Проектирование и расчет шахтно-башенного водосброса

Шахтно-башенный водосброс включает следующие основные части: башню, водоподводящую трубу (водоспуск), водоотводящую трубу и устройство нижнего бьефа. Конструктивные особенности и требования проектирования и эксплуатации изложены стр. 153...165 в работе [3].

Башня обеспечивает автоматический сброс воды через водослив и размещение затворов, оборудования и служебного мостика, из которого осуществляется управление режимом работы водоспуска и отводящего водовода. В плане водослив башни выполняют круглой, прямоугольной, эллипсоидальной и полигональной форм.

Рисунок 1. Шахтно-башенный водосброс:

1- башня; 2- водоспуск; 3- водоотводящая труба; 4- водобойный колодец; 5- водоподводящий канал; 6- водоотводящий канал

Гребень башни оформляют по типу водослива с тонкой стенкой и оборудуют крупноячеистой сороудерживающей решеткой, а на рыбоводных прудах применяют рыбозаградительные съемные мелкоячеистые решетки. Длина водосливного порога определяется из формулы пропускной способности водослива с тонкой стенкой, толщину которой с конструктивных соображений принимаем 0.3...0.4м.

(1.6)

где - расчетный расход водосброса; - коэффициент расхода, =0.42; - напор на водосливном пороге ; - глубина подтопления, принимается 0.2...0.3м; - коэффициент подтопления, определяется по таблице 16.

Таблица 6. Значение коэффициента подтопления

	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9
	0.99	0.98	0.97	0.96	0.94	0.9	0.83	0.73	0.57

Порог водосливных стенок назначают на отметке НПУ. Ширина портальной стенки ковша должна быть не менее ширины входного фронта сооружения

(1.7)

где - внутренний диаметр (ширина) отводящей трубы; - число нитей трубопровода; - ширина разделительных стенок, =1.0...1.2м; - конструктивный запас, обеспечивающий плавность входа потока в крайние трубы и надежность сопряжения трубы с оголовком, =1.0...1.2м.

Для создания более равномерного подвода и сброса воды в шахту, выравнивания подходных скоростей сбросного расхода, а также улучшения условий обслуживания вокруг башни предусматривают берму (см. рисунок 2), шириной =2,0; 3,0 или 4,0м.

Вертикальная часть башни выполняется из монолитного или сборного железобетона. Толщина стен в верхней части =0,3…0,6м, а ниже отметки бермы =0,4…1,0м. Днище башни выполняют из монолитного железобетона. Его толщина, жесткость и плановые размеры должны обеспечивать надежность конструкции динамическому и взвешивающему воздействию потока, м.

Водоспуск состоит из водоподводящей трубы, входного оголовка и затвора расположенного внутри башни и служащего для управления режимом работы водоспуска. Входной оголовок содержит сороудерживающую решетку и подпорную стенку толщиной 0,5м. Сопряжение водоспуска с подводящим каналом выполняют через зуб из каменной наброски шириной 1,0м и участка понура =(2,0…3,0) . Для обеспечения плавного входа потока предусматривают раструб длиной =(3,0…5,0)м выполненный из монолитного железобетона. Трубы выполняются из сборного железобетона или металла диаметром не менее 0,4…0,6м, рисунок 2. Конструктивные особенности по входной части, укладке труб и сопряжении с шахтой, приводятся стр.181...183 [1].

Методика гидравлического расчета по определению элементов поперечного сечения водоспуска, изложена стр. 186...187 работе [1], в соответствии с чем, количество ниток и поперечные размеры труб, работающих в напорном режиме при переменном уровне воды в верхнем бьефе, определяются из уравнения

(1.8)

где - площадь сечения трубопровода; - геометрический напор на сооружение, принимается как среднее арифметическое значение ; - коэффициент расхода,

(1.9)

где: - сумма коэффициентов сопротивлений на входе, выходе и затворе, в курсовой работе принимаем =1,7; - коэффициент сопротивления по длине в трубах, определяется по справочно-нормативной литературе, в курсовой работе допускается принимать =0.02…0.03; - гидравлический радиус, , длина и диаметр водоподводящей трубы.

Рисунок 2. Труба водоспуска

Водоотводящая труба служит для отвода воды из шахты, поступившей через водосливной порог шахты и водоспуск. Число нитей и размеры поперечного сечения водоотводящей трубы определяют на основании гидравлического расчета, из условия равенства геометрического напора на сооружение алгебраической сумме потерь напора в водоотводящей трубе

(1.10)

где - скорость движения воды в трубе; - коэффициенты сопротивления при входе, по длине и выходе

(1.11)

(1.12)

(1.13)

где - коэффициент, зависящий от очертания кромки входа, =0,2; - скорость потока на входе; - площадь живого сечения потока соответственно в трубе и в водобойном колодце; - гидравлический радиус; - длина водоотводящей трубы.

В типовых сооружениях отводящие трубы устраивают из сборных унифицированных железобетонных изделий круглого или прямоугольного профиля. Наиболее широко применяют сборные трубы диаметром 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8м. Трубы прямоугольного сечения делают из унифицированных блоков высотой 1,4...2,0м, с шириной меньше высоты не менее 0,2м.

Рисунок 3. Водоотводящая труба шахтно-башенного водосброса

Устройство нижнего бьефа (см. рисунок 4) должно обеспечить гашение кинетической энергии потока. Тип и размеры устройств, принимаются на основании гидравлического расчета и технико-экономического сравнения вариантов. За башенными водосбросами чаще всего устраивают водобойный колодец длиной и шириной , а также водобойную плиту длиной , на которой размещают в шахматном порядке гасители энергии. Тип и размеры элементов гасителя, место их установки определяют гидравлическим расчетом и лабораторными исследованиями и в соответствии рекомендациям, изложенным стр.168...169 в работе [3].

Рисунок 3. Расчетная схема шахтно-башенного водосброса

За водобойной плитой устраивается рисберма длиной , которая сопрягается с отводящим каналом через зуб из каменной наброски шириной 1,0 м.

При выполнении статического расчета учитываются следующие виды нагрузок и воздействий:

* собственный вес шахты;

* давление грунта и силы трения в строительный и эксплуатационный периоды (с учетом наличия воды);

* давление воды при максимальном форсированном уровне;

* взвешивающее давление воды.

Пример проектирования и расчета шахтно-башенного водосброса