ТРАССА ДЕРИВАЦИИ. СООРУЖЕНИЯ НА КАНАЛАХ
Трассу деривационного капала выбирают экономически наивыгоднейшей. Это может быть кратчайший путь от водоприемника до станционного узла. Если при наикратчайшей трассе канал будет проходить в глубоких выемках или в высоких насыпях, то выгоднее сместить трассу, увеличив ее длину, сократив при этом суммарные объемы работ по каналу и по сооружениям на нем (рис. 13-1).
При ровном рельефе местности выгодно трассировать канал вдоль горизонталей. Если вынимаемый грунт пригоден для устройства насыпи, рационально делать канал в полувыемке-полунасыпи, добиваясь баланса земляных масс, когда весь вынутый грунт полезно используется в насыпи. Однако при мощной механизации земляных работ может оказаться дешевле и надежнее трассировать канал целиком в выемке.
Геологическим и гидрогеологическим исследованиям грунтов по трассе деривационного канала надлежит уделять серьезное внимание. Нужно убедиться в том, что оползневых явлений не произойдет. В противном случае следует провести специальные мероприятия по предотвращению опасных явлений. Например, поддержание оползающего грунта и поверхности скольжения в сухом состоянии посредством дренажа. Неблагоприятными на трассе канала являются грунты, обладающие плывунными свойствами (мелкопесчаные), дающие осадки при смачивании водой (лесс) и содержащие, легкорастворимые, соли.
После наполнения канала, проложенного в малоувлажнегшых нетронутых лессовых грунтах, могут произойти значительные просадки откосов, дна и прилегающей территории. Примером служат просадки на некоторых каналах Средней Азии. Для того чтобы устранить вредные последствия таких просадок, лессовые грунты подвергают предварительной замочке водой. Только после осадки замоченного грунта выемке придается окончательный профиль и укладывается облицовка.
Мелкозернистые грунты, сильно насыщенные водой, оплывают и плохо держат откосы. Для придания откосам устойчивости заменяют часть грунта пркгрузкой из гравия, щебня и разного камня, как сделано на одном из участков канала Кондопожской ГЭС.
При проектировании канала необходимо сравнить несколько вариантов трассы и принять технически надежную и экономически наивыгоднейшую.
Когда трассу капала приходится очерчивать по кривой, минимально допустимый радиус закругления г рекомендуется определять в зависимости от средней скорости течения воды в канале v, м/с и площади живого сечения од м2 по формуле:
При проектировании энергетических каналов в соответствии со СНиП 17-7 надлежит установить класс капитальности сооружения и руководствоваться рекомендациями ТУиН 13-2.
Трасса канала обычно пересекает пути сообщения, реки, овраги и т. п. (рис. 13-1). Большинство пересечений устраивается на разных уровнях и требует порой сложных сооружений. Переход железной дороги ыад каналом осуществляется по мосту, а когда канал пропускается над дорогой, требуется сооружение лотка, акведука или высокой насыпи.
На выбор типа сооружения влияет расход воды в канале, а при пересечении канала с водотоками также расход этих водотоков. Чаще всего выгодно строить сооружение для пропуска меньшего из этих двух расходов. Ручьи с максимальным расходом, значительно меньшим расхода канала, пропускают либо трубой под каналом (рис. 13-2), либо лотком над ним, в зависимости от местных условий. Так же отводятся ливневые воды, собранные нагорными канавами с прилегающей к деривации водосбросной площади. Обычно подобные трубы являются безнапорными водоводами с прямоугольным или овальным (рис. 13-2,6) поперечным сечением. Лучше применять парные (рис. 13-2, б) и многоочковые трубы. Русло потока перед трубой и за ней во избежание размыва укрепляется (рис. 13-2, а).
