Способы перекрытия и области их применения

Перекрытие русла реки при строительстве речного гидроузла является одним из сложных этапов работ в общей схеме пропуска строительных расходов. Сущность процесса перекрытия заключается в переключении расходов воды в реке на заранее подготовленный на I этапе водоотводящий тракт (различные отверстия, туннели, каналы) путем постепенного или мгновенного завала русла различного рода материалами (песчано-гравелистой смесью, горной массой, сортировочным камнем, специальными бетонными элементами (кубами, тетраядрами и др.), (рис. 2.13).

Рис. 2.13. Общая схема перекрытия русла

1—каменный банкет; 2—проран; 3 — предварительное стеснение русла; 4—контур земляной плотины; 5 — подводящий канал; 6— прорезь в верховой перемычке; 7—земляная плотина; 8—водосбросные отверстия строительного периода; 9—прорезь в низовой перемычке

Перекрытие русла осуществляется следующими способами (рис. 2.14): фронтальной отсыпкой каменного банкета в текущую воду (фронтальный способ); пионерной отсыпкой каменного банкета в текущую воду (пионерный способ); намывом песчано-гравийного грунта средствами гидромеханизации (намывной способ); мгновенным обрушением в русло земляных или горных масс (способ направленного взрыва); прочими специальными способами (сбрасыванием крупных бетонных массивов или их опрокидыванием, затоплением плавучих конструкций, забивкой шпунтовых рядов, погружением плетневых или соломенных тюфяков и т. д.).

Наиболее распространенными способами перекрытия русла реки являются фронтальный и пионерный способы отсыпки каменного банкета в воду. Сложность перекрытия при применении этих способов зависит в основном от двух факторов: максимальной скорости потока в проране Умакс и максимальной удельной мощности потока , а также от общей мощности потока N.

(2.1)

,

где Q — общий расход через проран; q — удельный расход в проране; —плотность жидкости (воды); —перепад уровня воды в проране.

Именно различием гидровлических условий и соответствующих им максимальных скоростей и отличаются эти способы.

Рис. 2.14. Перекрытие русла реки (а—фронтальным способом, б—пионерным способом; в — намывным способом, г — методом направленного взрыва, д — бетонными массивами)

1—банкет предварительного стеснения русла; 2— проран; 3 — речной поток; 4— отсыпаемый материал; 5 — автосамосвал; б—мост; 7 — ряжевые устои; 8— подача грунта гидротранспортом; 9— намываемые слои; 10 — взрываемый скальный склон реки; 11—направленный разлет материала; 12—площадка для изготовления бетонного массива; 13—бетонный массив до опрокидывания, 14 — бетонный массив после опрокидывания

При фронтальном перекрытии выявлены четыре характерные конфигурации каменного банкета по мере увеличения перепада на банкете и увеличения скорости потока (рис. 2.15). При этом следует различать три характерных перепада на банкете: критический перепад , перепад при выходе наброски из воды и конечный перепад .

Рис.2.15. Стадии формирования банкета и гидравлические условия при фронтальном способе перекрытия

I — каменный банкет; 2 — противофильтрационный экран

Критический перепад соответствует достижению максимальной мощности и скорости потока. Приближенно для фронтального перекрытия можно принимать:

; (2.2)

.

Изменение перепадов, скоростей, расходов и мощности потока при фронтальном перекрытии можно наглядно представить в виде интегрального графика (рис. 2.16).

При пионерном перекрытии различают две стадии: водослива и быстротока, или шлейфообразования.

Рис. 2.16. График изменения гидравлических характеристик потока в проране при фронтальном способе перекрытия

Максимальная скорость и максимальные удельные мощности при пионерном перекрытии наблюдаются при смыкании откосов банкета по дну. При этом достигается критический перепад , причем он близок к конечному перепаду (Рис.2.17), т. е. для пионерного перекрытия можно принимать

Рис. 2.17. Изменения гидравлических характеристик при перекрытии реки пионерным способом

критический перепад при фронтальном перекрытии; критический перепад при пионерном перекрытии; критическая скорость при фронтальном перекрытии; критическая скорость при пионерном перекрытии; расход по водоотводящему тракту; расход через проран; конечный перепад

Таким образом, максимальные скорости при фронтальном перекрытии значительно ниже, чем при пионерном (при одинаковых конечных перепадах ). Поэтому он имеет преимущество для применения при перекрытии рек, у которых в русле залегают легкоразмываемые грунты. Но его применение усложняется необходимостью устройства моста через проран для отсыпки банкета. При применении пионерного способа перекрытия, наоборот, утяжеляются гидравлические условия в русле, но упрощаются организация и производство работ, не требуется устройства моста.

Выбор способа перекрытия в принципе должен осуществляться на основе технико-экономического сравнения вариантов.

Наибольшее влияние на выбор способа перекрытия оказывают природные геологические и гидрологические условия в створе перекрытия. От гидрологических условий зависит также выбор величины расчетного расхода перекрытия и сроков перекрытия русла.

Сроки перекрытия русла приурочиваются к меженным периодам и обычно устанавливаются в конце судоходного периода в осенне-зимние месяцы.