Акведуки, селепроводы и лотки
Акведуки — это водоводы в виде моста. Они предназначены для переброски расхода канала через реки, дороги, овраги, суходолы и другие понижения местности. Их устраивают, если габарит дороги, уровень воды пересекаемого канала или реки ниже пролетного строения акведука. Опоры акведуков делают аналогично опорам, применяемым в мостостроении. По существу это мосты, у которых пролетным строением служит лоток, заполненный текущей водой.
Акведуки бывают железобетонные (монолитные или чаще сборные), деревянные, металлические и комбинированные; последние три типа применяют весьма редко.
При возведении акведуков над глубокими и сравнительно узкими оврагами при прочных (скальные) склонах, способных воспринять распор от пят арок, используют арочную (рйс.8.17,а) или рамную (рис. 8.17,6) конструкцию.
При пересечении каналом широких долин, пойм, рек, дорог предпочтительны железобетонные акведуки рамной конструкции (рис. 8.17,в, г). Опорами таких акведуков могут быть двустоечные или одностоечные рамы. Там, где паводковые расходы велики и для пропуска их приходится делать широкие пролеты, ставят двухконсольные рамы, а в примыкающих к берегам — одноконсольные. Стыки соседних рам выполняют в виде температурно-осадочных водонепроницаемых гибких швов, способных выдерживать линейные и угловые деформации.
Основные типы соединений секций приведены на рисунке 8.18.
Пролетным строением деревянных акведуков служат мосты балочного или подкосно-ригельного типа (рис.8.17,д).
При переходе каналом бурной реки с неустойчивым нескальным руслом и узкой поймой (в предгорных и горных районах), сильно размываемых вовремя паводков, нередко оказывается технико-экономически выгодным перекрытие пролета аркой (рис. 8.17,6, е) или фермой (рис. 8.17, ж) с подвеской к ним лотка акведука. Лоток акведука при арочной конструкции работает как затяжка, принимая на себя распор арки. В горных районах при переходе каналов через реки находят применение подвесные акведуки типа подвесных мостов на тросах. Их достоинства—простота конструкции, сравнительные удобства строительства в горных районах, значительные пролеты (до 50 м). Пилоны устраивают из труб (диаметром 200 мм и более), опирая их на сваи-трубы, заполненные армированным бетоном.
По характеру работы лотка следует различать два типа акведуков: I— лоток расположен на несущей мостовой конструкции и является (вместе с водой) нагрузкой на эту конструкцию (см. рис. 8.17, а, д, ж); II — стенки и днище лотка являются несущими пролетными конструкциями (см. рис.8.17,6,г). Сооружения типа II часто оказываются экономичнее, но в ряде случаев (при арочных и деревянных акведуках, при перекрываемых больших пролетах) предпочтительными бывают сооружения типа I.
Конструкция акведука должна обеспечивать плавное сопряжение входной части его с каналом как в плане, так и в вертикальной плоскости (см. рис. 8.17, в). Скорость воды в акведуке назначают несколько большую (1...2.5 м/с), чем в примыкающих к нему каналах, чтобы не допускать осаждения в лотке наносов.
Отвод воды, фильтрующейся из канала в обход сооружения и в местах сопряжения входной и выходной частей сооружения с лотком, осуществляют дренажем, устраиваемым несколько ниже мест сопряжения в направлении к откосу склона. Откосы подводящего и отводящего каналов обычно укрепляют плитками. Трассу акведука выбирают вне оползневых участков, а ось его проектируют, как правило, прямолинейной.
В целях возможно большего ослабления фильтрации под входной и выходной частями акведука полезно в начале входа и конце выхода предусматривать шпунтовые стенки или стенки- шпоры из бетона и железобетона.
Гидравлический расчет акведука включает расчеты входной и выходной частей лотка.
Его начинают с выбора поперечного сечения и определения гидравлического уклона лотка. Ширину лотка следует выбирать таким образом, чтобы обеспечить плавное сопряжение в плане лотка и каналов при минимальной длине входной и выходной частей. Гидравлический расчет входной части ведут как для затопленного водослива с широким порогом. Перепад Z при входе часто принимают равным 0,1...0,15 м, а уклон акведука — гидравлическому уклону, определенному из формулы Шези.
Выходную часть лотка делают с некоторым завышением Дh над дном отводящего канала с целью исключения возможного подпора воды в акведуке и далее в верховом канале. Приближенно значение Ah можно принять равным Z.
