ДЮКЕРЫ
Вместо акведуков, когда их стоимость оказывается очень большой или когда применение их технически нецелесообразно, устраивают напорные трубы, или дюкеры.
Перечислить все возможные условия и случаи, при которых дюкер наиболее в технико-экономическом отношении целесообразен, нельзя: при решении конкретного примера нужно учитывать многие обстоятельства и факторы, как и при проектировании любого гидротехнического сооружения.
При переходе через широкие долины или через глубокие овраги может оказаться, что дюкер будет дешевле акведука, так как стоимость многочисленных массивных или очень высоких опор окажется больше стоимости дюкера, имеющего в соответствии с рельефом местности легкие промежуточные опоры и небольшое число анкерных опор.
Если же отметки уровня воды в трассируемом канале почти совпадают с отметками уровня воды пересекаемого водотока или с отметкой. проезжей части пересекаемой каналом дороги, то устройство дюкера диктуется чисто техническими соображениями, так как устраивать акведук здесь технически нецелесообразно.
Конструкции дюкеров должны удовлетворять следующим основным требованиям:
а) возможность систематического осмотра, ремонта и очистки сооружения в процессе эксплуатации; в отдельных случаях предусматривается устройство грязевиков для осаждения наносов;
б) водонепроницаемость швов;
в) возможность некоторого смещения отдельных участков трубопровода относительно друг друга при неравномерной осадке основания;
г) возможность спуска или откачки воды на время ремонта сооружения или выключения канала из работы;
д) обеспечение отвода фильтрационных и прочих вод за пределы сооружения.
Дюкеры могут быть малыми и большими, в зависимости от расхода воды, который они проводят, и капитальности сооружения.
Малые дюкеры в конструктивном отношении представляют собой два колодца (входной и выходной), соединенные между собой горизонтальной трубой. Такие дюкеры устраивают для пропуска небольших расходов и рассчитывают по разности уровней верхнего и нижнего бьефов (УВБ и УНБ), обеспечивающей пропуск расчетного расхода дюкером. Разность УВБ и УНБ бывает, как правило, невелика. Большие расходы проводят дюкеры более сложных конструкций. Они отличаются от малых тем, что входной и выходной колодцы заменены оголовками, а вместо короткого горизонтального участка — два наклонных и один горизонтальный, который может быть и коротким и как угодно длинным.
В тех случаях, когда при устройстве дюкера канал пересекает широкую долину или глубокий овраг, трубопроводы дюкера располагают на поверхности земли без заглубления в грунт.
Вид укладки труб (по поверхности земли или с заглублением в грунт) выбирают в зависимости от местных условий и условий эксплуатации дюкера и обосновывают технико-экономическими расчетами. Дюкеры располагают на анкерных и промежуточных опорах. Необходимость устройства опор, их число, глубина заложения и размеры должны быть обоснованы расчетом.
Трубопроводы дюкера по возможности выполняют из звеньев готовых труб (железобетонных, армоцементных, асбестоцементных и др.) выпускаемых заводами.
Дюкеры могут быть бетонными или железобетонными, металлическими, деревянными, смешанной конструкции.
Металлические дюкеры практически не имеют предела в установлении напора. Однако при их проектировании следует иметь в виду дефицитность и высокую стоимость высоконапорных металлических труб. Поэтому их нужно применять только в особых случаях, когда с металлом не могут конкурировать никакие другие материалы. Устраивать металлические трубопроводы дюкера с максимальным давлением менее 70 ат допускается только при специальном обосновании.
Независимо от того, из какого материала устраивается труба дюкера, входной и выходной оголовки обычно делают бетонными или железобетонными.
Входной оголовок имеет характерные особенности и некоторые обязательные элементы конструкций.
1. Верхняя кромка трубы дюкера должна быть заглублена под минимальный уровень воды.
2. На входном оголовке обязательно должна быть решетка, не допускающая попадания в дюкер мусора и плавающих предметов, попавших в зону увеличенных скоростей перед дюкером.
3. Шандорные пазы предусматривают на случай ремонта дюкера или нижележащих участков канала.
4. Рабочие мостики устраивают для маневрирования шандорами и очистки решетки.
5. Участок от пазов щита до входа в трубу дюкера должен быть перекрыт рабочим мостиком, в котором оставляют закрывающийся или огражденный перилами люк для осмотра дюкера н производства ремонтных работ.
6. Если на дюкере по условиям эксплуатации, необходимо иметь регулирующее устройство, то вместо шандор или кроме них предусматривают затвор. Обычно же на дюкерах ограничиваются только Шандорами. Выходной оголовок также должен иметь шандорные пазы и рабочий мостик, если нижележащий участок по условиям эксплуатации может быть заполнен водой во время ремонта дюкера.
