Проектирование быстротока

 

Конструкции быстротоков. Для обеспечения безопасного пропуска расходов воды через открытый береговой водосброс в его состав обязательно входит сопрягающее сооружение. В качестве такого сооружения может применяться многоступенчатый перепад, быстроток, консольный перепад. Обычно выбор типа сопрягающего сооружения производится на основании технико-экономического сравнения вариантов различных сооружений. В курсовом проекте рассматривается сопрягающее сооружение в виде быстротока.

Быстроток состоит из входной части, лотка быстротока (водоската) и выхода (см. рисунки 3.10, 3.11).

Вход в быстроток проектируется в виде раструба, ширина которого изменяется от ширины сбросного канала В_к.с. до ширины лотка быстротока В_б. Значения В_к.с. и В_б были найдены ранее расчетами по предварительному определению основных размеров сооружений, входящих в открытый береговой водосброс. Длина входной части быстротока принимается равной (2÷3) · h_к.с., где h_к.с. - глубина воды в сбросном (соединительном) канале. Подпорные стены, образующие раструб на входе в быстроток, проектируются аналогично устоям сбросного шлюза. Толщина бетонной плиты на входе в быстроток принимается равной 0.3÷0.5 м. Как более тяжелые элементы боковые стены входа в быстроток, образующие раструб, отрезаются от плиты конструктивными швами.

Уклон лотка быстротока i_б обычно принимается соответствующим уклону местности (см., например, рис. 3.3). Боковые стены лотка быстротока представляют собой бетонные подпорные стены. Высота этих стен принимается в зависимости от глубины воды в лотке быстротока. Поперечное сечение таких стен проектируется аналогично устоям сбросного шлюза. Бетонное днище лотка быстротока принимается толщиной 0.3÷0.5 м. По длине лоток разрезается конструктивными швами на секции длиной 10÷15 м. Для предупреждения контурной фильтрации плиты днища быстротока устраиваются с зубьями. Чтобы защитить грунты за стенками лотка от намокания, вследствие бурного режима движения потока, рекомендуется устраивать отмостку полосы шириной 2÷2.5 м. Отмостка выполняется из бетонных плит толщиной 0.1÷0.15 м.

Выход из быстротока обычно проектируется в виде расширяющегося в плане (раструбного) водобойного колодца, который может быть со стенкой падения или без стенки падения. Боковые стены водобойного колодца представляют собой бетонные подпорные стены, которые проектируются аналогично устоям сбросного шлюза. Бетонная плита водобоя, которая отрезается от тяжелых боковых стен конструктивными швами, принимается толщиной 0.4÷0.6 м. За водобоем проектируется рисберма в виде каменной наброски или бетонных плит размерами от 1.5 1.5 м до 3 3 обязательно на двухслойном обратном фильтре. Длина рисбермы принимается не менее длины водобойного колодца.

Рис. 3.10. Конструкция входа в быстроток.

 

Гидравлические расчеты быстротока. Эти расчеты включают расчет входа в быстроток, расчет лотка быстротока и расчет выхода из быстротока. Схема к гидравлическому расчету быстротока показана на рис. 3.

Расчет входа в быстроток заключается в проверке пропускной способности при принятой ширине лотка быстротока В_б. Этот расчет сводится к определению значения расчетного расхода воды Q_б, который может пропустить быстроток. Этот расход Q_б должен быть не меньше максимального расчетного расхода воды Q.

Значение Q_б может быть определено по формуле незатопленного водослива с широким порогом

, (3.29)

где т_б – коэффициент расхода водослива с широким порогом т_б = 0.35 [12]; В_{б .} – ширина лотка быстротока; Н_б – напор на пороге быстротока, равный глубине воды в сбросном (соединительном) канале; Н_б0 – напор на пороге быстротока с учетом скорости подхода, равный

; (3.30)

V_к.с. – скорость воды в сбросном (соединительном) канале.

 

 

 

Рис. 3.11. Схема к гидравлическому расчету быстротока

 

Расчет лотка быстротока сводится к построению кривой свободной поверхности воды в лотке быстротока по методу Б.А. Бахметева или по методу В.И. Чарномского. В курсовом проекте рекомендуется использовать метод В.И. Чарномского. Для выполнения расчетов необходимо определить критическую и нормальную глубины в быстротоке.

Значение критической глубины h_кр.б, которая устанавливается в начале лотка быстротока, может быть найдено по формуле

, (3.31)

где q_б - удельный расход воды в лотке быстротока, равный

. (3.32)

Значение нормальной глубины h ₀, соответствующей равномерному режиму движения воды в лотке быстротока, может быть найдено по приближенной формуле [12]

, (3.33)

где п_б - коэффициент шероховатости бетонного лотка быстротока, значение которого может быть принято в пределах от 0.016 до 0.019 [12].

Последовательность расчетов для построения кривой свободной поверхности воды в лотке быстротока по методу В.И. Чарномского может быть принята следующей.

1. Задаются значениями глубины воды в быстротоке h_i, м, в пределах от h_кр.б до h ₀.

2. Для каждого из значений глубины воды в быстротоке определяются следующие величины: площадь живого сечения ω;, м²; смоченный периметр χ;, м; гидравлический радиус R, м; коэффициент Шези С, определяемый по формуле Маннинга; скорость течения V, м/с.

, , , , . (3.34)

3. Находятся средние значения скорости течения V_m, м/с, гидравлического радиуса R_m, м, коэффициента Шези C_m, а также вычисляются значения уклона трения i_f.

, , (3.35)

, . (3.36)

4. Вычисляются расстояния между створами l_i, м, с глубинами h_i и h_{i -1}, м.

. (3.37)

Расчеты целесообразно выполнять в табличной форме.

По полученным данным может быть построена кривая свободной поверхности воды в лотке быстротока (см. рис. 3.11). По этой кривой может быть определена глубина воды в конце быстротока. Скорости воды в быстротоке не должны превышать предельной для бетона V_пр = (15 ÷ 20) м/с.

Расчет выхода из быстротока сводится к определению размеров водобойного колодца по обычным формулам гидравлики. Может быть принята такая последовательность расчета выхода из быстротока.

1. Принимается значение сжатой глубины в начале колодца равное значению нормальной глубины потока при равномерном движении .

2. Определяется значение второй сопряженной глубины

. (3.38)

3. Находится требуемое значение глубины водобойного колодца

. (3.39)

Принимается глубина водобойного колодца быстротока, округляя полученное значение в большую сторону с точностью до 0.1 м.

4. Вычисляется длина гидравлического прыжка , м

. (3.40)

5. Определяется требуемая длина водобойного колодца

. (3.41)

Принимается длина водобойного колодца быстротока, округляя полученное значение в большую сторону с точностью до 0.1 м.

Ниже дан пример гидравлического расчета быстротока.

Пример 3.6. Гидравлический расчет быстротока. Расчетная схема показана на рис. 3. 12