Рассмотрены конструкции и методы расчета речных и внутрисистемных гидротехнических сооружений: плотин, водопропускных сооружений и их затворов, каналов и сооружений на них, гидротехнических туннелей, водозаборов, отстойников, регуляционных, рыбохозяйственных, судоходных и лесопропускных сооружений, водохранилищ. Учтены результаты новейших научных исследований в области фильтрации, управления бурными потоками, воздействия потоков на русла, кавитации на элементах гидротехнических сооружений, строительства мелиоративных сооружений на пучинистых и вечномерзлых грунтах. Дана методика лабораторных и натурных исследований гидротехнических сооружений. Учебное пособие предназначено для студентов гидромелиоративных и гидротехнических вузов и факультетов, а также для инженеров — проектировщиков и строителей.

Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебного пособия для студентов гидротехнических специальностей вузов. Рецензенты: кафедра гидротехнических сооружений и гидравлики Грузинского политехнического института имени В.И. Ленина (зав. кафедрой д-р техн. наук проф. Н.Ф. Данелия), канд. техн. наук Б.В. Орлов (Союзводпроект).

Предисловие
Введение
§ 1. Водные ресурсы, водное хозяйство и его отрасли, перспективы их развития в СССР
§ 2. Краткие сведения о развитии строительства гидротехнических сооружений

Раздел I. Общие сведения о гидротехнических сооружениях, их основаниях и условиях работы

Глава 1. Классификация гидротехнических сооружений, гидроузлов и гидросистем, условия их работы и общие вопросы проектирования
§ 3. Понятие о гидротехнических сооружениях и их классификация
§ 4. Понятие о гидроузлах и гидросистемах, их классификация
§ 5. Особенности и условия работы гидротехнических сооружений
§ 6. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения
§ 7. Общие вопросы проектирования гидротехнических сооружений

Глава 2. Основания гидротехнических сооружений и методы их улучшения
§ 8. Общие понятия и классификация оснований
§ 9. Скальные основания
§ 10. Полускальные основания
§ 11. Нескальные основания
§ 12. Методы улучшения основания

Раздел II. Фильтрация воды в основаниях и в береговых примыканиях гидротехнических сооружений

Глава 3. Фильтрация воды в нескальных основаниях гидротехнических сооружений
§ 13. Элементы подземного контура гидротехнических сооружений
§ 14. Методы фильтрационных расчетов
§ 15. Приближенные способы фильтрационных расчетов
§ 16. Фильтрационные деформации основания
§ 17. Проектирование обратных фильтров
§ 18. Водопроницаемость элементов подземного контура
§ 19. Фильтрация в неоднородных и анизотропных грунтах
§ 20. Современные схемы подземного контура плотин на нескальном основании

Глава 4. Фильтрация воды в скальных основаниях гидротехнических сооружений
§ 21. Особенности фильтрации воды в скальных основаниях
§ 22. Противофильтрационная защита основания
§ 23. Фильтрационное давление в скальных породах

Глава 5. Фильтрация воды в береговых примыканиях гидротехнических сооружений
§ 24. Общие сведения
§ 25. Положение депрессионной поверхности фильтрационного потока за устоем
§ 26. Фильтрация в берегах водохранилища при обтекании плеча плотины
§ 27. Фильтрация под сооружениями на каналах

Раздел III. Общие вопросы расчетов устойчивости и прочности подпорных бетонных гидротехнических сооружений

Глава 6. Виды расчетов подпорных сооружений и расчетные случаи
§ 28. Виды расчетов. Нагрузки и воздействия на сооружения
§ 29. Расчетные случаи и требования, предъявляемые к подпорным сооружениям при расчетах их устойчивости и прочности
§ 30. Основные расчетные схемы

Глава 7. Расчеты устойчивости подпорных гидротехнических сооружений
§ 31. Расчеты устойчивости на сдвиг в случае нескальных оснований
§ 32. Расчеты устойчивости на сдвиг в случае скальных оснований
§ 33. Расчеты устойчивости на опрокидывание и на всплывание

