ОБЛЕГЧЕННЫЙ ПАВОДКОВЫЙ РЕЗЕРВНЫЙ ВОДОСБРОС ПРИ ГРУНТОВОЙ ПЛОТИНЕ
LIGHT WEIGHT FLOOD RELIEF WATER DISPOSAL UNIT FOR GROUND WATER DAM

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано в качестве вспомогательного водосброса в береговой части тела грунтового подпорного сооружения для пропуска паводков редкой повторяемости, при наличии в составе гидроузла основного водосброса.
Известен резервный водосброс грунтового подпорного сооружения (патент RU 2256742, опубл. 20.12.1995), включающий устои, расположенную между устоями грунтовую размываемую вставку, выполненную в виде плотины с отметкой гребня ниже отметки гребня грунтового подпорного сооружения, и водобой, снабженный гасителями. Резервный водосброс грунтового подпорного сооружения разработан с целью снижения его материалоемкости по сравнению с бетонными водосбросами и может быть использован в качестве вспомогательного водосброса для пропуска паводков редкой повторяемости.
Недостатком данной конструкции является то, что размыв грунтовой вставки будет происходить в течение длительного периода времени, поскольку железобетонные плиты, устроенные на верховом откосе размываемой вставки, будут препятствовать размыву грунта, что, в свою очередь, может привести к преждевременному переливу воды через гребень плотины. Также после размыва грунтовой вставки пропуск паводковых вод будет осуществляться до отметки верха водосливной стенки, которая находится ниже отметки нормального подпорного уровня воды, что повлечет за собой сброс полезного объема воды, который предназначен для водопользователей.
Известен резервный водосброс грунтовой плотины (патент RU 2498007, опубл. 10.11.2013), предназначенный для пропуска чрезвычайных паводков, выполненный в гребне плотины, где устроен искусственный проран трапецеидального сечения, глубиной до отметки расчетного уровня перелива воды, в ложе которого уложено защитное покрытие из полимерного материала в виде геомембраны, закрепленной со стороны верхнего бьефа и на бровках откосов искусственного прорана пригрузами, а на низовом откосе плотины, по ширине искусственного прорана, устроен водопроводящий лоток, переходящий в водобойную часть водосброса, дно которых выполнено из двойного полотнища геомембраны с несовпадающими отверстиями, предназначенными для свободного отвода фильтрационного потока, приваренного к защитному покрытию искусственного прорана, а стенки и гасители энергии водного потока сформированы из гибких оболочек, заполненных песком.
Недостатком данного технического решения является то, что при пропуске паводков редкой повторяемости возможны повреждения защитного покрытия из геомембраны за счет гидродинамических сил водного потока и недостаточного его закрепления к основанию водосливного тракта резервного водосброса. Другим недостатком является устройство данной конструкции в гребне земляной плотины, что, в свою очередь, может повлиять на безопасность всего гидроузла в целом, если будет нарушена целостность защитного покрытия из геомембраны.
Наиболее близким техническим решением является резервный водосброс грунтового подпорного сооружения (варианты) (патент RU 2573328, опубл. 20.01.16), включающий грунтовую размываемую вставку, выполненную в виде призмы трапецеидального сечения, расположенную в водопроводящей части резервного водосброса, где по всему периметру ложа, а также на верховом и низовом откосах устраивается защитное покрытие из полимерной геомембраны, которая заполняется в период строительства грунтом, аналогичным телу плотины.
Недостатком вышеприведенного изобретения является то, что защитное покрытие быстроточной части резервного водосброса выполнено из геомембраны, где при пропуске паводков возникают существенные гидродинамические силы водного потока, которые могут привести к разрыву отдельных полотнищ покрытия из геомембраны между собой в местах их соединения.
Цель изобретения - устройство в береговой части грунтовой плотины облегченного паводкового резервного водосброса с размываемой грунтовой вставкой для безопасного пропуска расходов воды редкой повторяемости.
Облегченный паводковый резервный водосброс в береговой части тела грунтовой плотины предназначен для предотвращения разрушения плотины в случае пропуска сверхвысоких (поверочных) расходов воды.
Технический результат - безопасный пропуск паводка редкой повторяемости через сооружение за счет устройства надежного защитного покрытия по всей площади водосливного тракта облегченного паводкового резервного водосброса.
вст
Технический результат достигается за счет выполнения облегченного резервного водосброса при грунтовой плотине, включающего грунтовую размываемую вставку, представляющую собой призму трапецеидального сечения, расположенную в водопроводящей части резервного водосброса, где по всему периметру ложа, а также на верховом и низовом откосах устраивается защитное покрытие из геосотового геосинтетического материала с перфорацией, заполненного мелкозернистым щебнем и пористым бетоном, поверх которого уложена полимерная геомембрана с ребрами жесткости прямоугольного профиля, расположенная между водосливным порогом водосброса и размываемой грунтовой вставкой. При этом полимерная геомембрана закреплена металлическими анкерами с полиэтиленовой прокладкой и последующей ее заваркой к полимерному полотну защитного покрытия. Высота размываемой грунтовой вставки определяется по следующей формуле: , где Н - высота размываемой вставки, м;  - отметка форсированного подпорного уровня воды, м;  - отметка нормального подпорного уровня воды, м; а - превышение отметки  над верхом гребня размываемой вставки, м.
