способ возведения гидротехнического лотка полигонального сечения

Формула изобретения

Способ возведения гидротехнического лотка полигонального сечения, включающий выполнение выемки и строительство боковых стенок и дна в железобетонной облицовке, причем дно выполняют треугольной формы с вершиной по центру, углубленной на величину h ₂= h₁,

где - относительная глубина, ;

h₁ - глубина лотка без учета углубления дна и запаса превышения верхней кромки лотка над уровнем воды, м;

h₂ - заложение донных откосов,

отличающийся тем, что сверху железобетонной облицовки донных откосов устраивают крепление из полимербетона и речного булыжника, для чего по линии донных откосов поперек лотка укладывают булыжник рядами с уменьшением его размеров от центра до подошвы боковых стенок, вдоль и поперек рядов булыжника устанавливают арматурные стержни, образующие решетчатую крышку с размерами ячеек, меньшими поперечного сечения булыжника, причем решетку прикрепляют к анкерам, устроенным в железобетонных стенках и основании лотка, после чего нижние части булыжников по всей площади донных откосов замоноличивают полимербетоном.

Описание изобретения к патенту

Изобретения относится к гидротехническому строительству и может быть использовано при возведении и реконструкции открытых водосбросов в составе напорных гидроузлов и быстротоков на каналах.

Известен лотковый канал полигонального сечения [1] с двумя парами откосов: боковыми с заложением m₁ =0,4-1,5, донными с заложением m₂=2,5-6 и относительной шириной соответствующей гидравлически наивыгоднейшему сечению (ГНС). Недостатками данного технического решения являются сложность его использования при возведении и реконструкции водосбросных лотков и быстротоков (с высокими скоростями потоков >7 м/с), а также - неопределенность его параметров при m ₁=0.

Относительно близким техническим решением является устройство для защиты от абразивного износа дна водосброса [2], установленное на дне железобетонного лотка в виде ступенчатой облицовки из полимербетона и армированного речного булыжника. Недостатками данного технического решения являются сложность его конструкции и низкая пропускная способность; ступенчатая форма донного крепления приводит к образованию гидравлических прыжков соответственно и высоких волн на поверхности потока, переливающих через борта лотка.

Цель изобретения - повышение эффективность работы лотка за счет увеличения пропускной способности и снижения затрат на облицовку.

Указанная цель достигается тем, что в способе возведения гидротехнического лотка, включающем устройство выемки и строительство боковых стенок и дна лотка в железобетонной облицовке, в начале дно выполняют треугольной формы с вершиной по центру, углубленной на величину h ₂= h₁, где - относительная глубина, h₁ - глубина лотка без учета углубления дна и запаса превышения верхней кромки лотка над уровнем воды, м; m₂ - заложение донных откосов. На дне лотка сверху железобетонной облицовки донных откосов устраивают крепление из полимербетона и речного булыжника, для чего по лини донных откосов поперек лотка укладывают булыжник рядами с уменьшением их размеров от центра до подошвы боковых стенок, вдоль и поперек рядов булыжника устанавливают арматурные стержни, образующие решетчатую крышку с размерами ячеек, меньшими поперечного сечения булыжника, при этом решетку прикрепляют к анкерам, устроенным в железобетонных стенках и основании лотка, после чего булыжники по всей площади донных откосов своей нижней частью замоноличивают в полимербетон.

На фиг.1 изображено поперечное сечение лотка; на фиг.2 - то же самое в плане; на фиг.3 - продольный разрез участка лотка.

Лоток состоит из железобетонных вертикальных стенок 1 и донных откосов 2, по всей площади которых устроено крепление из полимербетона 3 и рядов из речного булыжника 4. По верху булыжника вдоль и поперек их рядов уложены арматурные стержни, образующие решетчатую крышку 5, прикрепленную к анкерам 6, устроенным в железобетонных стенках 1 и донных откосах 2.

Показанный на фиг.1 гидротехнический лоток образует полигональное сечение с вертикальными боковыми откосами 1 (m ₁=0) и донными откосами 2.

Сечение рассматриваемого лотка разбито на две части, характеристики верхней части обозначены через h₁, ₁, m₁, донной части - h₂, ₂, m₂. И все параметры сечения лотка выражены через глубину h ₁ верхней части сечения (без учета запаса превышения бровки над уровнем воды) с помощью относительной глубины

Площадь живого сечения лотка

где В - ширина лотка по основанию боковых вертикальных стенок.

Из формулы (2)

Относительная ширина верхней части сечения

Выразив В через , формула (2) после преобразования примет вид

Приравняв формулы (3) и (6) и выполнив сокращения подобных членов, получим формулу по определению относительной ширины

которая наиболее точно характеризует полигональное сечение лотка с точки зрения ГНС.

