RU2758619C1

RU2758619C1 - Ground dam with filter spillway

Info

Publication number: RU2758619C1
Application number: RU2020144030A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Васильевич Малаханов; Антон Сергеевич Антонов
Priority date: 2020-12-30
Filing date: 2020-12-30
Publication date: 2021-11-01

Abstract

FIELD: hydraulic engineering.

SUBSTANCE: invention relates to hydraulic engineering, namely to hydraulic systems with ground dams and spillways. The essence of the invention is the creation of a more economical filter spillway on a ground dam with a shield. On a ground dam, which includes a body of water-permeable material (stone, pebbles, crushed stone) and an anti-filtration shield, hollow reinforced concrete boxes without a bottom are placed behind the shield at a level of the calculated water level WL in a reservoir, vertical walls of which, facing upstream, are not solid, but have holes - slots with a total area of at least 40% of the total wall area, and from above, boxes are covered with a reinforced concrete slab with a parapet, which serves as a dam crest and has a mark of the maximum water level WL. These walls with slots are a water intake of the filter spillway. Hollow reinforced concrete boxes are installed on the section of the filter spillway, and on remaining sections of the dam, the anti-filtration shield is raised along a slope to the maximum water level mark, and a parapet with a height of up to the crest of the ground dam is placed on it. On a dam base, within the lower part of the lower slope, in the area of the filtration flow outlet into the downstream, a stone prism is poured out of the rock mass, the top of which is higher than the calculated water level in the downstream, when the maximum flood is passed, and the slope of the lower slope of the prism and the size of the stone are selected in such a way that to ensure a safe outlet of the filtration flow into the downstream.

EFFECT: safe passage of flood flow by passing water through the filter spillway, reducing the volume of reinforced concrete structures and construction and installation works, and reducing the cost of the dam as a whole.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к гидроузлам с грунтовыми плотинами и водосбросами.The invention relates to hydraulic engineering, namely to waterworks with earth dams and spillways.

Известна плотина из местных материалов с ядром, с примыкающими к нему переходными зонами со стороны верхнего и нижнего бьефов, и с надстройкой на гребне ядра из уголковых элементов, подвижно соединенных между собой торцов горизонтальных полок (фундаментных плит), один из которых расположен на гребне ядра, а другой на гребне переходной зоны со стороны нижнего бьефа [Авторское свидетельство СССР №896165, автор Ю.П. Правдивец, приоритет 07.01. 1982]. Надстройка из уголковых элементов на гребне ядра плотины выполняют роль противофильтрационного устройства и позволяет значительно уменьшить объем грунтовой части плотины и тем самым снизить ее стоимость.There is a well-known dam made of local materials with a core, with adjoining transition zones from the side of the upstream and downstream, and with a superstructure on the crest of the core made of corner elements, movably connected to each other by the ends of horizontal shelves (foundation slabs), one of which is located on the crest of the core , and the other on the ridge of the transition zone from the downstream side [USSR author's certificate No. 896165, author Yu.P. Truthful, priority 07.01. 1982]. The superstructure made of corner elements on the crest of the dam core acts as an anti-seepage device and allows to significantly reduce the volume of the dam's soil part and thereby reduce its cost.

Наиболее близкой по существующим признакам и достигаемому результату является грунтовая плотина [Патент РФ№2703421 на изобретение «Грунтовая плотина с фильтрующим водосбросом». Малаханов В.В., Антонов А.С. Приоритет с 30 декабря 2018 г.], включающей тело из водопроницаемого материала (камня, галечника, щебня) и противофильтрационного экрана, за экраном на отметке верха экрана, совпадающей с расчетным уровнем воды УВ в водохранилище, размещается полый железобетонный короб или ряжевая железобетонная конструкция без днища, вертикальная стена которого, обращенная в сторону верхнего бьефа, выполнена не сплошной, а имеет отверстия - прорези общей площадью не менее 40% от общей площади стены, а сверху короб перекрыт железобетонной плитой, которая служит гребнем плотины. Эта стена с прорезями является водоприемником фильтрующего водосброса. Вода из водохранилища поступает через водоприемник внутрь короба и через днище короба фильтрует вниз в тело плотины, формируя фильтрационный поток.The closest in terms of existing features and the achieved result is an earth dam [RF Patent No. 2703421 for the invention "Soil dam with a filter spillway." Malakhanov V.V., Antonov A.S. Priority from December 30, 2018], including a body made of water-permeable material (stone, pebble, crushed stone) and an anti-seepage screen, behind the screen at the top of the screen, which coincides with the calculated HC water level in the reservoir, a hollow reinforced concrete box or a cage reinforced concrete structure without the bottom, the vertical wall of which, facing the headwater, is not solid, but has holes - slots with a total area of at least 40% of the total wall area, and from above the box is covered with a reinforced concrete slab, which serves as the crest of the dam. This slotted wall receives the filter spillway. Water from the reservoir enters through the receiver into the box and through the bottom of the box filters down into the body of the dam, forming a filtration flow.

