Подводящие каналы
Подводящие каналы, условия их проектирования
Каналы, подводящие воду к насосным станциям, обычно устраивают при заборе воды из оросительных, энергетических, судоходных каналов, водохранилищ. При заборе воды из реки подводящие каналы устраивают только при благоприятных условиях —гидрологических, топографических и геологических. Однако в практике встречается и другое решение, когда при высокой мутности воды в реке подводящий канал служит отстойником.
Подводящий канал желательно проектировать саморегулирующимся без водозаборного сооружения в его голове.
Водозаборное сооружение в голове канала необхрдимо:
при большой длине не саморегулирующегося канала (бермы канала параллельны его дну);
отсутствии аварийного сброса, без которого при аварии на станции возможно ее затопление;
трудных гидрологических условиях водоисточника (наносы, шуга и др.), что наиболее часто встречается при заборе воды из
реки.
Работа головного сооружения должна быть согласована с работой насосной станции.
Подводящие каналы обычно проводят по кратчайшему пути от водоисточника до насосной станции. Основные условия применения подводящих каналов:
экономичность подвода воды каналом для сокращения длины
напорных трубопроводов;
удовлетворительные геологические условия, допускающие сооружение канала без особых затрат на укрепление откосов и борьбу
с фильтрацией;
относительная осветленность воды в источнике, обеспечивающая незаиляемость канала и его бесперебойную работу;
возможность очистки канала от наносов, не нарушающей нормальную работу насосной станции;
устойчивость берегов водоисточника;
относительно небольшой диапазон колебания уровней воды в источнике, который не вызывает экономически нецелесообразных затрат при строительстве канала и насосной станции;относительно медленные спады уровней воды в источнике, неопасные для устойчивости откосов.
При устройстве водозаборных сооружений на водохранилищах необходимо учитывать возможность переработки их берегов, вызываемой изменениями и нарушениями в результате волн, подмывов, разрушений, занесений и др. Поэтому выбор места расположения головы канала и мероприятий по ее защите имеет важное значение. Оросительными насосными станциями второго и последующих подъемов вода забирается обычно из каналов.|Иногда длину и заглубление подводящих каналов устанавливают из соображений выбора хорошего основания для насосной станции, особенно в условиях просадочных грунтов.В каналах без крепления русла определяющими явлются максимально допустимые скорости из условия размыва грунтов, слагающих русло каналов, и транспортирующая способность потока в канале (заиление). Уклон канала должен обеспечивать средние скорости воды в пределах
V1 < V< V2,
где v1 и v2 — допустимые незаиляющая и неразмывающая скорости воды, м/с.
Допустимые неразмывающие скорости в каналах с расходом менее 50 м3/с принимают в соответствии со СНиП (табл. 3.1; 3.2; 3.3).
В других случаях скорость получают умножением соответствующих значений скопостей ил таблип 3.1 и 3.2 на коэггнЪипиент. оав-
ный
(Кс— коэффициент условий работы).
При отсутствии данных о сцеплении грунта для предваритель-
3.1. Допустимые иеразмывающие скорости, м/с, для однородных несвязных [рустов
плотностью р = 2650 кг/м3 при коэффициенте условий работы, равном 1, при содержании в них глинистых частиц менее 0,1 кг/м3 в зависимости от их размеров
и глубины потока.
|
||||||||
|
3.2. Допустимые неразмывающие скорости, м/с, для связных грунтов в зависимости от расчетного удельного сцепления С и глубины потока.
|
||||||||
|
Примечание. Для грунтов, не засоленных легкорастворимыми солями.
3.3. Допустимые неразмывающие средние скорости потока, м/с, для каналов с монолитными бетонными, сборными железобетонными и асфальтобетонными облицовками в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие и глубины
потоканых расчетов можно использовать значения допустимых неразмывающих скоростей при гидравлическом радиусе R= 1…2 м, приведенные ниже.
|
|
При R> 2 м скорость увеличивают в (R/2)0‘125раза.
