Закрытые автоматические водосбросы

Составными частями автоматических водосбросов являются входной оголовок и примыкающий к нему трубопровод, укладываемый в грунт ниже поверхности воды. В месте выхода потока воды из трубы устраивают выходной оголовок, а затем - водобойный колодец, воронку размыва или другой тип гасителя для гашения кинетической энергии.
Входная часть водосбросов может быть как с неподтопленным, так и с подтопленным истечением, но лучше неподтопленное истечение, так как длина водосливного фронта в этом случае будет меньше.

К закрытым водосбросам автоматического действия относят: трубчато ковшовые, сифонные, шахтные, туннельные.
Трубчато-ковшовый водосброс (рисунок 30, 31). Входной оголовок вы полняют в виде ковша с забором воды по всему его периметру. Верх стенок ковша расположен на отметке НПУ. Внутренние плоскости стенок ковша - наклонные с коэффициентом заложения 0,5-1,0. Ширина стенок по верху 0,4- 0,6 м. Оголовок соединяют переходным участком, обеспечивающим плавный переход от прямоугольного сечения оголовка к круглому сечению трубы. Кромку ковша иногда удлиняют, выполняя ее ломаной, и тем самым увеличивают водосливной фронт [21, 22].

 

Трубы применяют железобетонные круглые заводского изготовления. По длине трубы ставят противофильтрационные диафрагмы. Водосброс применяют при паводковых расходах около 15 м3/с. Гидравлический расчет трубчато-ковшового водосброса заключается в определении длины водослива, размеров поперечного сечения труб и расчете нижнего бьефа.

I - I
1 – входная часть водосброса; 2 – ковш; 3 – напорные трубы; 4 – гаситель.
Рисунок 30 - Трубчато-ковшовый водосброс (Укргипроводхоз) (по Мамонтовой, 2012)
Водосброс называют шахтным, если ствол шахты целиком выполнен (размещен) в грунте. Шахта обеспечивает автоматический сброс воды и поддерживает уровень в верхнем бьефе в установленных пределах.
Шахтный (башенный) водосброс состоит из следующих основных частей: башни (шахты); водоотводящей трубы; устройства нижнего бьефа и водоспуска (при необходимости).
При наличии водоспуска шахта используется для установки затворов, размещения оборудования и служебного мостика, с которого осуществляется управление режимом работы водоспуска и отводящего водовода.
Типовые проекты для рыбоводных хозяйств разработаны для железобетонных монолитных и железобетонных сборных конструкций вооружений на расход 11,20 и 30 м3/с. Паводковый водосброс шахтного типа автоматического действия из сборного железобетона на расход 11 м3/с запроектирован при высоте шахты 6, 5 и 4 м.

1 - входная часть; 2 - ковш; 3 - напорные трубы; 4 - водобойный колодец.
Рисунок 31 - Трубчато-ковшовый водосброс (по Гриневскому, 1990)
Вертикальная шахта квадратного сечения сооружена из отдельных железобетонных блоков и установлена на фундамент из блока, заполненного песком и прикрытого сверху железобетонной плитой. Расчетная высота воды над порогом водослива 0,75 м. Сверху по контуру шахты расположена мусороудерживающая решетка. Из вертикальной шахты вода поступает в горизонтальную железобетонную трубу круглого сечения диаметром 1,5 м. Нижняя часть трубы обхватывается лоткообразным железобетонным блоком высотой 3,8 м, уложенным на подготовку из бетона. По длине трубы располагаются две железобетонные диафрагмы толщиной по 10 см. На выходе из трубы находится водобойный колодец, а дальше - крепление железобетонными плитами, заканчивающееся призмой из каменной наброски. Шахтные водосбросы бывают регулируемые и нерегулируемые (авто матического действия). В регулируемых водосбросах гребень кольцевого водослива располагают ниже НПУ, а для поддержания заданного уровня в водохранилищах применяют затворы. Управляют затворами со служебных мостиков. В нерегулируемых шахтных водосливах, работающих автоматически, кольцевые водосливы располагают на отметке НПУ. Если ствол шахты расположен выше поверхности грунта, такой водосброс называют башенным. Он состоит из круглой или прямоугольной башни и горизонтальной трубы круглого или прямоугольного поперечного сечения. Вертикальная башня может быть каменной, бетонной и железобетонной (рисунок 32).

