Акведуки, селепроводи та лотоки

Акведуки – це водоводи у вигляді моста для пропуску води через дороги, балки, яри, ріки та інші низинні ділянки місцевості, які зустрічаються на трасі каналу. Влаштовуються акведуки у тих випадках, коли відмітка перешкоди (дороги, рівня води в річці, дна балки) значно нижчі, ніж рівень води в трасованому каналі та відмітки прогінної будови акведука. По суті це мости, прогінною будовою яких є лотік, розміщений на балочній, рамній чи арковій мостовій конструкції, вода по якому рухається з рівномірним режимом (рис. 7.1).

За характером роботи лотока розрізняються акведуки двох типів: 1) лотік з водою є навантаженням на прогінну будову моста; 2) стінки та дно лотока служать несучими прогінними конструкціями, що в багатьох випадках робить їх економічнішими. Форма прогінної будови вибирається в залежності від топографічних та техніко-економічних умов.

Рис. 7.1. Залізобетонний акведук

 

Акведук балочної конструкції зводиться через перешкоди, що мають невелику ширину та глибину і скельні та напівскельні схили. Такі конструкції, як правило, використовуються для пропуску незначних витрат за допомогою дерев'яних акведуків. При перетині каналом широких долин, заплав, річок, доріг, а також каналів у неглибоких виїмках застосовуються акведуки рамної конструкції, які знайшли найбільше поширення в іригації. Акведук з арковою прогінною будовою застосовується при перетині вузьких та глибоких ущелин з скельними грунтами, які спроможні сприйняти навантаження від п'ят арок.

Конструктивні особливості акведуків. Вхідна та вихідна ділянки акведуків (рис. 7.1) повинні забезпечити плавне спряження споруди з каналом як в плані, так і у вертикальній площині. Вхід та вихід, як правило, проектують у вигляді ділянок, що звужуються та розширюються в плані відповідно. Дно відвідного каналу та лотока спрягають за допомогою похилої перехідної ділянки з метою недопущення можливого підпору води в акведуці та верховому каналі, а також зниження підвищених швидкостей води в акведуці до швидкостей в земляному каналі.

Глибина закладання фундаментів опор акведука визначається з врахуванням глибини промерзання грунту та глибини максимально можливого розмиву русла в створі розміщення акведука.

Лотоки акведуків бувають різного поперечного перерізу: прямокутні, параболічні, круглі. Для пропуску невеликих витрат (до 2 м³/с) іноді замість лотоків використовуються азбестоцементні труби, які укладаються на опорах. Лотоки бувають повністю або частково закритими. В закритих лотоках верхня плита часто використовується як службовий місток, а на відкритих – службові містки розміщуються на консолях з двох сторін лотока. Лотоки параболічного та напівкруглого поперечного перерізів найчастіше застосовуються у збірних конструкціях на пропуск витрат до 10 м³/с. Споруджуються акведуки з дерева, металу, але найчастіше з бетону та залізобетону. Деформаційні шви лотоків акведуків влаштовуються через 10...25м по довжині. Розміщення швів залежить від прийнятої схеми розрізки прогінної будови та відстані між опорами. Водонепроникність швів забезпечується використанням неіржавіючих металевих листів, гуми та асфальтобітумних матеріалів.

Гідравлічний розрахунок акведука включає розрахунок вхідної та вихідної ділянок (входу та виходу) і лотока (рис. 7.1). Вихідними даними для рахунку є геометричні розміри каналу, витрата Q_р, швидкість води в каналі V_к і глибина води в каналі перед спорудою Н. Попередньо задаються швидкістю води в акведуці в межах V_а = 1...2 м/с. Але з метою недопущення осідання наносів в акведуці швидкість в лотоці V_а приймається більшою за швидкість в підвідному каналі V_к на 10-20 %. Перепад рівнів води навході в акведук приймається z = 5...15 см і визначається глибина води в лотоці акведука

. (7.1)

Ширина лотока акведука визначається за залежністю

. (7.2)

Уклон дна лотока для умови рівномірного режиму визначається за залежністю (6.11) по фактичній швидкості. Перепад Δh між дном акведука та дном відвідного каналу наближено приймається рівним перепаду рівнів води на вході z, а для точних розрахунків визначається з рівняння Бернуллі.

Селепроводи за конструкцією схожі на акведуки – це лотоки на опорах для пропуску через канали, ріки,дороги селевих (грязекам'яних) потоків. Основні відмінності їх від акведуків, обумовлені особливостями пропуску селевих потоків, полягають в наступному: вхідна частина виконується у вигляді розтрубу з укріпленими дном та дамбами, чим забезпечується плавний підхід селевого потоку до споруди і попереджається його прорив в обхід споруди в канал; вихідна ділянка також укріплюється та огороджується дамбами; з верхової та низової сторін лотока русло селевого потоку перетинається поперечними стінками глибиною по 4 м, які попереджують підмив лотока; лотік облицьовується матеріалом з великим опором проти стирання; уклон споруди приймають більшим, ніж уклон селевого русла з метою недопущення накопичення продуктів виносу перед спорудою. Вісь споруди проектується прямолінійною.

Лотоки – це штучні русла з дерева, бетону, залізобетону чи металу, які розміщені безпосередньо на поверхні землі або на опорах. Їх влаштовують замість каналів на ділянках траси зі складним рельєфом (круті схили,гірські умови), з несприятливими геологічними (нестійкі грунти, вихід скелі), гідрогеологічними (високий рівень ґрунтових вод) умовами, а також в тих випадках, коли спорудженняканалу обходиться дорожче, ніж лотока (значні насипи чи виїмки) (рис. 7.2). Значного поширення набули лотоки на зрошувальних системах, де вони влаштовуються з метою зменшення втрат води на фільтрацію та забезпечення командування рінями води над зрошувальним масивом. Бетонні та залізобетонні лотоки виконуються прямокутного, трапецієвидного, напівциркульного, параболічного чи складного поперечного перерізів і розміщуються на спланованій поверхні чи опорах. Вони можуть бути монолітними і збірними, розрізними, коли стінки відрізані від дна швом і працюють самостійно, та нерозрізними, коли весь лотік є в поперечному перерізі суцільну конструкцію.

Лотоки на естакадах, як і акведуки, розрізняються двох типів: 1) лотік з водою лежить на естакаді і є навантаженням для прогінної конструкції (поздовжніх балок, що спираються на опори); 2) стінки та дно лотока сприймають все навантаження між опорами.

На меліоративних системах знайшли поширення збірні тонкостінні (до 6 см) залізобетонні лотоки для малих витрат (0,5...5,0 м³/с), які встановлюються на опорах з прогоном 3...6 м.

 

 

Рис. 7.2. Лотоки на косогорі: а – складного профілю;

б – монолітний; в – з облицюванням; г – збірно-блочний

 

Стики секцій дуже прості, водонепроникність їх забезпечується прокладкою двох просмолених канатів чи гумових джутів.

Допустимі швидкості в лотоках більші, ніж в земляних каналах, а тому площа поперечного перерізу лотока менша, ніж в підвідному та відвідному каналах. Гідравлічний розрахунок лотока виконується аналогічно гідравлічному розрахунку акведука.