЧсек
протекает через пролеты плотины.
Для предварительного определения ширины отверстий пло-
тины примем коэффициент расхода отверстий равным:
М =	= 0,95 • 0,96 • 0,385 • 4,43 = 1,55.
Из сопоставлений глубины перед порогом и за порогом видно,
что движение через пролеты будет свободным, не затопленным,
тогда общую ширину отверстий В находим из уравнения:
1345 = 1,55 • 6,53/з В,
откуда
5 = 52,5 м.
Примем пять пролетов по 10 м, т. е. В = 50 м; по принятому
В найдем напор Н — 6,7 м и соответствующую ему отметку порога
шлюза 48,0 — 6,7 = 41,3 м.
Как было установлено ранее, горизонт верхнего бьефа зимой
не опускается ниже 46,89	46,9 м; при этом же горизонте ведется
сброс шуги слоем воды над опущенными клапанами затворов не
менее 0,5 м, иначе шуга будет задевать за затвор и задерживаться;
так как истечение через клапан также будет свободным, то глубина
воды над ним будет близка к критической; следовательно, напор
над опущенным клапаном будет около 0,5 : 0,625 = 0,8 м. Значит,
отметка порога опущенного клапана должна быть равна или
ниже 46,9 — 0,8 = 46,1 м (рис. 124). Клапаны ставим на всех
четырех затворах, шириной по 10 м.
Во время ледохода при расходе 150 мЧсек глубина воды перед
порогом клапанов должна быть около 1,75 толщины льда, т. е.
1,75 • 0,6 = 1,05 м; если при этом уровень верхнего бьефа под-
держивать на отметке 46,9 м, то порог клапанов должен быть на
отметке 45,85 м; тогда при уровне верхнего бьефа 46,9 м клапаны
пропустят 1,55 • 5 • 10 • 1,05 = 83,5 мЧсек-, прибавив сюда расход
водозабора 17 мЧсек, получим 100,5 мЧсек, остающиеся 49,5 мЧсек
должны быть пропущены или через щитовые отверстия, или через
промывники входа в отстойник. Один открытый пролет в состоя-
нии пропустить 1,55 • 10 (46,9 — 41,3) 3/2 = 205 мЧсек, т. е. много
больше, чем требуется. Если затвор поднять не полностью, а
частично, то при этом уменьшается фронт сброса льда пад затво-
ром и часть льда будет нырять под затвор, ударяясь о него; воз-
никает угроза затора перед частично открытым отверстием. Сле-
196
довательно, такой прием сброса льда и воды из-под щита непри-
емлем.
Пропуск излишней воды через донные промывники входа от-
стойника неприемлем так же, как и через отстойник со сбросом
в пульповод, так как при этом будет завлекаться лед к фасаду
отстойника, без возможности удаления его отсюда, что создает
угрозу образования затора льда перед входными решетками от-
стойника. Пропуск всего расхода ледохода только над клапанами
несколько повысит уровень верхнего бьефа, что видно из следую-
щего уравнения: 150 — 17 = 1,55 • 5 • 10 • №/*, откуда Н —
= 1,42 м и отметка уровня воды 45,85 4“
+ 1,42 = 47,27 м, следовательно высо-
та падения льда повысится на 0,37 м.
Повышение уровня верхнего бьефа
во время ледохода нежелательно из-за
увеличения высоты падения льда, уско-
ряющего износ сооружения, увеличения
акватории перед плотиной, снижения
в ней скоростей, увеличения диспропор-
ции между шириной фронта ледосброса
и шириной верхнего бьефа, ведущих в
целом к большей вероятности образова-
ния заторов в верхнем бьефе.
Помимо указанных недостатков рас-
сматриваемого варианта, в системе пло-
ских затворов с клапанами плохо уплот-
няются места соединения и примыкания
клапана к основному затвору; из-за
утечек воды по контуру клапана щит, Рпс 124> Расчетная схема
будучи выше воды нижнего бьефа, не- затвора с клапаном,
редко обмерзает.
Однако указанные недостатки в нашем случае незначительны
по величине и покрываются устройством подводящего русла и
тем преимуществом клапанных затворов, которое позволяет их
автоматизировать и держать уровень верхнего бьефа или постоян-
ным, или на заданных отметках. В нашем случае расходы реки
до 500 м3/сек автоматически будут пропускаться клапанами, и
лишь в мае и первой половине июня придется поднимать затворы
плотинных пролетов.
Зимой ввиду постоянства расхода реки автоматика клапанов
может быть выключена, уровень ледостава сохранен постоянным,
а избыток расхода пропускаться донными промывниками или исте-
чением из-под щита.
Затворы ставим плоские на колесах, быкам придадим толщину
2,0 м х/б пролета).
Верхний бьеф плотины. Ширина по дну подводящего русла
принята равной 90 м (см. рис. 125); его средние гидравлические
характеристики приведены в таблице 48, считая отметку дна
7 Е. А. Замарин
197
русла 41,30 м, т. е. совпадающей с отметкой порога пло-
тины.
Таблица 48
Q	h	в	B/h		V	V доп
1500	6J	103,4	15,4	14,5	2;16	1,77
1250	6J	103,4	15,4	12,1	1,80	1,77
1000	6,7	103,4	15,4	9,7	1,45	1,77
500	6,2	102,4	. 16,5	4,9	0,79	1,72
250	4,9	99,0	20,0	2,5	0,51	—
Вследствие самоотмостки подводящее русло будет покрыто
крупным гравием, для которого допускаемая скорость исчислялась
по формуле:
Удоп = »1 {-''Л =1,2 Vh.
Как видно из таблицы 48, русло до расходов 1250 мЧсек не
будет размываться; при расходах свыше 1250 мЧсек возможны
Рис. 125. План и поперечный разрез подводящего русла;
1 — отстойник; 2 — щитовая плотина; 3 — земляная плотина;
4 — струенаправляющая дамба; 5 — подводящее русло.
размывы небольшие по глубине (меньше 1 м), так как длительность
таких расходов не превышает одной недели (в середине мая) и
они наблюдаются редко (не чаще 1 раза в 20 лет); кроме того,
они вызовут постепенную самоотмостку более крупными части-
цами, уже воспринимающими большие скорости без размыва.
В межень возможны небольшие (до 1 м) заиления, смываемые
в ближайший паводок.
198
Рассмотрим вопрос выпуска воды в нижний бьеф плотины.
Удельный расход в отверстиях плотины во много раз превосходит
бытовой в нижнем бьефе; так, в паводок расход в отверстиях пло-
тины достигает величины (1500 — 84 — 71) : 50 = 26,9 мЧсек'. в то
же время бытовой расход в нижнем бьефе равен (1500 — 72): 650 =
= 2,2 мЧсек. Несомненно, что вследствие такой концентра-
ции потока за плотиной будут образовываться размывы русла.
Размывы русла наблюдаются в бытовых условиях реки, достигая
в среднем по живому сечению в створе плотины 0,5 м с последую-
щим после прохождения паводка заполнением размывов наносами.
С увеличением удельных расходов размывы русла за рисбермой
будут увеличиваться и, наоборот, с уменьшением удельных рас-
ходов размыва русла за рисбермой будут Уменьшаться; отсюда
понятно стремление к уменьшению и выравниванию удельных
расходов в конце рисбермы, в месте схода потока на грунт.
Уменьшение удельных расходов в конце рисбермы ведет к
уменьшению скоростей потока за рисбермой (v — д : h, при h
известной и равной или близкой к бытовой глубине в нижнем
бьефе), что может быть достигнуто увеличением общей ширины
отверстий плотины; однако это мероприятие связано с поднятием
порога отверстий, что несколько ухудшит смыв наносов из верх-
него бьефа, осложнит водозабор в отстойник и значительно уве-
личит стоимость плотины. В нашем случае удельные расходы пло-
тины не так уже велики, чтобы их следовало уменьшать и к тому
же таким дорогим способом, как расширение фронта щитовой
плотины; в то же время удельные расходы в конце рисбермы ве-
лики, они могут вызвать большие размывы русла, и их следует
уменьшить, чего можно достигнуть, заставляя поток, выходящий
из отверстий плотины, равномерно расширяться на рисберме и
за ней, на грунте.
G этой целью отверстия плотины размещаем не на общей пря-
мой, а на окружности, обращенной выпуклостью в сторону ниж-
него бьефа (т. е. с центром, расположенным в верхнем бьефе);
тогда отверстия образуют вписанный многоугольник с быками,
поставленными по радиусам, и поток будет вынужден растекаться
равномерно, если центральный угол между гранями быков (угол
роспуска) будет невелик. Для гарантии равномер'ного растекания
потока угол роспуска каждого пролета назначим около 5°, а для
всех шести пролетов с учетом толщины быков 30°, радиус окруж-
ности, в которую вписываем пролеты, найдем из выражения
(рис. 126):
2яг~ = 5.104-4 -2 = 58 м,
360	1	’
откуда г — 111 м\ здесь ширина плотины В, т. е. сумма ширины
пролетов и толщины быков, принята 58 м.