В основании плотины у низового откоса для его защиты от размыва фильтрационным потоком также устанавливается короб или ряжевая конструкция без днища, вертикальные стены которого, как со стороны верхнего, так и со стороны нижнего бьефа, имеют прорези общей площадью не менее 40% от общей площади стены для прохода фильтрационного потока из плотины в нижний бьеф, а сам короб заполнен водопроницаемым материалом (камнем, галечником, щебнем). Площадь прорезей не менее 40% обусловлена тем, что водопроницаемый материал тела плотины имеет пористость не менее 40%. Таким образом, обеспечивается водопроницаемость стены не менее водопроницаемости материала тела плотины.At the base of the dam at the downstream slope, to protect it from erosion by the filtration flow, a box or cage structure without a bottom is also installed, the vertical walls of which, both from the upstream and from the downstream side, have slots with a total area of at least 40% of the total wall area for the passage of the filtration flow from the dam to the downstream, and the box itself is filled with water-permeable material (stone, gravel, crushed stone). The area of the slots is at least 40% due to the fact that the water-permeable material of the dam body has a porosity of at least 40%. Thus, the water permeability of the wall is not less than the water permeability of the material of the dam body.

Размещенный за экраном на отметке верха экрана, совпадающей с расчетным уровнем воды УВ в водохранилище, короб без днища с прорезями на стене со стороны верхнего бьефа, во-первых, обеспечивает при повышении воды в водохранилище выше гребня экрана поступление воды в короб и далее вниз в тело плотины, т.е. выполняет функцию водоприемника фильтрующего водосброса, во-вторых, верх короба служит гребнем плотины, в-третьих, прорезная стена короба выполняет роль волногасителя, что приводит к уменьшению высоты подъема волны и снижению отметки гребня плотины, все это приводит к значительному уменьшению поперечного профиля плотины. Количество коробов и его размеры подбирается исходя из необходимой пропускной способности фильтрующего водосброса при изменении уровня воды в водохранилище от расчетного уровня УВ до максимального уровня УВВ. На участках плотины без фильтрующего водосброса устанавливаются такие же по размерам короба без днища со сплошной вертикальной стеной, обращенной в сторону верхнего бьефа.Placed behind the screen at the top of the screen, which coincides with the calculated HC water level in the reservoir, a box without a bottom with slots on the wall from the side of the headwater, firstly, when the water rises in the reservoir above the crest of the screen, water flows into the box and then down into the body of the dam, i.e. serves as a water intake for the filter spillway, secondly, the top of the box serves as the crest of the dam, and thirdly, the slotted wall of the box serves as a wave damper, which leads to a decrease in the wave rise and a decrease in the height of the crest of the dam, all this leads to a significant decrease in the transverse profile of the dam. The number of boxes and its dimensions are selected based on the required throughput of the filter spillway when the water level in the reservoir changes from the calculated HC level to the maximum air-blast level. On the sections of the dam without a filter spillway, ducts of the same size without a bottom with a solid vertical wall facing the headwater are installed.

Недостатком этой конструкции является значительное использование железобетонных конструкций, как для создания фильтрующего водосброса, так и на участках вне водосброса на гребне грунтовой плотины до береговых примыканий и для выхода фильтрационного потока из низового откоса, что приводит к значительному увеличению объемов железобетонных конструкций, строительно-монтажных работ и удорожанию плотины в целом.The disadvantage of this design is the significant use of reinforced concrete structures, both for creating a filter spillway, and in areas outside the spillway on the crest of a soil dam to the coastal abutments and for the exit of the filtration flow from the downstream slope, which leads to a significant increase in the volume of reinforced concrete structures, construction and installation works and the rise in the cost of the dam as a whole.

Сущность изобретения - создание более экономичного фильтрующего водосброса на грунтовой плотине с экраном.The essence of the invention is the creation of a more economical filter spillway on an earth dam with a screen.