Как известно, при ГНС максимальная пропускная способность (расход Q _мак) обеспечивается при минимальном значении смоченного периметра _мин и максимальном значении гидравлического радиуса R_мак. Сечение лотка, выполненное в виде полукруга, является самым гидравлически наивыгоднейшим из всех возможных сечений открытых каналов. Полигональное сечение, выполненное в виде половины вписанного правильного многоугольника, находится наиболее близко к полукругу. Исходя из того, что у правильного многоугольника все стороны равны и симметричны, можно написать следующее уравнение:

отсюда

Относительная глубина и глубина донной части сечения h₂ , определяемые по формулам (9) и (1) дают оптимальные гидравлические характеристики полигонального сечения (фиг.1). Оптимальные значения заложения донного откоса для этого сечения лежат в следующих пределах m₂=3...6.

Смоченный периметр

Остальные параметры лотка определяются, как обычно по формулам равномерного (квазиравномерного) и неравномерного режимов движения воды. Проведенные расчеты показывают, что при одной и той же площади живого сечения пропускная способность предлагаемого лотка по сравнению с лотком прямоугольного сечения увеличивается до 10%, а смоченный периметр уменьшается до 20%, соответственно материальные затраты на облицовку уменьшаются. Высота волн на поверхности воды в полигональном лотке более чем в два раза меньше, чем высота волн в прямоугольном лотке со ступенчатым креплением на дне.

Способ возведения лоткового канала призматического сечения осуществляется и работает следующим образом.

Вначале разрабатывается выемка по профилю лотка с треугольным основанием, после строится железобетонная облицовка донных откосов 2 и боковых подпорных стен 1. При этом одновременно закладывают анкера 6 в донной облицовке 2 и стенках 1. Сверху железобетонной облицовки донных откосов 2 выполняют небольшую подготовку из монолитного полимербетона толщиной около 10 см. И после набора небольшой прочности полимербетоном 3 сверху него по линии донных откосов 2 устраивают поперечные ряды из речного булыжника 4 с уменьшением их размеров от центра до основания боковых стенок 1. А расстоянием между рядами принимают около среднего размера булыжника. Вдоль и поперек рядов булыжника 4 на 2/3 их высоты устанавливают арматурные стержни с образованием решетчатой крышки 5 с размерами ячеек меньшими размеров поперечных сечений булыжников 4. Арматурную крышку 5 плотно прикрепляют к анкерам 6, заранее устроенным в железобетонной облицовке донных откосов 2 и боковых стенок 1. После чего ряды булыжников 4 с арматурной крышкой 5 по всей площади донных откосов 2 заливают монолитным полимербетоном 3 до уровня 3/4 высоты булыжника 4. В любом случае сверху арматурных стержней крышки 5 должен быть слой полимербетона толщиной не мене 2 см.

При реконструкции существующих водосбросов и быстротоков прямоугольного сечения вначале разрушенное и деформированное донное крепление разбивается и расчищается. После дно углубляется на величину h ₂ и ему придается треугольная форма с вершиной по центру. Далее планируются донные откосы 2 и укрепляются железобетонной облицовкой, а сверху устраивается крепление из полимербетона и булыжника как в первом случае. При этом новое донное крепление прочно соединяется со старыми сохранившимися боковыми стенками 1 лотка.

При работе лотка основные гидродинамические нагрузки потока сосредотачиваются по центру русла из-за треугольной формы его основания, в результате и высота волн на поверхности потока уменьшается. Полигональная форма поперечного сечения, соответствующая ГНС или очень близкая к ГНС, обеспечивает высокую эффективность работы. При высоких скоростях потока с крупными наносами дно лотка подвергается абразивному воздействию. Основную ударную и абразивную нагрузку наносов воспринимают булыжники и передают ее равномерно через арматурную решетку 5 и анкера 6 на основание и боковые стенки. По центру русла, где сосредотачиваются наибольшие гидродинамические силы потока, устроены более плотные ряды булыжников 4 с наибольшими размерами. А полимербетон 3, залитый вокруг булыжников 4, гасит ударную силу потока без возникновения опасных деформаций в конструкции крепления. Кроме того, полимербетон является абразивно устойчивым материалом и не боится возможных температурных деформаций, в сочетании с булыжником он работает очень хорошо.

Лотки полигонального сечения с вертикальными боковыми стенками и треугольным основанием (фиг.1) могут быть наиболее эффективно использованы при строительстве и реконструкции водосбросных, сопрягающих и водопроводящих сооружений на горных и предгорных зонах, где наблюдаются бурные потоки с высокими скоростями (>7 м/с и уклоны больше критических) и содержанием большого количества влекомых наносов.

Полигональная форма поперечного сечения лотка с треугольным основанием и абразивноустойчивым креплением из армированного булыжника и полимербетона повышает эффективность работы лотка и снижает материальные затраты на его строительство и содержание.

Источники информации

1. Авторское свидетельство №1640271, кл. Е02В 5/00. Гидротехнический канал // Курбанов С.О., Ханов Н.В., М., 1991.

2. Авторское свидетельство №1631116, кл. Е02В 8/06. Устройство для защиты от абразивного износа дна водосброса. // Курбанов С.О., Ахматов М.А., Туаршев К.У., 1997 г.