Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

ОБЛИЦОВКА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КАНАЛОВ

Облицовка дна и откосов канала предназначается для предотвращения размывов, защиты откосов от повреждения плавающими телами и льдом; уменьшения шероховатости русла; сокращения фильтрационных потерь воды; улучшения условий эксплуатации и снижения эксплуатационных издержек. В зависимости от основных функций, возложенных на облицовку, к ней предъявляются определенные требования в отношении прочности, надежности, долговечности, водонепроницаемости, морозостойкости и др.

Облицовка канала необходима при сильно фильтрующих и слабых грунтах (илы, мелкозернистый песок и т. п.), для которых неразмывающие скорости течения очень малы. При малых скоростях течения в необлицованном канале его живое сечение получается чрезмерно большим.

Облицовку в скальных породах, допускающих большие скорости течения воды, можно не делать, но если скалу не облицовать, то из-за большой шероховатости русла при больших скоростях течения получаются большие потери напора, для уменьшения которых надо увеличить площадь сечения канала. Однако в ряде случаев более экономичным оказывается применение выравнивающей облицовки.

Когда канал проходит в насыпях, облицовка его дна и откосов предохраняет от сильной фильтрации и повышает устойчивость дамб.

Назначение облицовки оказывает решающее влияние на выбор ее типа. Всем перечисленным выше требованиям лучше всего отвечают бетонные или железобетонные облицовки, которые обладают высокой прочностью, водонепроницаемостью, малой шероховатостью. В практике строительства также применяются облицовки из камня, из асфальтовых или битумных материалов, одежда из пластичных грунтов, а также пленочные покрытия с грунтовым защитным слоем. Иногда для обеспечения устойчивости откосы канала покрывают защитным слоем из галечника или щебня.

Бетонная облицовка выполняется либо в виде сплошного бетонного покрытия, разделенного только температурно-усадочными швами, либо делается из отдельных бетонных плит, доставляемых к месту укладки в готовом виде. В том и другом случае возможна широкая механизация всех строительных работ. При облицовке плитами одежда канала получается с большим числом швов, которые увеличивают шероховатость русла и потерю воды на фильтрацию. Ледяной покров, примерзая к плитам, может смещать или выламывать их при колебаниях уровня воды в канале. Совершенствование технологии изготовления и стыкования плит позволит осуществить переход к сборным облицовкам.

Бетонирование откосов и дна канала при сплошном покрытии осуществляется обычно с помощью машин.

Выбор толщины облицовки зависит от класса и размеров канала, а также от климатических, геологических и других факторов. Рекомендуется сплошное бетонное покрытие делать слоем толщиной 10— 20 см, причем толщина облицовки откоса может быть переменной по высоте. На незамерзающих каналах толщину покрытия рационально назначать 7—15 см вверхней части откоса и 12—25 см — внизу. Если зимой канал будет иметь ледяной покров, то в зоне воздействия последнего толщину облицовки следует увеличивать на 50—70 % против обычной. В месте сопряжения одежды откоса с одеждой дна делается, как правило, бетонный упор (рис. 13-6), превосходящий толщину облицовки не менее чем в два раза. Когда дно канала не бетонируется, упорный массив делают более мощным.

Сплошное бетонное покрытие необходимо разрезать температурно-усадочными швами с таким расчетом, чтобы при колебаниях температуры или в процессе усадки на отдельных панелях не появлялись трещины. Облицовку откоса целесообразно разрезать поперечными швами через каждые 4—6 м и отделять продольным швом от облицовки дна. Если откосы канала имеют переменную крутизну, то по линии перелома также делаются продольные швы. Деформационные швы следует совмещать со строительными швами и проектировать так, чтобы они были просты, но надежны в отношении водонепроницаемости. Бетон следует укладывать на уплотненный грунт, покрытый сверху, в случае необходимости, слоем дренажной подготовки. Для того чтобы уровень грунтовых вод не был выше уровня воды в канале, в слое подготовки закладывается дренаж. Дрены, собирающие воду, прокладываются под дном канала либо по оси его, либо параллельно оси, вблизи подошвы откосов. Сброс воды из дрен лучше осуществлять коллектором, выводимым за пределы канала, и, лишь когда это сделать невозможно, допускается выпуск воды в канал через колодцы (рис. 13-7, а) в облицовке дна. Колодцы заполняются обратным фильтром

препятствующим выносу грунта, и снабжаются крышками. Обычно крышка закрыта и открывается только при повышении давления воды в дренах, давая выход воде в канал. Вместо колодцев иногда делают выпускные клапаны (рис. 13-7,6), но они менее надежны в эксплуатации.

