Проектирование судоходного шлюза в составе комплексного гидроузла

КП Судоходный шлюз. Алексеев Д.А.(ДГ-509).dwg

Наружная лицевая шпонка
прижимная стальная пластина 2.Доски 3.4.Стальные уголки сечениями 150*100*10 и 40*40мм 5.Болт 6.Профильная резина t=4cm 7.Анкер 8.Доски
Стальные планка 2.Технический войлок 3.Скоба 4.Железобетонная плита 5.прижимная стальная пластина 6.битумная мастика 7.Два листа нержавеюшей стали 8.Битумный мат 9.Битумно-бензиновое покрытие 10.Доски
Контурная тыловая шпонка
Контурное уплотнение(лицевое). 2.Контурное уплотнение(тыловое). 3.Горизонтальное контурное уплотнение. 4.Основное внутреннее уплотнение. 5.Вспомогательная внутреннее уплотнение.
Схема уплотнений деформационных швов
Граница судового хода
Бетонная подготовка толщиной 0.1 м.
Верх прич. ст. = 105
Верх. ст. кам. = 114
Верх. констр. моста = 116
Низа констр. моста = 114
Вертикальный 1:200 Горизонтальный 1:1000
элементы судоходного шлюза
Судоходный шлюз № __
Сделать лестницу по-другому
План судоходного шлюза
Продольный разрез судоходного шлюза
Чертеж полный в пояснительную записку

КП Судоходный шлюз..docx

Определение максимального расчетного напора на шлюзе и выбор типа шлюза4
Определение полезных габаритов камеры шлюза.5
Определение отметок порогов голов и пришлюзовых площадок.10
Обоснование расположения шлюза в гидроузле14
Определение размеров подходных каналов причальных и направляющих сооружений17
1 Определение размеров подходных каналов к шлюзу17
2 Определение размеров причальных и направляющих сооружений22
3 Определение длины прямолинейного хода25
4 Конструкции причальных и направляющих сооружений26
Выбор системы питания и типа камеры шлюза.28
1. Выбор типа системы питания шлюза и конструирование поперечного сечения камеры28
Проектирование камеры шлюза29
1 Проектирование застенного дренажа32
2 Разрезка сооружений шлюза деформационными швами33
Определение грузопропускной способности шлюза36
1. Определение времени шлюзования при одностороннем движении судов37
2 Определение времени шлюзования при двухстороннем движении судов38
3 Определение грузопропускной способности шлюза39
Гидравлический расчет водопроводной системы шлюза40
Проектирование голов шлюза45
Выбор механического оборудования шлюза46
Библиографический список52
Курсовой проект посвящен проектированию судоходного шлюза в составе комплексного гидроузла куда также входят грунтовая плотина водосбросная бетонная плотина гидроэлектростанция. Основанием сооружений являются нескальные грунты.
Такие гидроузлы являются одними из распространенных сооружений на равнинных реках во многих странах. Умение проектировать сооружения таких гидроузлов в частности судоходных шлюзов является составной частью работы гидротехника. В процессе работы над курсовым проектом приобретаются навыки расчетного обоснования и конструирования гидротехнических сооружений что позволит в дальнейшем успешно участвовать в проектной деятельности и гидротехническом строительстве. Важной частью проектирования является использование нормативной литературы для обоснования размеров сооружений.
Целью проектирования судоходного шлюза является расчетное обоснование размеров судоходного шлюза и сооружений входящих в состав подходных каналов к нему. Задачами проектирования является: определение габаритных размеров камеры шлюза из условия размещения в ней расчетного состава судов составление высотной схемы шлюза для дальнейшего его конструирования обоснование размещения шлюза в гидроузле из условия безопасного пропуска судов определение размеров подходных каналов из условия разминования судов двигающихся в разных направлениях выбор системы питания шлюза и ее гидравлический расчет с целью определения размеров водопроводной системы выбор и проектирование конструкции камеры шлюза определение грузопропускной способности шлюза проектирование голов шлюза из условия размещения водопроводной системы а также зданий для управления маневрированием затворов водопроводных галерей выбор механического оборудования для эксплуатации шлюза. Все основные элементы шлюза имеют конструктивное оформление включая его элементы.
Важные исходные данные для проектирования судоходного шлюза представлены в табл. 1.
Таблица 1 - Исходные данные о судах и работе шлюза
Вариант данных судоходного шлюза
Типы расчетных шлюзов
Схема расчетного состава судов судна
Длительность навигации сут
Время работы шлюза в сутки час
Количество негрузовых шлюзований в сутки штук
Судно-буксир или судно-толкач
Таблица 2 - Данные по расчетным судам:
Условное обозначение
Самоходное или грузовое судно
Определение максимального расчетного напора на шлюзе и выбор типа шлюза
Максимальный расчетный напор – определяется с учетом колебаний уровня воды верхнего и нижнего бьефов (судоходных).
За максимальный уровень судоходный уровень в верхнем бьефе принимаем отметку
За минимальный уровень судоходный уровень в верхнем бьефе принимаем
За максимальный судоходный уровень в нижнем бьефе принимаем = 1042.
За минимальный судоходный уровень в нижнем бьефе принимаем = 1025.
Таким образом максимальный расчетный напор на шлюзе будет равен разнице между максимальной отметкой воды в верхнем бьефе и минимальной отметкой в нижнем бьефе и составит:
=НПУ - = 1131-1025 = 106 м.
В зависимости от этого напора выбираем тип шлюза. Так как напор Нd более 6 м но менее 15 м принимаем однокамерный шлюз со стенкой падения [1]. Стенка падения позволяет уменьшить высоту ворот верхней головы.
Определение полезных габаритов камеры шлюза.
Основные габариты шлюзов (полезная длина lc.ef ширина камеры bc.ef глубина на порогах hl) определяется в соответствии с заданным расчетным составом судов (в камеру устанавливается или грузовой состав судов или пассажирское судно) принимая наибольшее значение.
Основные габариты шлюза:
-это полезная длина и ширина камеры а также глубина на порогах которая определяются в соответствии с заданным составом судов.
В камеру устанавливают или грузовой состав или пассажирское судно и принимают наибольшие габариты камеры.
Определяем полезную длину камеры
а) определяем при установке в камеру грузового состава.
