Водосбросы. Существование и эксплуатация плотинных водоемов невозможны без основных сооружений, обеспечивающих их безопасность (водосбросов) и хороших условий эксплуатации и ремонта (водоспусков). Водосбросы бывают с глубокими колодцами (шахтные, ковшевые и др.) и могут служить и для опорожнения водоема. В то же время донные водоспуски могут выполнять функцию управляемых глубинных водосбросов.

Типы конструкции водосбросов определяются топографическими, геологическими, гидрогеологическими, гидрологическими, эксплуатационными условиями. Водосбросы могут устраиваться как в берегах балки или ручья, так и в теле плотины. Береговые водосбросы располагаются обычно непосредственно около плотины и сбрасывают воду в ту же балку (ручей) или в соседний водоток (понижение). Водосбросы в теле земляных плотин располагают в русле или на пойме балки (ручья).

Основными элементами водосбросов, расположенных в берегах, являются подводящий канал криволинейного или прямолинейного очертания в плане, водосливная часть в виде водослива с широким порогом и сбросная часть в виде быстротока или многоступенчатого перепада.

По конструкции водосбросы подразделяются на открытые и закрытые. Водосбросы в теле плотины устраивают закрытыми (сифонные и шахтные).

Сифонный водосброс (рис. 6.5) в зависимости от расхода устраивают из железобетонных, металлических или асбестоцементных труб из одной или нескольких ниток (до 6 шт.), опор и раструбных оголовков в верхнем и нижнем бьефах. Гребень сифона располагается на отметке нормального подпорного уровня. Входной оголовок оборудуется воздухоотводящими металлическими трубками. Верхняя кромка оголовка заглубляется на 0,2 м ниже НПУ. Нижний бьеф сооружения крепится железобетонными плитами, верхний — железобетонными плитами и камнем, уложенным в один слой. Этот тип водосброса является автоматическим. При разности бьефов от 5 до Юм его пропускная способность составляет 1,2...5,8 м3/с по одной нитке и диаметре труб 576...960 мм.

Рис. 6.5. Сифонный водосброс (размеры указаны в м): 1 — одиночное мощение; 2 — плита крепления; 3 — раструб; 4 — опора; 5 — звенья круглых труб; 6 — гравийно-песчаная подготовка

Шахтный водосброс обычно устраивают из монолитного и сборного железобетона. Он работает в автоматическом режиме. Основными элементами конструкции являются шахта, напорный трубопровод и гаситель энергии. Гребень водослива устраивают на отметке НПУ. Напор на водосливе принимают до 0,8... 1,0 м. Для полного опорожнения водоема в нижней части шахты предусматривается отверстие, перекрываемое затвором, а при необходимости и рыбоудерживающей решеткой.

Напорный трубопровод укладывают на бетонный фундамент. Для гашения напора фильтрационного потока вдоль трубопровода устраивают диафрагмы. Гашение энергии в нижнем бьефе обеспечивается решетчатым или иным видом гасителя.

Более эффективными являются водосбросы с малыми удельными расходами воды (до 0,5 м3/с). Они более просты, более зрелищны с точки зрения ландшафтной архитектуры и удобны в эксплуатации. Водосбросы устраивают в виде лотков — быстротоков с нормальной шероховатостью.

Водосброс из монолитного бетона представляет собой лоток трапецеидального сечения с любым коэффициентом заложения откоса (обычно т = 1). Водослив, быстроток и водобойный колодец разделены швами. Размеры отдельных участков в пределах швов колеблются обычно в пределах 12... 14 м2. Бетон укладывают толщиной 0,10...0,15 м на подготовку из гравия или щебня толщиной 0,10 м. Между водосливом и быстротоком, а также между быстротоком и водобойным колодцем устраивают заборные стенки. Перед водосбросом сооружают ледозащитную стенку. Водобойный колодец образуется за счет выемки и насыпи буферной дамбочки, облицованной монолитным бетоном. Вместо водобойного колодца может быть устроена водобойная стенка. Сравнительный экономический анализ показал, что водосброс из монолитного бетона в 2,3 раза дешевле сифонного водосброса.