Подводящие каналы осушительных насосных станций и насосных станций, откачивающих сбросные и дренажные воды на оросительных системах, при наличии благоприятных топографических условий (балки, овраги, местные понижения и др.) рассчитывают с учетом аккумулирования притока, чтобы выравнивать режим работы насосных станций и устанавливать на них однотипное оборудование.
Форму поперечного сечения канала принимают трапецеидальной, если это не ограничивается геологическими условиями. Полигональная форма сечения канала может быть рекомендована только при прохождении всего канала или его нижней части в малоустойчивых грунтах. При трассировке каналов следует избегать крутых закруглений.
Минимальный радиус закругления для каналов, проходящих в земляном русле, м.
(3.1)
где v — средняя скорость течения воды в канале, м/с; ш — площадь живого сечения,м2.
Для облицованных каналов радиус закругления r> 5B(В — ширина канала по урезу воды).
Крутизну откосов каналов при глубине выемки более 5 м принимают на основании статических расчетов с учетом гидродинамического давления при быстром опорожнении канала. При глубине выемки до 5 м и быстром снижении уровня воды не более чем на 0,5 м крутизну откосов определяют по нормативным документам. Для облицованных каналов крутизну откосов необходимо увязывать с типом облицовки.
Коэффициенты заложения откосов каналов в выемке глубиной до 5 м при наполнении до 3 м приведены в таблице 3.4.
Ширину каналов по дну принимают 0,8; 1,0; далее до 5 м с интервалом 0,5 м; при ширине более 5м — через 1 м.
3.4. Коэффициент заложения откосов
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
Минимальная ширина канала по дну зависит от способа производства работ: при ручной выемке — не менее 0,4 м, при механизированной—не менее 1,5 м. Отношение ширины по дну каналов трапецеидального поперечного сечения к глубине наполнения р = = b/hрекомендуют принимать от 0,4…0,6 до 3,8 при коэффициентах заложения откосов т = 1…2Д
Подводные откосы от надводных отделяют бермами, ширина которых определяется классом сооружений и способом производства работ, но не менее 1 м. Бермы устраивают через 5 м при высоте откоса более 7 м. Превышение берм и бровок дамб над максимальным уровнем воды в необлицованных и облицованных каналах принимают по таблице 3.5.
3.5. Превышение гребней берм и бровок берм в необлицованных и облицованных
каналах над максимальным уровнем воды, см
|
Ширину дамб канала поверху назначают с учетом условий производства работ и эксплуатации, но не менее 1,5 м. При расчете уровня воды в канале следует учитывать положительные и отрицательные волны, возникающие при включении и отключении одного или всех насосов на станции. При расходе воды в канале более 100 м3/с, а для районов с сильными ветрами более 50 м3/с возвышение верха стен сооружений, м, над статическим уровнем при максимальном расходе канала
(3.2)
где hн— высота наката ветровой волны на откос у сооружения, м; ^h— высота ветрового нагона воды, м; а — запас, принимаемый не менее 0,1 м.
Отметку верха стен сооружений на каналах принимают в соответствии с классом сооружений, она должна превышать отметку гребня дамб канала при расходах до 10 м3/с на 10 см, более 10 м3/ с —на 25 см.
Подводящие каналы рассчитывают на равномерное течение и проверяют на неравномерный и неустановившийся режимы.
Коэффициент шероховатости п для каналов зависит от характеристики поверхности ложа канала и составляет:
| Характеристика поверхность ложа канала | Кооффициент шероховатости |
| Каналы в земляном русле | |
| При расходе более 25м3/с: | |
| в связных и песчаных грунтах | 0,02 |
| в гравелисто-галечниковых грунтах | 0,0225 |
| При расходе 1…25м3/с: | |
| в связных и песчаных грунтах | 0,0225 |
| в гравелисто-галечниковых грунтах | 0,025 |
| При расходе менее 1м3/с: | |
| в связных и песчаных грунтах | 0,025 |
| Каналы в скале | |
| При хорошо обработанной поверхности | 0,02…0,025 |
| При посредственно обработанной поверхности без выступов | 0,03…0,035 |
| То же, с выступами | 0,04…0,045 |
| Каналы с облицовкой | |
| Бетонной хорошо отделанной | 0,012…0,014 |
| Бетонной грубой | 0,015…0,017 |
| Из асфальтобитумных материалов | 0,013…0,016 |
| Одернованное русло | 0,03…0,035 |
Гидравлический расчет канала начинают с определения поперечного сечения канала, задаваясь: коэффициентом заложения откоса (см. табл. 3.5), рекомендуемой относительной шириной канала по дну р для каналов трапецеидальной формы, допустимой не-размывающей скоростью (см. табл. 3.1…3.3 и с. 56, 57).