Перед рисбермой устраиваем водобойный колодец, в котором
рассеивается кинетическая энергия потока; отметку дна колодца
7*	Ш
назначим 38,0 м, проверив ее расчетом. Чтобы убедиться в доста-
точности принятой глубины колодца (или, что то же, принятой
отметки его дна), рассмотрим условия затопления в нем прыжка;
с этой целью сначала
найдем сопряженную
глубину воды в колодце
по формуле сопряжен-
ных глубин, по ней вы-
берем длину колодца,
зная которую, можно
будет установить шири-
ну водобоя в конце во-
добойного колодца.
Рассмотренные под-
счеты относятся к усло-
Рис. 126. Плановая схема плотины. виям плоской задачи,
не учитывающей расте-
кания потока, поэтому они имеют ориентировочный характер;
пользуясь ими, учтем растекание потока, применив формулу
прыжковой функции.
Установим длину отлета струи по формуле
1 =	Н0(2Р-]-Н) =0,91/6,94(2 -3,34-6,7) =8,8 м.
Стенам водобойного колодца придадим расходящееся в плане
очертание с центральным углом 30° (см. рис. 126). Далее найдем
глубину потока hx в месте падения струи на флютбет водобоя,
сопряженную ей глубину Л2 и по ней длину водобойного колодца.
Для отыскания h} имеем формулу
q = yhi У2g (Яо + Р — ^1);
в нашем случае удельный расход будет меньше, чем в створе
затворов, где он равен 26,9 мЧсек, Н = 6,7 м, Яо = 6,94 м,
Р — 3,3 м (рис. 127), <р = 0,91.
Найдем величину 7, место падения струи будет отстоять от
лицевой грани плотины на 13 м и ширина струи здесь равна:
следовательно
J, =	(111 +13) = 65 м,
=1^=20,7 м?1сек.
7	65	'
Подставляя значения букв в предыдущую формулу, получаем
26,3 = М (Ю,24— hi),
откуда
hi — 1,77 м.
200
Зная hlt по формуле сопряженных глубин находим
Ая==0,5/г1 ~h (“1^) —lj = 6,35 м при а ==1,05.
Примем длину водобойного колодца равной 3 h2, т. е.
20 м, тогда ширина выхода из водобойного колодца составит:
Z = 23^6У°- • (111 + 13 + 20) = 75,5 м, чему соответст-
вует удельный расход —— =18,7 ма/сек, так как расход
донных промывников входного порога отстойника сливается в во-
добойный колодец.
Бытовая глубина воды нижнего бьефа для расхода 1345 + 71 =
= 1416 м3!сек, согласно графику на рисунке 114, будет равна
4,03 м или уровень ее 44,03 м; вследствие размыва русла уровень
воды понизится примерно на 0,2 м (уточняется дальнейшим расче-
том), т. е. будет 43,83 м. Отметка уровня воды за водобойным
колодцем будет выше за счет потерь на рисберме и уральском полу
(см. рис. 127) и составит около-43,85 м.
Выход воды из водобойного колодца на рисберму соответст-
вует истечению через затопленный водослив с широким порогом
Q = ybh V 2gz0,
где Q — 1416 м3/сек; ср = 0,9; b — 75,5; h 4,35 м, если принять
отметку верха водобойной стенки 39,50 м. Подставляя эти вели-
л лп	Я 18-7
чины в уравнение расхода, получаем z0 = 1,17 м, v0 ~ — ^5 ~
= 2,84 м/сек, z — 0,53 м, значит глубина в колодце будет равна:
/г2 = h 4- z 4-d = 4,35 4-0,53 4-1,5 = 6,38 м.
Мы указывали на ориентировочность расчетов без учета расте-
кания потока; проверим теперь затопление прыжка в водобойном
колодце по формуле прыжковой функции:
“Q2 I	___ fi	I “2^2
ga>i •	2	1	2	I 2
Для данной формулы имеем
2^==12О5_14162==215()оо ь 65
g	9,81	’	1
7г1 = 1,77 м; ^ = 115 м\ 0! = 1870 4-102 = 1972;
&2 = 75,5 м‘ /г2 = 6,38 м\ w2 = 482 м\
02 = 446 4-1546 = 1992 >
Рассмотрим еще случай пропуска воды в нижний бьеф через
один пролет при наибольшем уровне верхнего бьефа 48,0 ж; этот
случай наиболее нежелателен в эксплуатации плотины, так как он
может вызвать сбойное течение за рисбермой и связанное с ним
повышение размыва русла и берегов. Один пролет пропускает
201
Рис. 127. Продольный разрез по плотине:
1 и 2 — пазы шандор и затвора; з— водобойный колодец; 4 — дырчатые плиты; 5— фильтр; 6 — трамплин —
уральский пол; 7 — каменная наброска; 8 — донные промывники.
1416 : 5 = 283 мЧсек, этому расходу по кривой связи Q — / (Я)
(рис. 114) отвечает глубина 2,42, а с учетом снижения уровня
«=# 2,35 м.
Расчет пропуска воды через один пролет ведем по уравнениям
и номограмме проф. Е. А. Замарйна (рис. 128). При д =	=
Рис. 128. Номограмма для расчета свободного потока.
== 21,8 м31сек, b — у = 13 м, h ~ 2,35 м по номограмме находим
наибольшее превышение уровня воды в водобое (посредине расте-
кания) над уровнем ее в нижнем бьефе Н — 1,37 м, ширину расте-
кания (рис. 129): 5 = 0,5 Ъ + 14 Я|/£ = 6,5 + 8,2 = 14,7 м\
t=zh^-d = 2,35-|-1,5 = 3,85 м;
/*1 = 1,77 м\ ^ = 13 • 1,77 = 23 м\ 01 = 394;
<о2 = 2s (0,67 Я-Н) = 140 л*2;
93 = 1214- s (г2 4-1,33 т -f- о ,53 я2)=398.
203
Получили 62 вх, следовательно и в этом случае прыжок
затапливается в водобойном колодце. Нетрудно убедиться, что
во время ледохода (Q == 150 м3/сек) прыжок будет также затоплен
в колодце при бытовой отметке уровня воды нижнего бьефа 42,0 м.
Наметим конструкцию рисбермы. Поток, вступая на рисберму
и двигаясь по ней, продолжает растекаться, удельный расход его
при этом уменьшается; но и растекание потока и связанное с ним
уменьшение удельных расходов происходит медленно; поэтому,
если бы мы задались целью существенно уменьшить размывы за
рисбермой, нам пришлось бы устраивать очень длинные рисбермы,
дорогие в строительстве и в эксплуатации. Ограничимся более
короткой рисбермой, составленной из двух частей: первой — из
Рис. 129. Расчетная схема растекания потока.
сквозных железобетонных плит, уложенных на обратном фильтре,
и второй — железобетонного трамплина на железобетонных сваях
(рис. 127). За трамплином (уральским полом) устраивается во-
ронка с уклоном 1:4, защищаемая каменной наброской по слою
щебня в 0,5 м; глубина воронки (4 м) назначена равной ожидае-
мому размыву русла. Ширина рисбермы в конце ее, т. е. в конце
воронки, будет равна при размерах по рисунку 127:
6, = ^2.(111-|-80) = 100 м,
OuU
и удельный расход в конце рисбермы:
q = 1428 : 100 == 14,3 м3/сек.
Наметив рисберму, найдем теперь ориентировочно величину
размыва за ней при пропуске наибольшего паводка.
По опыту эксплуатации низконапорных плотин длину L расте-
кания потока от ширины 100 м до ширины в бытовых условиях
204
650 м примем равной 1500 м; считая растекание потока равномер-
ным, т. е. подчиняющимся линейному закону, разобьем длину L
на пять участков одинаковой длины по 300 м, подсчитаем ширину
границ этих участков Ь и отвечающие им удельные расходы
(рис. 130). Поток за рисбермой достаточно широк, чтобы принять
R h. Для предельно допустимых скоростей имеем формулу:
v = Vi Yh,
в которой для суглинков Uj — 1,2 м/сек.
Умножая обе части равенства на h, получаем vh = q =
или расчетную формулу для глубин:
\ fl)
Рис. 130. Расчетная схема размыва русла за плотиной.
