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

§ 4. К А Н А Л Ы

Каналом называют искусственное открытое русло правиль­ ной формы, построенное в выемке или в насыпи грунта.

По назначению различают каналы судоходные, ирригацион­ ные (обводнительные), осушительные, энергетические (подводя­ щие воду к гидроэлектростанции), водопроводные и комбиниро­ ванные. Назначение канала определяет его размеры. В настоя­ щем параграфе рассматриваются только судоходные каналы.

Рис. 94. Продольное сечение канала им. Москвы

Наиболее крупными обычно являются судоходные или комби­ нированные каналы.

Судоходные каналы по форме и размерам поперечного сече­ ния должны обеспечивать беспрепятственное прохождение по ним судов, передвижение плотов и т. п. Они подразделяются на каналы морские и внутреннего плавания, причем первые отлича­ ются от вторых только большими размерами поперечного сечения и большими глубинами.

Все судоходные каналы делятся на соединительные, подход­ ные и обходные.

С о е д и н и т е л ь н ы е каналы строят для морей или смежных бассейнов рек. Они обычно включают в себя такие сооружения, как плотины, шлюзы, насосные станции и другие, которые созда­ ют искусственные водохранилища и бьефы, обеспечивающие воз­

Балтийский каналы, Волго-Балтийский водный путь им. В. И. Ле­ нина и др. Подобные соединительные каналы имеются во Фран­ ции, США и других странах. Крупнейшими морскими соедици-

165

там, для входа в устья рек, для подхода к шлюзам. Среди под­ ходных каналов много морских, например каналы для подхода к Ленинградскому и Калининградскому портам, для входа в устье

Рис. 95. Морские соединительные каналы:

а — Кильский; 6 —Панамский

рек Волги и Урала и др. Подходные каналы могут быть открыты­ ми и защищенными и обычно бывают без шлюзов.

О б х о д н ы е каналы сооружают для обхода какого-либо препятствия при движении судов и могут быть как со шлюзами, так и без них. Типичными примерами обходных каналов являются Приладожский, Онежский и Белозерский, позволяющие речным судам обходить крупные озера, в которых часто бывает неблаго­ приятный ветро-волновой режим, мешающий нормальному судо­ ходству.

Поперечное сечение и глубина воды в канале определяются в зависимости от габаритов судов, двигающихся по нему, и регла­ ментируются соответствующим разделом СНиП. Наиболее распро­ страненная форма сечения канала трапецеидальная, однако она неустойчива и в процессе эксплуатации канала в результате раз­ мыва постепенно меняется на ложбинообразную.

По отношению к естественной поверхности местности, по ко­ торой проходит канал, ложе его может располагаться ниже этой

и долин рек иногда канал приходится поднимать выше естествен­

166

ной поверхности, располагая его в насыпи (рис. 96, г). Такое решение, так же как и расположение канала в глубокой выемке, является тяжелым и требует проведения больших объемов зем­ ляных работ.

Устойчивость откосов канала, зависящая прежде всего от геологического строения массива пород, слагающих откос, и их ме-

а

в

'tW /vW /tf.

Рис. 96. Попереч­ ные профили кана­ лов:

а — в глубокой вы­ емке; о — в мелкой выемке; в -- в полувыемке - полунасыпи; г — в насыпи; 1 -- бермы; 2 — кюветы;

3— противофильтрзционные экраны

ханических свойств, представляет собой сложный вопрос. В пре­ делах части откоса, затопленной каналом, одним из важных факто­ ров, определяющих устойчивость, является размывающая дея­ тельность потока, двигающегося по каналу. Более высоко располо­ женная часть откоса проектируется как откос выемки, но с уче­ том гидродинамических сил грунтовых вод, дренируемых выемкой (если такие воды имеются). Еще более сложно расположение ка­ нала на косогоре. Хотя примеров такого расположения судоход­ ных каналов почти не известно, но в этом случае должна рас­ сматриваться устойчивость всего косогора вместе с каналом с про­ веркой на случай возможного изменения свойств грунтов, слагаю­ щих косогор, под влиянием вод, инфильтрующихся из канала.

Трасса канала в плане должна быть по возможности прямо­ линейной. Однако на практике она всегда имеет повороты и из­

167

гибы. Для того чтобы судно могло преодолеть эти закругления, их

радиус должен быть не менее трех длин судна.