Водоспуски. По конструкции они бывают открытыми и закрытыми. В земляных плотинах обычно устраивают закрытые трубчатые водоспуски из металлических, асбестоцементных и железобетонных труб. В конце трубчатых водоспусков предусматривают устройство для гашения энергии.

Закрытый сифонный водоспуск из металлических труб диаметром 150... 300 мм рассчитан на расход воды 0,020...0,345 м3/с при разности бьефов 0,5...6,0 м.

Применение этого водоспуска возможно при разности отметок наивысшей точки оси сифона и минимального уровня воды в отводящем русле не более 7 м. В работу водоспуск запускается с помощью вакуум-насоса. Гашение энергии в нижнем бьефе происходит в воронке размыва или колодезном гасителе.

Рис. 6.6. Закрытый трубчатый водоспуск с низовым затвором: 1 — канат; 2 — натяжной конец; 3 — выходной оголовок с затвором; 4 — диафрагмы; 5 — стальной трубопровод

Закрытый трубчатый водоспуск с низовым затвором (рис. 6.6) выполняется из металлических труб диаметром 150...400 мм. Пропускная способность составляет 0,02...0,77 м3/с при напоре 0,5...7,0 м. Для уменьшения скорости фильтрации вдоль трубы предусмотрены диафрагмы и обсыпка водонепроницаемым грунтом. Входной и выходной оголовки расположены на основании из бетонных или деревянных свай. На входном оголовке устанавливают решетку с просветами 20 мм и ремонтный затвор; на выходном — рабочий затвор. Ремонтный затвор устанавливают не всегда. Энергия потока на выходе гасится в воронке размыва, а также гасителем свайного или колодезного типа.

Ремонт плотин. При реставрации памятников садово-паркового искусства часто приходится сталкиваться с необходимостью реставрации и реконструкции земляных плотин. Особенностью плотин прошлых веков является то, что они, как правило, не соответствуют современным нормам проектирования и строительства. Это несоответствие заключается в отклонении от современных норм таких показателей, как ширина гребня, коэффициенты заложения верхового (мокрого) и низового (сухого) откосов, отсутствии дренажных призм и других элементов дренажа, а также отсутствии противофильтрационных экранов, зуба, шпунтовых стенок, ядра и т.д. Водосбросы старых плотин были, как правило, грунтовыми и часто не закрепленными на гребне. Проектирование (если оно вообще было) и строительство таких плотин производилось без соответствующего гидрологического и геологического обоснования, что делало эти сооружения беззащитными перед лицом катастрофических половодий и паводков, приводивших к разрушению плотин в зоне фунтовых водосливов, мостовых переходов или даже всего тела плотины ***. При реставрации таких плотин часто приходится сталкиваться с зарастанием верховых откосов кустарниковой, а низовых — древесной и кустарниковой растительностью.

*** Достаточно ярким примером таких явлений явилось половодье 1908 г. в Подмосковье, когда расход воды вероятностью превышения 0,3...0,4% достигли разрушающих размеров, в результате чего было разрушено и даже полностью смыто большое количество плотин.

Рис. 6.7. План переустройства плотин (по И. М. Шармановскому): 1 — льдозащитная стенка; 2 — направляющие валики; 3 — дренаж трубчатый и труба для отвода фильтрационных вод; 4 — водобойная стенка; 5 — быстроток; 6 — подсыпка тела плотины; 7 — заделка промоин

Часто встречающимся видом повреждения является образование оврагов на месте боковых водосбросов. В таких случаях производят реконструкцию глухих земляных плотин в земляные водосливные плотины. Тогда русло образовавшегося оврага перекрывают глухой земляной плотиной, а существующую глухую плотину реконструируют в земляную водосливную плотину.

Реконструкцию можно произвести с повышением напора воды путем подсыпки двусторонних дамб и низового откоса водосливной части плотины. Если же реконструкция производится без увеличения напора воды и объема водоема, то ниже гребня плотины (на 0,8... 1,0 м) устраивают выемку для водосливной части с подсыпкой низового откоса в пределах водосливной части (рис. 6.7).

При реконструкции плотин целесообразно максимально использовать существующие материалы: булыжник, бутовый камень, бетонные и железобетонные конструкции и т.д.

Источник: Строительство и эксплуатация объектов ландшафтной архитектуры. Теодоронский В.С.