Технический результат - безопасный пропуск паводкового расхода путем пропуска воды через фильтрующий водосброс, уменьшение объемов железобетонных конструкций и строительно-монтажных работ и удешевление плотины в целом.The technical result is a safe passage of the flood discharge by passing water through a filter spillway, a decrease in the volume of reinforced concrete structures and construction and installation works, and a reduction in the cost of the dam as a whole.

Технический результат достигается за счет использования железобетонных коробов (ряжевых конструкций) для фильтрующего водосброса на гребне. На грунтовой плотине, включающей тело из водопроницаемого материала (камня, галечника, щебня) и противофильтрационный экран, на отметке расчетного уровня воды УВ в водохранилище за экраном размещается полый железобетонный короб или ряжевая железобетонная конструкция без днища, вертикальная стена которого, обращенная в сторону верхнего бьефа, выполнена не сплошной, а имеет отверстия - прорези общей площадью не менее 40% от общей площади стены, а сверху короб перекрыт железобетонной плитой с парапетом, которая служит гребнем плотины и имеет отметку максимального уровня воды УВВ. Эта стена с прорезями является водоприемником фильтрующего водосброса. На основании плотины в пределах нижней части низового откоса, в зоне выхода фильтрационного потока в нижний бьеф отсыпается каменная призма из горной массы, верх которой выше расчетного уровня воды в нижнем бьефе при пропуске максимального паводка, а уклон низового откоса призмы и размеры камня подбираются таким образом, чтобы обеспечить безопасный выход фильтрационного потока в нижний бьеф.The technical result is achieved through the use of reinforced concrete boxes (cage structures) for the filter spillway on the ridge. On an earth dam, including a body made of a permeable material (stone, pebble, crushed stone) and an anti-seepage screen, at the design level of HC water in the reservoir behind the screen, a hollow reinforced concrete box or cage reinforced concrete structure without a bottom is placed, the vertical wall of which is facing the headwater , is not solid, but has holes - slots with a total area of at least 40% of the total wall area, and from above the box is covered with a reinforced concrete slab with a parapet, which serves as the crest of the dam and has a maximum air-blast water level mark. This slotted wall receives the filter spillway. On the basis of the dam within the lower part of the downstream slope, in the zone where the filtration flow exits into the downstream, a stone prism is poured from the rock mass, the top of which is higher than the calculated water level in the downstream when the maximum flood is passed, and the slope of the downstream slope of the prism and the size of the stone are selected in this way to ensure a safe exit of the filtration stream into the tailwater.

На участках плотины без фильтрующего водосброса экран плотины поднимается по откосу до отметки максимального уровня воды УВВ, где на нем размещается парапет, высотой до расчетной отметки гребня грунтовой плотины. А боковые стены концевых коробов фильтрующего водосброса, примыкающие к грунтовой плотине, имеют отверстия-прорези общей площадью не менее 40% от общей площади стены, а между экраном и боковыми стенами короба установлены железобетонные открылки с отверстиями - прорезями общей площадью не менее 40% от общей площади открылок.In dam sections without a filtering spillway, the dam screen rises along the slope to the mark of the maximum water level of the air-blast, where a parapet is located on it, with a height up to the design mark of the earth dam crest. And the side walls of the end boxes of the filter spillway, adjacent to the earth dam, have slot holes with a total area of at least 40% of the total wall area, and between the screen and the side walls of the box there are reinforced concrete openings with holes - slots with a total area of at least 40% of the total openers area.

В торцевых стенах коробов фильтрующего водосброса устраиваются отверстия-прорези для пропуска воды таким образом, чтобы фильтрационный поток не выходил на низовой откос грунтовой плотины.In the end walls of the boxes of the filtering spillway, openings-slots are arranged for the passage of water so that the filtration flow does not go out to the lower slope of the earth dam.

