25-6. КОНСТРУКЦИЯ КАМЕРНЫХ ШЛЮЗОВ И ИХ ГОЛОВ
Стены камерных шлюзов делают откосными или вертикальными. Откосные замощенные стены применяют в камерах небольших шлюзов и напоров (2—3 м). Откосы должны быть пологими с заложением т=2,0-2,5 для того, чтобы избежать оползания их, вызываемого действием гидродинамических сил, образующихся вследствие быстрого понижения уровня воды в камере при ее опорожнении. В таких камерах по сравнению с камерами, имеющими вертикальные стены, содержится больший объем сливной призмы, что ведет к увеличению объема воды на шлюзование и времени на опорожнение и наполнение камеры.
В современных шлюзах, входящих в состав крупных гидроэнергетических узлов, стены камер делают вертикальными или слегка наклонными порядка 1/50—1/100. Конструкция стен, днища и голов камеры, как и всякого гидротехнического сооружения, зависит от грунтов основания. В скальных породах камеры вырубают в скале, обделывают их бетоном, соединенным со скалой анкерами, или при надобности возводят на ней боковые стены камер.
Стены камерных шлюзов делают из дерева, металла, камня, бетона и железобетона. Деревянные стены обычно выполняют ряжевой конструкции (глава 23); в настоящее время из-за недолговечности дерева, находящегося в условиях переменных уровней воды, их редко применяют: лишь в шлюзах с небольшими напорами на малых реках.
Стены из металлического шпунта делают в камерах небольшого и среднего напора на нескальном основании. Шпунтины анкерными тягами закрепляют к анкерным сваям (рис. 25—14). Стены камер из металлического шпунта сооружены в парном шестиступенчатом шлюзе Камской ГЭС. Напор на каждой ступени шлюза 3,67 Днище камеры образовано железобетонными плитами-распорками шириной по 13,3 м.
Наиболее распространены стены и головы камер из массивного армированного бетона, применяемого при любых схемах камер, напорах на шлюзах и системах питания.
В шлюзах на нескальных грунтах применяют два основных типа камер:
а) с отдельно стоящими степами и водопроницаемыми днищами;
б) со стенами, жестко соединенными с днищами.
Отдельно стоящие стены представляют собой обычные подпорные стены трапецеидального поперечного сечения со шпунтовым рядом вдоль лицевой стороны. Если в стенах располагают распределительные водопроводные галереи, то стенам придают ломаное поперечное сечение в зависимости от очертания галерей. При отсутствии подобных галерей можно возводить стены из железобетона контрфорсного или ячеистого типа (рис. 25-15).
В Киевском гидроузле на р. Днепре нижняя половина камерных стен возведена из монолитного железобетона, а верхняя — из сборных ребристых плит, создающих ячейки, заполненные песком1 .
Во всех этих случаях днище устраивают из бетонных плит.
Рис. 25—15. Железобетонные стены камерного шлюза;
1 — обратный фильтр; 2 — засыпка из слоя песка.
1 Т. П. Доценко. Киевская ГЭС на р. Днепре. «Гидротехническое строительство» № 5, 1963.
Армированная бетонная плита может быть использована как распорка между фундаментами стен. При водопроницаемом днище камер подземный контур каждой головы шлюза должен быть рассчитан на гашение приходящегося на отдельную голову шлюза напора подземного потока. Отдельно стоящие стены в фильтрационном отношении представляют самостоятельные гидротехнические сооружения, выдерживающие напор воды попеременное каждой стороны; при наполненной камере фильтрация происходит из камеры в застойную засыпку, а при опорожненной камере — в обратном направлении. Поэтому подземный контур этих стоп должен быть запроектирован с учетом возможности двустороннего движения подземного потока. Камерные степы с водонепроницаемыми днищами строят только из массивного армированного бетона или железобетона. В этом случае весь шлюз — его головы и камера — представляет в фильтрационном отношении одно сооружение, выдерживающее напор, равный разности уровней воды в верхнем и нижнем бьефах, и его подземный контур должен быть рассчитан и установлен по этой величине.
Рис. 25—16. Поперечное сечение камеры с неразрезным днищем.