Изобретение поясняется фигурами: Фиг. 1 - Схема облегченного паводкового резервного водосброса при грунтовой плотине. Продольный разрез; Фиг. 2 - Схема водосливной части облегченного паводкового резервного водосброса. Поперечный разрез А-А; Фиг. 3 - Схема быстроточной части облегченного паводкового резервного водосброса. Поперечный разрез Б-Б; Фиг. 4 - Схема защитного покрытия. Узел 1.
Цифрами на чертежах обозначено: 1 - грунтовая размываемая вставка; 2 - защитное покрытие; 3 - грунтовая плотина; 4 - водосливной порог; 5 - водосливная часть резервного водосброса; 6 - быстротечная часть резервного водосброса; 7 - бетонный уступ; 8 - трубчатый дренаж; 9 - геосотовый геосинтетический материал с перфорацией; 10 - мелкозернистый щебень; 11 - пористый бетон; 12 - полимерная геомембрана с ребрами жесткости; 13 - основание защитного покрытия из суглинка; 14 - металлический анкер с полиэтиленовой прокладкой; 15 - замок; 16 - отводящий канал.
Облегченный паводковый резервный водосброс с грунтовой размываемой вставкой 1, представляющей собой призму трапецеидального сечения, расположенную в водопроводящей части резервного водосброса, где по всему периметру ложа, а также на верховом и низовом откосах устраивается защитное покрытие 2. Водосброс расположен в береговой части тела грунтовой плотины 3 на отметке нормального подпорного уровня (НПУ). Он имеет водосливной порог 4, который включает в себя водосливную 5 и быстроточную 6 части резервного водосбросного сооружения, а также бетонный уступ 7. Верховой и низовой откосы водосливного порога выполнены аналогично откосам грунтовой плотины.
Водосливная и быстроточная части водосброса имеют вид лотка трапецеидального поперечного сечения. Под быстроточной частью конструкции устраивается трубчатый дренаж 8 для отвода фильтрационных вод. По всей площади водосливного тракта водосброса и частично на верховом откосе водосливного порога укладывают полотнища защитного покрытия 2 из геосотового геосинтетического материала с перфорацией 9, которые крепят между собой с помощью сварки. Их заполняют мелкозернистым щебнем 10 и покрывают тонким слоем пористого бетона 11. Сверху на них, а также на оставшуюся часть верхового откоса водосливного порога укладывают полотнища полимерной геомембраны с ребрами жесткости 12, которые соединяют между собой с помощью сварки и закрепляют к основанию защитного покрытия из суглинка 13 металлическими анкерами с полиэтиленовой прокладкой 14 и последующей ее заваркой к полимерному полотну защитного покрытия. Геомембрану у основания верхового откоса водосливного порога водосброса закрепляют с помощью замка 15. Низовой откос водосливного порога заканчивается уступом 7, который расположен в теле уплотненного суглинка и выполнен из бетона. Сброс паводков редкой повторяемости осуществляется в отводящий канал 16.
Облегченный паводковый резервный водосброс грунтовой плотины выполняется следующим образом (фиг. 1-4).
В береговой части тела плотины формируют водосливной порог. После чего подготавливают основание для защитного покрытия в ложе водосливной и быстроточной частях резервного водосброса, которое выполняют из уплотненного механизированным способом суглинка. Далее в ложе укладывают геосотовый геосинтетический материал с перфорацией, который засыпают мелкозернистым щебнем и покрывают тонким слоем пористого бетона. После чего сверху укладывают геомембрану с ребрами жесткости, которую крепят к основанию защитного покрытия с помощью металлических анкеров с полиэтиленовой прокладкой. Для исключения фильтрации в местах крепления анкеров полиэтиленовые прокладки крепят экструзионной сваркой к полимерному полотну защитного покрытия (полимерная геомембрана). Для отвода фильтрационных вод под быстротоком предусмотрен трубчатый дренаж. За быстротоком выполняют бетонный уступ. При наличии проезжей части на грунтовой плотине после завершения строительства резервного водосброса предусматривается возведение сборно-разборного металлического моста.
Высота размываемой вставки определяется исходя из того, что отметка водосливного порога резервного водосброса устанавливается на отметке НПУ, а гребень вставки принимается ниже отметки ФПУ на 0,1-0,3 м. Такое расположение отметки гребня вставки характеризуется тем, что над ней необходимо создать дополнительный напора переливающегося потока воды, чтобы начался интенсивный размыв грунта тела вставки и не произошел перелив паводковых вод через гребень грунтовой плотины. Отсюда высота вставки будет определяться по следующей формуле:
,
вст
где Н - высота размываемой вставки, м;  - отметка форсированного подпорного уровня воды, м;  - отметка нормального подпорного уровня воды, м; а - превышение отметки  над верхом гребня размываемой вставки, м.
Резервный водосброс при грунтовой плотине работает следующим образом: при подъеме уровня воды в верхнем бьефе водохранилища до отметки ФПУ (фиг. 1-4) поток переливается через гребень грунтовой вставки, размывая ее до полимерной геомембраны защитного покрытия для пропуска паводков редкой повторяемости. Фильтрационный поток отводится через трубчатый дренаж в отводящий канал.
Использование данного изобретения позволит повысить надежность работы резервного водосброса и обеспечит безопасный пропуск сверхвысоких расходов воды в период паводков и половодий.