Глава 8. Расчеты прочности и несущей способности гидротехнических сооружений и их оснований
§ 34. Существующие подходы к расчетам прочности сооружений и их оснований 
§ 35. Расчеты по допускаемым напряжениям
§ 36. Влияние различных факторов на напряженное состояние и прочность гидротехнических сооружений
§ 37. Основы расчетов сейсмостойкости
§ 38. Некоторые вопросы расчета прочности и несущей способности оснований гидротехнических сооружений
§ 39. Расчеты гидротехнических сооружений и их оснований по предельным состояниям

Глава 9. Расчеты осадок оснований гидротехнических сооружений
§ 40. Общие положения
§ 41. Исходные данные для расчета и расчетные случаи
§ 42. Основные методы определения напряжения в сжимаемой толще основания
§ 43. Определение полной осадки
§ 44. Распределение осадки во времени
§ 45. Прогноз осадок по эмпирическим зависимостям

Раздел IV. Общие вопросы проектирования водопропускных сооружений

Глава 10. Характеристика, особенности и режимы работы водопропускных сооружений
§ 46. Классификация водопропускных сооружений. Расчетные расходы воды. Размеры отверстий
§ 47. Открытые водопропускные сооружения
§ 48. Закрытые водопропускные сооружения
§ 49. Аэрация потока в водопропускных сооружениях
§ 50. Волнообразование в водопропускных сооружениях
§ 51. Методы управления бурными потоками в водопропускных сооружениях

Глава 11. Кавитация на элементах гидротехнических сооружений и методы борьбы с кавитационной эрозией
§ 52. Кавитация. Кавитационные разрушения элементов водосбросных сооружений
§ 53. Формы (виды) и стадии кавитации. Пороговые скорости
§ 54. Методы борьбы с опасной кавитационной эрозией элементов водосбросных сооружений

Глава 12. Вопросы проектирования устройств нижнего бьефа и прогноз местных размывов
§ 55. Основные гидравлические режимы сопряжения бьефов
§ 56. Русловые переформирования в зоне нижнего бьефа    
§ 57. Методы борьбы со сбойными течениями
§ 58. Определение гидродинамических нагрузок на плиты водобоев и рисберм
§ 59. Основные типы и конструкции устройств нижнего бьефа

Раздел V. Плотины земляные, из крупнообломочных грунтов и деревянные

Глава 13. Земляные плотины
§ 60. Общие сведения
§ 61. Отдельные элементы плотин
§ 62. Намывные плотины
§ 63. Определение отметки гребня
§ 64. Расчеты креплений откосов
§ 65. Подбор состава обратных фильтров
§ 66. Фильтрационные расчеты
§ 67. Расчеты устойчивости откосов
§ 68. Расчеты осадок плотин

Глава 14. Плотины из крупнообломочных грунтов
§ 69. Общие сведения
§ 70. Классификация
§ 71. Крупнообломочные грунты используемые для возведения плотин
§ 72. Выбор типа плотины
§ 73. Очертание профиля плотины
§ 74. Противофильтрационные устройства в теле плотины
§ 75. Противофильтрационные устройства в основании
§ 76. Расчетное обоснование конструкции

Глава 15. Грунтовые плотины, возводимые в особых условиях
§ 77. Подпорные сооружения, возводимые наброской камня в текущую воду, и пропуск паводковых расходов через недостроенные плотины
§ 78. Фильтрующие и водосливные каменно-земляные плотины
§ 79. Плотины, возводимые в условиях вечной мерзлоты
§ 80. Особенности возведения плотин зимой
§ 81. Плотины, возводимые направленным взрывом

Глава 16. Деревянные плотины
§ 82. Общие сведения
§ 83. Типы плотин
§ 84. Флютбеты плотин

Глава 17. Водопропускные сооружения гидроузлов с глухими плотинами
§ 85. Классификация водосбросов и водовыпусков
§ 86. Открытые водосбросы
§ 87. Закрытые водосбросы
§ 88. Использование основных и вспомогательных (естественных) водосбросов для пропуска паводковых расходов
§ 89. Водовыпуски