По конструкции днищ различают сплошные неразрезанные днища и сплошные консольные фундаментные днища. Камеры шлюзов со сплошными днищами применяют при значительных высотах стен камер и напорах на шлюзе. При стенах, жестко соединенных с днищем, секция каморы более успешно сопротивляется сдвигу стен под действием засыпки за стенами; уменьшается фильтрация воды из камеры (рис. 25—16). Неразрезные сплошные днища камер работают как балки, лежащие на упругом основании, находящиеся под действием краевых нагрузок — стен камер. Толщина днищ составляет от 1/4 до высоты стен и не менее 1/8 — 1/10 ширины шлюза. Чем шире понизу стены камеры, тем больше толщина днища, достигающая величины 5 м при больших напорах на шлюз. Поэтому в таких случаях стены камеры стараются утоньшить за счет большего армирования.
Консольные сплошные днища впервые применены в Советском Союзе по проекту проф. Л. З. Басевича1. Разрезы днища швом в однониточных шлюзах производят по продольной оси камеры, тогда половина камеры представляет собой армированную бетонную стену с фундаментом и консолью длиной, равной половине ширины камеры (рис. 25—17). Разрезка днища камеры продольным швом даст возможность независимой осадки каждой части камеры, приводит к уменьшению толщины днища по оси шлюза, так как в сечении у шва она испытывает лишь сжимающие усилия от давления засыпки. К этой конструкции предъявляется требование об отсутствии растягивающих напряжений в основании под консолью при наполненной и опорожненной камере.
1 Л. З. Басевич. Атлас железобетонных конструкции гидротехнических сооружений. Госстройиздат. 1940.
На координационном совещании по исследованию, проектированию, строительству и эксплуатации судоходных сооружений указывалось, что шлюзовые камеры с разрезным днищем на Волго-Донском канале работают неудовлетворительно и поэтому не рекомендуются для дальнейшего строительства 1.
Как и всякое гидротехническое сооружение, камеру по длине разделяют осадочными швами на отдельные секции длиной от 20 до 45 м — на мягких грунтах и в 10 — в скальных породах. Швами же отделяют камеру от более тяжелых голов. Превышение площадки устоев над наивысшим уровнем воды в камере принимают равным 2 м.
Статический расчет стен и днища камеры обычно выполняют для трех основных случаев:
- эксплуатационного — пазухи за стенами засыпаны; вода в камере находится на уровне воды верхнего бьефа; за стенами установившийся уровень грунтовых вод;
- строительного — стены возведены, по пазухи не засыпаны землей, грунтовые воды стоят на первоначальном уровне;
- ремонтного — камера опорожнена при засыпанных пазухах и грунтовых водах за стенами на наивысшем уровне.
Валы чаще делают деревянной конструкции, реже железобетонной. Деревянные палы представляют собой постоянные ряжевые или свайные стенки или плавучие деревянные рамы из стоек и раскосов.
Конструкция голов шлюзов. Тип и конструкция голов шлюза зависят от водопроводящих устройств, системы шлюзовых ворот и грунта основания2. Как было сказано выше, в верхней голове и промежуточных головах (если их устраивают) для уменьшения высоты затворов устраивают стенки падения. Головы крупных шлюзов на нескальных основаниях по условиям работы затворов и самих голов на сдвиг и по давлению на грунт в настоящее время выполняют неразрезной армированной бетонной конструкцией.
В зависимости от системы подачи воды для наполнения камеры верхние головы можно разделить на три основных типа:
а) головы с водопроводными галереями, расположенными в головах и степах (рис. 25—11, 25—12);
б) головы с подачей воды над или под затворами (рис. 25—5);
в) головы без водопроводных устройств (при боковом заборе воды из верхнего бьефа).
В нижней голове обычно применяют двустворчатые ворота с обходными галереями в устоях.
Проф. Б. Ю. Калинович рекомендовал для предварительных соображений следующие размеры голов шлюза (рис. 25—11). Длина входной части верхней головы, определяющей направление для входящих в шлюз судов: l0 = 0,5 — 0,7 H, где H — напор на шлюзе. Длина упорной части нижних ворот l2=H1, где H1 — высота стены. Длину шкафной части, в которой размещают раскрытые ворота с тем, чтобы они не задевались проходящими судами, принимают:
, (25—22) где bк — ширина камеры;
Рис. 25—17. Разрезная конструкция днища камеры шлюза.
сварной камеры, в которую помещают судно, путей, по которым передвигают камеру, и нижнего шлюза. Габариты камеры: полезная длина 90 м, ширина 18 м и глубина воды при подъеме судна 2,2 м. Вес камеры с водой я судном 6500 т при водоизмещении судна 2000 т. Ширина колеи 9 м. Скорость подъема камеры 1 м/сек, скорость спуска 1,33 м/сек. Продолжительность двустороннего цикла составляет 80 мин. Уклон рельсов 0,1 1.
