Водосбросное сооружение
Выбор трассы и типа, обоснование и описание конструкции
Водосбросное сооружение при глухих плотинах предназначено для сброса паводковых вод, когда водохранилище наполнено до НПУ. Тип водосбросного сооружения выбирается в зависимости от гидрологического режима в ВБ и НБ: скорости подхода воды, направления течения, степени зарегулированности стока.
Конструкция его зависит от величины паводкового расхода, величины перепада уровней в ВБ и НБ, рельефа местности.
Выбор трассы водосбросного сооружения зависит от типа и размеров водосбросного сооружения, топографических условий, назначения гидроузла. Трассу водосбросного сооружения проектируют так, чтобы подошва сооружения располагалась на достаточно прочном грунте.
Трассу сооружения открытой конструкции в пределах плотины проектируют перпендикулярно к оси плотины. Конечную часть (гаситель) располагают от подошвы плотины на расстоянии (75…100)м.
Гидравлический расчет
Задачей гидравлического расчета является определение основных размеров траншеи, расчет перепада, а также расчет нижнего бъефа.
Длину водосливного порога, при неподтопленном водосливе, вычисляют по формуле:
где Q=Qрасч=Qmax=150 м3/с
m-коэффициент расхода, равный 0,36;
Н- напор на пороге водослива.
Н= 
=49,50-48,50=1,0 м
Скорость течения в траншее определяется:
Определяем удельный расход
Берем ряд сечений на расстоянии х от О до L. Расходы проходящие через соответствующие сечения (см.рис.4) определяем по формуле:
Qх=qX
где: Х- расстояние от торца траншеи до соответствующего сечения, м;
Расход в каждом сечении определяется по формуле:
гдеа – коэффициент пропорциональности, равный
Зная средние скорости, определяем площадь живого сечения в каждом сечении:
При известных значениях площади живого сечения и коэффициента заложения откоса определяем глубину из выражения:
Определяем для каждого сечения уклон: 
Все дальнейшие расчеты сводим в таблицу 4.2.1
Таблица 4.2.1 Результаты расчетов
| № п.п. | X, м | Q, м3/с | V, м/с | ω, м2 | b, м | h, м | χ, м | R, м | n | С | i | Δh | отм. своб. пов-ти | отм. дна транш. |
| 30,02 | 1,698 | 17,76 | 2,17 | 10,35 | 1,72 | 0,013 | 84,19 | 0,000235 | 0,0045 | 48,496 | 46,33 | |||
| 60,04 | 1,892 | 31,74 | 2,71 | 14,42 | 2,20 | 87,76 | 0,000211 | 0,0080 | 48,488 | 45,79 | ||||
| 90,06 | 2,093 | 43,04 | 2,89 | 17,78 | 2,42 | 89,16 | 0,000228 | 0,0130 | 48,475 | 45,61 | ||||
| 120,08 | 2,294 | 52,35 | 2,92 | 20,84 | 2,51 | 89,71 | 0,000260 | 0,0198 | 48,455 | 45,58 | ||||
| 150,10 | 2,495 | 60,17 | 2,88 | 23,76 | 2,53 | 89,83 | 0,000305 | 0,0289 | 48,426 | 45,62 |
Далее проведем гидравлический расчет отводящего канала.
Площадь живого сечения равна:
Примем что канал выполнен из бетона марки Mb 75 для которой допустимая скорости на размыв равна Vдоп =4,2 м/с
Ширину канала по дну примем равной ширине траншеи на выходе:
Коэффициент заложения откосов примем равным m=1,5.
Методом подбора определим глубину воды в отводящем канале.
Таблица 4.2.2 Результаты подбора глубины воды в канале
| h, м | 1,0 | 1,2 | 1,4 | 1,6 | 1,73 | 1,8 |
| ω, м2 | 19,50 | 23,76 | 28,14 | 32,64 | 35,62 | 37,26 |
Принимаем глубину воды в отводящем канале h=1,73 м.
Примем превышение бровки канала над уровнем воды равным 0,4 м.
Высота канала равна:
Ширина канала по верху равна:
Ширина ступени перепада равна:
где m - коэффициент расхода, m=0,36
ε - коэффициент бокового сжатия, ε=0,9
Н0 – глубина воды в траншее, м
Уточняем коэффициент бокового сжатия
где ξ – коэффициент формы береговых устоев, ξ=0,7
n- число боковых сжатий потока
Уточняем ширину ступени перепада:
Далее определяем число ступеней по формуле:
где z –разность отметок дна траншеи и отводящего канала, м;
p – высота стенки падения, м;
d – глубина водобойного колодца на промежуточных ступенях, м.
