Калугина_Шлюзованные системы ВВП. Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство морского и речного транспорта Омский институт водного транспорта филиал
 Скачать 3.9 Mb.
|
|
1.3.4 Основные габаритные размеры шлюзов Для обеспечения пропуска через шлюз расчетных судов и составов судов при проектировании определяют необходимые габариты камеры. К ним относятся: полезная длина камеры, опускающая размещение в ней составов судов наибольшей расчетной длины; полезная ширина, позволяющая проход судов и составов судов наибольшей расчетной ширины; глубины на порогах (королях), достаточные для прохода судов и составов судов с наибольшей расчетной осадкой при самых низких судоходных уровнях воды. Полезная длина камеры исчисляется от стенки падения верхней головы до верхней грани шкафной части ворот нижней головы. В шлюзах с 49 головными системами питания при очень бурном поступлении воды в камеру во время ее наполнения необходимо удалять судно на некоторое расстояние от стенки падения, чтобы обеспечить спокойную стоянку судна. В этом случае границей полезной длины камеры будет конец этого успокоительного участка. Часто в районе шлюзов устраивают мостовые переходы. В этом случае под мостовые габариты должны обеспечивать беспрепятственный проход расчетных порожних судов и составов судов при наивысшем расчетном судоходном уровне воды. По известному напору и установленным габаритам могут быть определены размеры остальных элементов шлюза. Наиболее распространены головы с двустворчатыми воротами, состоящие из входной, шкафной и упорной частей. Входная часть нижней головы длиной служит лишь для сопряжения со стенами камеры. Входная часть верхней головы шлюза используется для размещения ремонтных заграждений, входной части системы питания, механизмов; в этом случае размеры входной части определяются при компоновке оборудования. Створки ворот составляют угол 0 с нормалью к оси шлюза, равный обычно 18—22°. При открытом положении створки размещаются в углублениях стен — шкафах. Упорную часть головы, воспринимающую распор от ворот, делают не менее величины напора на камеру для нижней головы и не менее величины напора на пороге Н а для верхней головы. Размеры упорной части нижней головы зависят главным образом от размещения выходной части системы питания, ремонтных заграждений и механизмов. Возвышение верха (площадок) стен камеры и голов шлюза над наивысшим судоходным уровнем воды для шлюзов на водных путях I и II категорий принимается не менее 1,0 м, III и IV категорий — 0,5м. По всей длине стен шлюза с лицевых сторон устраивают парапет высотой 1 — 1,2м, предохраняющий людей от падения в камеру, а суда — от зависания на стене (при отсутствии парапета привальный брус судна задевал бы за стену). На отметках верха стен с обеих сторон шлюза насыпают площадки для проезда автомобилей. В редких случаях стены камер остаются не засыпанными грунтом, и тогда обеспечивается проезд автотранспорта по специальной сплошной консоли, устроенной вдоль верха стены камеры. Остальные размеры шлюза — толщина днища, стен и другие — определяются расчетом. 1.3.5 Системы питания шлюза Совокупность устройств, которые служат для наполнения и опорожнения камеры шлюза называется системой питания шлюза.Работа 50 этой системы должна обеспечивать наполнение и опорожнение камеры в течение определенного времени, устанавливаемого' в соответствии с заданной судопропускной способностью шлюза, при удовлетворительных условиях отстоя судов в камере и судов. Различают две основные системы питания шлюзов — сосредоточенную и распределительную. Сосредоточенная система питания характеризуется тем, что вода подается в камеру, а также выпускается из нее только в одном месте,— как правило, в голове шлюза. Поэтому такие системы питания и называют головными. Распределительная система питанияхарактеризуется тем, что вода подается в камеру и выпускается из нее по всей длине (или по большей части) через большое число расположенных в дне или стенах камеры выпусков из продольных галерей. Головные системы питания, как наиболее экономичные, получили широкое распространение. Старым и наиболее простым типом представляющим пример головной системы питания, является наполнение и опорожнение камер через водопропускные отверстия, расположенные в нижней части ворот и перекрываемые задвижками. Задвижки могут быть выполнены в виде плоских, И сегментных, или дисковых затворов. Такой тип головного пиния шлюзов в настоящее время применяется весьма редко и на махс малым напором (2—4м). Галерей в стенах обычно вызывает увеличение поперечного сечения