В данном случае грузовой состав – это самоходное судно
Рисунок 2.1 - Расчетная схема для определения полезной длины камеры шлюза при установке в ней грузового состава (самоходное судно)
Полезная длина камеры определяется по формуле: [3]
– сумма длин расчетных судов шлюзуемых одновременно и устанавливаемых в камере шлюза в кильватер;
n- число одновременно шлюзуемых судов устанавливаемых в камере шлюза в кильватер;
– запас по длине камеры в каждую сторону и между судами устанавливаемые в камере определяемые по формуле (2.2).
– длина грузового самоходного судна 626 м.
= 626 + 2*388 = 7036 м.
б) определяем при установке в камере пассажирского состава.
Рисунок 2.2 - Расчетная схема для определения полезной длины камеры при установке в ней пассажирского судна
n - число одновременно шлюзуемых судов устанавливаемых в камере шлюза в кильватер;
ls - запас по длине камеры в каждую сторону и между судами устанавливаемыми в камере шлюза в кильватер определяемый по формуле (2.2)
= 2 + 003*774 = 432 м.
= 774 + 2*432 = 8604 м.
) Определяем полезную ширину камеры
Рисунок 2.3 - Расчетная схема для определения полезной ширины камеры
Полезная ширина камеры шлюза определяется по формуле (2.3)
– сумма ширин одновременно шлюзуемых судов стоящих радом;
- запас по ширине в каждую сторону и между судами рядом стоящими в камере;
n1 - число одновременно шлюзуемых (рядом стоящих) судов в данном случае n =1.
Запасы по ширине bs с каждой стороны камеры и между судами принимаем по рекомендациям нормативной литературы [2]:
При ширине самого широкого судна (пассажирского) = 96 м (менее 10 м) принимаем 02 м тогда полезная ширина камеры составит:
= 96 + 2 * 02 = 10 м.
) Определяем глубину на порогах
Глубина на порогах шлюза hl отсчитываемая от расчетного минимального судоходного уровня принимается по формуле
Полученные расчетные величины размеров камеры составляют 8604х10х247 м. Их округляют в сторону увеличения до ближайших стандартных размеров приведенных в таблице 2.1 [2]:.
Отношение полезной ширины камеры шлюза м к полезной длине м
В соответствии с таблицей 2.1 окончательно принимаем полезные габариты камеры шлюза которые составляют: lcef = 100 м bcef = 12 м hl =25 м.
Определение отметок порогов голов и пришлюзовых площадок.
Рисунок 3.1- Высотная схема судоходного шлюза
Отметка порога верхней головы определяется из условия обеспечения полученной глубины на пороге hl при минимальной судоходной отметке верхнего бьефа принимаемой равной уровню сработки (УМО):
отметка порога верхней головы Пор.В.Г. = УМО - h
отметка порога нижней головы = УНБмин - hl = 1025 – 25 = 100 м.
Отметки верха сооружений (голов) и частей шлюза входящих в напорный фронт гидроузла должны соответствовать требованиям предъявляемым к сооружениям напорного фронта т.е. определяться с учетом наката и нагона волны. В данном проекте можно принять превышение этих отметок над ФПУ в пределах hs = 15 25 м. Принимаем hs = 15 м. Тогда отметка верха стенки верхней головы (устоя) и прилегающих к голове площадок будет равна
Верх.ст.В.Г. = ФПУ + hs = 1141 + 15=1156 м.
Возвышение площадок () расположенных вдоль стен камеры шлюза верха устоев других голов причальных и направляющих сооружений над расчетным максимальным судоходным уровнем воды (в верхнем бьефе - НПУ в нижнем бьефе-УНБмакс при пропуске основного расхода паводка Qосн) должно быть для шлюзов - :
- на сверхмагистральных водных путях не менее 2 м;
- на магистральных (IV класс водного пути) - не менее 1 м;
- на водных путях местного значения - не менее 05 м.
В данном проекте водный путь относится к IV классу водного пути - магистральным водным путям поэтому принимаем = 1 м. Тогда отметка верха стенки камеры и площадки вдоль камеры составит:
Верх.ст.кам. = НПУ + = 1131+1= 1141 м.
Отметку верха причальных и направляющих сооружений в верхнем бьефе примем равной отметке верха стенки (устоя) верхней головы
Верх.прич.ст.ВБ = Верх.ст.В.Г. = 1156 м
Отметку верха причальных и направляющих сооружений в нижнем бьефе примем выше максимальной отметки уровня нижнего бьефа при пропуске основного расхода Qосн
Верх прич. ст.НБ = УНБмакс + = 1042+ 1 =1052 м.
На стенках камеры и головах шлюза а также на причальных и направляющих сооружениях с лицевых сторон устраиваем парапеты высотой 11 м рассчитанные на навал судов а также охранные ограждения в местах расположения причальных тумб. Верхней части лицевой грани стен или парапетов должно быть придано очертание исключающее зависание судна привальным брусом то есть плавное по кривой.
Превышение отметок верха ворот над расчетными уровнями принимаем 03 м. Тогда отметки верха ворот составят
Верх.вор.верхней головы=ФПУ+03= 1141+03= 1144 м;
Верх.вор. нижней головы=НПУ+03= 1131+03 = 1134 м.
Через нижнюю голову предусматриваем проезд автотранспорта.
Высота подмостовых габаритов в шлюзах hbr принимается в соответствии с ГОСТ 26775-97. «Габариты подмостовые судоходных пролетов мостов на внутренних водных путях. Нормы и технические требования» (значения приведены в таблице 3.1) и отсчитывается от максимального расчетного судоходного уровня воды в нижнем бьефе (рис. 3.1).
Таблица 3.1 - Надводные габариты водного пути
Глубина судового хода м
средненавигационная hсср
Для IV класса водного пути принимаем hbr = 104 м.
Отметка нижней конструкции моста назначается выше максимального судоходного уровня нижнего бьефа на величину подмостового габарита hbr
Низа конструкции моста = УНБмакс + = 1042 + 104 = 1146 м.
Высоту конструкции моста принимаем приблизительно как
hм = 110 = 01 (bcef + 8) = 01 (12+8) =2 м.
Верха конструкции моста = Низа конструкции моста + hм = 1146+ 2= 1166 м
- ширина пролета моста принимаем ее примерно на 8 -10 м шире чем полезная ширина камеры с учетом размещения опор моста за конструкцией нижней головы или причальных и направляющих сооружений (в зависимости от расположения моста).
