Перепады
Перепады (см. рис. 6.1,6; 6.9) устраивают в тех случаях, когда из-за больших уклонов местности или крутых перепадов ее быстротоки оказываются нецелесообразными. Транзитная часть перепадов (гл. 6.2 и рис. 6.9) представляет собой систему чередующихся участков: горизонтальных (ступеней) и вертикальных или наклонных (сопрягающих стенок).
По числу ступеней различают одно- многоступенчатые перепады, по гидравлическим условиям работы — открытые (безнапорные), а также напорные и полунапорные (см. рис. 6.9,6). Проточная часть перепадов может быть выполнена из бетона, железобетона, бутобетона, камня, дерева, хворостяных материалов и др.
Общее число ступеней, а также высоту каждой сопрягающей стенки устанавливают на основе технико-экономического сравнения вариантов. Обычно при малых высотах падения (до 5 м) устраивают одноступенчатые перепады.
При большой протяженности трассы участка сопряжения перепад можно выполнить в виде комбинированного сооружения, имеющего одноступенчатые перепады, соединенные между собой участками быстроточных каналов.
Аналогично другим типам водопропускных сооружений (см. гл. 4 и 6) перепады состоят из входной, транзитной и концевой частей.
Плиты ступеней перепада отделяют деформационными швами от боковых й сопрягающих подпорных стенок, что обеспечивает независимость осадки отдельных частей перепада и их благоприятное термонапряженное состояние. Конструктивно отдельные элементы перепадов мало отличаются от элементов других сооружений на каналах. Боковые и сопрягающие стенки— это обыкновенные гравитационные подпорные стенки, и их проектируют в соответствии со СНиП II-55—79. Они могут быть массивные, уголковые, контрфорсные и ячеистые. В необходимых случаях применяют заанкеренные (одной или несколькими тягами) подпорные стенки. Пазухи подпорных стенок засыпают грунтом из полезных выемок или карьеров. В качестве засыпок не допускается (или допускается лишь в отдельных местах) применять пылеватые и глинистые грунты. Для понижения уровня воды за стенкой, снижения фильтрационного противодавления на подошву фундаментной плиты, обеспечения необходимой суффозионной устойчивости грунтов засыпки и основания предусматривают застенные дренажные устройства, соединенные между собой поперечными дренами и оборудованные специальными коллекторами, выводящими воду из дренажей в перепад или в отводящий канал за ним.
Поверхности подпорных стенок, подвергающиеся волновым и ударным воздействиям потока, истиранию наносами и льдом и др., облицовывают материалами повышенной прочности и износоустойчивости. Расчет подпорных стенок на прочность и устойчивость выполняют согласно требованиям соответствующих глав СНиП. Наружную грань сопрягающих подпорных стенок, обращенную к водобойному колодцу, делают вертикальной или слегка наклонной (рис. 8.37,6). Длина ступеней должна быть такой, чтобы они хорошо вписывались в продольный рельеф. Истечение через стенки в концевых частях ступеней должно быть неподтопленным, чтобы движение потока на перепаде не стало таким как на быстротоке с искусственной шероховатостью. Входную часть перепада выполняют регулируемой (с затворами) или нерегулируемой, например с щелевым водосливом (рис. 8.37,а). Последний позволяет поддерживать в подводящем канале при всех расходах глубины, близкие к глубинам равномерного движения. Концевую часть устраивают в виде водобоев различных конструкций. Основные принципы проектирования таких устройств изложены в главе 4.4.
Для сокращения длины ступеней и уменьшения глубины выемок применяют полунапорные перепады (см. рис. 6.9, б, в). Они отличаются от открытых тем, что имеют участки напорного движения, создаваемые поперечными стенками или балками, располагаемыми позади водосливной стенки в конце ступени. Ширина полунапорных перепадов ограничивается условиями прочности и жесткости плиты (создающей напорное истечение сбросной струи) или расщепительной балки.
Напорные (закрытые) перепады применяют в тех случаях, когда сопряжение бьефов осуществляется на очень крутых склонах и при значительных перепадах отметок. Напорный перепад представляет собой шахту (рис. 8.38) или трубу. В некоторых случаях целесообразно устраивать перепад-быстроток, представляющий собой комбинацию этих сооружений.
При выборе конструкции и гидравлических расчетах ступеней следует учитывать, что увеличение высоты падения струи, сбрасываемой со ступени на ступень, приводит к увеличению длины ступени и стенки в ее конце. В этом случае число ступеней будет уменьшаться, а условия размещения длинных ступеней на склоне — усложняться. Для определения параметров шахтных и напорных трубчатых перепадов используют соответствующие методы гидравлических расчетов.