Для расчета нам надо знать гидравлические уклоны в каждом
створе зоны растекания; их найдем из преобразования формулы
уклона:
nv
5 /—
nvi У h
или
___(Wl)3
— ^0,933 •
Расчет размыва проведем следующим образом: по известным Ь,
д и v находим глубины в створах, а по ним — соответствующие
уклоны; по средним уклонам на участках находим падение уровня
воды ДД = icpZ. Зная глубину в конце зоны (6-й створ) размыва
(где она равна бытовой), строим глубину в предпоследнем створе
2-05
(5-й створ), зная для него h5 и ДЛ5 и т. д. Наибольшие глубины
будут вблизи сооружения, где v± = 1,8 м!сек', далее вследствие
уменьшения q и v глубины размыва будут уменьшаться и ограни-
чиваться аллювием, для которого = 0,8 м!сек.
Подсчеты по указанным зависимостям, при п — 0,04, приве-
дены в таблице 49, из которой видно, что аллювий будет смыт до
второго створа.
Таблица 49
№ створов	ь	9	h	, V	i°/oo	%°/о°	ДЛ	Mh
1	100	14,3	7,9	1,8	0,33							
2	210	6,8	6,0	1,2	0,19	0,26	0,08	0,08
3	320	4,5	4,2	1,1	0,27	0.23	0,07	0,15
4	430	3,3	3,2	1,0	0,34	0,30	0,09	0,24
5	540	2,6	2,7	1,0	0,41	0.38	0,11	0,35
6	650	2,2	2,4	0,9	0,42	0,42	0,13	0,48
Снижение уровней воды на длине L в бытовых условиях, когда
i = 0,0005, равно Ы — 0,75 м\ в условиях работы сооружений
оно составляет 0,48 м\ следовательно, вследствие размыва русла
за сооружением уровень воды на рисберме понизится на 0,75—
—0,48 = 0,27 м против бытового. При полученных выше коэффи-
циентах затопления прыжка в колодце и при найденном снижении
уровней не потребуется дополнительного заглубления колодца.
По данным таблицы 49 построен профиль растекания потока
и размыва русла; при этом оказалось, что и в бытовых условиях
русло в период нарастания паводка размывается; в самом деле,
живое сечение реки при Н — 4,03 м составляет 1180 м2 (рис. 115),
чему соответствует средняя глубина 1180 : 650 = 1,82 м, у нас
же получилось 2,4 м, т. е. на 0,6 м больше вследствие размыва.
В результате расчета получили наибольшую глубину воды 7,9 м;
от непониженного бытового уровня в первом створе (за трампли-
ном) до дна размыва будет 7,9 + 0,48 = 8,3 М', значит, глубина
размыва будет равна h = 8,3 — 4,03 = 4,3 м; здесь 4,03 — быто-
вая непониженная глубина потока.
Рассмотренный прием расчета является приближенным, в нем
не учитывается увеличение расхода за пределами низовой струе-
направляющей дамбы за счет вихревых течений в пойме.
На рисунке 131 показан схематический продольный профиль
реки. Подпор над средним годовым уровнем распространится на
большое расстояние (до 8-1-10^); на этом же участке будет наблю-
даться заиление русла. Подходный участок реки у плотины огра-
ждается дамбой длиной 600 м (около 6-г-8В), насыпаемой на рас-
стоянии В = 90 м от левого берега по дну (В 17 глубинам
воды). На этом участке произойдет естественная отмостка русла,
он будет устойчив, незначительные заиления при спаде паводка
будут смываться в паводок, донные и придонные наносы будут
206
смываться с этого участка периодически или непрерывно Через
донные промывники входного порога водозаборного шлюза либо
через отверстия плотины, минуя отстойник.
За плотиной русло будет размываться на большом расстоянии
до тех пор, пока не создадутся новые гидрологические условия,
свойственные новой транспортирующей способности потока. По
мере заиления верхнего бьефа поступление наносов в нижний
бьеф будет увеличиваться, начнется выпадение их, поднятие дна
и уменьшение размыва за плотиной.
§ 6. ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЙ И СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТЫ
На продольном разрезе по плотине (рис. 132) показано залега-
ние аллювия, суглинков и плотных глин, принимаемых за водо-
упор. Потерями напора потока грунтовых вод в аллювии можно
пренебречь вследствие относительно большой величины его коэф-
фициента фильтрации и рассматривать тогда фильтрацию только
в области суглинка. Для сплошного флютбета на рисунке 132
построена гидродинамическая сетка, пользуясь которой, можно
проверить и уточнить размеры флютбета. В сетке число поясов
П = 10, число лент Л = 4. Для выбора расчетного погашаемого
напора рассмотрим два режима — зимний и летний. Зимой уро-
вень воды перед плотиной поддерживается на отметке 46,9 м-, из
расхода реки 57 мЧсек забирается 17 мЧсек, а 40 мЧсек сбрасы-
ваются в нижний бьеф (рис. 113 и 114) при отметке 40,9 м; следо-
вательно, погашаемый напор будет равен 46,9 — 40,9 = 6 м.
Рассмотрим теперь случай пропуска воды в нижний бьеф через
один полностью открытый пролет при наивысшей отметке верх-
него бьефа 48,5 м-, такой режим нежелательно допускать в эксплуа-
тации, но как кратковременный и редкий он возможен.
Наибольший расчетный расход реки определен в 1500 мЧсек',
из него забирается на систему 72 мЧсек и сбрасывается в нижний
бьеф через каждый пролет (1500 — 72) : 5 — 286 мЧсек. Если
расход нижнего бьефа в летний период 286 мЧсек принять за рас-
четный, то ему будет соответствовать уровень нижнего бьефа
42,5 м и погашаемый напор 48,5 — 42,5 = 6,0 м-, этот случай может
быть с конца апреля до начала июля (рис. ИЗ), но очень редок и
непродолжителен. Ввиду длительности зимнего режима примем
его за расчетный.
Если рассмотреть нормальные условия пропуска заданных
расходов, то убедимся, что для них погашаемый напор меньше 6 м-,
в самом деле, для расхода водозабора 72 мЧсек уровень верхнего
бьефа должен стоять на отметке 47,82 м', допуская погашаемый
напор 6 м, мы имели бы в нижнем бьефе отметку 41,82 м, чему соот-
ветствовал бы расход 130 мЧсек, или общий расход реки 202 мЧсек.
Но этому расходу отвечает бытовая глубина 2,15 м, или отметка
42,15 м, а при такой отметке никогда не бывает водозабора в
72 мЧсек*, следовательно, никогда не бывает и погашаемого напора
207
5
S
Рис. 131. Продольный профиль реки:
1 — плотина; 2 — дамбы; з — бытовой уровень реки; 4 — подпорный уровень реки; 5 — бытовое дно реки; 6 — нанос-
ные отложения; 7 — первоначальный размыв; 8 — последующее положение дна нижнего бьефа; 9 — уровень нижнего
^6,90 у4-1,30	'	^0,90 КУ 39,00	•_£ (	1 \ -о'--.о у-.».<;	Го| > j 1	Т’|7 / ^12,00 II	1	\ Водоупор Рис. 132. Гидродинамическая сетка для водонепрони цаемого флютбета.	бьефа. Л6.90	Ь5р0 —^,0500 ^..т-.	^4W	 О\\^38,С0'-:м£%% о  4"’'>^А/	-	i^iz^BazsnEgs^assnyi 1	\ \/ ! У “ ^55//<^-^р.-у.°о|.Дги.к1га. “J i	N \	МуГГ	ы /j 12,00 /	1	V	 Водоупор Рис. 133. Гидродинамическая сетка для сквозного флют- бета.
в 6 м\ он всегда летом будет меньше, в чем можно убедиться ана-
логичным путем, рассматривая пропуск других расходов на си-
стему.
Толщина флютбета в конце водоската в точке N (рис. 132)
при коэффициенте запаса 1,2 должна быть не меньше:
1,2
t — 12 h_____________
1~ ’ 7 — 1 ~ 2,3—1,0
Н	____ 1,2	6 г - олк on
jj И — 1	‘5,7 — о, 1 о м 3,2 м,
где Н — 6 м, п = 5,7 — число поясов от конца флютбета до
точки N.
На рисунке 127 и 132 толщина флютбета показана 2,5 м; сле-
довательно, чтобы удовлетворить расчету, ее надо утолщить до
3,2 м, построить снова
гидродинамическую сетку
и опять проверить при-
нятую толщину флют-
бета.
Можно не утолщать
флютбета, устроив конец
его сквозным. Такой флют-
бет показан на рисунке 133;
в конце его на длине 10 м
устроены круглые отвер-
стия диаметром 0,8 м, че-
рез 2 м одно от другого и
через 2 м ряд от ряда, от-
верстия прикрыты дыр-
чатыми железобетонными
крышками толщиной0,25м,
под которыми уложен
фильтр, который может
быть сменяем по мере на-
добности; под отверстиями
уложен песчано-гравели-
стый фильтр. Аллювий под
понуром выбран и заменен
плотно утрамбованным су-
глинком. Гидродинамиче-
ская сетка для такого
флютбета имеет П = 8,
JI ~ 4; толщина флютбета
в точке N получается:
Рис. 134. Дренаж вертикальными колод-
цами:
1 — смотровая камера; 2 — дренажный колодец;
з — сливная трубка; 4 — площадка для контроль-
ной аппаратуры; 5 — стремянка.
