Файл: Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство морского и речного транспорта Омский институт водного транспорта филиал.pdf

86
Рис. 43 Двухкамерный судоподъемник
Двухкамерные судоподъёмники снабжают также противовесом, в этом случае камеры могут перемещаться будучи взаимосвязаны или независимо друг от друга.
Наиболее крупный судоподъемник с противовесом и построен в 1934г. у
Нидерфинов. Судоподъемник преодолевает напор около 36 м и состоит из камеры, тросов с противовесами, механизмов управления, металлического каркаса и канала моста, соединяющего судоподъемник с верхним бьефом канала.
Камера металлическая, имеет длину 85м, ширину. 12м; глубина воды в ней 2,5м; наибольшая грузоподъемность судна 1000т. С обоих концов камера закрывается противовесами.
Каркас судоподъемника представляет собой сквозную металлическую конструкцию длиной около 94м, шириной 27м и высотой 10м.
Судоподъемник с поплавками впервые был применен в 1887г. для судов грузоподъемностью 600т, при напоре от ,5 до 16м. Камера судоподъемника
— металлическая, длиной 70м, шириной 8,8м, при глубине воды 2,5м — поддерживается стойками-фермами пяти вертикальных металлических поплавков диаметром 8,3м высотой 13м. Поплавки помещаются в шахтах, диаметром 9,2м и глубиной 29,4м, наполненных водой и единенных между собой горизонтальными трубами. Поплавки принимают вес подвижной части судоподъемника. Длительный опыт эксплуатации вертикальных судоподъемников свидетельствует о ряде их преимуществ по сравнению с заменяемыми ими шлюзами: возможности преодоления больших напоров, сбережении водных запасов, большей пропускной способности, надежности работы, упрощении и удешевлении эксплуатации.

87

88
1.6 Плотины
1.6.1 Классификация плотин
По основному материалу, из которого возводятся плотины, различают
земляные, каменные, деревянные, бетонные, железобетонные, стальные,
из синтетических материалов и комбинированные (из нескольких
материалов).
По величине напора плотины в известной мере условно можно подразделить на низконапорные (с напором до 10м), средненапорные (от
10 до 40 м) и высоконапорные (свыше 40м).
По способу пропуска воды плотины делят на глухие, когда воду через них не пропускают, и водосбросные, допускающие сброс воды.
Если в водосбросной плотине отверстия для пропуска воды расположены на гребне плотины, то они называются поверхностными, или водосливными, а плотина — водосливной (Рис.45).
Рис.45 Классификация плотин
Отверстия для пропуска воды, расположенные ниже ее уровня, называются глубинными, или водоспускными
(Рис.46).
Рис.46 Классификация плотин

89
В некоторых случаях плотины могут иметь оба вида водосбросных отверстий.
По конструктивным особенностям плотины классифицируют главным образом в зависимости от условий их работы на сдвиг. Применительно к этому различают следующие типы плотин: гравитационные— сроятся из земли, камня, дерева, бетона; контрфорсные — из бетона и железобетона; арочные и арочно-гравитационные — также из бетона и железобетона
(
Рис.47).
Рис.47 Классификация плотин
1.6.2 Земляные и каменные плотины
Типы плотин.В поперечном сечении профиль земляной плотины представляет собой обычно трапецию, боковые стороны которой называются откосами, а верхняя горизонтальная — гребнем. Перелив воды через гребень земляной плотины может привести к размыву низового откоса и ее разрушению. Поэтому такие плотины строят глухими, а для пропуска воды из верхнего бьефа в нижний служат специальные водосбросы, расположенные вне тела плотины (Рис. 48).
Рис.48 Тип плотины