На рисунке изображен поперечный разрез грунтовой плотины по концевой секции фильтрующего водосброса. Плотина из хорошо водопроницаемого материала 1 (камня, галечника, щебня) имеет противофильтрационный экран 2 с парапетом 3. За экраном на отметке расчетного уровня воды УВ в водохранилище имеется горизонтальная площадка, на некотором расстоянии аб от экрана установлен полый железобетонный короб или ряжевая железобетонная конструкция без днища, вертикальная стена 4 которого, обращенная в сторону верхнего бьефа, выполнена не сплошной, а имеет отверстия - прорези общей площадью не менее 40% от общей площади стены. Сверху короб перекрыт железобетонной плитой 5 с парапетом 3, которая служит гребнем плотины на участке водосброса. А боковые стены 6 концевых коробов фильтрующего водосброса, примыкающие к грунтовой плотине, а также торцевые стены 7 коробов имеют отверстия - прорези общей площадью не менее 40% от общей площади стены. Между экраном и боковой стеной 6 установлен открылок 8 с аналогичными прорезями.The figure shows a cross-section of an earth dam along the end section of the filter spillway. A dam made of well-permeable material 1 (stone, pebble, crushed stone) has an anti-seepage screen 2 with a parapet 3. Behind the screen, at the design level of HC water in the reservoir, there is a horizontal platform, at some distance ab from the screen, a hollow reinforced concrete box or a cage reinforced concrete structure is installed without the bottom, the vertical wall 4 of which, facing the headwater, is not solid, but has holes - slots with a total area of at least 40% of the total wall area. From above, the box is covered with a reinforced concrete slab 5 with a parapet 3, which serves as the crest of the dam at the spillway section. And the side walls of the 6 end boxes of the filter spillway, adjacent to the earth dam, as well as the end walls of the 7 boxes have holes - slots with a total area of at least 40% of the total wall area. Opener 8 with similar slots is installed between the screen and the side wall 6.

На основании плотины 9 у ее низового откоса 10 в зоне выхода фильтрационного потока в нижний бьеф отсыпается призма 11 из горной массы, верх которой выше уровня воды в нижнем бьефе УНБ при пропуске максимального расчетного паводка, а уклон низового откоса призмы и размеры камня в призме подбираются таким образом, чтобы обеспечить безопасный выход фильтрационного потока 12 в нижний бьеф. Пунктиром 13 показан профиль грунтовой плотины без фильтрующего водосброса.On the basis of the dam 9 at its downstream slope 10, in the zone of the filtration flow outlet into the downstream, a prism 11 is poured from the rock mass, the top of which is higher than the water level in the downstream UNB when the maximum design flood is passed, and the slope of the downstream slope of the prism and the size of the stone in the prism are selected in such a way as to ensure a safe exit of the filtration stream 12 into the tailwater. Dotted line 13 shows the profile of an earth dam without a filter spillway.

Плотина с фильтрующим водосбросом работает следующим образом. При паводке уровень воды в водохранилище поднимается выше расчетного уровня УВ до максимального уровня УВВ, и вода начинает фильтровать через горизонтальный участок аб грунтовой плотины, через отверстия в открылке 8, поступает через отверстия стены 4 в короб, из которого через участок бв, а также через отверстия в торцевых стенах 7 и через отверстия в боковых стенах 6 концевых секций фильтрующего водосброса, примыкающих к грунтовой плотине, фильтрует вниз в тело плотины, образуя фильтрационный поток с кривой депрессии 12, и далее выходит в русло реки через призму 11. Таким образом, при подъеме уровня воды водохранилище до отметки УВВ максимальный паводковый расход фильтрует через горизонтальные участки аб и бв и через торцевые стены 7 всех секций (коробов) фильтрационного водосброса, а также через отверстия в двух открылках 8 и через отверстия в двух боковых стенах 6 в концевых секциях фильтрующего водосброса, примыкающих к грунтовой плотинеA dam with a filter spillway works as follows. During a flood, the water level in the reservoir rises above the calculated HC level to the maximum air-blast level, and the water begins to filter through the horizontal section ab of the earth dam, through the holes in the opening 8, enters through the holes in the wall 4 into the box, from which through the section bv, as well as through openings in the end walls 7 and through the openings in the side walls 6 of the end sections of the filter spillway adjacent to the earth dam filters down into the dam body, forming a filtration flow with a depression curve 12, and then enters the river bed through a prism 11. Thus, with As the water level rises to the air-blast mark, the maximum flood discharge filters through the horizontal sections ab and bv and through the end walls 7 of all sections (boxes) of the filtration spillway, as well as through holes in two openings 8 and through holes in two side walls 6 in the end sections of the filter spillway adjacent to the earth dam

