СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ ЛОТКА ПОЛИГОНАЛЬНОГО ПРОФИЛЯ ИЗ СБОРНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ БЛОКОВ
METHOD FOR ERECTION OF POLYGONAL PROFILE TRAY FROM PRECAST REINFORCED CONCRETE UNITS

Изобретения относится к гидротехническому строительству и может быть использовано при возведении лотковых каналов, открытых водосбросов в составе напорных гидроузлов и быстротоков на каналах.
Известен лотковый канал прямоугольного сечения в сборно-монолитной облицовке [1] со стенками из железобетонных блоков Г-образного сечения с петлевыми выпусками арматуры, которые замоноличиваются с днищем.
Основным недостатком данного технического решения является низкая эффективность его работы при высоких скоростных и наносных режимах в канале, наблюдаются волнообразование, аэрация потока, абразивный износ, приводящие в совокупности к уменьшению пропускной способности канала.
1
2
Известен также лотковый канал полигонального сечения [2] с двумя парами откосов: боковыми с заложением m=0.4-1.5, донными с заложением m=2.5-6 и относительной шириной , соответствующей гидравлически наивыгоднейшему сечению (ГНС).
Недостатками данного технического решения являются:
- высокая трудоемкость возведения железобетонного лотка при прохождении канала в нескальных грунтах;
- низкая эффективность работы при высоких наносных и скоростных режимах происходит абразивный износ и разрушения монолитной бетонной облицовки.
Цель изобретения - снижение трудоемкости возведения лотка и повышение эффективности его работы.
Указанная цель достигается тем, что в способе возведения гидротехнического лотка полигонального профиля из сборных железобетонных блоков, включающий выполнение выемки полигонального профиля и монтаж лотка из сборных железобетонных элементов с монолитными вставками, выемку под лоток выполняют с треугольной вершиной по центру, а монтаж лотка осуществляют из однотипных сборных железобетонных уголковых блоков с равными сторонами и с углом на вершине 120-158°, с двух сторон уголковых блоков выполняют арматурные выпуски для обеспечения сборки лотка по его проектным размерам. Монтаж лотка начинают с укладки центрального уголкового блока в основание лотка так, чтобы вершина его угла совпала с вершиной треугольного основания лотка и с продольной осью лотка, а стороны симметрично лежали по линии донных откосов, после чего укладывают боковые уголковые блоки лотка так, чтобы их вершины совпали с боковыми углами лотка, одни стороны блоков лежали по линии донных откосов, а другие - по линии боковых стен, при этом промежутки между блоками в основании, а также наращиваемые участки боковых стенок лотка армируют и заливают монолитным бетоном. Центральный сборный уголковый блок основания лотка изготавливают из износостойких материалов: высококачественных мелкозернистых бетонов, полимербетонов и др.
На фигуре 1 изображен железобетонный уголковый блок в аксонометрии; на фигуре 2 показано поперечное сечение лотка; на фигуре 3 - участок лотка в плане.
Лоток состоит из земляной выемки 1 полигонального сечения, сборных уголковых блоков 2 с арматурными выпусками 3 с двух сторон, монолитных бетонных вставок 4 между блоками 2 в основании и монолитных бетонных продолжений 5 до верха боковых стенок. Сбоку железобетонных уголковых блоков 2 предусмотрены монтажные петли в прямоугольных пазах.
1
2
1
1
1
2
Угол вершины сборных уголковых блоков задается из условия обеспечения ускоренного монтажа лотка, а также создания эффективных гидравлических условий протекания воды. Оптимальные наивыгоднейшие значения заложений откосов для лотка лежат в следующих пределах m=0÷1.5, m=1.7÷5.1. На основе этих условий определен оптимальный угол α вершины сечения блока 2 в пределах α=120÷158°. При α=120° сборный лоток имеет полигональное сечение с вертикальными боковыми откосами m=0, а при α=158° боковые стенки имеют откос с заложением m=1,5. Все эти параметры лежат очень близко к гидравлически наивыгоднейшим характеристикам полигонального канала. Данные параметры уголковых блоков 2 таковы, что позволяют возводить полигональные лотки с вертикальными и наклонными боковыми стенками и с треугольным основанием из трех блоков одного типоразмера. Типовые размеры уголковых блоков могут иметь различные значения. При этом стороны блоков должны быть равными l=l, как у правильного уголка, в этом случае они легко изготавливаются, монтируются и транспортируются. Уголковые блоки могут быть разбиты на следующие типоразмеры: УБ-10 с размерами сторон по 1 м, шириной 2 м и толщиной 0,12 м; УБ-15 с размерами сторон по 1,5 м, шириной 2 м и толщиной 0,15 м; УБ-20 с размерами сторон по 2 м, шириной 2 м и толщиной 0,15 м. Таким образом, могут быть и УБ-25 и УБ-30, их параметры определяются также из условий изготовления, обеспечения безопасной транспортировки и эффективной технологии монтажа лотка.
