Водосброс со ступенчатым перепадом представляет собой одну из разновидностей поверхностных водосбросных сооружений. Его характерной особенностью является способ сопряжения верхней и нижней высотных отметок. Данное сопряжение выполняется в виде многоступенчатой конструкции, напоминающей собой лестничный марш, который и является собственно ступенчатым перепадом.
Водосбросы со ступенчатым перепадом всегда проектируются берегового расположения, обычно в составе гидроузлов с грунтовыми плотинами, существенно реже — с бетонными плотинами. Как и все открытые береговые водосбросы, водосбросы со ступенчатым перепадом, как правило, характеризуются:
– значительной протяженностью водосбросного тракта;
– изогнутой компоновкой элементов в плане;
– сложными геометрическими формами отдельных конструктивных элементов.
Указанные особенности усложняют выполнение гидравлических расчетов таких водосбросов.
При проектировании ступенчатого перепада, если позволяют топографические условия, все ступени стремятся принять с одинаковыми геометрическими размерами (или максимально близкими). Число ступеней не ограничено и определяется рельефом берега.
Различают несколько подвидов ступенчатого перепада:
– одноступенчатые и многоступенчатые;
– колодезные и бесколодезные.
Продольный разрез и план по многоступенчатому перепаду
В состав каждой ступени наиболее характерного подвида ступенчатого перепада — многоступенчатого колодезного перепада — входят:
– горизонтальный участок (условная "проступь") — предназначен для гашения энергии потока воды, поступающего с вышерасположенной ступени; длина горизонтального участка рассчитывается из условия приёма отлетающей с верхнего участка струи, размещения кривой подпора, и обеспечения на конце участка т.н. критической глубины потока;
– невысокая водобойная стенка на конце горизонтального участка — предназначена для затопления гидравлического прыжка на горизонтальном участке посредством увеличения на нём глубины воды;
– вертикальная стенка (условный "подступенок") или наклонная плита — предназначена для перехода высотной отметки на следующую ступень;
– продольные подпорные стены — являются ограждающими конструкциями, удерживающими поток воды в пределах ступенчатого перепада.
Водосбросы со ступенчатым перепадом применяются в гидротехническом строительстве в основном при проектировании речных гидроузлов малого и среднего напоров. Встречаются случаи применения данных сооружений и для гидроузлов с большими напорами. К примеру, один из крупнейших ступенчатых перепадов в России построен в составе берегового водосброса Саяно-Шушенской ГЭС. Водосбросы со ступенчатым перепадом также активно применяются при проектировании объектов мелиорации и автомобильного транспорта.