- •Назначение и состав расчетно-графической работы
- •Определение основных размеров судоходного шлюза
- •Определение пропускной способности шлюза
- •6 Выбор и расчет системы питания шлюза
- •Головная система питания
- •8 Распределительная система питания
- •9 Статические расчеты конструктивных элементов шлюза и их конструирование
- •9.1. Назначение предварительных размеров конструктивных элементов
- •9.2. Расчетные случаи
- •10 Расчёт подходных каналов и направляющих палов
- •Определение длин и очертаний, направляющих пал.
9 Статические расчеты конструктивных элементов шлюза и их конструирование
9.1. Назначение предварительных размеров конструктивных элементов
Вопрос о выборе типа камеры (с водопроницаемым или водонепроницаемым днищем) и типа стен (отдельно стоящих или объединенных со сплошным железобетонным днищем камеры) решают в зависимости от величины напора и геологических условий стройплощадки.
На нескальных грунтах камеры с водонепроницаемым днищем проектируют при напорах до 6...8 м. При большом напоре на шлюз камеру принимают со сплошным железобетонным днищем, жестко связанным со стенами. Последние относят к камерам докового типа, которые наиболее распространены в практике строительства шлюзов.
Камеры при относительно небольших напорах с водопроницаемыми днищами всегда имеют головные системы питания, поэтому их стены выполняют без водопроводных галерей. Тип отдельно стоящих камерных стен (железобетонных массивных или контрфорсных на фундаментных плитах, низком или высоком свайном ростверке, из металлического или железобетонного заанкерованного шпунта и т.п.) выбирают в зависимости от их высоты и геологических условий основания, (возможности забивки свай или шпунта в грунт). Такие стены проектируют преимущественно с применением сборного и предварительно напряженного железобетона.
В камерах со сплошным железобетонным днищем в первую очередь выбирают тип днища: неразрезной (доковый), разрезной или временно-разрезной (с предварительным напряжением). При этом учитывают, что разрезные днища нецелесообразно применять в камерах, расположенных в верхнем бьефе, из-за неравномерности давления на грунт при большом взвешивании, при высоте стен Нст<Впк, а также при расположении камер на мелком песке. Временно разрезное днище с предварительным напряжением применяют при наличии в камере донных галерей.
Приняв конструкцию днища, выбирают тип стен. При неразрезном днище докового типа стены принимают тонкими прямоугольного сечения, без продольных галерей, дающие наименьшую нагрузку на днище. При разрезном днище камерные стены для выравнивания давления на основание должны иметь тыловую консоль, позволяющую использовать более экономичные контрфорсные или ячеистые стены, в том числе из сборно-монолитного железобетона. При высоте камерных стен более 15...20 м для облегчения конструкции засыпку можно выполнить до высоты 0,7 Нет с устройством проходов вдоль камеры по консолям.
Если камера устроена в скальном грунте, то ее дно и нижнюю часть в пределах прочной ненарушенной скалы обрабатывают и покрывают облицовкой на анкерах, тип и толщина которой зависят от качества скалы. Выше кровли прочной невыветренной скалы устраивают массивные бетонные и железобетонные камерные стены уголковой, контрфорсной или ячеистой конструкции.
Нижние головы на нескальных основаниях проектируют всегда в виде устоев, жестко связанных с неразрезными днищами, верхнюю и среднюю - с неразрезными или временно разрезными стенками падения. На прочной скале устои голов, как правило, отделяют от днища температурными швами.
Выбор схемы голов шлюзов зависит, от системы питания и типа рабочих (эксплуатационных) ворот. На верхних головах с безгалерейным питанием применяют, как правило, подъемно-опускные ворота, за которыми устраивают камеру гашения, а устои свободны от галерей и поэтому могут иметь ширину, близкую к толщине камерных стен. На нижних и средних (многокамерные шлюзы) головах в большинстве случаев системы опорожнения имеют вид обходных галерей в устоях и здесь используют рабочие (эксплуатационные) двухстворчатые ворота. При больших напорах на шлюз нижние головы выполняют шахтного типа с забральной балкой и плоскими подъемными воротами за ними. При больших надводных габаритах этот тип голов встречается чаще на шлюзах, расположенных на скалах.
После выбора типа камер и голов шлюза необходимо предварительно назначить их основные размеры, исходя из опыта проектирования и рекомендаций по конструированию соответствующих элементов.