Если канал соединяет два водоема с одинаковыми отметками уровня воды, то он является горизонтальным и называется откры­ тым. Если уровни водоемов лежат на разных отметках, то про­ филь канала должен иметь ступенчатую форму, а сам канал — шлюзы. Такой канал (см. рис. 94) будет называться шлюзован­ ным. Средняя, возвышенная часть канала, расположенная на во­ доразделе между реками, соединяемыми каналом, называется во­ дораздельным бьефом. Питание такого водораздельного бьефа может быть естественным за счет имеющихся озер (как, напри­ мер, на Беломорско-Балтийском канале) или за счет подкачки в него вод мощными насосными станциями (как на канале

им. Москвы).

Берега канала подвергаются воздействию течения при шлюзо­ вании и накачивании воды, придонного течения от действия судо­ вых двигателей (в условиях стеснения русла корпусом судна), ветровых и судовых волн и т. п., в результате чего может проис­ ходить разрушение берегов. Поэтому берега канала укрепляются защитными одеждами — обычно это бетонные плиты на щебни­ сто-гравийном фильтрующем основании. Кроме того, по берегам канала проводят посадки древесной и кустарниковой растительно­ сти и посев трав, что укрепляет поверхность грунтов, слагающих берега, и снижает вредное влияние ветров, вызывающих образо­ вание волн и затрудняющих движение судов.

В целях безопасности судовождения по каналам на берегах и на воде устанавливают судоходную обстановку.

Маневрирование количеством воды в канале производится с помощью водосбросов и водоспусков, располагаемых через опре­ деленные промежутки по длине канала. Конструктивно это малые плотины с щитовыми затворами.

На случай аварии и ремонта определенного участка канала и во избежание необходимости опорожнения всего канала он раз­ бивается на отдельные участки, отделяемые заградительными (аварийными) воротами. По конструкции они аналогичны шлюзо­ вым воротам и обеспечивают быстрое перекрытие сечения ка­ нала.

§ 5. ШЛЮЗЫ И СУДОПОДЪЕМНИКИ

Шлюзование рек — одно из основных мероприятий, корен­ ным образом улучшающих судоходные условия. Оно состоит в постройке плотин, поднимающих уровень воды на определенном участке реки, и к а м е р н ы х шл юз о в , обеспечивающих переход судна с одного уровня на другой.

Для обеспечения необходимых судоходных глубин в меженное Бремя на шлюзованном участке реки возводится ряд плотин со шлюзами при них (рис. 97). Местоположение и высоту этих соору­

168

жений выбирают так, чтобы подпор, создаваемый нижерасполагаемой плотиной, распространялся до вышерасполагаемой. Инже­ нерно-геологические условия являются одним из основных и часто решающих факторов в выборе места расположения гидроузла, а следовательно, и определяющими в установлении высоты плотины.

а — продольный профиль; б — план; 1 — плотина; 2 — шлюз; 3 — канал; 4 — меженный уровень после шлюзования; 5 — меженный уровень до шлюзования; 6 — фарватер до шлюзования; 7 — фарватер после шлюзования

Плотины со шлюзами делят реку на ряд соприкасающихся между собой участков — б ь е фо в . По отношению к плотине раз­

Во многих случаях шлюзование входит в общий комплекс ис­ пользования ресурсов водного потока и в долине реки создается каскад крупных водохранилищ с плотинами, располагаемыми на большом расстоянии друг от друга. В этом случае режим речного стока меняется настолько сильно, что обеспечение судоходных глубин в меженное время в нижнем бьефе производится путем пропусков воды через сооружения. Примером такого комплексного использования рек являются каскады гидротехнических сооруже­ ний на Волге, Днепре, Ангаре, Иртыше и других реках.

При шлюзовании рек только для улучшения судоходных ус­ ловий не прибегают к возведению высоконапорных сооружений, а строят плотины высотой до 5—8 м. В этом случае стремятся выбрать напор так, чтобы вода в верхнем бьефе не выходила за

169

напорное гидротехническое сооружение, предназначенное для про­ пуска водного транспорта из одного бьефа в другой (рис. 98).

Рис. 98. Судоходный камерный шлюз:

держание в камере нужного уровня воды и открывающиеся для пропуска судов. Для наполнения и опорожнения камеры устраи­ вают водопроводящие галереи, оборудованные соответствующими затворными устройствами.

(см. рис. 97). Судоходные шлюзы в зависимости от напора и про­ пускной способности сооружают различных типов. Простейшими, применяемыми при малых напорах (до 5—8 м) и разборных су­ доходных плотинах, являются однокамерные шлюзы без стенки падения. У этого шлюза верхние и нижние ворота имеют одина­

в которых верхние ворота имеют меньшую высоту, чем нижние, что достигается меньшей глубиной на короле верхней головы

170