Акведуки имеют опоры, подобные опорам моста. Поэтому акведуки называют также мостами-водоводами. Конструктивно они выполняются двух типов: 1) лоток с водой лежит на пролетном строении моста, 2) стенки и днище лотка используются в качестве несущей конструкции. Второй тип дает несомненную экономию при небольших пролетах. Как и мосты, акведуки бывают арочные, рамные, висячие и т. д. Они выполняются из дерева, металла, железобетона. Экономичны сборные железобетонные акведуки.
Пропуск селя под каналом трубой может привести к серьезной аварии при забивке трубы наносами, поэтому грязевые потоки, как правило, лучше пропускать над каналом по селепроводу (рис. 13-3).
Дюкеры — напорные водоводы, применяемые при пересечении канала с широким оврагом. Поперечное сечение дюкера бывает круглой, реже прямоугольной формы. В зависимости от пропускаемого расхода дюкер может состоять из одной или нескольких труб. Самым распространенным материалом для дюкера является железобетон,
На рис. 13-4 приведены типы поперечного сечения и названия элементов канала. В скальной выемке и в подпорных стенках канал обычно делается прямоугольного или близкого к нему сечения. В мягких грунтах — трапецеидального сечения; при большой глубине наполнения — полигонального или параболического сечения.
Для каналов трапецеидального сечения (рис. 13-4):
Для энергетических каналов гидравлически наивыгоднейшее bfh часто нельзя принять по экономическим и техническим соображениям. Если канал проходит в глубокой выемке, то целесообразно уменьшить отношение bjh. При этом холостая часть выемки, лежащая выше уровня воды, сокращается. Если же деривация намечается в насыпи, то выгодно увеличить bjh, так как при со = const можно уменьшить высоту и объем дамб, увеличив расстояние между ними.
Только для каналов, которые трассируются в полувыемке-полунасыпи, гидравлически наивыгоднейшее сечение может быть и экономически наивыгоднейшим. Часто размеры поперечного сечения канала, диктуются условиями производства работ и средствами механизации.
Иногда ширину канала по дну приходится увеличивать по соображениям обеспечения судоходства по деривации. В последнем случае значения величин b и h определяются габаритами судов.
В районах с суровым климатом каналы делают глубокими, но узкими, что позволяет уменьшить охлаждаемую поверхность воды й сохранить возможно большую площадь живого сечения канала при;) ледяном покрове. Если откосы канала не укреплены, то их крутизна’; назначается меньше угла естественного откоса грунта, находящегося в водонасыщенном состоянии. Устойчивость откосов, когда их высота более 10 м, обязательно проверяется расчетом. На начальной стадии проектирования коэффициент откоса канала m = ctg ф (см. рис. 13-4. Значения коэффициента откоса для различных грунтов:
Облицовка наносится без опалубки, то коэффициент т должен быть не меньше 1,25. Многие из построенных бетонированных каналов имеют т=1,5. Полигональная форма сечения может быть рекомендована для каналов, имеющих большую глубину наполнения и проходящих в мелкозернистых или связных грунтах.
Надводный откос выемки отделяют от подводного откоса основной бермой шириной не менее 1,5 м. Если для строительства и ремонта канала предусматривается дорога, то ширина бермы определяется классом дороги. При большой глубине выемки у надводных откосов через 6—8 м по высоте устраиваются еще дополнительные бермы шириной 1 м. Бермам придается поперечный уклон, а со стороны надводного откоса вдоль бермы сооружается мощеный кювет, собирающий дождевую воду. Из кювета вода отводится в канал лотками или трубами, устанавливаемыми через каждые 100—200 м. Конструкции берм, по которым проходят автодороги, показаны на рис. 13-5. Дамбы каналов следует возводить достаточного профиля и в случае необходимости снабжать противофильтрационными устройствами. Если из канала возможна фильтрация воды через тело насыпи, то внешние откосы дамб дренируются, причем лучше применять для этого трубчатый дренаж (гончарные или бетонные трубы). Ширина дамб поверху должна назначаться не менее 2—3,5 м в зависимости от класса ка-нала. Если же по дамбе или основной берме проектируется дорога, то ширина определяется габаритами проезжей части.