г =	• 4 • 3 = 2,08 м^2Д м,
1,0 о
что может быть принято.
Флютбету плотины, если его разгрузить от давления фильтра-
ционного потока, можно придать наименьшую конструктивную
209
толщину; с этой целью следует по концам быков заложить дренаж
из вертикальных колодцев, опущенных под флютбет на 8—10 м,
которые снимут почти весь напор на водобой. Схема дренажных
колодцев показана на рисунке 134; колодцы диаметром 20 см
оборудованы фильтром из бакелита или пластмассы с гравелисто-
песчаной фильтрующей засыпкой слоем 12—15 см; общий диаметр
колодца будет 45—50 см. Колодец сообщается с нижним бьефом
трубкой, снабженной краном; верх колодца плотно закрывается
крышкой; ниша в быке используется для вывода в нее указате-
лей от пьезометров, контролирующих работу вертикальных дре-
нажей.
Ставим вертикальные дренажы и принимаем отметку подошвы
быка 35,8 м, подошву флютбета за быком 36,0 м и в конце флют-
бета 36,5 м; на длине 10 м делаем флютбет сквозным, как указано
было ранее. Гидродинамическая сетка рисунка 133 построена при
толщине флютбета 2,0 м, у нас она принята также равной 2,0 м;
для определения давления грунтовых вод на флютбет получаем
по сетке эпюру пьезометрических давлений по подошве флютбета
О АВЕ, вертикальный масштаб ее для контрастности изображения
увеличен. Если в дополнение к сквозной части флютбета устроить
в конце быков вертикальный дренаж, то гидродинамическая сетка
примет иное, резко отличное очертание; изменится и эпюра пьезо-
метрических давлений по подошве быка, примерное очертание
которой показано на рисунке 133 линией ОС.
Устройство дренажных вертикальных колодцев потребует
увеличения ширины быков до 2,5 м, что благоприятно отразится
на протекании воды по водобою и рисберме и снизит глубину раз-
мыва за уральским полом до 4 м.
Устойчивость плотины проверим при низком горизонте верх-
него бьефа 46,9 м, когда отметка уровня нижнего бьефа равна
40,90 м и разность между ними достигает наибольшей величины.
Устойчивость плотины на сдвиг проверим при эпюре ОАВЕ
для одного пролета с быком, т. е. на протяжении 12,5 м по фасаду
сооружения. Вес быка и водоската с учетом взвешивания водой
равен (опускаем подсчеты) 1860 т; вес мостов, затворов, подъем-
ников 170 т; вес водной пригрузки 164 т, а всего Р = 2194 т.
Сдвигающее усилие от давления воды находим как сумму площа-
дей треугольника 0,5 • 8,92 = 39,6, где 8,9 — 46,9 — 38,0, и тра-
пеции
2,0 (45,7 — 38,0) + (45,5 — 36,0) =
где 2,0 м — толщина флютбета под аллювием, 45,70 и 45,40 —
отметки пьезометрических уровней (рис. 133), 38,0 и 36,0 — от-
метки соответствующих им точек подошвы флютбета. Общее давле-
ние воды спереди на пролет плотины будет равно:
^ = 12,5 (39,6 4-17,1) = 709 т,
210
давление воды сзади плотины равно:
£*2 = 12,5 -0,5 (40,9 — 36,0)2 =150 т;
результирующее давление:
Е = ЕГ — £2 = 559 т.
Выпирающее усилие со стороны потока грунтовых вод равно
площади эпюры ABCD (рис. 133),, т. е. W = 442 т. Коэффициент
устойчивости на сдвиг будет равен:
k =	=-----55g----0,45 = 1,41.
Величина к в действительности будет больше как вследствие
разгружающего действия вертикальных дренажей, так и влияния
веса водобоя, не учтенных в предыдущем расчете.
Учет разгружающего эффекта вертикальных дренажей по эпюре
ОС (рис. 133) дает возможность уменьшить толщину флютбета до
1,5 м при том же коэффициенте устойчивости на сдвиг; толщина
1,5 м определяется скорее конструктивным требованием — усло-
виями размещения дренажа и фильтра в сквозной части, чем рас-
четными, по которым она может быть еще несколько уменьшена.
Напряжение на сжатие под плотиной получается около
1,5 кг/см\ т. е. не превосходит допускаемого.
§ 7. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГИДРОУЗЛА
План запроектированного гидроузла представлен рисунком
135, продольный разрез плотины — рисунком 127, продольный
разрез и план водозаборного шлюза и отстойника — рисунком 123,
фасад головного шлюза — рисунком 136.
Верхний бьеф. Для организованного, направленного по
стрежню подхода потока к плотине и к отстойнику в верхнем бьефе
устраиваем грунтовую струенаправляющую дамбу, создающую
искусственное подводящее русло средней шириной В 4- mh =
= 90 + 2 • (48,0 — 41,3) = 103,4 м и длиной прямолинейного
участка 600 м и 35 м — входного (раструбного) участка, т. е.
всего около 6 (В -j- mh).
Отметка гребня верховой струенаправляющей дамбы прини-
мается выше уровня воды на 1 м, т. е. 49 м; откосы ее со стороны
подводящего русла крепятся наброской камня d = 0,15 м, со сто-
роны реки — отсыпью гальки.
Расходы реки, сбрасываемые в нижний бьеф до 500 м3/сек,
пропускаются автоматически через козырьки; для пропуска боль-
ших расходов поднимаются затворы плотины. У эксплуатацион-
ного штата гидроузла должна иметься таблица, указывающая
число работающих пролетов плотины, высоты поднятия затворов
для различных расходов реки и различных расходов водозабора,
211
обеспечивающие наиболее равномерный и спокойный выпуск воды
в нижний бьеф без образования сбойного течения.
Сведения о расходах реки должны поступать на гидроузел
с гидрометрического поста, расположенного выше зоны выклини-
вания подпора и заиления русла реки; с этой целью необходимо
автоматизировать передачу сведений о горизонтах с гидрометри-
ческого поста и знать для него связь Q = / (Н).
Рис. 135. План гидроузла:
1 — щитовая плотина; 2 — водобой; з — рисберма;
4 — уральский пол (трамплин); 5 — дорога; б — отстойник;
7 — сборный пульповод; 8 — донные промывники; 9 — ма-
гистральный канал; 10 — земляная плотина; 11 — струе-
направляющие дамбы; 12 — воронка размыва.
Пропуск воды через водозаборный шлюз можно проводить
в двух положениях уровней верхнего бьефа: 1 — горизонты воды
перед плотиной поддерживаются точно на расчетных отметках,
соответствующих уровням воды в магистральном канале, и 2 — го-
ризонты воды перед плотиной поддерживаются постоянными,
летом на отметке 48,0 м и зимой 46,9 м.
В первом случае раз выполненная подвеска уравнительных
решеток в камерах отстойника обеспечит в них равномерность
скоростей и лучшее осветление воды от наносов, но для выполне-
ния этих условий необходимо вести вручную сложные маневриро-
вания затворами плотины, учитывающие неустановившийся (б!ы-
212
товой) режим реки, попуски воды через донные промывпики голов-
ного шлюза и расходы водозабора.
Во втором случае горизонты верхнего бьефа автоматически
поддерживаются на заданном уровне летом (и своем уровне зимой),
независимо от пропусков воды через донные промывники и рас-
ходы водозабора для расходов реки примерно до 650 мЧсек
(72 мЧсек на водозабор, 12 мЧсек на промывку наносов в камерах
отстойника и 71 мЧсек на попуски воды через донные промыв-
ники водозаборного шлюза), т. е. в течение 11 месяцев в году, и
лишь с 10 мая по 10 июня приходится прибегать к маневрирова-
нию затворами плотины. Подвеска уравнительных решеток в этом
случае выполняется также только один раз.
Подрегулировку водозабора в рассматриваемом случае лучше
вести затворами на шлюзе перед магистральным каналом.
Рис. 136. Фасад водозаборного шлюза:
1 — пролет плотины; 2 — водозаборные пролеты; з — отверстия донных промывников.
Донные промывники работают двумя тактами: в первом такте
работают все нечетные отверстия, во втором такте (более кратко-
временном, чем первом) — все четные отверстия; в паводок рабо-
тают первым тактом (рис. 136). Длительность работы каждого
такта (несколько суток) устанавливается в порядке начальной
эксплуатации гидроузла.
Большая простота и автоматизация управления водой свойст-
венна второму приему, его и принимаем для эксплуатации гидро-
узла.