стен и удорожает шлюз. Благодаря большому числу выпусков из галерей процессы наполнения и опорожнения камеры и отстой шлюзуемых судов при этих системах происходит относительно спокойно. Эти системы применяются при больших напорах на крупных шлюзах. Распределительные системы питания применены на всех больших шлюзах — Рыбинском, Куйбышевских, Волгоградском и др. Рис.28 Схема питания шлюза с раздельным боковым забором и выпуском воды:1 — водозабор; 2 — водопроводные галереи; 3—донные галереи в камере; 4 — водосброс; 5 — земляная плотина; 6 — земляная дамба, ограждающая, подходный канал 51 По способу забора воды из верхнего бьефа для наполнения камеры шлюза и сброса воды в нижний бьеф для опорожнения камеры системы питания подразделяются: 1) на систему питания с забором воды непосредственно из верхнего подходного канала и сбросом ее в нижний подходный канал; 2) на систему питания с забором воды из верхнего бьефа, минуя подходный канал, и сбросом ее в нижний бьеф также за пределами нижнего подходного канала. Вторая система называется системой с боковым забором и выпуском воды. Первая система применена на подавляющем большинстве шлюзов Советского Союза, вторая применялась реже (Верхнесвирский, Угличский, Рыбинский шлюзы и др.). 1.3.6 Головы шлюзов Головы шлюзов состоят из днища и устоев (стен). Устои голов используются для размещения в них водопроводных галерей. На устоях размещаются здания для механизмов ворот и затворов. Очертание голов и их размеры зависят от системы питания шлюза, типа оборудования (затворы и механизмы) и грунтовых условий. Верхние головы в отличие от нижних имеют, как правило, стенку падения. В зависимости от системы питания и конструкции оборудования верхние головы могут быть без галерейными — камера наполняется из-под ворот — и с водопроводными галереями — камера наполняется по водоводам, выходящим в стенке падения. Рис.29 Верхняя голова с обходными водопроводными галереями в горизонтальной плоскости: а—продольный разрез; б —план; 1 — паз для ремонтного затвора; 2— паз для основного затвора; 3— король; 4 — гаси тельные балки; 5 — обходная водопроводная галерея; 6 — двустворчатые ворота Верхние головы без водопроводных галерей оборудуют одними из следующих ворот: сегментными, плоскими, клапанными, сегментными полноповоротными и реже двустворчатыми. 52 На нижних головах шлюзов применяют преимущественно двустворчатые ворота. Головы с такими воротами обычно имеют водопроводные галереи в устоях, без галерейными их строят — при выпуске воды из камеры в реку (боковое питание), а так же при выпуске ее через задвижки в воротах в подходный канал. Иногда для гашения энергии потока, помимо расширения выходныхотверстий галерей, прибегают к заглублению в днище выходной части галерей, что создает подобие водобойного колодца. 1.3.7 Камеры шлюзов Камера шлюза ограничена стенами, днищем и головами (в отверстиях последних установлены ворота). В камере шлюза, на стенах располагают причальные устройства, за которые швартуются шлюзуемые суда. В зависимости от формы поперечного сечения камеры подразделяются на откосные, полуоткосные и с вертикальными стенами, откосные и полуоткосные камеры применялись в прошлом. В настоящее время распространены камеры с вертикальными стенами, как в них обеспечиваются удобные условия отстоя судов и уменьшается по сравнению с откосными и полуоткосными камерами, сливная призма, что дает возможность меньше расходовать на шлюзование и ускорять пропуск судов. Конструкция стен камер шлюза зависит от величины напора и физико- механических характеристик грунта основания, камеры шлюзов с вертикальными стенами, расположенными на нескальном основании, бывают двух типов: с водопроницаемым и водонепроницаемым днищем. Камеры с водопроницаемым днищем строятся при небольших напорах (до 5 м). Водопроницаемое днище представляет собой защитное покрытие в виде каменной мостовой толщиной 0,25— 0,40 м или бетонных армированных плит толщиной 0,15—0,30 м на обратном фильтре. Обратный фильтр, защищающий грунт основания от разрушения, состоит обычно из трех слоев пористого материала различной крупности, например песка, мелкого и крупного гравия; толщина слоя фильтра 0,20— 0,25 м. Такое крепление защищает основание камеры от размыва потоком воды при ее наполнении, а также под воздействием струй воды, возникающих от винтов самоходных судов; вместе с тем оно допускает безопасную циркуляцию фильтрационной воды в камеру или из нее в зависимости от уровня воды. 53 Рис.30 Поперечные разрезы камер шлюзов на нескальном основании: а с водопроницаемым днищем; б — с водонепроницаемым