Прочие типы водосброса
Помимо описанных выше типов водосброса существует еще много других.
1. Закрытые башенные водосбросы с отводящим туннелем (рис. 10.29) или с отводящей трубой, строящиеся в открытой выемке под плотиной (рис. 10.30), устраивают в случае сравнительно малых сбросных расходов. При проектировании водоприемной башни этих водосбросов (см. рис. 10.10) надо опасаться ее всплывания. Иногда такие водосбросы устраивают в комбинации с водоспуском.
2. Закрытые туннельные водосбросы (рис. 10.31). Входную часть их проектируют с учетом правил, относящихся к строительным
3. Водосбросы специального типа имеют оригинальное устройство входной части (в частности, порога входного водослива). Отметим здесь следующие виды таких водосбросов:
а) шахтный водосброс типа «маргаритка» (рис. 10.32) с входным порогом фигурной формы. За счет такой формы значительно увеличивается длина водосливного фронта;б) водосброс с входным порогом лабиринтного типа (рис. 10.33), водосливной фронт которого оказывается также сильно развитым за счет фигурной формы порога; в) шахтный вихревой водосброс подобный водосброс проектируется для Бартогайского гидротехнического узла в Алма-Атинской области (Qpac= 120...250 м3/с; перепад 65 м).
4. Обычные водосбросы в теле бетонной плотины, имеющие глубинное входное отверстие, встречаются самого различного вида (рис. 10.35). Водопропускной тракт этих водосбросов рассчитывают по обычным формулам гидравлики. По длине водосброса, как правило, располагают (последовательно) затворы ремонтные (или аварийные) и основные (см. гл. 11). Обычно устраивают несколько водосбросных труб. Иногда отдельные секции таких водосбросных труб располагают на разных отметках, причем получают несколько ярусов входных глубинных отверстий, общая пропускная способность которых может доходить до 2000 м3/с и более.
Бетонную поверхность водосбросных труб иногда покрывают стальной облицовкой. Такая облицовка защищает бетон от истирания его движущимися наносами; предохраняет бетонную поверхность от кавитационной эрозии; снижает коэффициент шероховатости водопропускного тракта, а следовательно, повышает пропускную способность его; снижает фильтрацию воды через бетон, обусловленную гидродинамическим давлением в воде, движущейся по трубе; снижение же фильтрации способствует снижению выщелачивания бетона. При больших гидродинамических давлениях в трубе за счет стальной облицовки повышается и прочность конструкции.
5. Сифонные водосбросы. Их устраивают или в теле бетонной плотины (рис. 10.36, а, 6, в), или в виде «башни» — башенного типа (рис. 10.36, г).
Поясним, руководствуясь рис. 10.37, условия работы сифонного водосброса. Точка 2 сифонного водосброса находится на уровне НПУ; на этом же уровне устроено воздушное отверстие 1 (прерыватель). При поднятии уровня воды в верхнем бьефе выше НПУ воздушное отверстие затопляется водой (например, на высоту 0,1... ...0,12 м), при этом вода начинает переливаться через гребень сифона 2, имеющийся в его горловине. В точке 3 струя сходит с бетонного трамплина и ударяется о противоположную стенку сифона, причем в сифоне образуется замкнутая воздушная область
4. По истечении короткого промежутка времени воздух из этой области отсасывается струей, при этом сифон заряжается и начинает работать под напором Z (выходная скорость из сифона оказывается равной v = ф. В верхней части сифона, как известно, образуется вакуум.
При снижении уровня воды в верхнем бьефе, как только откроется воздушное отверстие 1, воздух через него начнет поступать в область вакуума, и сифон разрядится, причем горизонт воды в верхнем бьефе остановится на НПУ.
Часто сифонный водосброс, как и обычный водосброс, устраивают из нескольких труб. Иногда трубы сифонного водосброса разбивают на секции, причем воздушные отверстия секций в некоторых случаях располагают на разных отметках.
Площадь входного сечения сифонной трубы обычно назначают в 2...3 раза более площади сечения в «горловине». Размеры прямоугольного поперечного сечения сифонной трубы часто лежат в пределах: высота а=1,5...2,0 м; ширина Ь= (1,5...3,0) а; радиус закругления трубы в районе горловины г0 (1,5...2,5) а. Низовую часть сифонной трубы делают иногда суживающейся по течению (чтобы снизить вакуум в «горловине»), при этом величина Z может быть доведена до 30...40 м. Удельный расход для сифонных водосбросов доходит примерно до 125 м3/с на 1 м водосливного фронта.
Достоинства сифонных водосбросов: а) они могут пропускать большие расходы без значительного повышения уровня воды в верхнем бьефе; б) включение и выключение их осуществляются автоматически; в) отсутствуют затворы и подъемные механизмы (дорогие металлические конструкции).
Недостатки сифонных водосбросов: а) нельзя регулировать расход—сифонная труба, начав работать, пропускает полный расход до тех пор, пока не выключается из работы; б) через сифонные трубы трудно сбрасывать лед и плавающие тела; при наличии суровых климатических условий имеется опасность замерзания воздушного и входного отверстий; в) при включении и выключении сифонных труб может возникать вибрация сооружения.
Приведем несколько примеров построенных водосбросов разного типа (рис. 10.38...10.43).