Статический расчет акведука проводят как для мостовых конструкций соответствующего типа.
Селепроводы — это лотки на опорах (рис. 8.19), предназначенные для переброски через каналы, дороги, реки селевых (грязекаменных) потоков, ливневых вод (см. гл. 13,5). В конструктивном отношении селепроводы весьма сходны с акведуками.
Основные отличия селепровода от акведука, обусловленные особенностями пропускания селевых потоков, следующие: входная часть имеет вид воронки с укрепленными дном и дамбами, обеспечивающими плавный подход селевого потока к сооружению и пре- дотвращающие его прорыв в обход сооружения в канал; выходная часть также укреплена и ограждена дамбами; с верховой и низовой сторон лотка русло селевого потока пересекается зубьями, имеющими глубину до 4 м, которые предотвращают подмыв лотка; лоток обычно облицовывают материалом, хорошо сопротивляющимся истиранию (см. 4.1.7); уклон сооружения (подходной части, лотка и выходной части) принимают обычно большим уклона русла селевого потока (вне сооружения) с целью предотвращения накопления продуктов выноса перед сооружением. Лоток селепровода обычно не перекрывают сверху плитами, чтобы не допускать образования в его пределах селевых заторов. Ось сооружения проектируют прямолинейной.
При проектировании селепроводов необходимо обращать особое внимание на достаточно полную оценку размеров селевого паводкового расхода, что необходимо для обоснования как размеров сооружения, так и запасов по высоте и толщине стенок.
Если канал пересекает очень крупный селевой поток, целесообразнее вместо устройства селепровода предусмотреть строительство дюкера для пропуска расхода канала под руслом селевого потока.
Лотки представляют искусственные русла, выполненные из того или иного материала (дерева, бетона, железобетона, стали), расположенные непосредственно на поверхности земли или над ней — на эстакаде. Их устраивают вместо каналов на участках трассы со сложным рельефом при неблагоприятных геологических, гидрогеологических и других условиях, когда строительство канала обходится дороже устройства лотка. На оросительных системах лотки получили широкое распространение.
Их устройство позволяет получить высокий КПД каналов практическим устранением потерь на фильтрацию; повысить командование уровней над орошаемой территорией и индустриализовать процесс строительства.
Деревянные лотки (рис. 8.20, а) устраивают, как правило, на эстакадах из прямоугольных брусчатых рам, обшитых досками и соединенных поверху деревянной или стальной стяжкой. Эти лотки обладают рядом недостатков; сильно деформируются и текут, быстро загнивают вследствие переменного увлажнения, что сокращает срок их службы и т. д.
Целесообразно применять их в районах, богатых лесом.
Бетонные и железобетонные лотки делают прямоугольного, трапецеидального, параболического, циркульного, треугольного (для небольших расходов) или сложного очертания и располагают непосредственно на спланированном земляном основании или на эстакадах.
Они могут быть открытыми или закрытыми. Примеры устройства лотков на косогоре приведены на рисунке 8.21.
Лотки на сплошных основаниях выполняют разрезными (рис. 8.22, а) когда стенки их отрезаны швом от днища и работают самостоятельно, и неразрезными, когда весь лоток представляет в поперечном сечении монолитную конструкцию (рис. 8.22,6).
Закрытые лотки имеют прямоугольную, подковообразную или круглую форму; это по существу трубы с безнапорным течением.
Лотки на эстакадах, как и акведуки, имеют конструкции двух типов: I— стенки лотка воспринимают всю нагрузку между опорами эстакады (см. рис. 8.20,6; 8.22,в); II—корыто лотка лежит на эстакаде и имеет сплошные опоры в виде продольных балок (см. рис. 8.20,а, в). На оросительных системах широко распространены сборные железобетонные тонкостенные лотки для расходов воды (0,5...5 м3/с), устраиваемые на опорах с пролетами 3...5 м. Работу этих лотков осложняет расстройство стыков секций при неравномерной осадке опор лотка.
Гидравлический расчет входа в лотки аналогичен расчету входа в сетевой регулятор; при этом на закруглениях следует учитывать повышения уровня у вогнутой стороны лотка. Среднюю скорость движения в лотке назначают 1,5...2 м/с. Площадь поперечного сечения лотка обычно меньше, чем в подводящем и отводящем каналах. Поэтому уклон лотка i, как правило, больше уклона канала.