В пониженной части дюкера для возможности его опорожнения в случае ремонта и очистки от задержавшихся наносов устраивают отверстие для выпуска воды.
В железобетонных и деревянных трубах для этой цели вставляют металлическое кольцо.
Для предотвращения фильтрации грунтового потока под трубой дюкера у входного и у выходного оголовков устраивают шпунтовые ряды.
Некоторое неудобство конструкции состоит в расположении регулирующих затворов надке входного оголовка. Перенос затворов на низшую отметку лучше обеспечивает постоянство напорного режима в дюкере, но удорожает конструкцию и создает неудобство маневрирования затворами.
В практике распространены дюкеры деревянной конструкции.
Небольшие трубы прямоугольного сечения, устраиваемые из досок, должны иметь достаточную водонепроницаемость, что представляет затруднения, так как соединение деревянных элементов, находящихся под напором, без металлических стяжек не всегда это обеспечивает.
Для дюкеров, рассчитываемых на пропуск большого расхода воды и работающих под значительным напором, применяется иногда сборная конструкция из деревянных клепок, стягиваемых металлическими бандажами. Эту конструкцию называют также бочарной потому, что она устраивается по принципу деревянной бочки, стянутой железными обручами.
Деревянный трубопровод сборной конструкции располагается на опорах: анкерных, устраиваемых на переломах рельефа местности и в местах пересечения водотоков, и промежуточных, которые ставят на участках спокойного рельефа и между дакёрными опорами.
Анкерные опоры устраивают бетонными и железобетонными, а промежуточные — бетонными в форме седловины с охватом трубы по дуге 90—180° или деревянными.
Бандажи, стягивающие деревянные клепки, охватывают в поперечнике всю трубу и сходятся концами с нарезкой и гайками в замке — башмаке, обеспечивающем возможность натяжения бандажей. Деревянные клепки по длинной стороне могут иметь скосы для лучшего сопряжения между еобрй, а в торцах для обеспечения водонепроницаемости они снабжаются металлическими пластинками.
Деревянные дюкеры сборной конструкции имеют следующие главные преимущества по сравнению с дюкерами из других материалов:
1) деревянные трубы в пределах их применения всегда дешевле труб из других материалов;
2) в гидравлическом отношении в деревянной трубе меньше потери вследствие малой шероховатости;
3) легко выполняются плавные закругления;
4) проще монтаж и дешевле ремонт;
5) не гниют и не ржавеют под напором (мин = 5—6 м);
6) устойчивы против химических воздействий (их не разрушают соли и кислоты);
7) для деревянных трубопроводов не опасны низкие температуры — из-за малой величины коэффициента линейного расширения, им не требуются компенсаторы;
8) менее подвержены неприятным последствиям при осадках опор.
Однако деревянные дюкеры имеют и существенные недостатки, которые иногда полностью исключают возможность их применения:
1) не везде и не всегда имеется материал для изготовления деревянных трубопроводов;
2) закладка в тело плотины и засыпка деревянных труб по техническим соображениям исключены. Технические условия в некоторых случаях допускают засыпку землей на 1,5-2,5 м деревянных труб диаметром до 1 м, но таких диаметров в дюкерах почти не применяют;
3) при небольшой скорости (против расчетной) может произойти промораживание трубопровода;
Железобетонный дюкер рассчитывается как замкнутая рама для двух случаев: на давление засыпки при отсутствии воды в трубе и при наличии внутреннего давления воды, но при отсутствии засыпки. В первом случае для одноочкового дюкера прямоугольного сечения характер эпюры моментов будет примерно следующим, если боковую трапецеидальную нагрузку заменить средней прямоугольной.
Второй расчетный случай — давление воды без засыпки — даст несколько иную картину.
По этим эпюр»м армируют принятое сечение дюкера на внешнюю и внутреннюю нагрузки в соответствии с данными, полученными по статическому расчету.
Задаваясь маркой бетона и стали, рассчитывают каждое из сечений на оба расчетных случая и определяют необходимую площадь арматуры, после чего подбирают ее сечения (число стержней, марка каркасов и др.), соблюдая правила конструирования.
После этого проверяют угловые сечения верхней и нижней плит на поперечные силы, определяют ширину раскрытия трещин для того, чтобы установить ее допустимую величину. Гидравлический расчет дюкера следует вести, исходя из скорости течения воды в трубе, назначаемой по условию незаиляемости трубопровода.
Трубу дюкера, имеющую значительное протяжение, проверяют на возможность образования прыжкового сопряжения в пределах начальной наклонной ее части.
Окончательные размеры поперечного сечения труб дюкера и величины скорости воды устанавливают в результате технико-экономических сравнений.
Волков И. М., Кононенко П. Ф., Федичкин И. К., Гидротехнические сооружения, М., Колос, 1968
