Грунтовая плотина с комбинированным водосбросом
EARTHFILL DAM WITH COMBINED SPILLWAY

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к гидроузлам с грунтовыми плотинами и водосбросами.
Известны различные конструкции фильтрующих водосбросов на грунтовых плотинах и дамбах. Данные водосбросы являются наиболее экономичным типом водосбросов и эффективным средством защиты от аварий на каменных плотинах при наполнении водохранилищ (Малаханов В.В. Фильтрующие водосбросы грунтовых плотин и дамб. Гидротехническое строительство, №3, 2018).
Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является грунтовая плотина [Патент РФ №2703421 на изобретение «Грунтовая плотина с фильтрующим водосбросом». Малаханов В.В., Антонов А.С. Приоритет с 20 декабря 2018 г.], включающая тело из водопроницаемого материала (камня, галечника, щебня) и противофильтрационного экрана, 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 отверстия - прорези общей площадью не менее 40% от общей площади стены, а сверху короб перекрыт железобетонной плитой, которая служит гребнем плотины. Этот короб со стеной с прорезями является водоприемником фильтрующего водосброса. Вода из водохранилища поступает внутрь короба и через гребень грунтовой части плотины фильтрует вниз в тело плотины, формируя фильтрационный поток.
В основании плотины у низового откоса для его защиты от размыва фильтрационным потоком также устанавливается короб или ряжевая 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 водопроницаемость стены с прорезями не менее водопроницаемости материала тела плотины.
Такая конструкция водосброса обеспечивает пропуск паводковых расходов путем фильтрации воды внутри короба в тело грунтовой плотины и выхода ее в нижний бьеф. Недостатком такой конструкции фильтрующего водосброса является его небольшая пропускная способность, не превышающая нескольких десятков кубических метров в секунду.
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение является увеличение пропускной способности водосброса за счет объединения в единый комплекс фильтрующего водосброса и открытого водосброса в виде быстротока.
мин
Технический результат достигается тем, что грунтовая плотина выполнена из водопроницаемого материала с противофильтрационным экраном. На расчетном уровне воды в водохранилище УВ размещен П-образный железобетонный короб без днища с прорезной стенкой со стороны водохранилища, а на основании плотины в пределах нижней части низового откоса установлен короб без днища, заполненный водопроницаемым материалом, с прорезными стенами, обращенными в сторону водохранилища и в сторону нижнего бьефа. При этом короб на гребне грунтовой части плотины выполнен без стены со стороны нижнего бьефа и имеет порог, а сверху короб перекрыт железобетонной плитой с парапетом, которая служит гребнем плотины, при этом за коробом по низовому откосу грунтовой плотины устроен быстроток из клиновидных плит, первая плита которого примыкает к порогу, а последняя (нижняя) плита является крышкой нижнего короба для выпуска фильтрационного потока в нижний бьеф, причем верх крышки совпадает с минимальным уровнем воды УНБ, при котором обеспечивается сопряжение бьефов безопасным поверхностным прыжком.
мин
Порог в коробе на гребне грунтовой части плотины может иметь высоту, при котором расход фильтрующего водосброса обеспечивает заполнение русла реки в нижнем бьефе до отметки УНБ, что актуально в начале паводка.
Порог в коробе на гребне грунтовой части плотины может быть выполнен в виде водослива (практического профиля, полигонального, трапецеидального, кругового очертания и т.п.), что увеличивает пропускную способность быстротока.
Размещенный на гребне плотины П-образный короб без днища и без стен со стороны водохранилища и со стороны нижнего бьефа или со стеной со стороны водохранилища с прорезями, во-первых, обеспечивает при повышении воды в водохранилище выше гребня экрана поступление воды в короб и далее вниз в тело плотины, т.е. выполняет функцию водоприемника фильтрующего водосброса, во-вторых, верх короба служит гребнем плотины, что приводит к значительному уменьшению поперечного профиля плотины, в-третьих, прорезная стенка короба задерживает плавающий мусор и выполняет роль волногасителя, что приводит к уменьшению высоты подъема волны и снижению отметки гребня плотины. А отсутствие в коробе стены со стороны нижнего бьефа обеспечивает движение потока воды к быстротоку. Количество коробов подбирается исходя из необходимой пропускной способности комбинированного водосброса. На участках плотины без водосброса устанавливаются такие же по размерам короба без днища, но со сплошными вертикальными стенками по всем сторонам короба, заполненные водопроницаемым грунтом, а с целью снижения отметки гребня плотины на верху коробов со стороны верхнего бьефа устраивается парапет.
