Файл: Максимов С.Н. Инженерные сооружения (с основами строительного дела) учеб. пособие.pdf

закрытие водосливных отверстий бетонной плотины и заполнение водохранилища.

При небольшой ширине долины и относительной узости тер­ расы, когда трудно целиком разместить все бетонные сооружения в удалении от русла, применяют п о л у п о й м е н н ы й способ, при котором котлован разрабатывают в теле террасы непосредст-

Рис. 79. Схема производства строительных работ при пойменном (а) и полупойменном (б) способах:

1 — гребенка бетонной водосливной плотины; 2 — зе м л я н ая или др у гая глухая плотина

венно у русла реки, отгораживая его от реки перемычкой. В этом

разработки подводного и отводного каналов. Однако приближение котлована к руслу реки может вызвать необходимость примене­ ния более мощных водоотливных средств, обеспечивающих про­ ходку котлована и поддержание его в незатопленном состоянии.

На судоходных реках для обеспечения непрерывности судо­ ходства как при пойменном, так и при полупойменном способах ведения работ одновременно с возведением бетонной плотины и машинного здания должно вестись сооружение временных и пос­ тоянных судоходных устройств.

На реках с относительно узкой долиной, когда ширина тер­ расы не позволяет использовать описанные выше способы, применя­ ют отвод реки из е с т е с т в е н н о г о р у с л а в и с к у с с т в е н ­ н ы й к а н а л (рис. 80). Его прорывают в теле террасы вокруг всего участка возведения водосливной плотины, если нужно ук­ репляют для пропуска строительных расходов и оборудуют судо­ пропускными устройствами. Эти работы при данном способе ока­ зываются самыми первоочередными. При судоходных реках этот строительный канал в его нижней части целесообразно использо­

141

вать в качестве постоянного канала для пропуска судов через шлюзы в основное русло реки в нижнем бьефе.

После этого естественное русло реки перекрывают верховой перемычкой, а затем и низовой. На территории между перемычка­ ми под их защитой (рис. 80) разрабатывают строительный котло­ ван и возводят бетонные сооружения. После полного окончания этих работ низовую и верховую пе­ ремычки разбирают и основные по­ стоянные сооружения вступают в действие. В них закрывают водо­ сливные отверстия и таким образом производят подъем уровня воды в водохранилище до проектного уров­

ня.

туется расходом воды, который нужно пропустить, а выбор типа крепления — составом пород, вскрываемых тоннелем.

Устройство обводного тоннеля для пропуска строительных расходов имеет очень широкое применение не только при строи­ тельстве бетонных водосливных или глухих плотин, но и при соо­ ружении каменнонабросных и других плотин в горных условиях. При этом строительные тоннели стремятся использовать либо в качестве элемента деривации, либо как водосбросное сооружение.

§ 9. СООРУЖЕНИЯ НА ИРРИГАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

Очень крупным разделом гидротехники является строительст­ во сооружений, входящих в ирригационные системы, служащие для орошения сельскохозяйственных угодий в зонах недостаточ­ ного увлажнения и повышения тем самым урожайности полей.

Ирригационные системы могут быть постоянно действующими или периодическими, причем первые из них бывают самотечными или с механической подачей воды насосами. В состав ирригаци­

142

онной системы входят следующие звенья: 1) источник орошения, питающий систему,— обычно это река с незарегулированным или зарегулированным стоком; 2) головное сооружение или водоза­ бор, забирающий воду из источника орошения; 3) магистральный канал; 4) оросительная сеть, состоящая из распределителей, оро­ сителей, выводных каналов и борозд (рис. 81).

Рис. 81. Схема оросительной системы:

в количестве, достаточном для покрытия нужд орошения данной площади, и в режиме, удовлетворяющем режиму системы ороше­ ния. Для обеспечения этих условий реку, на базе которой органи­ зуется орошение, часто регулируют путем постройки плотины и создания водохранилища.

Головные сооружения, располагаемые в голове системы оро­ сительных каналов (и поэтому так называемых), состоят из собственно водозабора и комплекса других гидротехнических соо­ ружений, входящих в состав гидроузла: плотины, сооружений по регулированию речного потока, гидростанции, судоходных и дру­ гих устройств. Состав сооружений ирригационного гидроузла, так же как и их компоновка, могут быть весьма разнообразными, что зависит от масштаба и капитальности сооружений, природных условий, назначения гидроузла и т. п. В наиболее сложных ирри­ гационных гидроузлах кроме собственно водозаборов и регули­ рующих устройств приходится возводить целые системы сооруже­ ний для очистки вод от наносов.

143

Основным элементом головных сооружений всякого иррига­ ционного гидроузла является водозабор. Различают два основных типа водозаборов: бесплотинные и плотинные. Первые из них применяют тогда, когда забор воды можно обеспечить без регу­ лирования естественного уровня и расхода воды в реке. Вторые сооружают, когда для поступления воды в ирригационную систе­ му нужно поднять уровень воды выше низкого меженного уровня или когда нужно обеспечить регулирование расхода воды путем

накопления ее в водохранилище.

