Грунтовая плотина с фильтрующим водосбросом
GROUND DAM WITH FILTER SPILLWAY

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к гидроузлам с грунтовыми плотинами и водосбросами.
Известна плотина из местных материалов с ядром, с примыкающими к нему переходными зонами со стороны верхнего и нижнего бьефов, и с надстройкой на гребне ядра из уголковых элементов, подвижно соединенных между собой торцов горизонтальных полок (фундаментных плит), один из которых расположен на гребне ядра, а другой на гребне переходной зоны со стороны нижнего бьефа (Авторское свидетельство СССР №896165). Надстройка из уголковых элементов на гребне ядра плотины выполняют роль противофильтрационного устройства и позволяет значительно уменьшить объем грунтовой части плотины и тем самым снизить ее стоимость.
Наиболее близкой по существующим признакам и достигаемому результату является грунтовая плотина с фильтрующим водосбросом, включающая противофильтрационный экран с гребнем и участком верхового откоса из водопроницаемого материала (камня, гальки и т.п.) за экраном в виде канала (патент на изобретение №2011735). Участок верхового откоса за экраном выше дна канала является фильтрующим водосбросом, что позволяет отказаться от берегового или донного водосброса или уменьшить их размеры и тем самым снизить стоимость водосброса.
Недостатком этой конструкции является увеличение объема грунтовой плотины из-за необходимости устройства за экраном трапецеидального канала, что приводит увеличению объема плотины и соответственно к ее удорожанию.
Сущность изобретения - создание фильтрующего водосброса на грунтовой плотине с экраном.
Технический результат - безопасный пропуск паводкового расхода путем пропуска воды через фильтрующий водосброс и уменьшение объема грунтовой плотины.
Технический результат достигается за счет устройства железобетонных коробов (ряжевых конструкций) на гребне плотины и в основании низового откоса. На грунтовой плотине, включающей тело из водопроницаемого материала (камня, галечника, щебня) и противофильтрационный экран, за экраном на отметке верха экрана, совпадающей с расчетным уровнем воды УВ в водохранилище, размещается полый железобетонный короб или ряжевая железобетонная конструкция без днища, вертикальная стена которого, обращенная в сторону верхнего бьефа, выполнена не сплошной, а имеет прорези общей площадью не менее 40% от общей площади стены, а сверху короб перекрыт железобетонной плитой, которая служит гребнем плотины. Эта стена с прорезями является водоприемником фильтрующего водосброса. В основании плотины у низовой грани также устанавливается короб или ряжевая железобетонная конструкция без днища, вертикальные стены которого, как со стороны верхнего, так и со стороны нижнего бьефа, имеют прорези общей площадью не менее 40% от общей площади стены для прохода фильтрационного потока из плотины в нижний бьеф, а сам короб заполнен водопроницаемым материалом (камнем, галечником, щебнем). Площадь прорезей не менее 40% обусловлена тем, что водопроницаемый материал тела плотины имеет пористость не менее 40%. Таким образом, обеспечивается проницаемость стены не менее водопроницаемости материала тела плотины.
Размещенный за экраном на отметке верха экрана, совпадающей с расчетным уровнем воды УВ в водохранилище, короб без днища с прорезями на стене со стороны верхнего бьефа, во-первых, обеспечивает при повышении воды в водохранилище выше гребня экрана поступление воды в короб и далее вниз в тело плотины из водопроницаемого материала, т.е. выполняет функцию водоприемника фильтрующего водосброса, во-вторых, верх короба служит гребнем плотины, в-третьих, прорезная стена короба выполняет роль волногасителя, что приводит к уменьшению высоты подъема волны и снижению отметки гребня плотины, все это приводит к значительному уменьшению поперечного профиля плотины. Количество коробов и его размеры подбирается исходя из необходимой пропускной способности фильтрующего водосброса при изменении уровня воды в водохранилище от расчетного уровня УВ до максимального уровня УВВ. На участках плотины без фильтрующего водосброса устанавливаются такие же по размерам короба без днища со сплошной вертикальной стеной, обращенной в сторону верхнего бьефа.
На фиг. 1 изображен поперечный разрез грунтовой плотины 1 из водопроницаемого материала 2 (камня, галечника, щебня) и с противофильтрационным экраном 3. За экраном на гребне 4 грунтовой части плотины на отметке верха экрана, совпадающей с расчетным уровнем воды УВ в водохранилище, установлен короб 5 без днища с прорезями в стене 6 обращенной в сторону верхнего бьефа. Сверху короб перекрыт железобетонной плитой 7, которая служит гребнем плотины. В основании плотины 8 у низовой грани 9 установлен короб 10, вертикальные стены, которого, как со стороны верхнего, так и со стороны нижнего бьефа, имеют прорези для пропуска фильтрующего потока. Указана расчетная отметка уровня УВ в водохранилище, при превышении которой начинается работа фильтрующего водосброса - перелив воды через экран 3 и поступление ее в короб 5, и отметка максимального уровня воды УВВ, на который рассчитана работа фильтрующего водосброса и при которой обеспечивается его расчетная пропускная способность. Стрелками показано направление фильтрации воды и указана кривая депрессии 11 в теле плотины. Указан уровень УНБ воды в нижнем бьефе. Позиция 12 пунктиром представляет контур грунтовой плотины с экраном без фильтрующего водосброса. Объем тела плотины между контуром 12 и контуром 9 представляет собой сокращение объема плотины с использованием предлагаемой конструкции фильтрующего водосброса.
Плотина с фильтрующим водосбросом работает следующим образом. При паводке уровень воды в водохранилище поднимается выше расчетного уровня УВ до максимального уровня УВВ, и вода начинает поступать через разрезную стену 6 в короб 5, из которого через гребень 4 грунтовой части плотины фильтрует вниз в тело плотины 1 с кривой депрессии 11 и далее выходит в русло реки через короб 10 со сквозными стенами. При фильтрации воды из короба через гребень грунтовой части плотины 4 поток воды фильтрует с градиентом равным единице, что больше, чем при фильтрации через верховой откос в прототипе, т.е. предлагаемая конструкция фильтрующего водосброса имеет большую пропускную способность. При уровнях воды в водохранилище выше УВ или несколько ниже его прорезная стенка 6 короба 5 выполняет функцию гасителя волн, что дает возможность снизить отметку гребня плотины 7 и соответственно уменьшить объем тела плотины.
Размещение на основании в пределах низового откоса плотины короба без днища, заполненного водопроницаемым материалом, с прорезными стенами, обращенными в сторону верхнего бьефа и в сторону нижнего бьефа, обеспечивает надежный без подмыва низового откоса пропуск фильтрационного потока в нижний бьеф, а также позволяет несколько уменьшить объем тела плотины.
В прототипе водоприемник фильтрующего водосброса в виде канала за экраном образуется за счет смещения плоскости верхового откоса на величину ширины канала в сторону водохранилища, что приводит к необходимости соответствующего увеличения профиля грунтовой плотины и соответственно к увеличению ее объема и стоимости.
Применение предлагаемой конструкции грунтовой плотины с фильтрующим водосбросом в виде железобетонного короба позволяет уменьшить стоимость гидроузла за счет уменьшения объема тела грунтовой плотины, а также за счет отказа от берегового или донного водосброса или его уменьшения.