Водобой
1. Конструкция. Водобой делают в виде горизонтальной, а иногда наклонной плиты (армированной или неармированной). Длину водобоя рекомендуют назначать равной: а) при отсутствии гасителей энергии на нем(1,00... 1,25); б) при наличии на водобое гасителей (0,75...1,00). Обычно горизонтальный во досбой устраивают на одном уровне с рисбермой.
Плиту водобоя отделяют деформационным швом от тела плотины (рис. 15.16,а, б, в) с тем, чтобы избежать появления трещины в этом месте, а также разрезают вдоль течения вертикальными температурноусадочными швами (рис. 15.16,г). Эти швы намечают по продолжению осей быков, следя за тем, чтобы в случае не армированного водобоя расстояние между этими швами было не более 15...20 м. Все перечисленные швы не уплотняют — они водопроницаемы. Под водобойной плитой устраивают дренаж, защищенный обратным фильтром (обычно двух или однослойным); в этот дренаж поступает вода, проходящая через основание плотины из верхнего бьефа. Дренаж разгружает водобойную плиту от избыточного фильтрационного давления снизу.
Отвод воды из дренажа в нижний бьеф можно осуществлять через фильтрационные отверстия, устроенные в водобойной плите или в горизонтальном направлении (в область водопроницаемой рисбермы).
В практике эксплуатации плотин стремятся к тому, чтобы в зимний период иодобойная плита была затоплена — покрыта слоем воды; при этом поверхностный слой бетона не будет испытывать значительных температурных напряжений.
Если же зимой в нижнем бьефе вода отсутствует, то бетон водобоя следует проектировать морозоустойчивым; кроме того, в этом случае надо учитывать иозможность промерзания грунта основания водобойной плиты (при недостаточной ее толщине), что недопустимо в случае грунтов, склонных к зимнему пучению. При таких условиях необходимо или увеличивать толщину водобоя, илй идти на замену естественного глинистого грунта песчаным (хорошо уплотненным). При наличии в воде наносов бетон подвергается истиранию. В этом случае поверхность водобоя иногда покрывают облицовкой из прочных камней. Обычно считают, что марка бетона водобоя (по прочности) должна быть ниже марки бетона (например, Ml50), выполняющего ответственные части самого тела плотины.
В некоторых случаях под водобоем рационально устраивать продольные зубья (рис. 15.16, г), расположенные по осям быков; эти зубья разбивают дренажный слой водобоя на отдельные изолированные друг от друга секции, отвечающие определенному пролету плотины.
На рис. 15.17 показан пример армирования водобойной плиты, имеющей гасители энергии в виде пирсов.
2. Условия работы водобойной плиты. В период эксплуатации плотины при полном открытии одного отверстия плотины создаются следующие условия: а) в пределах водобойной плиты, отвечающей рассматриваемому открытому отверстию, располагается затопленный гидравлический прыжок, причем глубины потока в начале этой водобойной плиты получаются несколько сниженные (см. рис. 15.2). Вместе с тем в дренаже под водобоем может устанавливаться давление, соответствующее глубине воды нижнего бьефа. Давление воды на водобой снизу получается несколько большее, чем сверху. В ре, зультате водобойная плита при сбросе через рассматриваемое отверстие плотины расчетного расхода воды оказывается подверженной снизу давлению D0 (см. на рис. 15.2 заштрихованную эпюру). Этому дефициту давления должен противостоять вес водобойной плиты; кроме того, сила D0 будет обусловливать изгибающие моменты в поперечных вертикальных сечениях плиты, вызывающие растягивающие напряжения у нижней поверхности плиты (в продольном направлении); б) в связи с интенсивной пульсацией гидродинамического давления на поверхности водобоя плита водобоя оказывается дополнительно подверженной знакопеременной нагрузке, как и плиты рисбермы. Эта нагрузка будет обусловливать изгибающие моменты как в полных вертикальных сечениях водобоя и вызывать растягивающие напряжения попеременно у верхней и нижней поверхностей плиты водобоя; пульсация гидродинамического давления, приложенного к водобою, иногда порождает вибрацию грунта основания водобоя, которая может передаваться отдельным частям плотины; в) при наличии на водобое специальных гасителей энергии (пирсов) водобой будет подвержен действию горизонтальной сдвигающей силы гидродинамического давления, приложенного к пирсам; очевидно, вес водобоя должен быть достаточным не только чтобы противостоять вертикальной пульсирующей силе D0 (см. выше п. а), но и чтобы противостоять указанной горизонтальной сдвигающей силе гидродинамического давления.
В период строительства плотины плита водобоя оказывается подверженной действию собственного веса и реакции грунта основания, причем реакция грунта основания в зависимости от очередности и сроков возведения плотины и водобойной плиты может распределяться по различному закону, обусловливающему растягивающие напряжения у нижней поверхности водобоя, а также в некоторых случаях и у верхней его поверхности.
Из приведенных пояснений видно, что армировать водобойную плиту приходится двойной сеткой: верхней и нижней (см. рис. .15.17); в большинстве случаев необходима нижняя сетка, рабоч я арматура которой должна быть направлена вдоль водобойной п.м ты. Требуемая площадь сечения арматуры может быть определена исходя из значений изгибающих моментов, установленных в соответствии с приведенными выше указаниями.