На участке фильтрующего водосброса за ним по низовому откосу грунтовой плотины устраивается быстроток из клиновидных плит известной конструкции (например, по типу, представленного в статье Ю.П. Правдивца. журнал Гидротехническое строительство 1977, №7 с. 25), первая плита которого примыкает к порогу внутри верхнего короба, а последняя плита размещается на низовом коробе. Такая конструкция обеспечивает сопряжение сбрасываемого через быстроток потока с нижним бьефом безопасным поверхностным прыжком.
На Фиг. 1 изображен поперечный разрез грунтовой плотины с комбинированным водосбросом. Плотина 1 из хорошо водопроницаемого материала 2 (горной массы, щебня, гравийно-галечникового грунта) имеет экран 3. На гребне 4 грунтовой части плотины установлен короб 5 без днища и без стены со стороны нижнего бьефа, и с прорезной стеной 6 со стороны водохранилища. Сверху короб перекрыт железобетонной плитой 7 с парапетом 8, которая служит гребнем плотины. На отметке днища короба со стороны быстротока устраивается порог 9, к которому примыкает первая плита быстротока 10. На основании 11 плотины в пределах нижней части низового откоса грунтовой плотины установлен заполненный водопроницаемым грунтом короб 12, у которого, как стена, обращенная в сторону водохранилища, так и стена, обращенная в сторону нижнего бьефа, имеют прорези для пропуска фильтрационного потока. На верху нижнего короба установлена последняя плита 13 быстротока.
миш
Указана расчетная отметка уровня воды УВ в водохранилище, при превышении которой начинается перелив воды через экран 3 и поступление ее в короб 5, указаны: отметка уровня воды УВФ, совпадающая с отметкой верха порога при которой работает только фильтрующий водосброс, и отметка УВВ максимального уровня воды, на который рассчитана работа комбинированного водосброса при пропуске расчетного расхода паводка при работе и фильтрующего водосброса и быстротока. Стрелками показано направление движения потоков воды на быстротоке и при фильтрации воды в тело плотины, указана кривая депрессии 14 в теле плотины. Указан минимальный уровень воды в нижнем бьефе УНБ при котором начинает работать быстроток. Позиция 16 представляет контур грунтовой плотины без водосброса, а позиция 15 контур предлагаемой грунтовой плотины с водосбросом. Объем тела плотины между контурами 16 и 15 представляет собой сокращение объема грунтовой плотины с использованием предлагаемой конструкцией водосброса.
мин
Плотина с фильтрующим водосбросом работает следующим образом. При паводке уровень воды в водохранилище поднимается выше уровня УВ до уровня УВФ и вода начинает поступать в короб 5, из которого через гребень 4 грунтовой части плотины фильтрует вниз в тело плотины 1 и далее выходит в русло реки через нижний короб 12 со сквозными стенами. Поступающий в нижний бьеф поток воды заполняет русло до уровня УНБ. При уровнях воды в водохранилище выше УВФ вступает в работу быстроток, при этом прорезная стенка 6 короба 5 с парапетом 8 выполняет функцию гасителя волн, что дает возможность снизить отметку гребня плотины 7 и соответственно уменьшить объем тела плотины. При уровнях воды в водохранилище от УВФ до УВВ вода в нижний бьеф поступает путем фильтрации через тело плотины и через истечение по быстротоку. При уровне УВВ в водохранилище комбинированный водосброс пропускает расчетный паводок.
Такая конструкция комбинированного водосброса позволяет существенно увеличить его пропускную способность.
Кроме того, применение предлагаемой конструкции грунтовой плотины с комбинированным водосбросом позволяет уменьшить стоимость гидроузла за счет уменьшения объема тела грунтовой плотины, а также за счет отказа от дорогих береговых водосбросов или водосбросов внутри тела плотины традиционных конструкций (шахтных, башенных и т.п.).