Основные элементы судоходных каналов

Основными элементами морских каналов являются план трассы, продольный и поперечный профили.

План трассы включает, как правило, прямолинейные и криволиней­ные участки. Прямолинейные участки большей или меньшей длины свя­заны между собой криволинейными участками, описанными обычно по дуге круга. Общее направление канала должно удовлетворять ряду про­тиворечивых требований: оно должно обеспечивать по возможности кратчайшее расстояние между заданными крайними точками при мини­мальном объеме работ, в то же время приходится учитывать устойчи­вость грунтов, направление течений и волн и другие факторы, опреде­ляющие заносимость. Стремление к уменьшению заносимости, что осо­бенно важно в открытых каналах, заставляет иногда проектировать трассу, значительно отличающуюся от кратчайшей. По этим же сообра­жениям желательно располагать трассу канала таким образом, чтобы ее направление возможно ближе совпадало с направлением равнодейст­вующей движения волн.

При устройстве каналов в дельтах рек часто выбирают не самый полноводный рукав, а относительно маловодный. Количество переноси­мых рекой наносов обычно пропорционально жидкому расходу рукава, поэтому рукава с меньшим расходом обычно несут меньше наносов и прорези держатся в них лучше. Важно при этом, чтобы устройство про­рези не вызвало перераспределения расходов и не привлекло бы боль­ше наносов в углубляемый рукав. Для этого иногда приходится возво­дить специальные регуляционные сооружения. Несмотря на некоторое увеличение первоначального объема работ, в этом случае часто дости­гается значительное сокращение заносимости канала и, как следствие, уменьшение суммарных затрат. Закругления канала должны иметь ра­диус, назначаемый в зависимости от наибольших размеров проходящих по каналу судов, скорости их хода, скорости течения, ширины и длины самого закругления. Радиус закругления составляет обычно от 1000 до 2000 м. В новых каналах его назначают обычно больше (до 3000 м), при очень широких каналах радиус закругления может быть сокращен до 400-300 м.

Поперечное сечение канала (рис.6), имеющее обычно форму трапеции, должно удовлетворять двум требованиям. С одной стороны, необходимо, чтобы сечение было просторным для удобного и безопас­ного прохода судов с небольшим гидродинамическим сопротивлением, с другой, строительство канала должно быть связано с наименьшими объемами работ. При меньшем сечении каналов уменьшаются также и затраты на его содержание. На основании специальных исследований и практических данных обычно считают, что наименьшее (при низком го­ризонте) подводное сечение канала должно быть в 4-5 раз больше под­водной части миделя судна или судов, проходящих одновременно в од­ном сечении канала, а на участках, подверженных волнению, эта вели­чина должна быть еще больше. Кроме того, при определении ширины канала должны быть строго соблюдены величины навигационных и тех­нического запасов глубин под килем.

Рис. 6 Поперечное сечение канала

В зависимости от ширины наибольших судов и требуемого соотношения сечения миделя и живого сечения канала оп­ределяется и ширина канала на прямом участке. При встречном движе­нии следует считать, что расстояние в свету между двумя встречными судами в канале не должно быть меньше двух-трехкратной ширины наи­большего судна по миделю. При расчетах необходимой ширины канала различают:

а) навигационную ширину канала, которая представляет наимень­шую гарантированную в течение года сквозную проходную ширину ка­нала. Навигационная ширина изме­ряется на уровне, соответствующем грузовой осадке расчетного судна, отсчитываемой от минимального расчетного судоходного горизонта;

б) проектную ширину дноуглубительной прорези, которая опреде­ляет необходимую для навигации ширину, ширину выемки по дну и по­верху с учетом устойчивого заложения откосов;

в) рабочую ширину дноуглубительной прорези, которая определя­ет действительную среднюю рабочую ширину прорези с учетом местных изменений рельефа и грунтовых характеристик, а также условий работы дноуглубительного снаряда.

Глубина канала характеризуется следующими основными пока­зателями:

а) программная, или проектная глубина участка кана­ла, представляющая его навигационную глубину плюс запас на заносимость;

б) рабочая глубина участка канала, которая слагается из программной глубины и запаса на допустимый перебор глубины дно­углубительными снарядами из-за невозможности точной выемки грун­та по проектной горизонтальной плоскости дна канала, а также из-за «просора» грунта из шаланд и заносимости за период между дноуглу­блением и сдачей работ. Величина запаса зависит от характеристики дноуглубительного снаряда и способа производства дноуглубительных работ. Для многочерпаковых снарядов в зависимости от грунтовых ус­ловий допускают перебор 0,15-0,3 м, для землесосов, работающих траншейным способом 0,3-0,5 м. Эти глубины отсчитываются от низ­кого расчетного уровня, который должен обеспечить беспрепятственный проход судов. Расчетный уровень, согласно указаниям СНиП (П-И-2-62), назначается на основе графика многолетней продолжитель­ности стояния фактических уровней за навигацию с обеспеченностью 90-98%, в зависимости от напряженности судооборота глубокосидя­щих судов. В некоторых случаях, в основном в ливных морях, при срав­нительно небольшом судообороте и сложности поддержания гарантиро­ванных глубин отсчет производят от назначаемого по графику приливно-отливных колебаний более высокого горизонта.

Крутизна откосов зависит от характера грунтов, слагающих дно, и динамических факторов (волнения, течения и т. д.). Она нахо­дится чаще всего в пределах от 1 : 3 до 1 : 20. В мелкозернистых и или­стых грунтах принимаются значительно более пологие откосы (до 1 : 50).

Подводные откосы подходных каналов остав­ляются обычно без всякой обделки. В каналах, име­ющих берега, надводные откосы, а также части подводных откосов до глубины 2 и даже 3 м, за­щищаются от размыва специальной одеждой, вы­ше уровня вскатывания волны - одерновкой, рас­садой кустарника, реже каменной или железобе­тонной облицовкой, ниже уровня - фашинами, ка­менной наброской, бетон­ными и железобетонными плитами и т. д.

Продольный профиль канала получает различ­ные характерные очертания в зависимости от того, является ли канал незащищенным, защищен­ным или шлюзованным.

В незащищенном морском канале его дно на всем протяжении де­лается горизонтальным в соответствии с установленными глубинами.

В защищенном канале, проложенном в устьевом участке реки, дно его может быть также горизонтальным, если естественный уклон водной поверхности невелик (не более 0,000001); при наличии же заметного уклона свободной поверхности дну канала также придают уклон, со­ответствующий уклону свободной поверхности меженных вод, от кото­рых отсчитывается проектная глубина канала.

В шлюзованных каналах с разделением на ступени - бьефы - дно часто оставляют в естественном состоянии при достаточной глубине под­пертого бьефа; частично же формируются искусственные выемки с гори­зонтальным дном или очень незначительным уклоном (на случай опо­рожнения участка канала при необходимости ремонта).