Ширину моста принимаем равной ширине дороги для IV категории она равна 10 м.
Ширина площадок вдоль стен камеры шлюза назначается:
из условия обеспечения одностороннего проезда транспорта (например для ведения ремонтных работ) и размещения на них различных коммуникаций но не менее 45 м.
из условия двустороннего (встречного) движения автотранспорта размещения тротуара каналов для прокладки кабелей и других коммуникаций пожарного водопровода опор освещения проезжей части (ширина не менее 45 м) и др. Принимаем предварительно ширину площадки где предусматривается проезд автотранспорта равной 12 - 14 м а ширину площадки для служебного проезда 8 м. Эти величины будут уточнены в процессе конструирования шлюза.
Ширина площадок причальных линий должна быть не менее 2 м.
Окончательно эти величины примем после проектирования шлюза.
Обоснование расположения шлюза в гидроузле
Выбор схемы расположения судоходного сооружения должен производиться с учетом местных природных условий строительно-технологических факторов развития сети дорог и других объектов в соответствии с требованиями нормативного документа СП [4].
Местоположение шлюзов в составе гидроузлов зависит от типа компоновки гидроузла геологических и топографических условий в створе сооружений. Некоторые рекомендации по выбору местоположения шлюза:
а) при пойменной компоновке рекомендуется принимать однобережное расположение за общими перемычками всех бетонных сооружений включая судоходные шлюзы. Это позволяет при возведение сооружений ограничиться одной строительной площадкой;
б) на нескальных грунтах основания обычно избегают непосредственного примыкания шлюзов к водопропускным сооружениям гидроузла ввиду сложности возведения и эксплуатации раздельных дамб или стенок между ними. Это относится ко всем типам компоновок бетонных сооружений (пойменной русловой).
Располагаем шлюз (камеру шлюза) по отношению к напорному фронту в нижнем бьефе в соответствии с рекомендациями [2] так как в том случае можно облегчить конструкцию камеры - нагрузки будут меньше чем при расположении камеры в верхнем бьефе (давление воды в обратной засыпке камеры). Мостовой переход через шлюз устраиваем через нижнюю голову за основными воротами в сторону нижнего бьефа обеспечивая подмостовой габарит. Автомобильную дорогу через нижнюю голову продолжаем по дамбе примыкающей к нижней голове.
Трассу располагаем на правом берегу так как в том случае трасса будет прямолинейней а длина шлюза с подходами наименьшей. При этом проводим трассу перпендикулярно к оси створа гу примерно по отметкам местности равным
Пор.В.Г. + (2 3м) = 1055+3м. = 1085 м т.е. из условия чтобы верхний подходной канал находился в полувыемке-полунасыпи.
В гидроузле судоходные шлюзы располагают таким образом чтобы пропуск воды через водосбросную плотину и ГЭС не оказывали вредного влияния на условия судоходства. Скорости течения воды в подходных каналах и в районе их сопряжения с водохранилищем или рекой не должны превышать допускаемых скоростей:
а) продольные скорости Vпр ≤ 15-2мс;
б) поперечные скорости Vпоп ≤ 04 мс.
В связи с тем что такие данные отсутствуют можно воспользоваться следующими рекомендациями [2 ]:
)место выхода канала в русло должно быть удалено от ГЭС и водосбросных сооружений (при удельном расходе на рисберме qвод (15-20) м2с что соответствует водосбросной плотине на нескальном основании) на рекомендуемом расстояние Lрек. где скорости течения близки к естественным. При этом удается обеспечить удовлетворительные условия входа судов в нижний подходной канал.
Lрек = 35 lcef = 35 * 100 = 350 м.
Фактическое расстояние составляет Lфак = 1623 см х 50 = 812 м. Проверяем условие:
Lфак > Lрек следовательно условие выполняется.
)направление судового хода при выходе подходного канала в реку или водохранилище (при отсутствии данных о скорости течения воды) для предварительного проектирования допускается назначать под углом к основному течению на этом участке не превышающем:
- для сверхмагистральных и магистральных водных путей 250
- для водных путей местного значения - 300.
Исходя из этого принимаем рекомендуемый угол рек = 250.
Измерением с чертежа получаем фак = 240 что меньше рекомендуемого угла рек =250 следовательно условие выполняется.
Определение фактических величин Lфак и фак представлено на рис. 4.1 где показал створ гидроузла и трасса судоходного шлюза.
Рисунок 4.1 – Определение фактических величин Lфак и фак на топографическом плане местности в районе строительства судоходного шлюза
Определение размеров подходных каналов причальных и направляющих сооружений
1 Определение размеров подходных каналов к шлюзу
При выбранном общем расположении шлюза в гидроузле должны быть запроектированы очертания подходов к нему и расположение в них причально-направляющих сооружений. Размеры и очертания подходов к шлюзам в плане должны обеспечивать расхождение шлюзуемых судов при двустороннем движении.
Подходы к шлюзам по взаимному расположению их оси и продольной оси шлюза подразделяют на следующие (рисунок 5.1) [1]:
симметричные (черт. 5.1 а) - оси подходного канала и шлюза совпадают;
полусимметричные (черт. 5.1 б) - ось подходного канала смешена относительно оси шлюза в сторону от причальной линии таким образом что расстояние между лицевой гранью устоев головы шлюза и причальной линией находится в пределах от 02 расчетной ширины судна (> 02 bs) до расстояния соответствующего симметричному подходу;
несимметричные (черт. 5. 1 в) - ось подходного канала расположена по отношению к оси шлюза так что причальная линия продолжает лицевую грань устоев головы шлюза или смещена от нее на расстояние не более 02 расчетной ширины судна ( 02 bs).
Рисунок 5.1 - Схема подходных каналов к шлюзу
а - симметричный; б - полусимметричный; в - несимметричный
Примем несимметричный тип подхода к шлюзу. Преимуществом несимметричной схемы является то что судно может входить к камеру шлюза практически по прямой. Движение судов каждого направления принимаем правосторонним считая по направлению движения.
Расчетная схема подходных каналов к шлюзу показана на рисунке 5.2.
