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.