Борьба с захватом шуги осуществляется путем постановки
шугоотбойной запани вдоль фасада водозаборного шлюза; тогда
в позднеосенний и предвесенний периоды шуга будет направляться
запанью к ближайшему пролету плотины и сбрасываться через
козырек затвора в нижний бьеф; с целью предупреждения скопле-
ния шуговых масс за затвором необходим попуск воды через
шестой донный промывник головного шлюза. После образования
ледостава в подводящем русле следует устроить майну такой ши-
рины, при которой в ней будут скорости, достаточные для транс-
порта шуги к козырьку затвора плотины (около 0,7 м/сек)', такую
213
же майну полезно устроить в нижнем бьефе, что предупредит обра-
зование заторов шуги.
Во время ледохода лед сбрасывается через козырьки затворов;
зимой производится околка льда перед обшивкой затворов.
Нижний бьеф. Русло нижнего бьефа размывается; в первые
годы работы гидроузла размыв дна за плотиной может достигнуть
4,3 ж; в дальнейшем в связи со стабилизацией русла верхнего
бьефа, с поступлением наносов в нижний бьеф и самоотмостки
русла размыв уменьшится.
Одновременно с размывом дна будут и размывы левого берега.
Для уменьшения размывов дна и берега плотина устраивается
криволинейного очертания в плане с центральным углом 31°
(при толщине быков плотины 2,5 м), причем центр кривизны не-
сколько смещается (на 5 м против серединного положения) в сто-
рону левого берега, чем достигается небольшое отклонение потока
нижнего бьефа в сторону правого берега, и поток достигает левого
берега с уже значительно сниженными скоростями, способными
размыть дно здесь на глубину не более 1,7 м.
Уменьшению размыва русла за плотиной способствует и низо-
вая струенаправляющая дамба, устраиваемая длиной 200 м, т. е.
около 2 {В + нгА); на длине этой дамбы поток постепенно умень-
шает скорость и не повышает своего расхода от незамкнутых
циркуляционных течений на пойме; за дамбой эти течения слабы,
не опасные для земляной плотины и не дающие большого местного
увеличения расхода потока нижнего бьефа. Отметка гребня низо-
вой дамбы принимается равной 45,0 м, т. е. на 1 м выше уровня
паводка; крепление ее откосов такое же, как и верховой дамбы.
Отстойник. В паводок, когда глубина воды в нижнем бьефе
значительно повышается и уровень ее у устья сборного пульпо-
вода достигает (с учетом понижения за счет размыва дна и общего
падения уровней на участке от плотины до устья пульповода)
отметки 43,7, т. е. на 1,2 м выше, чем по рисунку 122, в пульпо-
воде течение станет напорным.
Если поднять щитки в конце донных пульповодов так, чтобы
пьезометрические линии опустились до отметки 44,2 м (вместо
45,08 м на рисунке 123), то в сборный пульповод будет поступать
больший промывной расход (около 15,6 мЧсек) и скорость течения
в нем будет составлять около 2,9 м/сек, т. е. достаточная для транс-
порта пульпы, в чем убеждаемся из следующих сопоставлений.
Рассмотрим работу одной секции. В таблице 42 приведен фрак-
ционный состав взвешенных наносов реки; можно полагать, что
наносы диаметром ^>0,5 мм, перемещаясь преимущественно в при-
донном слое, будут оседать в верхнем бьефе перед отстойником и
смываться через донные промывники входного порога отстойника;
вероятно, что часть наносов 0,50—0,25 мм также будет оседать
в верхнем бьефе, однако в запас расчета мы будем считать их
поступающими в отстойник. Учитывая замечание об осаждении
крупных наносов (3% по таблице 42) в верхнем бьефе, разобьем
214
остальные фракции (97 %) взвешенных наносов (р 4 кг/м9) на
более дробные по линейной интерполяции внутри заданных фрак-
ций таблицы, приводя их к 100% (для чего данные таблицы 42
следует разделить на 0,97).
В нижней строке таблицы 50 указаны гидравлические круп-
ности при t = 18° С и соответствующие нижним пределам фрак-
ций, т. е. 0,25—0,20 — 0,15 мм и т. д.
Таблица 50
	Диаметр частиц, мм						
	0,50-0,25	0,25-0,20	0,20-0,15	0,15—0,10	0,10—0,05	0,05-0,02	< 0,02
р, % w, см/сек	10 2,52	10 1,96	10 1,45	10 0,53	10 0,21	22,5 0,033	27,5
Расчет осаждения наносов ведем по формуле проф. Е. А. За-
марипа
т _ rr V Qn _ н I	Qn\
Li 11--------5   I V----------/,
w	w \	& J
up	'
при прежних обозначениях.
Мелкие наносы не все осаждаются, часть их проносится в ма-
гистральный канал; высоту h от дна, падая с которой мелкие
наносы еще успеют осесть на дно, найдем из предыдущего уравне-
ния, заменяя в нем Н на h
Вср находим из отношения живого сечения отстойника к глу-
бине над донной решеткой, т. е. Вср = 316 : 6 = 52,67 м.
Процентное количество наносов мелких фракций, оседающих
в отстойнике, определится произведением соответствующего р из
h	h
таблицы 50 на т. е. р , где Н = 6 м.
а	а
Рассмотрим в качестве примера случай, когда рабочий расход
равен 72 м9/сек, промывной расход Qn = 12 м3/секи средняя ско-
рость течения в отстойнике v = 24,7 см/сек. Так как длина отстой-
ника L = 70 м, то из предыдущего уравнения имеем h = 284 w +
+ 0,92; далее, находя отношениями умножая их на р, получим
количество оседающих наносов в процентах.
Опуская подсчеты, приведем их результаты при различных
промывных расходах в таблице 52.
Наносы от 0,2 мм и крупнее оседают полностью, а так как их
содержится в воде 20%, то общее количество оседающих наносов
h
будет равно в процентах 20 + Sp # ; последние суммы приведены
в нижней строке таблицы 51.
215
Таблица 51
«и	8		12		14,4		18	
Q + 0,5 Qn	76		78		79,2		81	
v, см/сек	24,0		24,7		25,1		25,6	
d, мм	Л	I"	h.	•а 1ч|з-	h	h Р Н	h	h р н
0,15 0,10 0,05 0.02	4,78 2,47 1,24 0,72	7,9 4,1 2,1 2,7 16,8	4,93 2,67 1,52 1,02	8,2 4,4 2,5 3,8 18,9	5,04 2,84 1,67 1,18	8,4 4,7 2,8 4,4 20.3	5,20 3.05 1,90 1,42	8,7 5,1 3,1 5,3 22,2
В первые две декады мая мутность речной воды колеблется от
4,8 до 5,2 кг/м3, в среднем 5,0 кг/м3. При Qn = 12 м3/сек в отстой-
ник входит воды (70 = (7 + (7П = 72 + 12 = 84 м3/сек и с ней
входит наносов р@0 = 5 • 84 = 420 кг/сек. Из отстойника выходит
воды 72 мЧсек с мутностью 5 • (1 — 0,389) — 3,06 кг/м3 и с ней
наносов 72 • 3,06 = 221 кг/сек. В донную галерею отстойника
поступает наносов 420 — 221 = 199 кг/сек и 12 мЧсек промывного
расхода, что для мутности промывной воды дает величину рп =
= 199 : 12 = 16,6 кг/м3. Подобные подсчеты сделаны для различ-
ных промывных расходов, результаты их сведены в таблицу 52.
Таблица 52
Q , м^/сек	8	12	. 14,4	18
рп, кг/м3	21,7	16,6	14,4	13,5
Из таблицы 52 видно, что насыщенность промывной воды нано-
сами невелика; она уменьшается по мере увеличения промывного
расхода; как известно, при небольших значениях мутности
(р 20 кг/м3) гидравлические расчеты пульповодов можно вести
по формулам гидравлики, чему удовлетворяют рассмотренные
выше условия работы пульповодов.
При промывном расходе 15,6 мЧсек мутность пульпы невелика
и составит 14,0 кг/м3. Отсюда следует, что и в паводок можно
обеспечить промывку отстойника.
Глава XVII
ГИДРОУЗЕЛ С ВОДОЗАБОРНЫМИ ОТВЕРСТИЯМИ
В БЫКАХ И УСТОЯХ
§ 1.	УСЛОВИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Требуется составить один из вариантов водозаборного узла
сооружений с плотиной, имеющей водозаборные отверстия в бы-
ках и устоях. Подекадный гидрограф реки приведен на рисунке
137, из которого видно,
что наибольший расход
достигает 270 мЧсек в на-
чале мая, наименьшие рас-
ходы наблюдаются в ян-
варе — феврале — 22 мЧсек.