Рисунок 5.2 – Схема очертания подходного канала к шлюзу для определения длины подходного участка la и длины причальной линии lm
Длина верхнего (нижнего) участка подхода la (рис. 5.2) в пределах которого предусматривается расхождение встречных судов определяется по формуле (5.1)
la = 387 + 14364 + 774 = 25974 = 260 м.(5.1)
l1 = 05*774 = 387 м.
l2 - длина участка на котором судно при встречном движении переходит c оси шлюза на ось судового хода в канале определяемая по формуле (5.2)
ls - длина расчетного судна за которую следует принимать длину судна или толкаемого состава наибольшей длины в данном случае наибольшую длину имеет пассажирское судно (
r - радиус траектории центра тяжести судна (радиус поворота судна) принимаемый не менее трех длин расчетного судна (r = 3*
c - смещение оси судового хода в канале относительно оси шлюза при выходе или входе судна.
Величина смещения (c) определяется по формуле:
- при несимметричном подходе
c = 12 bs + 05 b =12*96 + 05*903 = 1604
bs - ширина расчетного судна bs = 96 м.
b - уширение определяемое далее;
b = 035 ls2 r = = 903 м.
Ширину судового хода подходных участков с прямолинейным движением для однониточных шлюзов на уровне расчетной осадки при минимальном расчетном судоходном уровне (в курсовом проекте УНБмин) следует принимать с учетом запасов между судами и между судами и берегом не менее величины b определяемой по следующей формуле (5.3):
b = 26 bs = 26*96 = 2496 м.(5.3)
где bs - ширина расходящихся расчетных судов с наибольшей шириной.
Рисунок 5.3 – Формы поперечных сечений подводящего канала
а - сечение в пределах длины причального сооружения; б – сечение в подводящем канале вне длины причального сооружения где суда двигаются по прямой
Ни рис. 5.3. изображено поперечное сечение подходного канала в нижнем бьефе для данного проекта.
Рисунок 5.3 – Поперечное сечение подходного канала для данного проекта
Расчетная глубина судового хода подходных каналов (глубина воды в канале) при расчетном минимальном судоходном уровне можно принять равной не менее 13 статической осадки расчетного судна в полном грузу s
hк = 13 s = 13*19 = 247 = 25 м.
Отметка дна канала составит 1000 м.
Ширина судового хода на участках l2 и l3 (черт. 5.2) при поочередном движении по кривой судов в двух направлениях должна приниматься равной
b + b. За пределами этих участков где суда двигаются по прямой ширина судового хода составляет b. За пределами этих участков при одновременном движении по кривой судов в двух направлениях b + 2 b = 2496 + 2*903 = 4302
Уширение b определяется по формуле (5.4)
b = 035 ls2 r = = 903(5.4)
b + b = 2496 + 903 = 3399 = 34 м.
Переходный участок l4 (рисунок 5.2) принимается длиной не менее 20 уширений в каждую сторону (20 b). В данном проекте имеет место короткий подходной канал из реки и водохранилища поэтому сохраняем ширину (b + 2b) по всей длине подходных каналов (т.е. уширенным на всем протяжении без переходного участка).
Ширина подходного канала по дну bк (рисунок 5.3) можно определить по формуле
bк = (b + b) – mк (hк –s) = 34 – 2 (25-19) =328 = 33 м
hк – глубина воды в подходном канале;
mк - заложение откосов канала примем mк = 2.
2 Определение размеров причальных и направляющих сооружений
Причальные сооружения располагаем в пределах участков подходов к шлюзу la с правой стороны судового хода для входящих в шлюз судов (рисунок 5.2).
В случае несимметричного подходного канала причальную линию располагаем на продолжении лицевой грани устоя верхней головы.
По концам причальных сооружений предусматриваем криволинейные участки (с радиусом g ls = 02 ls = 02*774 = 155 ) сопрягающиеся с берегом канала.
Длину причальной линии шлюзов lm (рисунок 5.2) определяем при двустороннем движении судов в каждом из направлений по формуле (5.5)
lm = l2 + + Δ - g ls (5.5)
- сумма длин одновременно шлюзуемых и устанавливаемых в камере шлюза в кильватер судов;
Δ – запас между судами устанавливаемыми у причала и определяемый по формуле (2.2)
g - коэффициент принимаемый равным 02.
lm = l2 + + Δ - g ls = 14364+774-155 = 20554
Для плавного перехода от ширины подходных каналов к ширине камеры предусматриваем устройство направляющих сооружений примыкающих к лицевым граням голов шлюзов. Сопряжение внешних очертаний направляющих сооружений с лицевыми гранями голов шлюзов делается плавным (рисунок 5.4).
Рисунок 5.4 – Возможные очертания и размеры направляющих сооружений. Сопряжения направляющего сооружения с головой и подходным каналом:
а – вариант 1; б – вариант 2
Угол между направлением касательной к очертанию направляющего сооружения и осью шлюза не должен превышать 500 (для шлюзов на сверхмагистральных и магистральных водных путях).
Длину направляющего сооружения принимаем в зависимости от длины расчетного судна. Проекция на ось шлюза рабочей части направляющего сооружения ld расположенной в пределах ширины судового хода рекомендуется принимать не менее ld > 12 ls в данном проекте можно принять ld = ls2= 7742 = 387 м.
Радиус направляющего сооружения предварительно можно определить по формуле (5.6)
R = ld sin = = 5052.(5.6)
При построении сопряжения направляющего сооружения с каналом с этим радиусом (R = 5052) и ld = 387 не удается выдержать условие ≤ 500 поэтому принимаем схему показанную на рисунке 5.4 б. В нашем случае получается что угол = 500 выполняется только при условии = = 387.
На рис. 5.5 показано очертания подходного канала к шлюзу (в нижнем бьефе)
Рисунок 5.5 – Очертание подходного канала с показом причального и направляющего сооружений
3 Определение длины прямолинейного хода
Компоновка судоходного шлюза в плане и подходов к нему выполняется с учетом требований безопасности эксплуатации шлюза. Судоходная трасса шлюза (рисунок 5.5) должна быть прямолинейной на участке длиной не менее величины lst определяемой по формуле (5.7).
Рисунок 5.5 – Схема судоходного шлюза с подходами
– ось судового хода; 2 – шлюз; 3 – радиусы поворота судна
lst = ll + 2 ( la + ls )(5.7)
= 100 + 35 + 35 = 170
lн.г. - длина нижней головы которую можно принять в первом приближении 35 м.
lst = 100+35+35+2*(260+774) = 8448
На рисунке 5.6 для данного проекта в соответствии с этой общей схемой показаны схема и размеры для прямолинейного хода и его элементов.