днищем (камера докового типа): 1— открытый дренаж При опорожнении камеры уровень воды в ней быстро падает, в то время как в засыпке он понижается медленно, и стены камеры в этот момент оказываются дополнительно нагруженными фильтрационным давлением грунтовых вод в засыпке. Для уменьшения при этом действующего на стены при опорожненной камере фильтрационного давления за ними обычно устраивают открытый или закрытый дренаж. Такой дренаж располагают на отметках, промежуточных между уровнями верхнего и нижнего бьефов, часто посредине между этими двумя уровнями. При больших напорах и на водных путях I и II категорий камеры делают, как правило, из железобетона со сплошным водонепроницаемым днищем, которое может быть неразрезным, разрезным и временно разрезным. В последней конструкции днище камеры разрезают швом по оси шлюза лишь временно на период возведения камеры, в который достигается предварительное напряжение железобетонных элементов днища за счет веса полу секций камеры при их независимой осадке. По достижении в элементах днища камеры оптимальных напряжений его омоноличивают и превращают камеру в неразрезную конструкцию. По этому способу построены камеры Волгоградского шлюза, что позволило уменьшить объем бетона. Конструкции сопряжений частей днища должны воспринимать и уравновешивать продольные горизонтальные силы, а также взвешивающее давление воды на подошве и не пропускать воду. При расположении камеры шлюза с водонепроницаемым днищем в нижнем бьефе за стенами камер в обратной засыпке Конструкции стен камер шлюзов на скальном основании зависят от условий залегания скальной породы, ее прочности и трещивидности, а 54 конструкцию днища в каждом отдельном случае выбирают исходя из экономических показателей. Для предохранения бетонных и железобетонных стен и днища камер от дополнительных напряжений, появляющихся под влиянием изменения температуры и неравномерных осадок, по длине камеры устраивают постоянные температурные и осадочные швы, расположенные в плоскостях, перпендикулярных оси камеры; швами также отделяют камеру от голов. В шлюзах на нескальных основаниях температурные и осадочные швы объединяют, разрезая ими камеру от верха стен до низа днища. Расстояние между швами в камерах на нескальном основании принимается 20—30м, но не более 45м, а в камерах на скальных основаниях 10—25м. Ширина температурно-осадочного шва в камерах назначается с учетом температурного расширения бетона и возможных перекосов смежных секций. Примерная ширина шва принимается равной 1—3см. Водонепроницаемость швов достигается перекрытием их по всей длине противофильтрационными шпонками, которые устраняют как с наружной стороны стен (лицевые шпонки), так и со стороны засыпки (тыловые шпонки). Существует довольно много различных типов шпонок. В последнее время часто применяют противофильтрационные шпонки с перекрытием шва профильной резиной. При проектировании стен расчеты выполняют для трех случаев: эксплуатационного, строительного и ремонтного. При эксплуатационном случае расчета принимаются два состояния сооружения: 1) камера опорожнена до наинизшего судоходного уровня, а грунтовые воды находятся за стенами на наивысшей отметке; 2) камера наполнена до наивысшего судоходного уровня, щитовые воды находятся за стенами на наинизшей отметке. При строительном случае расчета полагают, что стены и засыпка возведены на полную высоту и уровень грунтовых вод находятся на отметке подошвы фундаментной плиты. При ремонтном случае расчета предполагают, что камера осушена, засыпка за стенами имеет проектные отметки, уровень грунтовых вод находится на наивысшей отметке. Для расчетов при проектировании стен камер шлюзов припишет следующие нагрузки и воздействия: нагрузки от собственно веса, гидростатическое давление воды, давление грунта засыпки, давление фильтрационных вод, нагрузки от судов и от температурного воздействия. За последнее десятилетие стены камер шлюзов небольшого напора (до 3 м) стали возводить из сборных железобетонных элементов таврового сечения. Такую конструкцию имеют камеры новых шлюзов Москворецкой системы. Возможно возведение стен камер из железобетонного таврового шпунта с анкером. Применение сборного железобетона при возведении 55 стен камер шлюзов и других сооружений гидроузла позволяет повысить производительность труда, сократить сроки строительства и уменьшить стоимость сооружений. Поэтому внедрение конструкций из сборного железобетона началось еще при строительстве Угличского и Рыбинского шлюзов, где для облицовки стен применили железобетонные плиты-оболочки. В настоящее