Определим критическую глубину по формуле:
Примем высоту стенки падения равной:
Глубину водобойного колодца определим по формуле:
Определим количество ступеней:
Расчёт первой ступени
Определим глубину воды в сжатом сечении из формулы:
Подставим все известные значения в данную формулу:
Первую сжатую глубину определим методом подбора.
Таблица 4.2.3 Результаты определения первой сжатой глубины
| hc1, м | 0,2 | 0,4 | 0,6 | 0,8 | 1,0 |
| q, м2/с | 1,76 | 3,45 | 5,07 | 6,61 | 8,06 |
Исходя из рисунка 7 первая сжатая глубина равна:
Определим вторую сжатую глубину по формуле:
Из формулы водослива с тонкой стенкой определим напор на первой ступени:
Глубина воды на водосливе равна:
Глубина водобойного колодца на первой ступени равна:
Длина водобойного колодца на первой ступени определяется по формуле:
где L01 и Lпр1 – соответственно длина отлета струи и длина прыжка на первой ступени, м.
Расчёт второй ступени
Определим глубину воды в сжатом сечении из формулы:
Подставим все известные значения в данную формулу:
Первую сжатую глубину определим методом подбора.
Таблица 4.2.3 Результаты определения первой сжатой глубины
| hc2, м | 0,2 | 0,4 | 0,6 | 0,8 | 1,0 |
| q, м2/с | 1,81 | 3,56 | 5,23 | 6,83 | 8,34 |
Исходя из рисунка 8 первая сжатая глубина равна:
Определим вторую сжатую глубину по формуле:
Из формулы водослива с тонкой стенкой определим напор на второй ступени:
Глубина воды на водосливе равна:
Глубина водобойного колодца на первой ступени равна:
Длина водобойного колодца на первой ступени определяется по формуле:
где L01 и Lпр1 – соответственно длина отлета струи и длина прыжка на первой ступени, м.
Расчёт последней ступени
Последняя ступень рассчитывается с учетом того, что здесь происходит сопряжение с отводящим каналом.
Длина последней ступени равна:
где Lзап – длина запаса, м
Глубину колодца вычислим по формуле:
где 
– коэффициент запаса, равный 1,05;
ΔZ – перепад уровней при выходе из колодца в канал.
Так как последняя ступень представлена в виде сужающегося в плане раструба, то необходимо рассчитать угол роспуска.
Используя таблицы Брадиса находим угол роспуска:
Гидротехнический расчет
На основании фильтрационных расчетов нужно так запроектировать подземное очертание гидротехнического сооружения, чтобы оно способно было уменьшить расход воды под сооружением, снизить величину выходной скорости фильтрации и уменьшить расчетное давление на подошву флютбета.
Определяем отношение длины флютбета к его высоте:
Где: lo- проекция подземного контура на горизонталь;
So- проекция подземного контура на вертикаль
Исходя из данного условия определим активную зону фильтрации для напора:
Определим активную зону фильтрации для выходного градиента по формуле:
За расчетную глубину залегания активной зоны примем наименьшее из двух значений.
Разбиваем заданный подземный контур на отдельные элементы (см.рис.9). Для выделенных участков подземного контура при установленномТрасч определяем числовые значения коэффициентов сопротивления:
а) коэффициент сопротивления входного элемента подземного контура
б) коэффициенты сопротивления горизонтальных элементов контура:
в) коэффициент сопротивления на выходе
Далее вычисляем потери напора по длине каждого элемента подземного контура:
hn= 
,
где: ξn-коэффициент сопротивления рассматриваемого элемента контура.
Определяем фильтрационный расход:
Вычисляем выходной градиент фильтрационного напора по формуле:
Условие выполняется.
Статический расчет
В задачи статического расчета входит определение устойчивости стенок перепада на опрокидывание.
Схема к статическому расчету приведена на рисунке 10.
Нагрузка от собственного веса стенки перепада равна:
где ωст – площадь поперечного сечения стенки перепада, м2;
γст – плотность материала стенки, т/м3.
Нагрузка создаваемая грунтом равна:
где 
– площадь поперечного сечения грунта возле стенки, м2
γст – плотность грунта возле стенки, т/м3.
Давление грунта на стенку равно:
Проверим сооружение на опрокидывание:
Условие выполняется. Стенка устойчива к опрокидыванию.
Таблица объемов работ
Таблица 4.5.1 Таблица объемов работ
| № | Наименование работ | Единица измерения | Количество единиц |
| Выемка грунта по трассе водосброса | м3 | 278091,6 | |
| Бетонные работы а) траншея б) перепад | м3 м3 | 2703,2 1250,6 | |
| Устройство гравийно-песчаной подготовки | м3 | 1181,6 | |
| Водобойный колодец | м3 | ||
| Устройство рисбермы (плиты ПКП 2х2) | шт. |