Рисунок 5.6 – Схема для определения длины прямолинейного судоходного хода
При компоновке судоходных сооружений оптимальным является прямолинейное расположение шлюза и подходных каналов к ним. В некоторых случаях нижние подходные каналы трассируют по кривой линии. Ось прямолинейного участка подходного канала сопрягается с осью судового хода в канале или водохранилище по кривой очерченной радиусом (радиусом поворота судна) r 5 ls (в случае буксируемого состава) или не менее трех длин r 3 ls расчетного толкаемого состава (при наличии толкача и жесткого счала).
4 Конструкции причальных и направляющих сооружений
Для нижнего подходного канала принимаем конструкции причальных и направляющих сооружений в виде уголковой железобетонной стенки (рисунок 5.7)
Рисунок 5.7 – Конструкция причального и направляющего сооружений в нижнем бьефе в виде уголковой железобетонной стенки М 1:200
Для верхнего подходного канала принимаем конструкцию направляющих сооружений в виде уголковой железобетонной стенки (рисунок 5.8 а) а причального сооружения в виде сплошной незасыпанной бетонной стенки (рисунок 5.8 б).
Рисунок 5.8 – Конструкции причального и направляющего сооружений в нижнем бьефе в виде уголковой железобетонной стенки М 1:200
Верх причальных и направляющих сооружений со стороны обращенной к судовому ходу имеет парапет.
Выбор системы питания и типа камеры шлюза.
1. Выбор типа системы питания шлюза и конструирование поперечного сечения камеры
Тип и конструкция стен и днища камеры судоходного шлюза определяются материалом из которого они выполнены технологией производства работ и зависят от габаритов шлюза напора на камеру принятой системы питания и механических свойств грунтов основания.
Система питания представляет собой совокупность устройств служащих для наполнения камеры шлюза водой и освобождения ее от воды (опорожнения). Систему питания проектируем из условия обеспечения минимальных затрат времени на наполнение и опорожнение камеры и благоприятных условий отстоя судов шлюзующихся в камере и ожидающих шлюзования в подходных каналах.
При выборе системы питания следует исходить из величины напора на шлюз и габаритных размеров его камер.
В соответствии с [2] в случаях когда и как правило можно принимать сосредоточенные системы питания.
В нашем случае эти величины составляют:
следовательно это условие выполняется. Проверим выполнение следующего условия:
следовательно условие не выполняется. Учитывая что имеется рекомендация2применять сосредоточенную систему питания при окончательно принимаем такую (сосредоточенную) систему питания так как в данном случае .
Проектирование камеры шлюза
Тип и конструкция стен и днища камеры судоходного шлюза определяем в зависимости от габаритов шлюза напора на камеру принятой системы питания и механических свойств грунтов основания с учетом производства работ и надежности конструкции.
Так как максимальный напор составляет (что больше 6 м) принимаем конструкцию камеры с водонепроницаемым неразрезным днищем без продольных галерей в них.
Для облегчения условий работы нижних наиболее нагруженных сечений камер устраиваем постепенный переход от лицевой грани стены к днищу (вут) с уклоном 1:1. Высоту вута принимаем не больше величины запаса глубины под днищем расчетного судна т.е. примем На стенах камеры устраиваем парапеты высотой 11 м и толщиной 03 м. На рисунке 6.1 показана часть поперечного сечение камеры судоходного шлюза.
Рисунок 6.1 – Элемент конструкции камеры как расчетная схема для определения ее размеров
Толщину стенки в верхней части примем 1 м в нижней части рекомендуется принимать:
где - свободная высота стенки которая равна:
Примем толщину стенки в нижней части камеры .
Толщину днища камеры принимаем равной толщине стенки по низу т.е. .
В основании камеры выполняется бетонная подготовка толщиной 01 м.
На рисунке 6.1. показано поперечное сечение камеры судоходного шлюза.
Рисунок 6.2 – Поперечное сечение камеры судоходного шлюза М 1:200
Площадки расположенные за стенами шлюза для обеспечения стока с них поверхностных вод устраиваем с уклоном в сторону кювета (дренажа) по которому вода отводится в сторону нижнего бьефа за пределы рабочей территории шлюза. Площадка шлюза примыкающая к камере имеет твердое асфальтовое покрытие.
1 Проектирование застенного дренажа
За стенками камеры в обратной засыпке устраиваем дренаж для понижения уровня грунтовых вод и снижения нагрузки на камеру со стороны обратной засыпки.
Принимаем закрытый трубчатый дренаж с внутренним диаметром дренажа 03 м. На рисунке 6.3 показана конструкция трубчатого дренажа.
Рисунок 6.3 – Конструкция трубчатого застенного дренажа
Уклон дренажа принимаем 0002 в сторону нижнего бьефа. Для наблюдения за работой фильтрационной системы шлюзов дренаж оборудуется смотровыми колодцами через 25 м а также предусматривается сеть пьезометров и водоотводы.
Отметку дна дренажа принимаем выше на 1 м уровня в нижнем бьефе с расчётной вероятностью 10% (для шлюзов на магистральных водных путях [2]) тогда получаем:
Где: – отметка воды нижнего бьефа при расходе обеспеченностью 10 % за который можно принять расход равный по величине максимальному расходу строительного периода. При отметка воды нижнего бьефа составит
Конструкции дренажных устройств должны исключать возможность их промерзания занесения наносами и закупорки плавающими предметами. Поэтому верхняя кромка трубы дренажного устройства на выходе в нижний бьеф заглубляется на 05 м ниже нижней поверхности ледяного покрова максимальной толщины при минимальном зимнем уровне нижнего бьефа:
2 Разрезка сооружений шлюза деформационными швами
При проектировании шлюза предусматриваем деформационные швы уплотнения которых должны обеспечивать их водонепроницаемость. Назначение швов-исключить возникновение недопустимых усилий напряжений и перемещений предотвратить образование трещин или уменьшить величину их раскрытия в бетонных и железобетонных конструкциях шлюза при неравномерной осадке основания или изменениях температуры. Такие швы еще называются температурно-осадочными.
