W10 Kanaly, PG Budownictwo, sem. 8 BWM, Budownictwo Wodne II, Materiały
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Edited by Foxit PDF Editor Copyright (c) by Foxit Software Company, 2004 - 2007 KANAŁY Kanał Ala Bussolengo, Włochy Kanał Augustowski 1. Definicja, cel budowy i podział kanałów • Kanałem nazywa się sztucznie wykonane koryto długie i wąskie, w którym płynie woda o swobodnym zwierciadle. Kanał róŜni się od rzeki tym, Ŝe zbudował go i reguluje w nim przepływy człowiek, a nie natura, oraz Ŝe jego przekrój poprzeczny i podłuŜny oraz trasa są bardziej regularne niŜ rzeki. • Kanały (oprócz Ŝeglownych) buduje się w celu doprowadzenia określonej ilości wody do miejsca, gdzie jest ona potrzebna lub do odprowadzenia jej szkodliwego nadmiaru (kanały odwadniające). • Kanały Ŝeglowne buduje się w celu stworzenia drogi wodnej, po której mogą się poruszać statki; jest to więc szlak komunikacyjny, podobnie jak drogi i koleje Podział kanałów Z uwagi na cel, któremu mają słuŜyć, rozróŜnia się kanały: • melioracyjne • energetyczne, • wodociągowe , • doprowadzające i zrzutowe ; Z uwagi na sposób wprowadzenia wody do kanałów dzieli się je na: • — grawitacyjne, do których woda z rzeki, zbiornika lub jeziora wpływa dzięki róŜnicy poziomu zwierciadła przed i za wlotem (a więc na skutek działania siły cięŜkości); • — pompowe, do których wodę tłoczy się pompami. Rodzaje kanałów z uwagi na połoŜenie zwierciadła wody w stosunku do terenu: Z uwagi na kształt przekroju poprzecznego rozróŜnia się kanały: a) kanał w wykopie, b) kanał w nasypie, c) kanał częściowo w wykopie i częściowo w nasypie Przekroje kanałów: a) trapezowy, b) prostokątny, c) trójkątny, d) półkolisty, e) półeliptyczny, j) paraboliczny głęboki, g) paraboliczny płytki, h)-j) kryte: sklepiony, prostokątny i kołowy For Evaluation Only. Edited by Foxit PDF Editor Copyright (c) by Foxit Software Company, 2004 - 2007 Charakterystyka róŜnych przekrojów poprzecznych B) Przekrój prostokątny A) Najkorzystniejszym hydraulicznie przekrojem jest przekrój półkolisty, bo dla danej powierzchni F oraz spadku I otrzymujemy Q max • ma on najmniejszy obwód zwilŜony (szorstkość) • największy promień hydrauliczny R h =R/2 Jednak z uwagi na trudności wykonawstwa, jest rzadko stosowany. UŜywa się go jedynie dla małych koryt prefabrykowanych C) Przekrój trapezowy 2. Rodzaje ubezpieczeń i uszczelnień 2. Rodzaje ubezpieczeń i uszczelnień c.d • ubezpieczenia nie stanowiące uszczelnienia – darniowanie umocnienia faszynowe ubezpieczenie obsiew trawami warstwą Ŝwiru lub tłucznia narzut kamienny bruk z kamienia naturalnego • okładziny słuŜące jako ubezpieczenie lub uszczelnienie okładziny betonowe okładziny Ŝelbetowe okładziny asfaltowe • okładziny i inne środki słuŜące jako uszczelnienie kanałów: uszczelnienia z gruntów spoistych uszczelnienia z tworzyw sztucznych uszczelnienia betomatą zmniejszenie przepuszczalności gruntu w pobliŜu obwodu zwilŜonego przez kolmatację, zagęszczanie For Evaluation Only. Edited by Foxit PDF Editor Copyright (c) by Foxit Software Company, 2004 - 2007 3. Ubezpieczenie przez obsiew • Górny pas skarpy nie naraŜony na działanie falowania i płynącej wody, lub bardzo rzadko moŜe mieć ubezpieczenie słabe obsiew trawą lub darniowanie. MoŜna równieŜ stosować dla całego obwodu kanałów stale