Зимние расходы доста-
точно большие, что объяс-
няется значительным уча-
стием грунтовых вод в пи-
тании реки, они полностью
забираются водозабором,
так же как и расходы в
марте и сентябре; летние
расходы водозабора со-
ставляют 40 мЧсек.
В конце ноября в реке
происходит шугоход; ледо-
став наблюдается на участ-
ках реки с пониженными
уклонами продольного
профиля (рис. 138), тол-
щина льда достигает 0,5 м\
длительность ледостава
3—2х/2 месяца.
Зависимость глубин в реке и расходов представлена графи-
ком, приведенным на рисунке 139; отметка нуля графика равна
450,0 м, т. е. совпадает с отметкой дна коренного русла. Из рисун-
ков 137, 139 следует, что река не выходит на пойму, когда расходы
ее не превышают 50 мЧсек (рис. 140); при больших расходах вода
217
течет по пойме, сложенной из песчано-гравелистых и галечниковых
отложений.
Водозабор размещается на правом берегу реки, сложенном
из суглинка; левый берег
’ *
Рис. 138. Продольный профиль реки.
скалистый — плотный из-
вестняк. Русло реки в
створе плотины имеет из-
лучину большого радиуса
с центром кривизны на пра-
вом берегу.
Количество взвешенных
наносов в период паводка
составляет 6 кг/м3, донных
(гравий и мелкая галька)—
около 1,2 кг/м3', летом при
расходах Q 75 м3/сек
мутность речной воды со-
ставляет 3,0 кг/м3. Грануло-
метрический состав взвешен-
ных наносов показан в таб-
лице 53.
Таблица 53
d, мм	А	0,50-0,25	0,25—0,05	0,05-0,01	V	Примеча- ния
Р, %	3	9	15	18	55	В па-
						водок
Р, %	—	7	16	28	49	Летом
К створу плотины под-
водится деривационный канал
с отметкой наивысшего уровня
воды 458,5 м, подающий
Рис. 139. Зависимость расходов и воду по напорному трубопро-
глубин реки.	воду на где (рис. 138); на-
носы крупнее 0,25 мм не
должны поступать в напорный трубопровод.
Деривационный
менты (табл. 54).
канал имеет следующие гидравлические эле-
Таблица 54
h	О)	R	V	Q	р	Ь = 18,0 м
2,04	44,0	1,68	0,91	40	5,2	т = 1 : 1,75
1,84	39,0	1,53	0,87	34	4,8	п ~ 0,025
1,42	29,1	1.23	0,75	22	3,8	i 0,00026
218
В гидроузле ставится отстойник, задерживающий наносы круп-
нее 0,25 мм (и часть более мелких); отчасти осветленная вода
поступает далее в деривационный канал, транспортирующая спо-
Рис. 140. Профиль русла реки по створу плотины:
1 — земляная плотина; 2 — щитовая плотина; 3 — струенаправляю-
щая дамба.
собность которого р должна быть достаточна, чтобы не допустить
заиления канала; величина р кг/м3, подсчитанная по формуле
р = 12000 Ri, приведена в таблице 54.
§ 2.	КОМПОНОВКА ГИДРОУЗЛА
В качестве одного из вариантов гидроузла рассмотрим следую-
щую его компоновку: у правого берега ставится плотина с двумя
пролетами по 8,0 м, перекрываемыми колесными затворами с ко-
зырьками; пролеты плотины разделены пустотелым быком тол-
щиной 4,0 мг со стенками из железобетона в плитах-оболочках.
219
В быке устраивают два верхних водозаборных отверстия по 2,25 м
шириной и два донных промывных размерами 0,65 • 2,25 м;
в устоях устраивают по два верхних водозаборных отверстия и
по два донных тех же размеров (рис. 141), что и в быках. Вода,
забираемая через верхние отверстия, поступает в акведуки —
первый шириной Зле наибольшим расходом 40 : 3 = 13,3 мЧсек,
второй шириной 6,5 м с наибольшим расходом 26,7 мЧсек-, далее
за береговым устоем акведук переходит в лоток шириной 10,0 м,
с наибольшим расходом 40,0 мЧсек-, лоток перед каналом оканчи-
вается воронкой шириной 18,0 м (т. е. равной ширине канала по
дну), переходящей в однокамерный отстойник с периодической
промывкой.
В водозаборных отверстиях устанавливают решетки из сталь-
ных пластин 10 • 50 мм с прозорами в 20 мм\ в период малых рас-
ходов реки, когда речная вода не содержит крупных взвешенных
наносов и листьев, т. е. с октября по март, решетки удаляются из
отверстий.
Отметка уровня воды в начале магистрального канала задана
и равна 458,5 м при пропуске расхода 40 мЧсек, идущего на гидро-
электростанцию. Уклон лотка и акведуков принят равным 0,0012,
при этом уклоне развиваются скорости течения 2,0—2,5 м/сек,
достаточные для транспорта попадающих через решетки наносов
и гарантирующие от заиления водоводы (лотки в быках и устоях,
акведуки). Потери напора в акведуке и в лотке левого устоя (для
которого длина пути воды до магистрального канала наибольшая
и составляет 45,0 ж) с учетом потерь на закругление при входе
[13 3 i 2
£л7У = Ю ' сМ-
Потери через решетку z найдутся из выражения:
1 z0 = g 7	. зq . 2,04 ’ z$=^,5m‘, z = Q,2m.
Здесь Q — 13,3 мЧсек-, ц = 0,7; ширина нетто двух отверстий
3 м, их ширина брутто с учетом решеток составит 1,5 • 3,0 ==
= 4,5 м = 2 • 2,25 м, h — глубина над порогом за решеткой 2,04 м,
равная глубине воды в канале.
Следовательно, отметка верхнего бьефа при заборе 40,0 мЧсек
должна быть не меньше 458,5 + 0,1 + 0,2 = 458,8 м. Отметку
порога плотинных отверстий найдем по разности 458,8 —Н, где
Н определяется из уравнения расхода
Q = sMBH^
или
270 - <?пр - (?В0Д0з = 0,96.1,62.8- Н30\
Расход донных промывников составит (при работе четырех отвер-
стий из шести, о чем см. в следующем § 4)
<>Пр = 4 • 0,65 • 2,25 • 0,6 • 4,43 /^5 == 36 мЧсек.
220
Рис. 141. Продольный разрез и план плотины:
1 — земляная плотина; 2 — щитовая плотина; 3 — акведуки; 4 — донный промывник;
6 — водозаборные отверстия; 6 и 7 — струенаправляющие дамбы; 8 — подводящее русло;
9 — отводящее русло: 10 н и — рабочие и ремонтные затворы.
Здесь 0,65 • 2,25—живое сечение одного отверстия; р, = 0,6. Отметка
уровня воды нижнего бьефа (см. рис. 139) равна 452,9 м, отметка
уровня воды в водобойном колодце выше на 0,4 м, т. е. составляет
453,3 м, отсюда получаем величину:
z = 458,8 —453,3 = 5,5 м.
Подставляя в предыдущее уравнение (2Пр и (?водоз, получаем
270 — 36 — 40 = 194 = 24,6 Я^; Я0 = 3,97 ж; Я = 3,7 ж.
Отсюда находим отметку порога отверстий плотины
458,8 — 3,7 = 455,1 ж.
Перед плотиной у правого берега создаем подводящее русло,
для чего устраиваем из гравелисто-галечникового грунта струе-
направляющую дамбу, ограждающую русло со стороны поймы
(рис. 142 и 140); ширина русла по дну 25 ж. Длина дамбы на уча-
стке, параллельном берегу, принята равной 80 ж и еще 20 ж на
закругленный входной $“часток; отметка дамбы 459,5 ж, т. е. на
Рис. 142. Фасад и поперёчный разрез плотины:
1 — земляная плотина; 2 — щитовая плотина; з — водозаборное отверстие;
4 — донный промывник; з — струенаправляющая дамба.
0,7 ж выше уровня воды верхнего бьефа; заложение откосов 1 : 2
и 1 : 1,5. С течением времени вследствие подачи воды к гидроузлу
произойдет заиление русла и его самоотмостка галькой, по-види-
мому заиление не будет превышать отметку порога отверстий
плотины, т. е. 455,1 ж, что видно из таблицы 55 гидравлических
элементов русла.
Таблица 55
Q	270	155	100	75	50
Отметки уровня воды верх-	458,8	458,8	458,8	458,7	458,6
него бьефа					
h	3,7	3,7	3,5	3,0	2,3
со	121	121	112	98	77
V	2,24	1,29	0,90	0,77	0,65
b -{- in h					
h	7,9	7,9	9,1	10,9	14,6
222
При составлении таблицы было принято: заиление русла сверх
отметки 455,1 м на 40 см для расхода 75 мЧсек и 100 см для расхода
50 мЧсек-, уменьшение z в решетках при заборах расходов, мень-
ших 40 мЧсек на 10 см (из гидравлического расчета); учтено также
уменьшение глубины в канале и за решетками при расходах, мень-
ших 40 мЧсек.