Ширину подошвы В отдельно стоящих железобетонных стен с консолями (уголкового профиля) на нескальном основании при камерах с водопроницаемым днищем можно принимать равной (0,9...1,1)Нст. Массивные бетонные отдельно стоящие стены на нескальном основании могут иметь ширину (0,5...0,7)Нст.
Тыловую грань стенки при Нст<10...15 м выполняют плоской с постоянным уклоном. При большей высоте, а также при наличии в стене водопроводной галереи - тыловая грань имеет полигональное очертание. Фундаментная часть стенки имеет переднюю и заднюю консоли, что дает некоторую экономию материала. Длину переднего консольного выступа назначают из условий устойчивости стенки на опрокидывание, а длину тылового консольного выступа — из условия устойчивости на сдвиг. При отдельно стоящих стенках днище камер выполняют водопроницаемым, с креплением в виде каменного мощения на слое обратного фильтра или бетонных плит толщиной 0,3...0,4 м.
При устройстве шпунтовых стен глубину их забивки hз принимают равной (0,8...1,0)Нст, а высоту консольной (наданкерной) части шпунта hк назначают равной (0,4.,.0,5)Нст. При этом длину анкерных тяг La принимают равной (1,5...2,0) Нcт.
При наличии распорок в днище камеры все указанные размеры могут быть уменьшены.
Конструктивную толщину железобетонных стен камер шлюзов в верхней части принимают равной 0,8...1,0 м, высоту парапета 1,1...1,2 м, а его ширину 0,4...0,5 м.
В камерах докового типа толщину монолитных железобетонных стен в месте их сопряжения с днищем Вст принимают в пределах (0,18...0,22) Hcт; при этом минимальная толщина разрезного днища по оси камеры составляет 1,0...1,2 м, а неразрезного сплошного днища 0,15 Впк. При наличии в днищах или стенках водопроводных галерей толщина их будет соответственно больше.
Камеры по длине разрезают на отдельные секции температурно-осадочными швами, водонепроницаемость которых обеспечивают путем устройства специальных шпонок. Расстояние между швами принимают 25...30 м и увязывают с размещением плавучих рымов.
Ниши плавучих рымов размещают в середине каждой секции, причем в местах установки рымов парапет прерывают и плавно закругляют.
Поскольку камеру возводят в котловане, то за ее стенами выполняют обратную засыпку из песчаного материала. Минимальную ширину обратных засыпок поверху назначают в пределах 3,5...5,0 м из условия обеспечения проезда вдоль шлюза. Откосы котлована и обратных засыпок должны быть устойчивыми (для песчаных грунтов m = 1,5...2,0 , для глинистых m = 1,0...1,5).
Толщину днищ голов шлюза tдн принимают равной (0,25...0,30)Нст, но не менее (0,12....0,16)Впк. Ширина устоев с водопроводными галереями Вуст обычно составляет (2,5...3,0)bг, а без галерей назначают конструктивно не менее 2...4 м.
Ширину плоских подъемно-опускных ворот l2 принимают равной 0,1Впк. Для верхней головы l1 > 2...4 м; lз > 1.5...2.5 м . В качестве рабочих ворот нижней головы обычно применяют двухстворчатые ворота, створки которых в открытом положении заходят в шкафные ниши. Для нижней головы рекомендуемые размеры:
длина входной части 14 > (0,3...0,5)Нш;
длина упорной части 16 >Нш;
длину шкафной ниши определяют по формуле
15 = (l,05...1,10)(Bпк+2d)/2cos;
угол королевой линии = 18...22°;
глубина шкафной ниши d = 0,1Впк ;
высота порога t1 = 0,5...1,0 м.
Ремонтные затворы для заграждения шлюза со стороны нижнего бьефа обычно выносят на примыкающую к нижней голове секцию направляющих палов. Устои голов выполняют вертикальными с обратной засыпкой, доведенной до верха сооружения. На тыловых поверхностях голов устраивают противофильтрационные устройства — зубья, шпунтовые ряды, глиняные шпоры — для уменьшения контактной фильтрации. Головы отрезают от камеры и палов температурно-осадочными швами.
Для снижения уровня грунтовых вод за стенами камер, улучшения их статической работы в обратных засылках устраивают дренаж. Дренаж может быть закрытым, в виде дренажных галерей или открытым. Отметку выхода дренажа в нижний бьеф принимают на 0,5... 1,0 м выше максимального уровня бьефа. Дренаж проходит вдоль нижней головы и камеры шлюза с уклоном 1/200...1/500. Начало дренажа располагают сразу за верхней головой шлюза. Дренаж защищают обратным фильтром.