Поперечные сквозные швы устраиваем между головами и камерой головами и причалами а также между секциями камер и в причальных и направляющих сооружений. Камеру разрезаем сквозными деформационными швами через 20 (25) м (рисунок 6.4).
Рисунок 6.4 – Разрезка судоходного шлюза деформационными швами
Водонепроницаемость постоянных деформационных швов обеспечивается уплотняющими шпонками материал и конструкция которых должны удовлетворять условиям работы при напоре как со стороны камеры так и со стороны засыпок ограждая шов от грунтовых вод.
В швах между устоями голов и стенами камер предусматриваем в качестве внутренней шпонки колодец заполненный асфальтовой мастикой в которой установлены электроды для ее разогрева в случае нарушения работы шпонки (рисунок 6.5)
Рисунок 6.5 Расположение уплотнений деформационных швов
- контурное уплотнение (лицевое); 2 – контурное уплотнение (тыловое); 3 – горизонтальное уплотнение; 4 – Основное внутреннее уплотнение – битумная шпонке; 5 – вспомогательное внутреннее уплотнение – металлическая диафрагма
Рисунок 6.6 - Конструкции уплотнений деформационных швов
а - лицевая шпонка; б – тыловая шпонка
В камере предусматриваем причальные устройства в виде причальных тумбы неподвижных рымов (крюков) и плавучих рымов. Причальные тумбы – это чугунные отливки грибовидной формы с бетонным заполнением высотой от 07 до 1 м. Их устанавливают по обеим сторонам камеры шлюза через 15 30 м. а также на причальной линии. Швартуют судно за причальную тумбу стальными или пеньковыми канатами.
Рисунок 6.7 – Паз плавучего рыма
Подвижные причальные устройства в виде плавучих рымов представляют собой колесные тележки с причальным приспособлением передвигающиеся по рельсовым закладным путям в вертикальной нише (пазу) стены камеры. Тележка смонтирована на металлической бочке-поплавке который опускается или поднимается во время шлюзования.
Определение грузопропускной способности шлюза
Эксплуатационная грузопропускная способность шлюза равна количеству груза в тоннах которое шлюз может пропустить в рабочее время за навигацию при неполном использовании грузоподъемности судов и неравномерном их движении. Эксплуатационная грузопропускная способность шлюза определяется годовым грузооборотом данного участка водного пути и зависит от продолжительности отдельных операций шлюзования числа шлюзований в сутки размеров камеры грузоподъемности судов и длительности навигации. Она определяется по следующей упрощенной формуле (7.1):
где - число судов в составе;
- полная грузоподъемность судна в полном грузу т;
- суточной число грузовых шлюзований;
N - продолжительность навигации сут;
- коэффициент полезного использования грузоподъемности судов равный отношению средней загрузки судов к их полной грузоподъемности () обычно ;
- коэффициент неравномерности подходов грузовых составов к шлюзу (обычно ).
*350*4778*205*(0817) = 16132776
В случае если грузоподъемность расчетного судна не задана ее следует определять по формуле
Ргр = Кв ls bs (s - sп)
гдеКв - коэффициент полноты водоизмещения (Кв=085 090);
s sп - осадка расчетного судна при полной загрузке и порожнего.
Для расчета грузопропускной способности шлюза необходимо предварительно вычислить такие параметры как время шлюзования при одностороннем движении судов и время шлюзования при двустороннем движении судов .
1. Определение времени шлюзования при одностороннем движении судов
За время шлюзования принимается время необходимое на разовый пропуск через шлюз судна (или групп судов) определяемое продолжительностью следующих операций:
- наполнение и опорожнение камер - ;
- открытие и закрытие ворот - ;
- ввод судна в шлюз и вывод из него - ;
- перевод судна из одной камеры в другую (для многокамерного шлюза) - .
Время шлюзования при одностороннем движении судов через однокамерный шлюз определяется по формуле мин:
где - время ввода судна в шлюз которое определяем как:
где – скорость ввода судна в камеру которую в курсовом проекте можно принять:
- для буксируемого состава
- для толкаемого состава
- время наполнения камеры которое принимается при предварительных расчетах равным времени ее опорожнения и вычисляется по формуле (7.2) мин:
где - коэффициент принимаемый для шлюзов с головной системой питания равным 027 с распределительной системой питания - 019;
- время открытия и закрытия ворот принимается:
Таким образом принимаем
- время вывода судна из шлюза мс которое равно:
где - скорость вывода судна из шлюза мс:
- для буксируемого состава - 10 мс;
- для толкаемого состава - 12 мс.
2 Определение времени шлюзования при двухстороннем движении судов
При двухстороннем движении судов полное время шлюзования будет равно мин:
где – время ввода судна в шлюз которое определяем как:
– время вывода судна из шлюза которое равно:
Время наполнения и время закрытия ворот определяются также как при одностороннем шлюзовании.
3 Определение грузопропускной способности шлюза
Пренебрегая в курсовом проекте несколько меньшим временем шлюзования пассажирских порожних и служебных судов определяют расчетное число суточных шлюзований равное для однокамерных шлюзов:
где - время использования шлюза в сутки для перевозок в наиболее напряженный период навигации при принятых типах расчетных судов и структуре перевозок на установленные расчетные сроки (обычно 23 часа в сутки; 1 час выделяется на профилактические мероприятия);
Суточное число грузовых шлюзований принимается:
где - соответственно число шлюзований в сутки пассажирских служебных и порожних судов.
В практике эксплуатационную грузопропускную способность шлюза сопоставляют с заданным расчетным грузооборотом. В случае если пропускная способность шлюза меньше грузооборота следует проектировать две нитки шлюза.
Таким образом ссылаясь на формулу (7.1) находим грузопропускную способность шлюза:
Гидравлический расчет водопроводной системы шлюза
Цель гидравлического расчета - установить основные размеры элементов водопроводной системы шлюза при которых были бы обеспечены наполнение и опорожнение камеры в течение определенного времени отвечающего пропуску через шлюз заданного грузооборота при удовлетворительных условиях отстоя и маневрирования шлюзующихся судов а также надежной работе его конструкции и оборудования.
Принимаем головную галерейную систему питания так как высота порога не позволяет разместить подъемно-опускные ворота.