opróŜnionych l prowadzących wodę okresowo, np. kanałów ulgi. Obsiew stosowany jest poza tym dla utrwalenia powierzchni terenu wzdłuŜ kanałów. • Ubezpieczenie przez obsiew dla ochrony na przed działaniem wód opadowych l wiatrów oraz przed niszczeniem skarp przez zwierzęta, a tylko wyjątkowo przed rozmyciem wodami płynącymi, gdy zatopienie obsiewu trwa niedługo, kilkadni ,gdy prędkość przepływu nie przekracza 0,6 0,8m/s • Obsiew nie stanowi wystarczającej ochrony przed falowaniem. Na gruntach piaszczystych l Ŝwirowych konieczne jest uprzednie pokrycie przeznaczonej pod obsiew powierzchni ziemią roślinną o grubości warstwy 0,10 0,20 m w zaleŜności od nawilgocenia podłoŜa. Na gruntach zwięzłych grubość tej warstwy moŜe być zmniejszona do 0,05 r 0,08 m. • Obsiew najkorzystniej jest stosować na skarpach o nachyleniu 1:2 i łagodniejszych. Stosowanie obsiewu na skarpach o nachyleniu mniejszym niŜ 1:1,5 oraz na piaskach drobnoziarnistych jest zwykle niecelowe. 4. Ubezpieczenie darniną • Zakres stosowania darniowania jest podobny jak obsiewu, z tym, Ŝe znosi ono większe prędkości wody płynącej okresowo. Dla dobrze zakorzenionej, starej darniny prędkości dopuszczalne przy głębokości wody l m wynoszą 1,2 m/sek przy 2 m 1,3 m/sek • Darnina wytrzymuje równieŜ okresowe działanie fali o wysokości do 0,20 m. Skarpy złoŜone z gruntów piaszczystych i Ŝwirowych przed ułoŜeniem darniną pokrywa się warstwą ziemi urodzajnej o grubości 6 do 10 cm powiązaną z podłoŜem w taki sam sposób jak przy obsiewie trawą • Darnina jest cięta w formie płytek o róŜnych wymiarach od 0,20 x 0,25 do 0,30 x 0,50 m lub pasm o szerokości 0,25 m i długości 2,0 3,0 m. Układana jest na skarpie i przybijana do niej w odległościach 0,20 0,3 m palikami o d =0,02 0,03 m l l = 0,20 0,30 m. Na skarpach bardzo łagodnych, poniŜej 1:3,przybijanie jest zbędne. Grubość stosowanej darniny waha się w granicach 0,06 0,10 m. • Darniowanie moŜna stosować podobnie jak obsiew na skarpach o nachyleniu zapewniającym ich stateczność, układanie darniny na skarpach o nachyleniu większym niŜ 1:1,5 nie jest celowe. 6. Obsypka Ŝwirowa lub tłuczniowa • Stosowanie jako ubezpieczenia warstwy Ŝwiru lub tłucznia moŜliwe jest przy nieduŜych prędkościach wody. Grubość obsypki od 0,10 m (wyjątkowo 0,05) do 0,30m i więcej; • gdy podłoŜe kanału złoŜone jest z gruntów pylastych lub drobnych piasków, konieczna jest pod Ŝwirem warstwa przejściowa grubości 0,10 0,15 m z piasku. Przy sypaniu Ŝwiru pod wodą, grubości warstw muszą być większe. • Zaletą ubezpieczenia Ŝwirowego jest jego niski koszt, łatwość wykonania i zmechanizowania robót, łatwość remontu (takŜe pod wodą bez konieczności opróŜniania kanału) l moŜliwość wykorzystania materiału miejscowego. • Ubezpieczenie to wytrzymuje jednak tylko nieduŜe prędkości: np. przy głębokości wody 1m dla ziarn o d=10 mm i grubości warstwy 0,20 m – v=0,50 m/s dla ziarn o d= 40 mm i grubości warstwy 0,20 m v=1,0 m/s, • Słabo chroni skarpę przed uderzeniami przez lód i uszkodzeniami przez zwierzęta. Ubezpieczenie Ŝwirowe nie nadaje się jako ochrona skarp naraŜonych na falowanie juŜ niskie fale łatwo przemieszczają obsypkę Ŝwirową i odsłaniają podłoŜe. 