Наиболее простым бесплотинным водозабором является от­ крытый канал без каких-либо сооружений в его голове. Несколько более сложен водозабор в виде открытого подводящего канала со шлюзом-регулятором в голове. Здесь могут быть варианты с раз­ личным расположением оси канала под прямым или острым углом к направлению течения воды в реке — источнике орошения. Еще более сложен водозабор с дополнительными струенаправляющими дамбами, облегчающими отвод воды в ирригационную систему. Все перечисленные водозаборы не имеют устройств для улавлива­ ния наносов.

На реках, несущих наносы, в составе головных сооружений всегда предусматриваются как специальные отстойные бассейны или другие устройства для удержания наносов, так и устройства для удаления накопленных наносов. Последнее может быть осу­ ществлено либо путем периодического промывания отстойников и сбрасывания наносов за пределы орошаемой территории, либо путем механического вычерпывания их (последнее обычно менее экономично, поэтому применяется в редких случаях).

При создании плотинных водозаборов проблема удержания наносов решается созданием водохранилища и поэтому при этих водозаборах специальных отстойников обычно не строят. Однако при малых высотах плотин, когда основным их назначением яв­ ляется только небольшой подъем воды для отвода ее в ирригаци­ онную систему, происходит очень быстрое занесение водохранили­ ща и возникает необходимость удаления накопившихся наносов. Это осуществляется периодическим открыванием специальных от­ верстий в плотине и сбрасыванием наносов вниз по реке.

Борьба с наносами в ирригационном гидротехническом строи­ тельстве — исключительно сложная проблема, которую решают

с помощью специальных, часто весьма тяжелых и трудоемких ме­ роприятий.

Существует очень большое количество различных форм и кон­ струкций плотинных водозаборов, которые по местоположению их в долинах рек делятся на горные, предгорные и равнинные. Вы­ бор того или иного их типа производится на основе анализа усло­ вий работы этих водозаборов и является функцией гидрологиче­ ского режима реки и количества взвешенных и влекомых нано­ сов. Для горных участков характерно очень большое колебание расходов реки (паводковые расходы превышают меженные в де­

144

сятки и сотни раз) и большое количество влекомых и взвешенных наносов. Для предгорных участков эти особенности проявляются слабее, а для равнинных рек часто практически отсутствуют. Поэтому состав сооружений плотинных водозаборов и тип самих конструкций этих сооружений резко отличаются для водозаборов, располагаемых на разных участках течения реки.

В число сооружений головного узла каждой ирригационной системы входят устройства по регулированию расхода, уровня и скорости воды, поступающей из источника орошения в магист­ ральный канал, называемые шлюзом-регулятором. Их строят не только в пределах головного узла, но и на сопряжениях магист­ ральных каналов с каналами младшего порядка, на распредели­ тельных каналах и т. п. Они являются наиболее массовым и рас­ пространенным сооружением на оросительных системах и бывают трех основных типов: открытые, закрытые (трубчатые) и диафрагмовые. Первые из них наиболее просты и чаще всего применяются в практике ирригационного строительства.

Открытый шлюз-регулятор представляет собой щитовую во­ досливную плотину, позволяющую регулировать расход и уровень воды путем поднятия или опускания плоских или сегментных затворов (рис. 82). Каждое такое сооружение имеет специальные устройства для регулирования положения затвора: подъемные ле­ бедки, червячные механизмы и т. п., приводимые в движение вручную (на малых каналах) или механическим способом. Каж­ дое такое сооружение перекрывается мостиком для обслуживаю­ щего персонала, для ведения ремонтных работ и т. п.

Закрытые шлюзы выполняются чаще всего в виде труб круг­ лого или другой формы сечения с различными типами затворов, перекрывающих отверстие. Применяют их обычно на каналах, расположенных в глубоких выемках, или в случаях, когда через шлюз необходимо создать постоянно действующий проезд. Зак­ рытые шлюзы могут быть с безнапорной или с напорной трубой

145

и строят их в качестве водосбросных или промывных устройств

для удаления донных наносов.

На сочленении распределительных каналов с магистральны­ ми, так же как и оросителей с распределительными, располагают систему шлюзов-регуляторов и сбросных сооружений, позволяю­ щих разводить воду по отдельным площадям орошения. Такие системы подпорных сооружений, регулирующих раздачу воды по

лительным каналам, через распределительные устройства (шлюзырегуляторы) поступает в о р о с и т е л ь н у ю сеть, состоящую из временных оросителей, выводных и поливных борозд. Эти послед­ ние нарезаются механизмами—канавокопателями после обработки почвы и обычно одновременно с посевом. В дальнейшем, при осен­ ней или весенней вспашке они перепахиваются и вновь нарезают­ ся на следующий сезон.