Определяют площадь поперечного сечения канала на максимальный расход, для оросительной насосной станции это максимальная ордината графика водоподачи насосной станции. Затем вычисляют глубину воды канала hmaxи ширину канала по дну Ь, со-гласуя ее с рекомендуемой шириной. Уклон дна канала определяют из формулы
(3.3)
где (w— площадь поперечного сечения, м2; С — коэффициент Шези, м°’5/с; R— гадравлический радиус, м; i— гидравлический уклон.
Для каналов с гидравлическим радиусом R< 5 м коэффициент Шези следует определять, как правило, по формуле
(3.4)
где п — коэффициент шероховатости.
Для практических расчетов коэффициент Шези можно принимать по гидравлическим справочникам.
Для приближенных расчетов используют формулу:
(3.5)
каналов с гидравлическим радиусом R> 5 м коэффициент Шези определяют по каналам, работающим в аналогичных условиях.
Уклон дна подводящего канала должен быть меньше критического. Отметку дна подводящего канала в его голове назначают такой, чтобы при любых уровнях воды в водоисточнике и любых подачах насосной станции глубины воды в подводящем канале были не меньше глубин, соответствующих равномерному движению. При таком условии в отдельные периоды*работы насосной станции в подводящем канале будет равномерное движение, а в некоторые периоды возможно неравномерное движение с образованием кривых подпора (кривые спада не допускаются).
Канал на незаиляемость проверяют по транспортирующей способности канала или по незаиляющей скорости воды в канале. Транспортирующая способность канала, т/м\
 |
(3-6)
 |
(3.7)
где v — скорость воды в канале, м/с; w — гидравлическая крупность частиц среднего диаметра, мм/с;R— гидравлический радиус канала, м; i—уклон дна канала.
Незаиляющая скорость, м/с, (3.8)
При скоростях воды в каналах более 2 м/с доступ в них абразивных наносов с диаметром частиц более 0,25 мм, как правило, ограничивают для предохранения гидромеханического оборудования и бетонных облицовок каналов от износа.
Для уменьшения фильтрационных потерь воды из канала и увеличения срока службы применяют различные типы облицовок. В зависимости от назначения рекомендуют следующие типы облицовок и покрытий:
крепление каменной наброской, а также бетонными и железобетонными плитами для защиты откосов каналов от разрушающего действия значительных скоростей течения воды; облицовка асфальтовыми и битумными материалами, а также облицовка монолитным бетоном и железобетоном или сборными плитами для предотвращения фильтрации;цементная штукатурка и торкретирование — для уменьшения шероховатости (обычно для скальных грунтов).Монолитную облицовку (бетонную, асфальтобетонную) делают на тщательно спланированном грунте. При устройстве сборной облицовки основание, сложенное связными грунтами, выравнивают подготовительным слоем толщиной до 10 см, чтобы плиты хорошо прилегали к основанию. Бетоном и железобетоном каналы облицовывают для предотвращения фильтрации при условии применения эластичных материалов для герметизации швов. Для монолитных и сборных облицовок используют гидротехнический бетон класса не ниже В 12,5. Коэффициент заложения откосов каналов с монолитной бетонной и железобетонной облицовкой составляет не менее 1,5, сборной железобетонной — не менее 1, а толщина монолитной облицовки — а ~ ~ 8…10 см при глубине воды в,канале h< 1 м, 10…12 см при h-= 1…2ми а = 12… 15 см при h> 2 м. Для каналов с расходами более 50 м3/с толщину облицовки рассчитывают с учетом всех нагрузок.