90
Земляные и каменные плотины делятся на следующие основные типы:
1) Плотины однородные — из одного грунта, например из песка, супеси, суглинка.
2) Плотины из разнородных грунтов — глины, супеси, песка и других грунтов, располагаемых в определенном порядке.
3) Плотины с водонепроницаемым покрытием — экраном, который может быть пластичным из глины, суглинка, торфа или жестким— из бетона, металла.
4) Плотины с водонепроницаемым ядром из грунта, расположенным в центральной части.
5) Плотины каменно-земляные, когда часть профиля плотины выполняется из камня. К ним относятся такие плотины, объем наброски камня, в профиле которых составляет 50% и более. При объеме камня менее 50% плотины относятся к земляным.
6) Каменно-набросные плотины отсыпаются из камня, водонепроницаемость их, как и в предыдущем случае, достигается экраном или диафрагмой из дерева, железобетона, асфальтобетона и стали.
7) Плотины из каменной кладки, водонепроницаемость которых обычно достигается устройством экранов из дерева, бетона, стали.
По способам возведения земляные и каменные плотины делятся на следующие типы:
1) Плотины насыпные, возводимые путем сухой насыпки грунта
(камня), доставляемого транспортными средствами (автомобилями- самосвалами, скреперами и т. д.), и последующего его уплотнения;
2) Плотины намывные — в этом случае смесь грунта с водой оставляется по трубам и укладывается (намывается) в тело плотины; плотина возводится так называемым гидромеханизированным способом;
3) Плотины полу намывные, в которых при помощи гидромеханизации ведется только укладка грунта в ядро плотины, а внешние призмы отсыпаются насухо;
4) Плотины, возводимые направленными взрывами;
5) Плотины из сухой кладки, выполняемые из хорошо подобранных камней, укладываемых горизонтальными рядами с заполнением пустот щебнем.
1.6.3 Фильтрация воды в земляных плотинах
Материал тела земляной плотины всегда в той или иной мере проницаем для воды.
Поэтому в плотине создается поток фильтрующейся из верхнего бьефа в нижний воды со свободной поверхностью, постепенно понижающейся к нижнему бьефу, и называемой депрессионной поверхностью, а в вертикальном разрезе, поперек оси плотины — депрессионной кривой.
Ниже депрессионной поверхности грунт плотины насыщен водой и взвешивается ею; выше депрессионной поверхности находится зона грунта с естественной влажностью, зависящей от климатических условий.

91
Фильтрация воды в теле плотины вызывает неблагоприятные явления в зоне насыщения водой, грунт подвержен действию фильтрационных гидродинамических сил, возможен вынос частиц грунта и оползание откосов.
В целях уменьшения водонасыщенной зоны в плотинах и повышения устойчивости откосов применяется дренаж плотин, т. е. введение в тело плотин зон или полостей, заполненных гравием, щебнем, камнем, перехватывающих фильтрационный поток и понижающих депрессионную поверхность.
Общий упрощенный метод расчета фильтрации воды в земляных плотинах из однородного грунта на водонепроницаемых основаниях заключается в установлении координат депрессионной кривой и величины фильтрационного расхода воды. Для решения этой задачи берется 1 м длины плотины, при этом профиль плотины делится на три части:
Верховой клин — треугольник, отсекаемый вертикалью, проведенной через урез воды верхнего бьефа;
Низовой клин — треугольник, отсекаемый вертикалью (в точке выхода кривой депрессии на низовой откос),
Средняя часть - между указанными вертикалями.
Материалами для земляных плотин могут служить самые разнообразные грунты, а также отходы металлургической промышленности и тепловых электростанций (золы, шлаки и пр.), находящиеся вблизи места постройки плотины.
Конструкции земляных плотин. Основные размеры профиля (уклоны и форма откосов) плотины назначаются в зависимости от высоты ее, рода грунта, свойств основания и фильтрационных условий. Наиболее распространены откосы с уклоном от 1:2,5 до 1:3,5, но при слабых основаниях делают их иногда и более пологими. В плотинах небольшой высоты откосы могут быть и круче — с уклоном 1:1,5—1:2.
Рис.49 Земляная плотина с грунтовым экраном:
1 — жирный суглинок, тщательно трамбованный; 2 — песок (защитный слой); 3 — пески и супеси; 4 — дренажный тюфяк; 5 —дренажная призма; 6 — берма; 7 — крепление верхового откоса