Устои и быки плотины собираются из двух продольных стен
толщиной 80 см, устраиваемых из бетона в железобетонных плитах
оболочках 400 • 100 • 7 см-, жесткость стен образуется вертикаль-
ными арматурными колонками, вставляемыми между плитами и
привариваемыми к выпускам поперечной арматуры плит.
Водоскат и водобой плотины собирают из таких же бетонных
стен в железобетонных оболочках, расположенных в направле-
нии, поперечном течению воды, и сверху покрываемых железо-
бетонными плитами. Пространство между стенками заполняют
гравелисто-галечниковым грунтом.
В качестве ремонтных затворов ставят шандоры по четырем
съемным стойкам; с этой целью устроен понур такой же конструк-
ции, что и водобой. В акведуках устроены пазы для ремонтных
затворов.
§ 3.	ОТСТОЙНИК
Отстойник ставим однокамерный с периодической промывкой
по следующим соображениям: деривационный канал проклады-
вают в выемке, и при запасах ее над уровнем воды в нем у уравни-
тельного бассейна 1,6 ж и у отстойника 0,8 м он обладает регули-
рующей емкостью свыше 100 тыс. м3, а так как ночные расходы
ГЭС уменьшаются до 30 мЧсек, то имеется возможность выключить
подачу воды в канал ночью на 1 час и промыть за это время от-
стойник.
Отстойник представляет собой (рис. 143) участок земляного
канала на высоту 1,34 м, облицованного железобетонными пли-
тами (две плиты по 1,5 м, уложенные по откосу); ширина отстой-
ника по дну 30,0 м, заложение откосов 1 : 2; дно отстойника за-
глублено против дна канала на 1,5 м, следовательно глубина
в нем вначале будет 3,54 м, скорость течения 0,36 м/сек и длина:
£ = 1,ЗЯ—=1,3-3,54--^. = 68^70 м.
’ w ’	’	2,43
Емкость ковша отстойника составит:
(5-1-тр)р£ = (30 4-2.1,5) 1,5 - 70 = 3460 м\
Подсчитаем суточный объем выпадающих наносов, для этого
наносы фракции 0,25—0,05 мм в количестве 15% разобьем на более
дробные фракции: 0,25—0,20 мм — 3,75%, по стольку же будет
наносов 0,20—0,15 мм и 0,15—0,10 мм. Найдем те высоты, с кото-
рых мелкие наносы еще падают на дно отстойника,
Наносы 0,25—0,20 nwf,
223
Рис. 143. Плг.а (а), продольный разрез отстойника и фасад (в) шлюза.
L = 3,64^ = 67 34, т. e. все наносы этой фракции также будут
выпадать в начале работы отстойника.
Наносы 0,20—0,15 мм.
Л = £,~ = 70..4!~^2,5 м
V	об
и доля наносов, выпадающих в отстойнике, будет:
. 3,75•/, = 2,657,.
Наносы 0,15—0,10 мм.
h ~ 1,1 м, доля 1,17%.
Наносы 0,10—0,05 мм.
h ~ 0,38 м, доля 0,4%, а всего с более крупными наносами
20%.
В конце работы отстойника (перед его промывкой) осаждается
12%, или в среднем примерно 16%, т. е. около 1 кг/м3, или
1 8в5бо ~ 2300 м? в сутки. Следовательно, промывка от-
стойника будет не чаще одного раза в сутки.
План, разрез и фасад отстойника приведены на рисунке 143.
Глубина в начале отстойника при пропуске 40 м3[сек составляет
3,54 м, в конце отстойника 3,75 м, т. е. его дну придан уклон 0,003.
В конце отстойника ставится трехпролетный шлюз с пустоте-
лыми быками из бетона в железобетонных плитах-оболочках;
пролеты шлюза по 5,0 м, ширина быков по 3 м. Назначение шлюза,
ввиду ограниченного времени на промывку отстойника, — быстро
прекращать подачу воды в деривационный канал перед промывкой
отстойника, т. е. быстро закрывать пролеты и так же быстро их
открывать после окончания промывки отстойника; других опера-
ций по регулированию расходов воды шлюзом не производят.
Этим целям удовлетворяет постановка в шлюзе затворов типа
дроссельных, прямоугольных с фасада, чечевичных в поперечном
разрезе, легких в управлении и легких по весу (с обшивкой из
акртилита). Механизм управления дроссельным затвором разме-
щен в быке.
Донные промывники в пороге шлюза объединены в один сбор-
ный пульповод 4,0 • 2,5 м, закрываемый одним плоским уравнове-
шенным противовесами затвором на колесах, т. е. тоже быстро
закрывающим и быстро открывающим отверстие.
§ 4.	ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГИДРОУЗЛА
Данные таблицы 55 указывают на достаточную устойчивость
подводящего русла; небольшие заиления его в конце лета и в на-
чале осени, когда в речной воде не содержится крупных взвешен-
ных наносов, будут смываться следующим паводком. В паводок
полностью открыты оба пролета плотины и четыре донных промыв-
225
ника: два в быке и по одному, наиболее удаленному от плотины,
в устоях; при такой работе донных промывников в водозабор не
будут завлекаться взмучиваемые наносы.
Водозабор 30 мЧсек и менее можно проводить через четыре
отверстия (решетки которых сняты), выключая крайние на устоях;
и в этом случае будут работать четыре донных промывника при
выключенных, по приведенным выше соображениям, или крайних
на устоях или соседних с ними промывниках.
Начиная с расходов реки 75 мЧсек и менее затворы плотины
опускают на порог и воду пропускают через донные промывники.
Плавник, шугу и лед пропускают через козырьки затворов;
высота козырька 1,5 м, основного затвора 2,5 м. Перед шугоходом
в пазы водозаборных отверстий, в которых размещалась решетка,
ставят металлическую рамку, выступающую за лицевую грань
быка (или устоя) на 0,3 м, и к ней прикрепляют дощатую стенку —
запань, заходящую под воду на 1,25 м\ запань направляет шугу
к козырьку правого затвора, в это время забор воды осуществ-
ляется из-под запани через свободные отверстия, у которых сняты
решетки,
Для периодического осмотра и, если надо, ремонта водоводов
и акведуков предусмотрены пазы для шандор, плоские затворы
и отверстия в дне для спуска воды.
В нижний бьеф воду выпускают через водобойный колодец,
в котором прыжок для всех расходов нижнего бьефа затоплен;
в русле за водобойным колодцем (рис. 141) в паводок возможны
размывы до 0,5 м, заполняемые наносами после прохода паводка,
поэтому рисбермы за колодцами не устраивают.
Низовая струенаправляющая дамба длиной 25 ж в плане
образует постепенно расширяющиеся русла (с заложением в плане
1 : 6), имеющие на выходе ширину по дну 30 м.