7. Narzut kamienny • Narzut kamienny z uwagi na znaczną szorstkość rzadziej stosowany jest na kanałach energetycznych, Praktycznie zakres stosowania narzutów ograniczony jest do kanałów Ŝeglugowych oraz wówczas gdy zachodzi nieunikniona konieczność wykonania ubezpieczenia pod wodą. • Narzut powinien się składać co najmniej z dwu warstw kamienia o wymiarach 0,15 0,40 m w warstwie górnej, z dopuszczeniem mniejszych wymiarów w warstwie dolnej. • Grubość narzutu stosuje się w granicach 0,3 1,0 m. Istotną rzeczą jest wykonanie pod narzutem podsypki (Ŝwir, tłuczeń, pospółka lub filtru odwrotnego dostosowanego do uziarnienia ubezpieczenia i podłoŜa. Grubość tej podsypki przyjmować trzeba • granicach 0,20 0,40 m, a przy sypaniu jej pod wodą do 0,50 m. • Przykładowo kamień o wymiarze 0,20m i cięŜarze właściwym 25kN/m3 noŜe chronić przed falą o wysokości 2 h=0,25 m na skarpie o nachyleniu 1:1,5 lub 2 h= 0,60 m przy 1:m = 1:3. Wymiary kamieni i grubość narzutu moŜna obliczać w ten sam sposób, jak to jest stosowane dla ubezpieczeń zapór ziemnych. 9. Okładziny betonowe i Ŝelbetowe Podział okładzin • Okładziny betonowe i Ŝelbetowe stanowią najczęściej stosowany rodzaj ubezpieczenia i uszczelnienia kanałów i są uwaŜane za najdoskonalszy środek uzyskania stałości obwodu zwilŜonego i zapewnienia szczelności. • Uzasadnia się to zaletami tych okładzin ; odpornością na niszczące działanie płynącej wody i uderzenia przez lód i inne ciała pływające, szczelnością, małą szorstkością, trwałością i wytrzymałością umoŜliwiającą, szczególnie przy zastosowaniu zbrojenia, uŜycie ich takŜe tam, gdzie spodziewane są niewielkie deformacje podłoŜa. Dobrze wykonane płyty odpowiednio zabezpieczone przed działaniem ciśnienia wody od strony gruntu i właściwie zdylatowane rzadko wymagają większych remontów (drobne naprawy są niezbędne. Dzięki zastosowaniu okładziny gładkiej, o małym współczynniku szorstkości, uzyskuje się szereg pośrednich korzyści, l tak przez zwiększenie prędkości zmniejszają się kubatury wykopów, unika się osiadania namułów oraz zarastania kanałów co ułatwia eksploatację i obniŜa jej koszty. • 1) O kładziny monolityczne a) płyty z betonu układanego na skarpy l dno b) cienkie okładziny z betonu narzucanego pneumatycznie na podłoŜe; KaŜdy z wymienionych rodzajów moŜe byćwykonany z betonu bez zbrojenia lub z Ŝelbetu . • 2) Okładziny prefabrykowane ; a) płyty Ŝelbetowe; c) koryta betonowe i Ŝelbetowe; d) okładziny z kamieni betonowych róŜnych kształtów (płytki, trylinki, dyble l inne). For Evaluation Only. Edited by Foxit PDF Editor Copyright (c) by Foxit Software Company, 2004 - 2007 Okładziny monolityczne z betonu układanego na skarpach l dnie Dylatacje • w styku między dnem l skarpą. Z praktyki wiadomo, Ŝe w okładzinie monolitycznej zawsze obserwuje się pęknięcia biegnące u podnóŜa skarpy, co tłumaczy się głównie powstającymi tu napręŜeniami przy nawet niewielkiej róŜnicy osiadań. W miejscu szczeliny stosuje się pogrubienie płyty, wyjątek w bardzo małych kanałach (wysokość skarpy rzędu 0,50,8 m) • w miejscu gdzie wykop przechodzi w nasyp lub na rozgraniczeniu warstw o wyraźnie róŜnej ściśliwości. • Gdy nasyp jest niewielki (do l m), w górnej części stosowana jest płyta Ŝelbetowa • Wymiary płyt. • Stosowanie okładzin monolitycznych wymaga łagodnego pochylenia skarp, by moŜna było układać beton i zagęszczać go wibratorami bez deskowania górnej powierzchni płyty. Przyjmuje się, Ŝe graniczne nachylenie, od którego