1 - башня; 2 - пазы для щитов; 3 - металлическая решетка; 4 - служебный мостик; 5 - муфты; 6 - отводящая труба; 7 - отводящий канал; 8 - водобойная стенка; 9 - бетонное основание; 10 - донное отверстие.
Рисунок 32 - Башенный водосброс (по Мамонтовой, 2012)
Отводящая труба устраивается из железобетонных труб, уложенных на бетонном основании. Верх башни должен быть на отметке НПУ. При повышении уровня, вода переливается через стенки башни и отводится по отводящей трубе в нижний бьеф. В конце отводящей трубы устраивается сооружение для гашения энергии потока (водобойный колодец, водобойная стенка, консольное устройство с воронкой размыва и др.), за которым расположен отводящий канал. Сверху по периметру башни устанавливается металлическая решетка, возвышающаяся над максимальным подпорным уровнем (ФПУ) воды. Она предотвращает попадание в башню различных плавающих предметов.
Башенные водосбросы строятся как в берегах, так и в теле плотины. Их часто совмещают с водовыпусками (водоспусками). Для таких случаев в нижней передней части башни устраивают отверстие, перекрываемое щитом, управление которым осуществляется со служебного мостика. Для защиты водоспуска от засорения на входе устанавливают решетки или сорозащитный свайный ряд, предотвращающие уход рыбы [11, 20].
На участке водосбросного сооружения верховой откос плотины крепят железобетонными плитами по слою песчаной подготовки – это необходимо для устранения деформаций крепления и образования трещин вблизи шахты при возведении насыпи пз пучинистых грунтов.
При расположении шахты в откосе насыпи желательно отсыпать вокруг шахты специальную берму, которая способствует выравниванию скоростей подхода сбрасываемого потока и улучшает режим работы и пропускную способность водослива башни или шахты (рисунок 33). Днище башни выполняют из монолитного железобетона. При расходах более 80-120 м3/с резко увеличиваются сливной периметр и объем башни (при этом возрастает масса башни и ее стоимость).

Рисунок 33 - Башенный водосброс (Белгипроводхоз) (по Мамонтовой, 2012)
Если необходимо повысить прочность башни, то в ней устанавливают внутреннюю разделительную стенку-диафрагму (рисунок 34), в нижней части которой устраивают перепускные отверстия.

1 – водоспускное отверстие; 2 – диафрагма; 3 – затворы.
Рисунок 34 - Шахтный водосброс, совмещенный с водоспуском (по Мамонтовой, 2012)
Наличие диафрагмы, перепускных отверстий и затворов позволяет уменьшить нагрузку на затвор и улучшить режим работы водоотводящей трубы и устройства нижнего бьефа. Вода, поступившая в башню и донный водоспуск, вытекает в нижний бьеф через водоотводящие трубы. Количество ниток и поперечные размеры труб принимаются на основании гидравлического расчета. В типовых сооружениях отводящие трубы устраивают из сборных унифицированных железобетонных изделий круглого (диаметром 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8 м) или прямоугольного профиля (делают из унифицированных блоков 1,5x2 м, 2x2 м или панелей 3x2 м).
По длине водоотводящие трубы делят на секции температурно осадочными швами (ТОШ). При длине водовода до 30 м количество ТОШ принимают не менее трех: на стыке с шахтой и в створах (сечениях), взятых слева и справа от гребня насыпи. Для снижения опасности развития контактной фильтрации по длине водовода через 4-6 м устраивают диафрагмы из железобетона или полимерной пленки. Водоотводящие трубы укладывают на бетонную подготовку.
Наружные поверхности башни и труб оклеивают асфальтовыми матами или другим видом оклеечной гидроизоляции, которая повышает водонепроницаемость бетона и тем самым снижает воздействие на конструкцию касательных сил морозного пучения.
Сифонные водосбросы (рисунок 35). Принцип действия водосбросов основан на работе обычного сифона, представляющего собой изогнутую трубу для перелива воды из одного сосуда в другой, причем уровень воды в них находится на разных отметках. Водосбросы, представляющие собой трубы прямоугольного или круглого поперечного сечения, применяются главным образом в гравитационных плотинах.
Водосбросы состоят из водозаборного отверстия, заглубленного под уровень верхнего бьефа с таким расчетом, чтобы в сифон не попадал воздух, и порога сооружения, расположенного на отметке нормального подпорного уровня. Как только уровень воды в водохранилище поднимается над отметкой НПУ, вода переливается через порог, и после вытеснения водой воздуха из сифона он автоматически включается в работу. За сифоном (в нижнем бьефе) устраивают водобойный колодец для гашения энергии воды, вытекающей из сифона.
Сифонные водосбросы монтируют из асбестоцементных и металли ческих труб и из резинотканевых шлангов.

Рисунок 35 - Сифонный водосброс
Также существуют переносные сифонные водосбросы, используемые для сброса воды из рыбоводных прудов в том случае, когда в плотине нет или нельзя построить другое водосбросное сооружение.
Сброс воды сифонными водосбросами производят при небольших площадях прудов (до 8 га). Сифон может работать с затопленным выходным отверстием (напор будет равен разности уровней воды в верхнем и нижнем бьефах) и с незатопленным выходным отверстием (напор будет равен разности отметок верхнего бьефа и центра выходного отверстия). Для ввода сифона в действие закрывают входное и выходное отверстия, через отверстие для заливки воды заливают воду, после наполнения сифона водой отверстие для заливки воды закрывают, открывают входное отверстие, а потом выходное, после чего сифон начнет работать.