В шлюзе отстойника в качестве ремонтных заграждений —
шандоры по съемным стойкам, для чего устроено два служебных
мостика шириной по 1 м. При уклоне дна отстойника 0,003 наи-
меньшая скорость в нем к концу промывки 40 мЧсек будет
2,5 м/сек\ наибольшая скорость течения в не облицованном пли-
тами русле будет 0,9 м!сек\ величины обеих скоростей приемлемы.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава I. Гидротехнический расчет сооружений........................... 3
§ 1.	Расчет толщины флютбета.................................. 3
§ 2.	Способ линейной контурной фильтрации..................... 4
§ 3.	Метод гидродинамики...................................... 6
§ 4.	Скорости и расход фильтрации............................. 9
§ 5.	Проверка толщины водобоя, расположенного на слое
водопроницаемого грунта большой мощности............... 11
§ 6.	Установление размеров понура и водобоя перепада . .	13
§ 7.	Расчет в условиях разнородных грунтов................... 14
Глава II. Ливнеспуски................................................ 17
§	1.	Лотковый ливнеспуск сборно-блочной	конструкции	.	.	.	17
§	2.	Трубчатый ливнеспуск сборно-блочной	конструкции	.	.	22
Глава III. Шлюзы сборно-блочной	конструкции......................... 28
§ 1.	Открытые шлюзы.......................................... 28
§	2.	Шлюзы с забральной стенкой..................... 29
Глава IV.	Дюкер на канале.......................... 30
§	1.	Задание на проектирование -.................... 30
§	2.	Конструкция сооружения......................... 31
§	3.	Гидравлический расчет.......................... 32
§	4.	Расчет деревянной трубы........................ 37
Глава V. Судоходный шлюз на оросительном канале...................... 40
§ 1.	Задание на проектирование............................... 40
§ 2.	Камера шлюза............................................ 41
§ 3.	Наполнение камеры....................................... 47
§ 4.	Опорожнение камеры...................................... 49
§ 5.	Шлюзование судов........................................ 50
Глава VI. Гравитационная плотина..................................... 51
§ 1.	Условия проектирования.................................. 51
§ 2.	Вариант бетонной плотины................................ 52
§ 3.	Определение напряжений в основании плотины ....	56
§ 4.	Вариант ячеистой плотины................................ 60
§ 5.	Определение напряжений в основании и в плотине . .	63
§ 6.	Сравнение вариантов..................................... 64
Глава VII. Каменно-набросная плотина................................. 65
§ 1.	Условия проектирования.................................. 65
§ 2.	Конструкция плотины с жестким экрайом................... 66
§ 3.	Конструкция плотины со слоистым экраном................. 69
§ 4.	Конструкция плотины с суглинистым экраном........	70
§ 5.	Строительный туннель ................................... 70
§ 6.	Паводковый водосброс ................................... 72
§ 7.	Сравнение вариантов..................................... 76
Глава VIII. Гидроузел с земляной водохранилищной плотиной ....	77
§ 1.	Условия проектирования.................................. 77
§ 2.	Поперечный профиль плотины.............................. 79
§ 3.	Фильтрация через плотину, ее основание и берега ....	82
§ 4.	Осадка грунтов основания плотины........................ 87
Глава IX. Водосбросные сооружения при земляной плотине............... 89
§ 1.	Варианты водосбросных сооружений........................ 89
§ 2.	Вариант водосброса по типу быстротока................... 89
227
| 3. Вариант водосброеа по типу сифона................. 99
§ 4.	Сравнение вариантов.............................  101
Глава X. Водовыпуски при земляной плотине..................... 102
§ 1.	Конструкции водовыпусков...................... . . .	102
§ 2.	Гидравлический расчет водовыпусков............... 106
Глава XI. Отстойник с периодической промывкой................. 112
§ 1.	Условия проектирования........................... 112
§ 2.	Отстойник с положительным уклоном дна............ 114
§ 3.	Промывка камеры.................................. 119
§ 4.	Другие варианты отстойника . . . ................ 124
§ 5.	Отстойник с отрицательным уклоном дна............ 125
Глава XII. Отстойник с непрерывной промывкой.................. 126
§ 1.	Условия проектирования........................... 126
§ 2.	Основные размеры и число камер отстойника........	127
§ 3.	Осаждение наносов и транспорт пульпы............. 129
Глава XIII. Бесплотинный водозабор без отстойника............. 134
§ 1.	Условия проектирования........................... 134
§ 2.	Компоновка регулятора и его гидравлический расчет. 135
§ 3.	Струенаправляющая система проф. М. В. Потапова. 138
Глава XIV. Бесплотинный водозабор с многокамерными отстойниками 140
§ 1.	Схема водозаборного узла......................... 140
§ 2.	Условия проектирования........................... 143
§ 3.	Расчет заиления прокопа — отстойника............. 147
§ 4.	Расчет промывки прокопа — отстойника............. 150
§ 5.	Эксплуатация гидроузла........................... 154
§ 6.	Головной шлюз-регулятор ......................... 159
§ 7.	Промывной шлюз................................... 159
Глава XV. Горный водозабор с донной решеткой.................. 162
§ 1.	Данные для проектирования........................ 162
§ 2.	Водозабор с донной решеткой...................... 164
§ 3.	Наносоперехватывающая галерея.................... 169
§ 4.	Отстойник........................................ 170
§ 5.	Плотина и русловые сооружения.................... 171
§ 6.	Шлюз зимнего водозабора.......................... 172
§ 7.	Общая компоновка гидроузла ...................... 173
Глава XVI. Плотинный водозаборный узел сооружений............. 176
§ 1.	Задание на проектирование и условия эксплуатации
гидроузла............................................ 176
§ 2.	Выбор типа водозаборного	сооружения............. 178
§ 3.	Выбор системы отстойника	и	числа	камер........... 182
§ 4.	Водозаборное сооружение	........................ 192
§ 5.	Плотина.......................................... 195
§ 6.	Гидротехнический и статический	расчеты........... 207
§ 7.	Эксплуатация гидроузла........................... 211
Глава XVII. Гидроузел с водозаборными отверстиями в быках и устоях 217
§ 1.	Условия проектирования	........................ 217
§ 2.	Компоновка гидроузла............................. 219
§ 3.	Отстойник........................................ 223
§ 4.	Эксплуатация гидроузла	........................ 225
Блоки М
БлокА
УЗБДГ
Блоки Г
а
1
cal Монолитный
^>1 жел. - бетон
Гравийная Блок Ш Блок Н
отсыпка


750-----------------
Асфальтобетон-^
Бетонная
/ подготовка
«ggtgaenetw?*
75
Блок Ш
Блоки Л
Блоки Л
150
Гравийная
отсыпка/
W7j
SB
в —— 
8В

150-
11111
llllll
' 45
Граница покрытиях покрытие ~^7
Блок Ш
0,03
0.015
0.015
Блок Л
Блок
Н
Фильтр из песка
с гравием
„д/бетонная /
‘^подготовка 6i1
_см
^/00+^
Одиночное
мощение
\Бетонная подготовка
—	1>к
Гравийная.
подготовка 10см+Ю5+
1р
1-15
;"1
‘о!
Блоки С
Рис. 16. Открытый сборно-блочный шлюз с мостом.
*-100+
~^»П —•
Блок Ш
БлокА
Узел Б
Блок Г

100+
600
Е. А. Замарин
Узел А
/М
Блоки Л
Блоки Л

подготовки 6 см
Узел В
длани Ш
блоки М
блок Л
7^i|i|i|i|iiriimii/|t|i|i|i|i|ii \
Г | 5т>кГ
В+50
блоки Л
мат
Добетониробка
1Л0КМ
блок Г
блок
би. пумный мат
битумныймат
'льтр из песка
с гравием
Узел Б
Узел А
Заливка ремонтным
Гравийная
подготовка 10 см
Рис. 17. Поперечные разрезы и детали сборно-блочного шлюза.

Гравийная
подготовка1
Подливка цемент-
ным раствором 2см
бетонная
подготрвка 6 см
ным~
Залавка цемент-
ным раствором
битцмный мат
Цементный
раствор 2 см _
Узел Г
Асфальтобетон 5см
бетонная подготовка 5 см
Цементная
подливка 2 см

Узел Д
\ ДобетонироВка
на месте
Асфальтобетон 5см
подготовка 5см
битумный мат
ементная
подлиВка 2 см
2-2
блоки Ш
♦WW*
бетонная
подготовка 8 см

блок Л

Два слоя асфальто-
бетонного покрытия
Гравийная
отсыпка
-	блок Г
з-з
блок С
БлокМ- Блоки ш
блок Н
б
Гравийная
подготовка 10 см
______28<-М-
блоки!

бетонная подготов-
ка в см бт-100


блок Л
блок С
блок 6
Т-& Y> т>^л-
ж
Блоки Л
Л№Т^
блоки Л
Грабииная
под г отовка Ю см
блоки б
г
Заливка 1белГе'нтнь1м
раствором X
Ось
сооружения
а
Ло
45<
бетонируется
' на месте
Блок Н
Подливка' /бе
аетонная
подготовка
цементным _________ _
раствором 2см 8 см 6ПТ-100
Бетонируется
на месте
цементными
раствором Зсм
/бетонная
подготовка
в см бПТ-100
битумный, мат.
Асфальтобетон 5см
„ бетонн. подготовка 5. см
й	2 слоя толя, промазанных
„ горячим битумом
_____ OUyU" IU/П V С4 ' ! • *}”• <-!•••
? И Цементная подливка 2см
1 блок Л.
5-10
Добетонирцется
на месте
блоки М
J блоки Г
Рис. 19. Поперечные разрезы и детали сборно-блочного шлюза с забральной стенкой:
а — деталь соединения блоков Г, Г', Н с блоком К; б — деталь соединения блоков К с К; в — схема размещения донных направляющих; г — деталь соеди-
нения блоков I'; д — деталь соединения блоков моста.
Блоки Л
0,05
<-—----600--------175
БлокД Асфальтобетон
Блоки Ш Блок Б
Железобетон
Б ГТ-200, В-в,Мрз-50
Блок Д
Блоки Ш
блоки К
блок!
/Гравийная /
блок Л
wrs
. U-/.5ZM
Гравийная
отсыпка
Блок Л[5# * подготовка 10см/
Железобетон_______
БГТ-200,В-Б,Мрз-50
25
Бетонная
*05ТЖ подготовка
8 см Б ПТ-1 О О
----Блоки Г

Рис. 18. Сборно-блочный шлюз с забральной стенкой.