3.2. Форма поперечного сечения судоходных каналов

При устройстве судоходных каналов применяются следующие формы их поперечных сечений: прямоугольная, трапециевидная, ложбинообразная и полигональная (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Схемы форм поперечного сечения судоходных каналов

а – прямоугольная; б – трапециевидная; в – ложбинообразная; г – полигональная; д – полигональная с пологими (пляжными) откосами

Прямоугольное сечение применяется для каналов, строящихся в скальных грунтах. В зависимости от сохранности и прочности скалы, способа производства работ каналы имеют крутые откосы с уклоном от 5:1 до 10:1. При нескальных грунтах каналы с вертикальными стенами строятся редко, например, при устройстве набережных в пределах крупных населенных пунктов. Прямоугольная форма имеет наименьшую из всех форм поперечного сечения канала площадь живого сечения при обеспечении необходимых габаритов судового хода.

Трапециевидная форма применяется при нескальных грунтах, как наиболее простая. Однако по мере эксплуатации канала под действием струй воды от работы судовых винтов происходит размыв дна и отложение продуктов размыва, прежде всего, в нижних углах трапеции. Кроме того откосы разрушаются от действия на них судовых волн, льда, поверхностных и грунтовых вод. Таким образом, трапециевидная форма поперечного сечения неустойчива и во многих случаях бывает необходимо производить крепление откосов.

Ложбинообразная форма по очертанию близка к форме русла реки, и является устойчивой к размыву. Вместе с тем планировка такого сечения очень сложна. Полигональная форма близка к ложбинообразной. Она имеет горизонтальное дно в пределах ширины судового хода и несколько участков откоса, крутизна которых постепенно увеличивается. В верхней части откоса, в зоне действия судовых волн, устраивают крепление. Вследствие большой стоимости креплений откосов, при полигональной форме стали отказываться от креплений и устраивать пологие откосы, близкие к пляжным.

Любая форма поперечного сечения канала должна обеспечивать габариты судового хода по ширине и глубине. Этому требованию лучше всего отвечает прямоугольная форма. При других формах площадь живого сечения канала увеличивается; особенно это относится к форме с пологими откосами без креплений.

Форма поперечного сечения оказывает влияние на величину сопротивления воды движению судна. В каналах с одной и той же площадью, но с разными формами поперечного сечения, наименьшее сопротивление наблюдается при прямоугольной форме. В каналах других форм откосы находятся ближе к судну, что увеличивает сопротивление. Например, при движении судна в трапециевидном канале сопротивление на 20 – 30 % больше, чем в прямоугольном канале с той же площадью живого сечения.

В большинстве случаев каналы проходят в нескальных грунтах и выполняются трапециевидного или полигонального поперечного сечения с креплением откосов в зоне действия судовых волн. Наиболее экономичной является полигональная форма, так как такой канал имеет меньшую площадь живого сечения и менее подвержен размыву.

Размеры поперечного сечения канала основываются на габаритах судового хода, которые должны обеспечиваться при наинизшем расчетном судоходном уровне воды. Одновременно должно быть достаточное возвышение бермы канала над наивысшим расчетным судоходным уровнем воды.