При расчетах следует принимать:
а)стены камеры вертикальными;
б)среднюю площадь камеры равной:
в)равномерное открытие водопроводных затворов в течение времени :
где – коэффициент определяющий долю времени открытия затворов галерей в общем времени наполнения (опорожнения) камеры шлюза который рекомендуется принимать:
- при головном наполнении камер (сосредоточенная система питания);
- наполнении камер через продольные галереи;
- при опорожнении камер в нижние подходные каналы;
г) в период открывания затворов коэффициент расхода водопроводной системы постепенно увеличивается за счет уменьшения коэффициента сопротивления затворов а при полностью открытых затворах остается постоянным. С учетом потерь на отдельных участках и элементах рекомендуется для приближенных расчетов принимать коэффициенты расхода :
при головном безгалерейном наполнении камер коэффициент расхода полностью открытых водопроводных отверстий принимают (в пределах = = 06 065);
при коротких обходных галереях с плавным сужением к затворам и расширением к выходному сечению = 075 085;
для продольных галерей с поперечными выпусками воды = 06 07;
В данном случае имеют место короткие обходные галереи примем = 08.
В соответствии со схемой для галерейной сосредоточенной (головной) системы питания показанной на рис. 9.1 имеет место случай затопленных водопроводных отверстий.
Рисунок 9.1 - Расчетная схема для гидравлического расчета
Площадь водопроводных отверстий необходимая для наполнения или опорожнения камер в течение времени можно определить по приближенной формуле (9.1):
где – средняя площадь камеры в плане
– максимальный напор который равен ;
- коэффициент расхода равный
– время наполнения камеры которое ранее определяли равной предварительно установленному значению по формуле (7.2) без учета влияния инерционных сил потока в системе питания и которое равно ;
– коэффициент определяющий долю времени открытия затворов галерей в общем времени наполнения (опорожнения) камеры шлюза примем для наполнения камеры .
Тогда площадь отверстий ссылаясь на формулу 9.1 равна:
Инерционные силы потока ускоряют процесс наполнения и опорожнения камеры водой что приводит к снижению времени и более тяжелым условиям отстоя судов в камере. Поэтому общую площадь галерей подсчитанную по формуле (9.1) уменьшаем на (10 20) %.
В случае головной галерейной системы питания определяем площадь одной ветви водопроводных галерей и подбираем размеры их прямоугольного рабочего сечения:
Примем суммарную площадь водопроводных галерей равную тогда площадь одной ветви равна:
Значения ширины и высоты галерей и рекомендуется принимать кратным 10 см.
Окончательно принимаем: высота галереи ширина галереи тогда площадь галереи .
Галереи перекрываются плоскими затворами. Кроме основного затвора до него и после располагаются ремонтные затворы. На входе в галереи устраиваем сороудерживающие решетки для исключения попадания крупного мусора в галереи.
Определяем площади и размеры входного и выходного сечения галерей принимая их площади равными друг другу:
Примем площади входного и выходного сечения галереи равными .
Делим входное сечение на 2 части для уменьшения подъемной силы при маневрировании сороудерживающих решеток на входе в галереи. Принимаем 2 входных отверстия высотой и шириной по 2 м каждое которые разделяются криволинейным бычком толщиной 1 м (рис. 9.2). Ширина выходного сечения составит (бычком не разделяется):
Рисунок 9.2 – Расчетная схема для определения очертания и размеров водопроводных галерей
Расчет опорожнения проводится по той же формуле
= принимаем ()опор = ()нап = 07. Тогда размеры галерей и входных отверстий будут одинаковыми.
Проектирование голов шлюза
Конструкция верхней головы зависит от выбранной системы питания; типа рабочих ворот; ширины камеры. В данном проекте принята головная галерейная система питания в качестве основных и ремонтных ворот применяем двустворчатые ворота.
Определяем размеры шкафной части таких ворот (рис 10.1).
Рисунок 10.1 - Схема для определения размеров шкафной части двустворчатых ворот
Глубина шкафа определяется по зависимости [2]
а = 01 = 01 12 = 12 м
= (11 12) = (1112) = 78 м
Угол королевой линии рекомендуется принимать = 21 22 принимаем угол 21.
Вход в галереи верхней головы устраиваем на отметке дна камеры т е на отметке 100 располагая в нише образованной шкафной частью.
На головах размещаем здания для размещение механизмов для маневрирования затворами а также их монтажа и ремонта.
Здание располагаем так чтобы человек и механизмы для ремонта могли бы разместиться между зданием и парапетом примем это расстояние равным 15 (2 .) м что больше чем рекомендуемое значение 05 м [5].
На входе в галереи устраиваем сороудерживающие решетки как борьбу с крупным мусором который может попасть в галереи и привести к аварии.
В галереях размещаем пазы для основных затворов и ремонтных затворов которые располагаем до и после основных затворов. Все эти затворы находятся в затворной камере и управляются подъемными механизмами расположенными в здании на головах шлюза. Пазы затворов выполняем на прямолинейном участке затворной камеры. Галереи вблизи мест расположения затворов облицовываются металлом.
Размеры голов назначаются из конструктивных соображений - размещения водопроводных галерей и здания над ними где размещаются подъемные устройства для затворов галерей диспетчерская для управления процессом шлюзования.
Размеры и очертания галерей нижней головы в основном соответствуют галереям верхней головы.
Ремонтные ворота верхней и нижней голов проектируем двустворчатыми и располагаем их за основными в сторону соответствующего бьефа.
Выбор механического оборудования шлюза
По назначению и условиям работы оборудование шлюзов условно подразделяется на основное предназначенное для непосредственного выполнения операций шлюзования и вспомогательное которое необходимо для нормальной эксплуатации основного оборудования. По условиям приведения его в действие – на гидромеханическое и электротехническое.
К гидромеханическому оборудованию относятся ворота шлюзов затворы водопроводных галерей приводные механизмы подвижные и неподвижные причальные приспособления предохранительные и амортизирующие устройства приспособления для проводки судов через шлюзы а к электротехническому – двигатели механизмов ворот и затворов водопроводных галерей кабельное хозяйство аппаратура и приборы сигнализации централизованного автоматического управления основным оборудованием и приборы эксплуатационного освещения.
К вспомогательному оборудованию относят насосы для откачки воды из камеры и отдельных частей шлюза механизмы установки и подъема всего оборудования – краны тали тележки.