92
Верховой откос делают более пологим, чем низовой. Для защиты верховых откосов плотин от повреждений, которые могут возникнуть в результате действия волн, льда и колебания температуры, устраивают защитные покрытия. Защитные покрытия откосов выполняются в виде каменной наброски или мощения, бетонных или железобетонных плит.
Конструкции этих креплений сходны с креплениями, применяемыми при защите берегов судоходных каналов.
Гребень плотины предназначается для движения транспортных средств по плотине, ширина его задается в соответствии с нормами для проектирования автомобильных и железных дорог. Минимальную ширину гребня обычно принимают равной 3—4м, а при двустороннем движении автомобильного транспорта по плотине т 6 до 12м. Возвышение гребня плотины над самым высоким уровнем воды верхнего бьефа принимают равным высоте ожидаемого наката волны по откосу плюс запас 0,3—1,0м.
В целях безопасности движения по плотине, ее гребень ограждают перилами или надолбами.
Низовой откос обычно укрепляют, засевая его травами или покрывая дерном. В зоне возможного выхода фильтрационных вод на откосе устраивают крепление в виде слоя гравия или щебня. На низовых откосах нередко устраивают через 10—15м по высоте горизонтальные площадки
— бермы — шириной от 2м, предназначенные для увеличения устойчивости откоса. Для отвода дождевых вод, стекающих сверху, у внутреннего края бермы устраивают кювет, входящий в общую систему дренажа плотины.
Для снижения уровня депрессионной поверхности в теле плотины, когда она возводится из водопроницаемых грунтов, применяют противофильтрационные устройства в виде экранов, понуров, ядер и диафрагм.
Экраном называется слой малопроницаемого материала, который размещен по верховому откосу плотины. При устройстве экрана кривая депрессии проходит в верховой части плотины значительно ниже, чем в плотинах с ядром, что способствует увеличению устойчивости сооружения. Материалом для экрана служат: глина, суглинок, торф, глинобетон, дерево и железобетон, так как они обладают водонепроницаемостью и некоторой гибкостью на случай осадки плотины.
Сверху экран покрывают защитным слоем из несвязного грунта во избежание размыва водой и промерзания в период зимней сработки водохранилища.
Для надежного снижения фильтрационного расхода воды в основании плотины экран сопрягают с водонепроницаемым основанием. При водопроницаемом основании или глубоком его залегании устраивают
понур, который является продолжением экрана и укладывается по дну

93 водоема перед плотиной. Понуры делают из тех же материалов и теми же способами, что и экраны.
Ядром называется противофильтрационное устройство из малопроницаемого (глинистого) грунта, расположенное в центральной части плотины. Ядро имеет обычно форму высокой трапеции. Ядро, как и экран, доводят до водонепроницаемого слоя в основании. Если водоупор находится на значительной глубине от подошвы плотины, сопряжение с основанием делают при помощи завесы из глиноцементного раствора, нагнетаемого в основание. Ядро лучше защищено от промерзания и меньше в объеме по сравнению с пластичным экраном на плотинах с одинаковым напором. В последнее время высокие плотины делаются обычно с ядрами.
Диафрагма, как и ядро, располагается в центральной части плотины, но выполняют ее из твердого материала. Бетонные, железобетонные, металлические и деревянные диафрагмы применяют в тех случаях, когда близ места постройки плотины отсутствует глина или суглинок для ядра. В настоящее время подобные диафрагмы применяют относительно редко.
Дренаж тела плотины устраивают для снижения кривой депрессии и недопущения выхода ее на откос. Обычно для этого у основания низового откоса плотины располагают дренажную призму, состоящую из камня или щебня с обратным фильтром по ее контуру.
Сопряжение тела плотины с основанием и берегами должно обеспечить плотное примыкание тела плотины к грунту основания и берегов. Для этого удаляют верхний растительный слой грунта толщиной 0,3—1,0м, пронизанный корнями растений и сильно фильтрующий.
1.6.4 Способы возведения земляных плоти
Насыпные
плотины являются самыми распространенными сооружениями. Уплотнение насыпного грунта плотины делают во избежание опасной неравномерной фильтрации воды и для уменьшения осадок и деформации ее тела после принятия напора. В современных условиях строительства грунт тела плотины уплотняют чаще всего самоходными или прицепными катками. Катки могут быть гладкими, ребристыми и кулачковыми, а также с трамбующими или вибрационными устройствами.
Наибольший эффект уплотнения суглинистых грунтов дают ребристые или кулачковые катки. Для уплотнения супесчаных, песчаных, песчано- гравелистых, обломочных грунтов применяют гладкие катки.
Толщину уплотняемых слоев принимают равной 15—20см. Чем глинистее грунт, тем меньше должна быть высота уплотняемого слоя, причем в экранах и ядрах она не должна превышать 10—15см. Степень