НИЗКОНАПОРНАЯ ГРУНТОВАЯ ПЛОТИНА

Предлагаемая полезная модель относится к области гидростроительства и может быть использована в конструкциях малых гидроузлов, в том числе малых ГЭС (МГЭС) с грунтовыми плотинами.
Известно, что наиболее распространенный вид аварий на плотинах МГЭС - это перелив воды через гребень плотины во время прохождения паводков, с расходами выше расчетных, в результате чего тело плотины разрушается, что в свою очередь может привести к затоплению близлежащих территорий и даже гибели людей. Подобные аварии возможны также в ситуациях, связанных с отказами механического оборудования МГЭС, ошибками при обслуживании его.
Так, в 1993 г. произошла авария на Киселевской грунтовой плотине (Урал), где паводок превысил расчетный. В 1994 г. Тирлянское водохранилище на реке Белой переполнилось, а затворы не смогли поднять в нужное время. В результате перелива плотина была разрушена, погибли люди (см. статью Малик Л.К. «ГЭС на малых реках России: достоинства и недостатки», Природа, №1, 2003 г., с.56).
Для предотвращения подобных аварий на грунтовых плотинах сооружаются переливные железобетонные участки со ступенчатым откосом (низовой гранью), обращенным к нижнему бьефу, позволяющим гасить энергию водных потоков и сокращать размеры водобойных устройств (см. статью Швайнштейна A.M. «Ступенчатые водосливные плотины и гашение энергии», Гидротехническое строительство, 1995, №6, с.15-21).
Однако после возведения грунтовой плотины в теле ее определенное время происходят неравномерные осадки грунта, вызывающие деформации переливного железобетонного участка плотины, что требует его периодического ремонта.
Прототипом заявляемого технического решения является низконапорная грунтовая плотина, включающая верховой и низовой откосы, гребень и основной водосброс (см. статью Лосева Е.Д. «О конструкциях грунтовых плотин Майнского гидроузла». Труды Гидропроекта, М., 1985, №102, с.120, рис.1).
Существенным недостатком прототипа, равно как и вышеназванных аналогов, является недостаточная пропускная способность основного водосброса плотины. Этот недостаток обусловливает низкую надежность конструкции и опасность эксплуатации прототипа.
Предлагаемая полезная модель направлена на решение задачи повышения пропускной способности водосбросной части низконапорной грунтовой плотины.
Для достижения указанного технического результата низконапорная грунтовая плотина, включающая верховой и низовой откосы, гребень и основной водосброс, содержит дополнительный водосброс, выполненный в виде лотка с порогом на отметке НПУ (нормальный подпорный уровень водохранилища), образованного выемкой грунта на гребне плотины и сопряженного с быстротоком, размещенным на низовом откосе плотины, при этом высота боковых стенок лотка не превышает уровень гребня плотины.
Заявителю не известны какие-либо технические решения, обладающие такой же совокупностью признаков, что и заявляемое. Это позволяет сделать вывод о том, что предлагаемая полезная модель удовлетворяет условию «новизна».
Благодаря реализации отличительных признаков заявляемого технического решения в совокупности с признаками, общими с прототипом, у заявляемого объекта появляются новые свойства - наличие дополнительного водосброса позволяет обеспечить запас пропускной способности водосбросной части плотины. Кроме того, предлагаемая конструкция исключает ошибки обслуживающего дополнительный водосброс персонала и отказ работы оборудования данного водосброса, ибо любое повышение уровня водохранилища над НПУ предусматривает автоматическое срабатывание (включение в работу) дополнительного водосброса. Эти новые свойства и обеспечивают высокую надежность конструкции предлагаемой плотины и безопасность ее эксплуатации.
Сущность заявляемой полезной модели иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлена принципиальная схема предлагаемой плотины (вид сверху), на фиг.2 - поперечный разрез по плотине и дополнительному водосбросу.
Плотина с гребнем 1 имеет верховой и низовой откосы 2 и 3 соответственно. Основной бетонный водосброс 4 примыкает к плотине со стороны правого берега. Дополнительный, в данном конкретном случае ступенчатый водосброс 5 представляет собой лоток 6, сопряженный со ступнчатым быстротоком 7, размещенным на низовом откосе 3 плотины и предназначенным для сбрасывания воды в нижний бьеф. Лоток 6 образован выемкой грунта на гребне 1 плотины и имеет порог 8 на отметке НПУ водохранилища, причем высота h боковых стенок 9 лотка 6 не превышает уровень гребня 1 плотины. Ширина b лотка 6 определяется по уточненному максимальному расчетному расходу с запасом отметки форсировки к гребню 1 плотины. Ширина быстротока 7 равна ширине b лотка 6. Стенки лотка 6 и быстротока 7 выполнены из железобетона. Выемка грунта под лоток 6 на гребне 1 плотины выполняется в период, когда водохранилище сработано до минимальных отметок.
В данном конкретном примере по гребню 1 плотины проходит автодорога, поэтому на плите порога 8 дополнительного водосброса 5 возведены опоры 10 моста 11.
Следует отметить, что из соображений надежности эксплуатации предлагаемого устройства целесообразно сооружать дополнительный водосброс 5 на гребне грунтовой плотины, уже несколько лет находящейся в эксплуатации. Это обусловлено тем, что в таком случае эксплуатация водосброса будет происходить в условиях устоявшегося напряженно-деформированного состояния плотины, в отсутствии деформаций из-за осадок грунта плотины.
Предлагаемая конструкция работает следующим образом. В нормальном режиме работы плотины (в отсутствии паводка) работает основной водосброс 4. При подъеме уровня водохранилища выше НПУ автоматически начинается работа дополнительного водосброса 5. Его пропускная способность повышается с подъемом уровня, обеспечивая сброс необходимых расходов. По окончании половодья водосброс 5 продолжает работать до тех пор, пока уровень водохранилища не понизится до НПУ.
Использование дополнительного водосброса создает следующие технико-экономические преимущества заявляемого технического решения по сравнению с прототипом:
1) Простоту конструкции и снижение эксплуатационных расходов - в дополнительном водосбросе нет никаких механизмов;
2) Исключение возможных ошибок обслуживающего персонала-водосброс включается в работу автоматически, как только уровень воды превысит НПУ;
3) Высокую надежность - конструкция водосброса не подвержена деформациям из-за стабилизации осадок грунтовой плотины;
4) Простота и надежность конструкции дополнительного водосброса
обусловливают его высокую ремонтопригодность.
В целом указанные преимущества обеспечивают высокую надежность конструкции предлагаемой грунтовой плотины и безопасность ее эксплуатации.
Для осуществления заявляемой полезной модели могут быть использованы известные строительные материалы и технологии, что, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения условию «промышленная применимость».