В практике строительства США был случай разрушения облицовки канала, не имеющего выпускных отверстий. Выпавший ливень значительно повысил уровень грунтовых вод, обычно стоящих ниже дна канала. Канал в это время был опорожнен. Под напором грунтовых вод облицовка на участке в пять километров была полностью разрушена.


Железобетонная облицовка применяется в пучинистых и легко деформируемых грунтах или в районах с резким колебанием температур.

Толщина железобетонной облицовки назначается в пределах 7—15 см. Стержни арматуры, на которых изготовляют сетки с ячейками размером 20><20 — 30x30 см, рекомендуется брать диаметром 8— 12 мм. Поперечных швов железобетонная облицовка может совсем не иметь, а если их и делают, то по строительным соображениям, причем с интервалом в 10—20 м. Ширина строительного шва бывает около 50 см; заделывать его можно лишь после усадки бетона. Железобетонное покрытие нужно укладывать на дренажную подготовку. При наличии лессовых грунтов подготовка делается на глубину промерзания, так как играет роль шубы, предохраняя лесс от промерзания и тем самым от вспучивания. Иногда для повышения водонепроницаемости на железобетонные облицовки наносят гидроизоляцию из рулонных / материалов.

Асфальтобетонная облицовка пока еще не нашла широкого применения, несмотря на то, что она обладает такими полот жительными качествами, как малая шероховатость, большая водонепроницаемость и эластичность. Асфальтобетон представляет собой смесь асфальтового битума, заполнителя, песка и щебня (гравия). Это смесь нагревается до температуры 160—180° и укладывается при тем- :пературе не ниже 140°. При отсутствии щебня или гравия смесь принято называть асфальтным раствором. Толщина асфальтобетонных облицовок назначается 5—8 см. Такое покрытие наносится в один или два слоя без швов.

Битум может использоваться в качестве материала для крепления дна и откосов канала, выполняемого по типу глубинной пропитки. В этом случае русло канала вначале покрывается щебнем, который тщательно укатывается катком, а затем заливается горячим битумом.

Облицовка из пластичных грунтов применяется только с целью уменьшения фильтрации воды из канала. Материалом облицовки данного типа является глина, суглинок, глинобетон (смесь глины, гравия, песка) и торф. Толщина глинистых и суглинистых одежд назначается равной 30—60 см. Этот слой покрытия должен быть хорошо уплотнен и защищен от разрыва слоем песка и гравия толщиной 0,30—1,00 м. Торфом может покрываться только русло канала III класса. В облицовке из пластичных грунтов дренажа не требуется.


Облицовка из каменных материалов конструктивно может быть выполнена в виде каменной наброски, булыжной мостовой, гравийной отсыпи и габионной одежды. Камень наиболее часто употребляется для одежды откосов отводящего капала. Одежда отводящей деривации должна допускать свободную фильтрацию воды, и если применяют бетонное крепление, то делают его решетчатым.

Прокладка отводящего канала в русле реки предопределяет его устройство без облицовки.

Пленочное покрытие с грунтовым защитным слоем нашло применение в мелиоративном строительстве.

Выбор типа и конструкции облицовки производится после технико-экономического сопоставления вариантов. Если сравниваемые варианты имеют одинаковые показатели, то СНиП рекомендуют в скале делать канал с выравнивающей облицовкой, а в мягких грунтах при наличии бетонной или железобетонной облицовки применять сборные конструкции.