В составе сооружений ирригационной сети в звене от голов­ ного сооружения до оросительной сети кроме распределительных устройств и каналов в ряде случаев строят различные инженерные сооружения, часто являющиеся тяжелыми и ответственными кон­ струкциями. К их числу относятся сопрягающие сооружения (пе­ репады, быстротоки и т. п.), а также сооружения для проведения каналов через другие сооружения или препятствия (акведуки, дю­ керы, тоннели, трубы, лотки и т. п.).

§ 10. СООРУЖЕНИЯ НА ОСУШИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ

Искусственное осушение территорий применяется преимуще­ ственно в областях умеренного климата, где количество осадков превышает испарение и сток и где в результате этого происходит заболачивание территорий, сопровождающееся высоким стоянием уровня грунтовых вод. Проводят осушение как для сельскохозяй­ ственного использования территории, так и для благоустройства площадок промышленных предприятий или населенных пунктов. В ряде случаев осушение проводят на уже освоенных участках речных долин, где в результате создания водохранилищ происхо­ дит подъем уровня грунтовых вод.

В инженерной практике существуют две основные схемы рабо­ ты осушительных систем: горизонтальная и вертикальная. Иногда применяют комбинированную, или смешанную, систему.

Горизонтальная система осушения с самотечным отводом вод применяется тогда, когда заболачивание обусловлено замедлен­ ным поверхностным стоком, но уклон местности достаточен для нормальной работы водоотводящих устройств. Вертикальная сис­ тема позволяет добиться осушения местности, которая не имеет уклонов, нужных для свободного водоотвода, поэтому ее чаще всего применяют с принудительной откачкой воды. В практике сельскохозяйственного осушения наибольшее распространение по­

146

лучила горизонтальная система, тогда как при осушении промыш­

При открытой системе все каналы, от осушителей до магист­ рального, выполняются в виде открытых траншей, тогда как при закрытой все они сверху закрыты. При смешанной системе часть каналов открытая, а часть — закрытая. Первая из этих систем наиболее дешевая при строительстве и эксплуатации, но сущест­ венно сокращает осушаемую территорию и ухудшает возможности механизированной обработки почвы, транспортного и строитель­ ного использования территории и т. и. Поэтому в настоящее время ее применяют только в сельскохозяйственных целях и далеко не

повсеместно.

Закрытая система обходится значительно дороже при строи­ тельстве и более сложна в эксплуатации (особенно при необходи­ мости ремонта), однако она позволяет вести любые работы на

14 7

поверхности, создает более безопасные условия для транспорта, передвижения людей и сельскохозяйственных животных. Кроме

того, она более долговечна.

Все элементы современных осушительных систем должны быть постоянно действующими, поэтому они выполняются как инженерные сооружения, т. е. после проведения достаточного ком­ плекса инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий

и проектирования.

Основным сооружением открытых осушительных систем яв­ ляются каналы различной глубины, сечения и конструкции. Во многих случаях это закрепленные каналы, одетые тем или иным

креплением.

Осушение по закрытой системе осуществляется закладкой дрен, собирающих воду и понижающих уровень грунтовых вод. Из дрен вода поступает в сборные коллекторы, которые отводят ее магистральными коллекторами в водоприемник. Дрены могут быть различных конструкций. В настоящее время наиболее рас­ пространены горизонтальные трубчатые дрены, в которых соби­ рателем служит гончарная труба, уложенная в траншею и засы­ панная песком (рис. 84, а). Другим типом постоянных дрен явля­ ются каменные дрены (рис. 84,6), в которых собирателем служит каменная наброска, уложенная в траншею. Менее долговечные дрены устраивают из жердей, хвороста и досок (рис. 84, в), но они через несколько лет сгнивают и их приходится восстанавливать, поэтому подобные дрены применяют лишь при временном осу­ шении.

Вертикальную систему осушения применяют тогда, когда нужно осушить бессточную впадину или территорию, на которой горизонтальная система не обеспечивает отвода воды. При этой системе основными осушителями или водопонизителями служат вертикальные скважины, оборудованные фильтрами, из которых ведется принудительная откачка воды насосами со сбросом ее за пределы территорий (в том числе и в поглощающие колодцы). Смешанная система, при которой в качестве осушителей могут работать горизонтальные дрены, а собранная вода из водосбор­ ных колодцев откачивается насосами, применяется примерно в тех же условиях, что и вертикальная. Обе эти системы широко при­ меняются при осушении территорий населенных пунктов, про­ мышленных площадок, а также при временном водопонижении

при проходке строительных котлованов, разработке полезных ис­ копаемых и др.

При осушении городских и промышленных территорий все сооружения осушительных систем возводятся в виде капитальных конструкций, рассчитанных на длительный срок службы.

Все параметры осушительных систем, и в частности такие, как глубина осушителей, их частота, сечение коллекторов и ма­ гистральных водоводов, проектируется на основании специальных гидрогеологических и гидравлических расчетов.

148