Раздел VI. Плотины бетонные и железобетонные

Глава 18. Гравитационные плотины на скальном основании
§ 90. Общие сведения
§ 91. Поперечные профили плотин
§ 92. Сопряжение с основанием и берегами
§ 93. Отдельные элементы плотин
§ 94. Прочность и устойчивость плотин

Глава 19. Водосбросные плотины
§ 95. Типы и размеры водосбросных отверстий
§ 96. Режимы сопряжения бьефов
§ 97. Поверхностные водосливы
§ 98. Общие требования к поверхностям, обтекаемым высокоскоростными потоками
§ 99. Глубинные водосбросы

Глава 20. Арочные плотины
§ 100. Классификация 
§ 101. Общие сведения
§ 102. Основные вопросы проектирования
§ 103. Основы расчетов прочности и устойчивости

Глава 21. Контрфорсные плотины
§ 104. Принципиальные схемы контрфорсных плотин и идея, положенная в основу их конструкций
§ 105. Основные типы и конструкции
§ 106. Конструктивные и другие особенности
§ 107. Основы расчетов прочности элементов и устойчивости контрфорсных плотин

Глава 22. Облегченные гравитационные плотины
§ 108. Пути облегчения гравитационных плотин
§ 109. Плотины с расширенными швами и полостями
§ 110. Плотины с экраном или с гидроизоляцией на напорной грани
§ 111. Предварительно-напряженные и заанкеренные в основание плотины
§ 112. Ячеистые и сборные плотины
§ 113. Технико-экономические характеристики и перспективы применения различных конструкций облегченных гравитационных плотин

Глава 23. Термический режим и термонапряженное состояние бетонных плотин
§ 114. Температурные воздействия и мероприятия по борьбе с температурным трещинообразованием
§ 115. Краткие сведения по температурным расчетам
§ 116. Некоторые сведения по оценке термонапряженного состояния бетонных плотин

Раздел VII. Каналы и гидротехнические сооружения на них

Глава 24. Каналы
§ 117. Назначение
§ 118. Трассирование
§ 119. Поперечное сечение
§ 120. Одежда
§ 121. Особенности эксплуатации

Глава 25. Регулирующие сооружения
§ 122. Общие сведения
§ 123. Типы регулирующих сооружений
§ 124. Сборные внутрисистемные сооружения
§ 125. Особенности регуляторов, возводимых на пучинистых грунтах
§ 126. Особенности регуляторов, возводимых на вечномерзлых грунтах

Глава 26. Водопроводящие сооружения
§ 127. Акведуки, селепроводы и лотки
§ 128. Дюкеры и трубы-ливнепроводы

Глава 27. Гидротехнические туннели
§ 129. Общие сведения и классификация
§ 130. Горное давление
§ 131. Общая характеристика безнапорных туннелей
§ 132. Статические расчеты обделок безнапорных туннелей
§ 133. Общая характеристика напорных туннелей
§ 134. Статические расчеты обделок напорных туннелей
§ 135. Некоторые вопросы проектирования

Глава 28. Сопрягающие сооружения
§ 136. Общие сведения. Быстротоки
§ 137. Ступенчатые перепады
§ 138. Консольные перепады
§ 139. Выбор типа сопрягающего сооружения

Раздел VIII. Механическое оборудование гидротехнических сооружений

Глава 29. Общие сведения о механическом оборудований гидротехнических сооружений
§ 140. Механическое оборудование и металлические конструкции гидротехнических сооружений
§ 141. Классификация затворов
§ 142. Виды поверхностных затворов
§ 143. Виды глубинных затворов
§ 144. Механизмы и устройства для управления затворами

Глава 30. Компоновка механического оборудования на сооружениях и условия его работы
§ 145. Основные требования к механическому оборудованию
§ 146. Примеры компоновок механического оборудования на сооружениях
§ 147. Нагрузки и воздействия на затворы и механизмы
§ 148. Определение гидравлических нагрузок на затворы
§ 149. Борьба с кавитацией и кавитационной эрозией при работе затворов

Глава 31. Конструкции плоских и сегментных затворов
§ 150. Плоские затворы
§ 151. Сегментные затворы