1
1
1
2
2
2
По результатам аналитических исследований для рассматриваемого полигонального лотка получены расчетные формулы по определению его основных гидравлических характеристик. Сечение полигонального лотка разбито на две части. Характеристики верхней части обозначены через h, ω, m, и донной части - h, ω, m.
Относительная ширина β, соответствующая гидравлически наивыгоднейшему сечению (ГНС)
1
где B - ширина по основанию боковых стенок лотка;
1
h - глубина верхней части сечения, без учета превышения бровки над уровнем воды;
2
m - заложение донных откосов;
2
α - относительная глубина.
2
h - глубина донной части лотка;
1
m - заложение откосов боковых стен.
Глубина донной части сечения
Площадь живого сечения лотка
Смоченный периметр
Остальные параметры лотка определяются по формулам равномерного (квазиравномерного) и неравномерного режимов движения воды. Проведенные расчеты показывают, что при одной и той же площади живого сечения ω, пропускная способность предлагаемого лотка по сравнению с лотками 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 2 раза меньше, чем высота волн в прямоугольном лотке.
Способ возведения гидротехнического лотка полигонального сечения из сборных железобетонных блоков осуществляется и работает следующим образом.
2
1
В начале разрабатывается выемка 1 средствами механизации без доработки сечения вручную, затем производится монтаж железобетонных блоков 2 лотка. Монтаж начинают с укладки центрального (донного) блока в основание лотка так, чтобы вершина его угла совпала с вершиной треугольного основания и с продольной осью лотка, а стороны симметрично лежали по линии донных откосов. После этого укладываются боковые уголковые блоки 2 лотка так, чтобы их вершины совпали с боковыми углами лотка с расположением одних сторон блоков по линии донных откосов m, а других по линии боковых стен с заложением m. Донные уголковые блоки 2 жестко связывают с боковыми по арматурным выпускам 3. Армируют промежутки между уголковыми блоками 4 и недостающие до отметок верха участки боковых стенок лотка 5. Промежутки между блоками в основании канала 4 и наращиваемые участки боковых стенок 5 заливают монолитным бетоном. Центральный уголковый блок основания лотка в необходимых случаях изготавливают из износостойких материалов (высококачественных мелкозернистых бетонов, полимербетонов, фибробетона и др.). Швы между торцовыми гранями сборных элементов замоноличиваются. Производится засыпка грунтом пазухов за облицовкой.
При строительстве каналов большего поперечного сечения заполнение пространства между сборными элементами 2 и наращивание боковых стенок 5 может осуществляться сборными железобетонными элементами - плитами. Все сборные элементы жестко свариваются по арматурным выпускам между собой с последующим замоноличиванием швов.
При работе полигонального лотка основные гидродинамические нагрузки потока сосредотачиваются по центру русла. При наличии наносов в потоке и при высоких скоростях происходит интенсивный абразивный износ облицовки. В полигональном лотке этому наиболее подвергается участок дна вдоль вершины треугольного основания, т.е. сборные элементы облицовки дна. При изготовлении этих блоков необходимо учитывать, что для повышения износостойкости бетонной облицовки необходимо использовать качественные цементы и заполнители из высокопрочных каменных материалов, использовать в качестве крупного заполнителя щебень с повышенной шероховатостью поверхности зерен, использовать щебень мелких фракций для увеличения суммарной площади поверхности крупного заполнителя, уплотнять структуру материала и соблюдать технологию строительных работ. В десятки раз повышают сопротивляемость истиранию цементных растворов и бетонов полимерные добавки. Соблюдение всех этих требований для элементов дна облицовки лотка повысит ее износостойкость, а значит обеспечит сохранение требуемого уровня надежности на длительный срок.
1
2
Способ возведения лотка полигонального сечения из сборных элементов с вертикальными и наклонными боковыми стенками с треугольным основанием (фигура 2), может быть наиболее эффективно использован при строительстве и реконструкции лотковых каналов, водосбросных, сопрягающих и водопроводящих сооружений на горных и предгорных зонах, где наблюдаются бурные потоки с высокими скоростями (>3 м/с) и содержанием большого количества влекомых наносов. Полигональная форма поперечного сечения лотка с заложением откосов m=0÷1.5 и m=1.7÷5.1, а также с абразивно-устойчивым креплением дна облицовки, повышает эффективность работы лотка и снижает материальные затраты на его строительство и содержание.
Источники информации
1. Н.П.Розанов, Я.В.Бочкарев, B.C.Лапшенков и др. Гидротехнические сооружения. - М.: Агропромиздат, 1985. - 432 с.
2. Авторское свидетельство №1640271, кл. Е02В 5/00. Гидротехнический канал. // Курбанов С.О., Ханов Н.В., М., 1991.