Таким образом, предлагаемая конструкция фильтрующего водосброса имеет большую пропускную способность, чем в прототипе, за счет дополнительной фильтрации воды через горизонтальный участок аб перед коробом, через отверстия - прорези в двух открылках 8 и в двух боковых стенах 6 концевых секций фильтрующего водосброса, примыкающих к грунтовой плотине, а также через отверстия - прорези в торцевых стенах 7 всех секций. А наличие парапета 3 на крышке 5 коробов фильтрующего водосброса и на гребне экрана плотины 2 дает возможность снизить отметку гребня плотины и соответственно уменьшить объем тела плотины.Thus, the proposed design of the filter spillway has a higher throughput than in the prototype, due to additional filtration of water through the horizontal section ab in front of the box, through the holes - slots in two openings 8 and in two side walls 6 of the end sections of the filter spillway adjacent to the ground the dam, as well as through the holes - slots in the end walls of all 7 sections. And the presence of parapet 3 on the cover 5 of the filter spillway boxes and on the crest of the dam screen 2 makes it possible to lower the elevation of the crest of the dam and, accordingly, reduce the volume of the dam body.

Наличие у низового откоса 10 плотины призмы 11 из крупного камня и с выбранным уклоном низового откоса обеспечивает надежный (без подмыва низового откоса) пропуск фильтрационного потока в нижний бьеф.The presence at the downstream slope 10 of the dam of the prism 11 made of large stone and with the selected slope of the downstream slope provides reliable (without undermining the downstream slope) the passage of the filtration flow into the downstream pool.

В прототипе короба фильтрующего водосброса размещаются непосредственно за экраном, а на участках вне водосброса применяются короба без прорезей, т.е. грунтовая плотина имеет железобетонную надстройку из коробов по всей длине гребня плотины, а в предлагаемой конструкции железобетонные короба применяются только для фильтрующего водосброса. Кроме того, в прототипе железобетонные короба применяются и для защиты низового откоса грунтовой плотины от подмыва выходящим фильтрационным потоком, а в предлагаемой конструкции устойчивость низового откоса обеспечивается отсыпкой более дешевой каменной призмы.In the prototype, the filter spillway boxes are placed directly behind the screen, and in areas outside the spillway boxes without slots are used, i.e. the earth dam has a reinforced concrete superstructure of boxes along the entire length of the ridge of the dam, and in the proposed design, reinforced concrete boxes are used only for the filter spillway. In addition, in the prototype, reinforced concrete boxes are also used to protect the downstream slope of a soil dam from being washed away by the outgoing filtration flow, and in the proposed design, the stability of the downstream slope is ensured by filling in a cheaper stone prism.

Применение предлагаемой конструкции грунтовой плотины экраном и с фильтрующим водосбросом в виде железобетонного короба позволяет уменьшить стоимость гидроузла за счет уменьшения объема тела грунтовой плотины, уменьшения объемов использования железобетонных конструкций, а также за счет отказа от берегового или донного водосброса, или его уменьшения.The use of the proposed structure of an earth dam with a screen and a filter spillway in the form of a reinforced concrete box makes it possible to reduce the cost of the hydrosystem by reducing the volume of the earth dam body, reducing the use of reinforced concrete structures, and also by rejecting the coastal or bottom spillway, or reducing it.

Claims

1. Soil dam with a filter spillway, including a body made of water-permeable material and an anti-seepage screen, characterized in that behind the screen at the design level of HC water in the reservoir, at some distance ab from the screen, hollow reinforced concrete boxes without a bottom are installed, the vertical walls of which are facing towards the headwater, they are not solid, but have holes - slots with a total area of at least 40% of the total wall area, and on top of the box are covered with a reinforced concrete slab with a parapet, which serves as the crest of the dam, and is arranged on the basis of the dam within the lower part of the downstream slope a stone prism for the safe passage of the filtration flow into the downstream, while hollow reinforced concrete boxes are installed in the section of the filtration spillway, and in the remaining sections of the dam, the anti-filtration screen rises along the slope to the mark of the maximum water level and a parapet is placed on it, up to the mark of the crest of the earth dam.

2. An earth dam with a filter spillway according to claim 1, characterized in that in the end boxes of the filter spillway adjacent to the earth dam, the side walls have holes - slots with a total area of at least 40% of the total wall area, and between the side walls and the screen reinforced concrete flaps are arranged with holes - slots with a total area of at least 40% of the total area of the flaps.

3. An earth dam with a filter spillway according to claim 1, characterized in that holes are arranged in the end walls of the filter spillway boxes - slots for water passage so that the filtration flow does not go out onto the lower slope of the earth dam.