Раздел IX. Регулирование русл

Глава 32. Русловый процесс и его регулирование
§ 152. Русловый процесс — взаимодействие потока с руслом и транспортирование наносов
§ 153. Формирование русл рек и их устойчивость
§ 154. Методы регулирования русл
§ 155. Регулирование русл рек у водозаборных сооружений

Глава 33. Регуляционные (выправительные) сооружения
§ 156. Строительные материалы и элементы конструкций
§ 157. Основные требования к сооружениям и их классификация
§ 158. Массивные сооружения
§ 159. Сквозные и струенаправляющие сооружения

Раздел X. Речные водозаборные сооружения

Глава 34. Общие сведения о речных водозаборных сооружениях
§ 160. Условия применения и классификация
§ 161. Требования, предъявляемые к водозаборам

Глава 35. Речные бесплотинные водозаборы
§ 162. Общие сведения
§ 163. Типы бесплотинных водозаборов
§ 164. Расчеты бесплотинных водозаборов

Глава 36. Речные плотинные водозаборы
§ 165. Общие сведения
§ 166. Боковые водозаборы
§ 167. Фронтальные водозаборы
§ 168. Глубинные водозаборы

Раздел XI. Отстойники

Глава 37. Основные сведения об отстойниках
§ 169. Характеристики взвешенных наносов
§ 170. Назначение отстойников
§ 171. Общая характеристика отстойников    

Глава 38. Отстойники с периодической промывкой
§ 172. Общие сведения
§ 173. Конструктивные особенности отдельных элементов отстойников
§ 174. Расчеты отстойников

Глава 39. Отстойники с непрерывной промывкой
§ 175. Конструктивные особенности отстойников
§ 176. Расчеты отстойников
§ 177. Некоторые типы отстойников с непрерывной промывкой

Раздел XII. Судо-, лесо- и рыбопропускные сооружёния

Глава 40. Водные пути
§ 178. Общие сведения
§ 179. Основные принципы проектирования водных путей

Глава 41. Судоходные шлюзы и судоподъемники
§ 180. Основные конструктивные элементы шлюзов
§ 181. Классификация шлюзов и использование их как водосбросов
§ 182. Габаритные размеры шлюзов
§ 183. Технология пропуска судов через шлюзы и их судопропускная способность
§ 184. Размещение судоходных сооружений
§ 185. Конструкции и размеры камер шлюзов
§ 186. Конструкции и компоновка голов шлюзов
§ 187. Системы питания шлюзов
§ 188. Причальные и направляющие сооружения
§ 189. Судоподъемники

Глава 42. Лесопропускные сооружения
§ 190. Бревноспуски
§ 191. Плотоходы

Глава 43. Рыбопропускные и рыбозащитные сооружения. Прудовые рыбоводные хозяйства
§ 192. Рыбопропускные сооружения
§ 193. Рыбозащитные сооружения
§ 194. Краткие сведения о прудовых рыбоводных хозяйствах

Раздел XIII. Компоновка речных гидроузлов. Водохранилища

Глава 44. Компоновка речных гидроузлов
§ 195. Общие положения
§ 196. Основные требования, предъявляемые к компоновке гидроузлов

Глава 45. Водохранилища
§ 197. Изменение гидрологического режима и его воздействие на природные условия зоны водохранилища
§ 198. Изменение природных условий вокруг водохранилища
§ 199. Изменение природных условий в нижнем бьефе гидроузлов
§ 200. Организация чаши водохранилищ и противомалярийные мероприятия
§ 201. Технико-экономические показатели водохранилищ

Раздел XIV. Исследования гидротехнических сооружений

Глава 46. Лабораторные исследования гидротехнических сооружений
§ 202. Задачи, виды и развитие лабораторных исследований
§ 203. Основы теории подобия
§ 204. Гидравлическое моделирование
§ 205. Моделирование напряженного состояния и прочности гидротехнических сооружений и их оснований при воздействии статических и динамических нагрузок и температур