В зависимости от назначения и условий работы ворота шлюзов располагаемые на верхних нижних и промежуточных головах подразделяются на основные или рабочие ремонтные и аварийные.
Основные ворота перекрывают судоходные отверстия в головах шлюза. Они предназначены для выполнения операций по пропуску судов через шлюз и могут использоваться для наполнения и опорожнения камер.
Оборудование шлюза должно удовлетворять условию прочности надежности удобству эксплуатации экономичности и технической безопасности.
Оборудование шлюза не должно выступать за пределы полезных судоходных габаритов.
На верхней голове предусматриваем основные ворота в качестве которых принимаем двустворчатые ворота. На нижней голове в качестве основных ворот также приняты двустворчатые ворота а в качестве приводного механизма этих ворот предусматривается гидропривод. В открытом положении створки двустворчатых ворот заходят в ниши которые называются шкафными. Ремонтные ворота на верхней и нижней голове приняты также двустворчатыми. На рис.11.1 приведен пример основных двустворчатых ворот верхней головы.
Рисунок 11.1 - Двустворчатые ворота
а – ворота верхней головы б – двустворчатые ворота в шкафной части
Дно шкафной части заглублено ниже порога шлюза на величину 05 м которая необходима для размещения пятового устройства обеспечения расположения уплотняющего элемента нижней части ворот. Образующийся вертикальный выступ называется порогом (или королем).
Полотнища ворот в закрытом состоянии опираются друг на друга по плоскости называемой створом.
Верхнюю опору створки ворот удерживает от падения гальсбант Он представляет собой кольцо или хомут и охватывает шип на полотне ворот имеет две тяги которые уходят в кладку упорной стены. Ось вращения называю вереяльный столб.
Внизу створок (вереяльного столба) устанавливается пятовое устройство состоящее из пяты - надпятника укрепленного на полотнище ворот и подпятника заделанного в днище шлюза.
Рисунок 11.2 – Примеры конструкции двустворчатых ворот
Для перехода с одной стенки шлюза на другую по верху ворот устраиваем служебные мостики с ограждением. Ширину служебного мостика принимаем равной 10 м.
Рисунок 11.3 –Двустворчатые ворота с показом служебных мостиков
Толщину ворот при предварительном проектировании принимаем равной 08 м. В дальнейшем необходимо выполнить расчет по определению размеров элементов конструкции ворот.
Водопроводные галереи верхней и нижней голов снабжены основными затворами в качестве которых приняты плоские скользящие затворы. Ширина паза принимается равной bпаз=(01 02) bвх=(01 02)·20=(02 04) м. Примем ширину паза 03 м. Глубина паза равна hпаз=05 bпаз=05·03=015 м.
Предусматриваем также в водопроводных галереях ремонтные затворы такой же конструкции для возможности проведения ремонта основных затворов. Участки галерей примыкающие к затворам облицованы листовой сталью (металлом) Эти участки называются затворной камерой. В качестве подъемных механизмов затворов водопроводных галерей применяем гидропривод. В качестве механизмов для открытия и закрытия ворот также применяем гидропривод. Приводящие в действие механизмы ворот и затворов располагают в здании над головами шлюза.
На входе водопроводных отверстий галерей устраиваем сороудерживающие решетки для предотвращения попадания в галерею крупных предметов. Пазы для решеток могут использоваться для установки в них ремонтных затворов.
В качестве причального оборудования в камере шлюза предусматриваем устройство причальных тумб на стенках камеры и направляющих причальных сооружениях а также подвижные и неподвижные рымы в камере шлюза. Подвижные рымы устраиваем с каждой стороны камеры через 25 м. Неподвижные рымы устраиваем рядом с подвижными в виде крюков заделанных в стенку шлюза через 15 м по высоте. Ниши рымов вверху закрываются крышками (металлическими щитами). Верхнее предельное положение рыма ограничивается упором который является съемным для возможности извлечения рыма из ниши – поплавок.
Рисунок 11.4 – Плавучие рымы в пазах и на площадке камеры для осмотра и ремонта
Для возможности ремонта и осмотра камеры предусматриваем лестницу-стремянку в начале камеры.
В качестве вспомогательного оборудования шлюза предусматриваем стационарные насосные установки для полной откачки воды из камеры и водопроводных галерей на период их осмотра и ремонта. Производительность насосных установок должна быть подобрана из условия обеспечения откачки камеры не более чем за 24 часа.
Для нормальной круглосуточной работы шлюза предусматривается внутреннее электрическое освещение всех помещений шлюза а также наружное освещение.
Для ликвидации аварийных ситуаций на шлюзе устанавливаются аварийные выключатели. Они расположены на видных местах: в помещениях снаружи здания на каждом из устоях голов шлюза и в помещении пульта управления.
На шлюзе предусмотрены входные и выходные светофоры. Входы в подходные каналы шлюза со стороны верхнего и нижнего бьефов обозначены навигационными огнями.
Перед нижней головой со стороны камеры устраиваем предохранительное устройство с амортизатором.
Рисунок 11.5 – Предохранительные устройства в камере шлюза
Библиографический список
А.Д. Михайлов «Гидросооружения водных путей портов и континентального шельфа. Учебник для вузов. Часть 1. Внутренние водные пути». М. Изд-во АСВ 2004. - 446 стр.
СП 101.13330.2012 «Подпорные стены судоходные шлюзы рыбопропускные и рыбозащитные сооружения». Актуализированная редакция СНиП 2.06.07-87.
ГОСТ 26775-97. Габариты подмостовые судоходных пролетов мостов на внутренних водных путях. Нормы и технические требования.
СП 58.13330.2012 «Гидротехнические сооружения. Основные положения». Актуализированная редакция СНиП 33-01-2003 (с Изменением N 1).
«Гидротехническиесооружения». Учебник для вузов: в 2 ч. Л. Н. Рассказов [и др.]; под ред. Л. Н. Рассказова. - Изд. 2-е испр. и доп. – М. Изд-во АСВ 2008. Ч 2. - 540 с.
«Гидротехнические сооружения». Под ред. Н.П.Розанова М. Агропромиздат 1985. – 432 стр.
Лист формата А 1 к курсовому проекту: разрез по си шлюза план поперечные разрезы и элементы судоходного шлюза
Чертеж шлюза с участками подходного канала и примыканием к грунтовой плотине