stosować naleŜy deskowanie, wynosi 1:1,5. Najwygodniej i najtaniej wykonywać moŜna roboty przy nachyleniu 1:2 lub łagodniejszym; • Grubość okładzin betonowych stosowana jest zwykle w granicach 0,10 0,20 m, W wyjątkowych przypadkach bardzo silnego falowania (3 m lub więcej, co wystąpić moŜe na odcinkach wlotowych lub wylotowych przy duŜych zbiornikach) okładzina wymaga pogrubienia do 0,40,5 m. • W małych kanałach stosuje się na całej długości skarp i dna jednakową grubość płyty. W kanałach głębokich celowe moŜe być pogrubienie płyt u dołu skarpy, gdy istnieje obawa, Ŝe wystąpi tam większe ciśnienie wody od strony gruntu. Spotykane jest równieŜ pogrubianie płyt o 15 do 25% w górnej części skarpy w strefie działania lodu, jeŜeli występuje on na kanale. Dylatacje poprzeczne • Dylatacje poprzeczne, prostopadłe do osi podłuŜnej koryta, zastosowane zostały na istniejących kanałach w bardzo róŜnych odstępach od 3m do kilkunastu, a nawet kilkudziesięciu metrów przy czym obecnie wyraźna jest tendencja zwiększenia odległości między nimi. • W wielu przypadkach stosuje się dwa rodzaje szczelin skurczowe i termiczne. • Odległości między szczelinami skurczowymi powinny wynosić 5 6 m, choć spotykane są w praktyce i większe odstępy. Na przykład we Francji stosowane były płyty, dobrze się zachowujące, ograniczone szczelinami skurczowymi w ten sposób, Ŝe utworzone przez nie prostokąty miały wymiary: 5x6,75 =33 m2; 5x8= = 40 m2; 6 x 7 = 42 m2; 4,5 x 8 = 36 m2. JeŜeli szczelin skurczowych się nie stosuje, odległości między przerwami dylatacyjnymi powinny wynosić 6 8 m, a w złych warunkach 45, a nawet 3 m. Przy wyborze odległości między szczelinami naleŜy zwracać uwagę na warunki podłoŜa i przewidziany sposób eksploatacji. Dylatacje poprzeczne cd. • Sposób wykonania przerw dylatacyjnych i skurczowych jest róŜny w zaleŜności od wymagań stawianych okładzinie. Okładziny, które nie mają spełniać roli uszczelnienia, mogą mleć fugi dylatacyjne odkryte, przepuszczające wodę z uwagi na zmniejszenie ciśnień działających na płyty od spodu. • Takie ukształtowanie przerw jest korzystne, jednak ze względu na niewielką szerokość odstępu między krawędziami płyt nie zawsze jest ono wystarczające i nie zwalnia od konieczności stosowania specjalnych otworów drenaŜowych. • Wymiary szczelin, nawet przy wykonywaniu płyt na styk, są rzędu kilku milimetrów, więc przez nie moŜe następować wypłukiwanie gruntu z podłoŜa, co pociąga za sobą tworzenie się pod krawędziami okładziny kawern, groźnych dla stałości ubezpieczenia. • Z tego względu pod odkrytymi szczelinami zachodzi konieczność stosowania filtrów odwrotnych o odpowiednio dobranym uziarnieniu wg znanych zasad. • Jedynie na gruntach Ŝwirowych, jeŜeli przerwy są dostatecznie wąskie, moŜna zrezygnować ze stosowania tych filtrów. Dylatacje poprzeczne cd. • Gdy okładzina stanowić ma jednocześnie uszczelnienie kanału, konieczne jest takie wykształcenie szczelin, by nie przepuszczały one wody konieczne jest więc zamknięcie przerwy. Zamknięcie to musi być wykonane w ten sposób, by moŜliwe były ruchy płyt i by ruchy te nie niszczyły samego zamknięcia. Właściwe rozwiązanie tego zamknięcia powoduje zwykle powaŜne kłopoty i wymaga bardzo starannego wykonania robót. • Wymagania, które stawiamy materiałom uŜywanym do uszczelniania przerw, są następujące: spręŜystość zarówno przy rozciąganiu jak i ściskaniu, trwałość, niewraŜliwość lub mała wraŜliwość na wahania temperatury i wszelkie wpływy atmosferyczne, duŜa przyczepność do betonu, łatwość naprawy, wymiany i konserwacji oraz niezmienność właściwości z czasem For Evaluation Only. Edited by Foxit PDF Editor Copyright (c) by Foxit Software Company, 2004 - 2007 Dylatacje poprzeczne cd. DrenaŜe • Poziomy wód zarówno w kanałach, jak i w otaczającym je gruncie nie zawsze utrzymują się stale na jednakowym poziomie. W kanale zwierciadło wody moŜe się wahać ze względu na pracę pomp lub turbin, gdy mamy do czynienia z doprowadzeniem wody do tych urządzeń, na skutek dopływu wód burzowych oraz ze względu na potrzeby eksploatacyjne; musimy się liczyć wreszcie z koniecznością opróŜnienia kanału w celu jego oględzin i remontu jak równieŜ z opróŜnieniem tych kanałów, których praca jest tylko okresowa. • Poziom wody w gruncie natomiast wahać się moŜe na skutek pracy urządzeń nawadniających lub odwadniających, opadów i wreszcie zmian w wielkości przecieków z kanału. • Wszelkie wahania wody w kanale i w gruncie, w przypadkach, gdy mamy do czynienia z nieszczelnymi okładzinami, powodują zmianę dopływu lub odpływu filtracyjnego do i z kanału, a mogą takŜe spowodować zmianę kierunku ruchu wody w podłoŜu. JeŜeli skarpy kanału wykonane są w ten sposób, Ŝe zmiany poziomu wody nie zagraŜają ich stateczności, a grunt chroniony jest podsypką lub filtrami odwrotnymi przed szkodliwymi zmianami powodowanymi filtracją (np. suffozją), to wahania zwierciadła wody nie będą na ogół szkodliwe. Wahania te zmuszają jednak do stosowania środków ochronnych tzn. filtrów odwrotnych lub obsypki z gruntów gruboziarnistych oraz do złagodzenia skarp. DrenaŜe cd. • Gdy okładzina kanału jest nieprzepuszczalna, kaŜda zmiana połoŜenia zwierciadła wody powoduje zmianę wielkości sił działających na ubezpieczenie, przy czym w przypadku, gdy wzrastają siły dąŜące do podniesienia okładziny, nastąpić moŜe jej podniesienie i uszkodzenie. • Płyty betonowe stosowane jako uszczelnienie mają niewielką grubość, stąd teŜ niewielki wzrost ciśnienia na ich spód spowodować moŜe ich wyłamanie. Tak np. płyta betonowa o grubości 0,10 m waŜy około 2.4 kN/m2 i wysokość nadciśnienia w dnie kanału rzędu 0,25 0,30 m sł.w. moŜe ją podnieść. DrenaŜe cd. DrenaŜe cd • DrenaŜ stanowi podsypka z gruntów ziarnistych lub, przy moŜliwości suffozji, najgrubsza warstwa filtru odwrotnego, ułoŜonego pod całym ubezpieczeniem i sięgającego do przewidywanego poziomu wody w gruncie. PoniewaŜ takie rozwiązanie jest drogie, w szeregu przypadków ograniczamy drenaŜ do pasów pod stykami płyt oraz pasów dodatkowych biegnących równolegle i prostopadle lub prawie prostopadle do linii styków. • Istnieje więc konieczność stosowania pod okładzinami szczelnymi drenaŜu, który by ujął i odprowadził wody gruntowe w ten sposób by ich poziom nie był wyŜszy lub był tylko o nieznaczną dopuszczalną wielkość wyŜszy od zwierciadła wody w kanale. Konieczność stosowania takiego drenaŜu nie istnieje tylko wówczas, gdy poziom wód gruntowych układa się poniŜej dna kanału lub w jego pobliŜu i gdy grunt jest dostatecznie przepuszczalny. Do takich gruntów zaliczyć moŜemy otoczaki, Ŝwiry i zwykłe grube piaski. For Evaluation Only. [ Pobierz całość w formacie PDF ] |