Глава 47. Натурные исследования гидротехнических сооружений
§ 206. Общие положения
§ 207. Виды натурных исследований и используемая контрольно-измерительная аппаратура
§ 208. Основные принципы размещения контрольно-измерительной аппаратуры

Приложение I. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения
Приложение II. Таблицы для расчетов осадок оснований гидротехнических сооружений
Приложение III. Формулы для фильтрационных расчетов земляных плотин
Список литературы
Предметный указатель

Предисловие

В решениях XXV съезда КПСС уделено значительное внимание развитию водохозяйственного строительства в нашей стране. Предусматривается продолжать сооружение крупных гидроузлов с учетом нужд энергетики, орошения, водоснабжения, судоходства и рыбоводства; продолжать в широких масштабах мелиорацию земель, используя новейшие достижения науки и техники, индустриализацию, автоматизацию и механизацию; продолжать дальнейшее развитие водного транспорта, в первую очередь в Сибири, на Дальнем Востоке и Крайнем Севере. Для осуществления намеченной программы необходимо запроектировать и возвести большое число разнообразных гидротехнических сооружений — надежных и экономичных. В статье 26 новой Конституции СССР указывается, что государство организует внедрение результатов научных исследований в народное хозяйство и другие сферы жизни. В связи с этим будущих инженеров-гидротехников и гидромелиораторов крайне важно ознакомить с основными достижениями современной гидротехники и научить творчески подходить к выбору рациональных типов гидротехнических сооружений — на основе глубокого анализа различных факторов.

Настоящее учебное пособие посвящено рассмотрению всех разделов курса «Гидротехнические сооружения», включенных в программы по специальностям 1511 «Гидромелиорация» и 1203 «Гидротехническое строительство речных сооружений и гидроэлектростанций». Учебное пособие составлено с учетом специфики преподавания данного курса в Московском гидромелиоративном институте, а именно: по специальности 1511 большое внимание уделяется теоретическим основам курса, а также новым перспективным конструкциям сооружений, в особенности мелиоративных [в том числе на пучинистых, просадочных, многолетнемерзлых (вечномерзлых), торфяных грунтах], водозаборных и характерных для Нечерноземной зоны РСФСР; по специальности 1203 материал курса излагается в значительной степени применительно к проектированию комплексных гидроузлов, рассматриваются судоходные сооружения и отстойники, которые обычно изучают в других курсах.

Для лучшего освещения принципиальных теоретических основ данной дисциплины с учетом последних достижений гидротехнической науки и практики в книге выделены специальные разделы, посвященные общим расчетам устойчивости и прочности различных подпорных бетонных сооружений и их оснований и общим вопросам проектирования водопропускных сооружений (учет режимов работы сооружений, управление бурными потоками, борьба с кавитационной эрозией, расчеты креплений нижнего бьефа, прогноз размывов и пр.). Уделено внимание и освещению тех вопросов, которые недостаточно полно рассмотрены з существующей учебной литературе по гидротехническим сооружениям (глубинные затворы, лабораторные исследования сооружений и пр.).

Книга написана коллективом авторов под общим руководством Н.П. Розанова: И.А. Васильевой (главы 3—5, 24, 25), Г.И. Журавлевым [главы 13 (§ 60—62), 34—39], С.Н. Корюкиным (главы 26—28, 32, 33, 45), П.Е. Лысенко (главы 29—31), H.П. Розановым [предисловие, введение, главы 10, 11, 17, 20, 21, 46 (§ 202—204)], Г.К. Сухановым (главы 2 и 44). В написании отдельных глав и параграфов приняли участие Б.М. Бахтин, В.X. Гольцман, Г.Ф. Ильюшенков, Г.М. Каганов, З.М. Киппер, Б.П. Петухов, Д.А. Рагозин, H.Н. Розанов, И.С. Румянцев, И.П. Сергеев, E.Н. Терентьев.

Авторы выражают признательность за ценные замечания рецензентам — коллективу кафедры гидротехнических сооружений и гидравлики Грузинского политехнического института имени В.И. Ленина, которую возглавлял д-р техн. наук проф. К Ф. Данелия, а также канд. техн. наук Б.В. Орлову.