Шпоры
Шпоры — поперечные по отношению к течению потока или косонаправленные сооружения, не перекрывающие его. Они подразделяются на защитные, выправительные и водозахватные.
Защитные шпоры, обычно короткие, предназначены для защиты от размыва берега, откосов земляных сооружений (дамб и низконапорных плотин) .
Выправительные шпоры служат для удержания потока на трассе выправления. Длина их может быть различной, крепят же только головную часть, непосредственно взаимодействующую с потоком.
Водозахватные шпоры строят на реках с большой скоростью течения для привлечения к водозабору дополнительного расхода воды (обычно на горных и предгорных участках рек).
Часть шпоры, непосредственно воздействующая на поток, называется головой ее, а упирающаяся в берег (в специальную врезку)—корнем. Это наиболее уязвимые части шпоры.
Шпоры могут быть глухие и сквозные (проницаемые, например, из сквозных железобетонных тетраэдров или свай-оболочек), затопляемые и при уровне высоких вод (УВВ) и постоянно переливные. На рисунке 10.23 изображена шпора наиболее простой конструкции, возведенная для защиты берега от размыва. Набегающий на откос поток направляется вдоль рабочего откоса. В зоне сбойного течения дно размывается. У хорошо построенной шпоры яма местного размыва удалена от головы шпоры на безопасное расстояние. Часто яма размыва формируется непосредственно у головы шпоры, и грунт, из которого она построена, сползает в яму размыва.
Наибольшую глубину местного размыва определяют по зависимости (10.14).
Опыт показал, что одну шпору делать нельзя: имея два уязвимых места — голову и корень, она может быть разрушена потоком; надо устраивать не менее трех шпор подряд (лишь в особо благоприятных условиях — две). Первую шпору делают малой длины, чтобы опасность ее разрушения была минимальной; вторую строят под защитой ее корня первой шпорой и, наконец, третью и все последующие рабочие шпоры возводят так, чтобы головы их были на запроектированной трассе выправления.
Расстояние между шпорами определяют в соответствии с расчетной схемой, пример которой для течения потока параллельно берегу приведен на рисунке 10.24. При первой возможности на участке строительства шпор надо делать поплавочные съемки и вносить
Шпоры бывают разных типов (рис. 10.25), Г-образная шпора (рис. 10.25,6) является развитием обычной (рис.10.25,а). При ней перепад за счет скоростного напора рассредоточивается на длине продольной вставки (до 0,4 1Р); при этом ямы местного размыва смещаются от шпор вниз, а глубина их меньше. Кроме того, расстояние между такими шпорами больше, так как следует учитывать длину продольной вставки и угол растекания, который будет меньше 9°.
На рабочем откосе обычной шпоры формируется нисходящее течение, направленное к подошве откоса и к голове. Оно оттесняет придонные речные струи с наносами и служит причиной размыва дна у рабочего откоса и головы шпоры. Совсем противоположный эффект дает криволинейная шпора, особенно если она длинная (рис. 10.25, в). Вдоль криволинейного рабочего (верхового) откоса шпоры формируется течение с искривлением струй. Действующие на массы воды центробежные силы приводят к тому, что вблизи откоса уровень воды устанавливается ниже, чем в удалении от них. Возникает эффект поперечной циркуляции, в результате которого наносы «наметаются» на нижнюю часть рабочего откоса, то есть угрозы размыва рабочего откоса нет. Голова шпоры оказывается в области водоворота и заносится наносами.
Глухие шпоры строят чаще с осью по течению (рис. 10.25, г).
Интересный эффект использовал А. И. Лосиевский, предложивший затопление шпоры с осью против течения (рис. 10.25,d). На каждой шпоре имеется перепад уровней (по схеме затопленного водослива), который формирует течение поперек оси шпор, поэтому набегающий на шпоры поток отклоняется от берега и тем ослабляется его размывающее воздействие. Кроме того, на низовом откосе шпоры формируется компенсационное движение придонных струй с наносами к берегу, и это также служит защитным средством. Наиболее уязвимое место у этой конструкции — голова шпоры.
Часто строят сквозные шпоры, например из железобетонных тетраэдров, сеток и т. д. Следует учитывать, что обилие в реках мусора (растительные остатки) изменит расчетную сквоз- ность, отчего конструкции могут потерять устойчивость или оползут в яму размыва непредвиденной глубины.