Верхний предел скорости воды может обусловливаться требованиями неразмываемости русла канала либо ледяного покрова, а нижний предел скорости определяется из условий незаиления или неза- растания канала или же необходимости беззаториого пропуска шуги.

Наибольшая допустимая скорость движения воды итах по условиям неразмываемости зависит от свойства грунтов, а при наличии облицовки — от типа (материала) ее, а также от формы поперечного сечения канала.

Ориентировочные значения предельно допускаемых неразмывающих средних скоростей течения для необлицоваиных каналов в глинистых, суглинистых или иных связных грунтах:


Здесь Ушах даны для R = 1—2 м, при R>2 м скорости могут быть увеличены на (R/2)0’125.

Скальные и бетонированные поверхности русла хорошо противостоят размыву даже при больших скоростях течения воды. Если поток не содержит твердых частиц, способных истирать бетонную поверхность, то облицовка из бетона марки 250 выдерживает скорость 9— 11 м/с. Однако экономически наивыгоднейшие скорости в бетонированных каналах оказываются в пределах 1,5—2,5 м/с. В скальной выемке, имеющей значительную шероховатость, более выгодны еще меньшие скорости.

Н аименыней допустимой скоростью по условиям незаиляемости min считают ту наименьшую скорость, при которой наносы, содержащиеся в воде, не осаждаются. Эта скорость обусловливается крупностью и количеством взвешенных наносов, транспортируемых по каналу, гидравлическим радиусом потока, шероховатостью русла и рядом других факторов.

Наименьшая допустимая скорость по условиям незарастания русла канала при глубинах более 1,5 м, как показал опыт эксплуатации, составляет около 0,6 м/с.

Процесс зарастания русел водолюбивыми растениями часто наблюдается в ирригационных каналах, которые летом подвергаются неоднократному осушению. Деривационные каналы ГЭС работают непрерывно, однако не исключена возможность их зарастания, если каналы мелкие, а скорости течения малы и температура воды выше 18 °С.

Ограничения скоростей течения по условиям зимней эксплуатации каналов зависят от требований, предъявляемых к деривации. Для образования ледяного покрова необходимо при наступлении морозов уменьшить скорость течения воды в канале. Ориентировочно считают, что в северных районах формирование поверхностного льда происходит при скоростях ?><0,60 м/с, а в южных районах при ?><0,45 м/с. После того как канал покрывается льдом, скорость может быть увеличена приблизительно до 1,25 м/с, но не более, иначе лед начнет раз-мываться. Если канал проектируется для работы без ледяного покрова,- то скорость следует назначать не меньше 1,5 м/с. Если канал предполагается использовать для судоходства, то скорость течения .воды принимается не более 1,5 м/с.

Д.С.Щавелев, Гидроэнергетические установки (гидроэлектростанции, насосные станции и гидроаккумулирующие электростанции), Л., 1981

Литература

Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции

Зайцев Ю.В., Строительные конструкции заводского изготовления

Е.Ф. Лысенко, Армоцементные конструкции

С.В. Поляков, Каменная кладка из пильных известняков

В. Ермолов, Пневматические строительные конструкции

Журавлев А.А., Вержбовский Г.Б., Еременко Н.Н., Пространственные деревянные конструкции

А.В. Калугин, Деревянные конструкции

Е.К. Карапузов, Г. Лутц, X. Герольд, Сухие строительные смеси

А.А. Пащенко, Теория цемента

Волков В.А., Сантехника: как все устроено и как все починить

А. Грассник, Бездефектное строительство многоэтажных зданий

Д.С. Щавелев, Гидроэнергетические установки

Д.С. Щавелев, Экономика гидротехнического и водохозяйственного строительства

Гидротехнические сооружения. Ч. I. Глухие плотины

Гидротехнические сооружения. Ч. II. Водосливные плотины

Производство гидротехнических работ

Н.П. Розанов, Гидротехнические сооружения

А. П. Юфин, Гидромеханизация

Термоэлектрические преобразователи энергии

Использование возобновляемой энергии

Бетон и железобетон, избранные статьи

Современное состояние и перспективы развития энергетики