время они находят широкое применение. Плиты-оболочки крепят к основной арматуре стен, и, таким образом, они заменяют обычную опалубку и позволяют экономить лесоматериалы. Плиты-оболочки обладают высокой прочностью и морозостойкостью, придают надводной части стен красивый внешний вид. По условиям изготовления, транспортирования и монтажа размеры их обычно не превышают 5X3м при толщине 8см. Опыт их эксплуатации показал, что со временем (через 20—30 лет) защитный слой плит-оболочек вследствие ее коррозии (ржавления), так как продукты коррозии, увеличиваясь в объеме, отрывают защитный слой бетона. Кроме того, происходит истирание плит-оболочек шлюзующимися судами. Поэтому при возведении стен продолжают еще использовать и опалубку, но преимущественно металлическую. Рис.31 Поперечные разрезы стен камер шлюзов из сборных железобетонных элементов: а—с вертикальными и горизонтальными элементами; б— из железобетонного шпунта с анкером; 1 — вертикальная стенка; 2—горизонтальная плита; 3 — стальная анкерная тяга; 4 — шпунт; 5 — анкер 56 1.3.8 Типы шлюзных ворот Шлюзными воротами называются затворы, закрывающие судоходные отверстия шлюзов и обеспечивающие впуск в камеру и выпуск из нее шлюзуемых судов; помимо этого основного назначения шлюзные ворота могут быть использованы также и для наполнения и опорожнения камеры шлюза. К шлюзным воротам предъявляются следующие основные требования: Ворота должны быть достаточно водонепроницаемы. Ворота должны быть просты и надежны в эксплуатации. Открытие и закрытие ворот должно производиться в возможно короткий срок. Открытые ворота не должны стеснять надводных и подводных судоходных габаритов. Тип и конструкция ворот должны обеспечить наиболее рациональную систему наполнения и опорожнения камеры, а также наименьший объем сливной призмы шлюза. Ворота должны обладать надлежащей прочностью и жесткостью во избежание появления вредных деформаций и искажения нормального положения ворот под действием гидростатического или гидродинамического давления, собственного веса, изменений температуры, тягового усилия, возможных ударов судов или плавающих предметов, осадки флютбета и стен головы шлюза и пр. Должна быть обеспечена возможность перехода через шлюз по верху ворот. Долговечность ворот должна соответствовать капитальности и ответственности шлюза. Изготовление, монтаж и ремонт ворот не должны вызывать особых затруднений. Стоимость ворот, а также их эксплуатации должна быть по возможности наименьшей. Конструкция ворот не должна вызывать существенного увеличения объема кладки или усиления головы шлюза. Маневрирование воротами должно требовать возможно меньших тяговых усилий и, следовательно, минимального веса стоимости приводного механизма. Разнообразие и сложность предъявляемых к шлюзным воротам требований и большая значимость ворот для успешной работы шлюза вызвали появление многочисленных конструкций шлюзных ворот. Можно предложить следующую классификации ворот по двум их основным признакам — по конструкции и способу движения. По другим признакам шлюзные ворота можно классифицировать следующим образом: местоположению ворот; верхние (ворота верхней головы шлюза), нижние (ворота нижней головы шлюза), средние (ворота средней головы шлюза). участию ворот в наполнении и опорожнении камеры: без пропуска 57 воды, с пропуском воды: через отверстия в воротах (клинкеты), путем маневрирования самими воротами. По направлению действия напора на ворота: 1) с односторонним напором, 2) с двухсторонним напором. 3) по роду материала: 4) деревянные, 5) металлические, 6) смешанной конструкции. Различные типы шлюзных ворот получили далеко неодинаковое распространение. Некоторые из них, например, однополотные плоские с вертикальной осью вращения, сегментные, секторные, вальцовые, двухполотные веерные. Другие типы ворот, хотя и применены пока в единичных случаях, но имеют ряд преимуществ, обусловливающих их распространение в будущем; к таким воротам относятся, например, сегментные и некоторые разновидности клапанных ворот. Наконец, к третьей группе относятся широко распространенные в настоящее время типы ворот — двухполотные створчатые и однополотные: (откатные, подъемные и опускные). Следует подчеркнуть, что за последние 10—15 лет в строительстве бетонных шлюзов с металлическими воротами, особенно стенкой падения, наметилась ясно выраженная тенденция от водопроводных галерей. В силу этого все большее распространение получают сегментные опускные и клапанные ворота также водопропускные затворы в нижней части ворот (двухполотных створчатых и однополотных плоских). |