> Техника, страница 42 > Деревянные плотины

Деревянные плотины

Деревянные плотины, искусственные сооружения из дерева, преграждающие течение воды для различных технич. целей; получили особое распространение на севере, где лес дешев и имеется в изобилии. Значительное количество Д. и. находится на Тихвинской и Мариинской системах. Сельское плотиностроение центральных, северных, западных, а иногда и восточп. округов РСФСР также имеет огромное число примеров Д. п. Большое преимущество их заключается, помимо дешевизны, также и в быстроте их возведения. Указанные выше плотины (смотрите) относятся к категории р а з-б о р ч а т ы х, то есть освобождающих весной сечение реки в месте устройства сооружения. В СССР наибольший подпор Д. и,— 3,80 метров (Тихвинская система) и 3,20 метров (Мариинская система). Надводные части плотины, не соприкасающиеся с водой, сохраняются 15—20 лет; части сооружения, подверженные переменному действию воды и воздуха, служат 8—10 лет. Деревянные части, постоянно находящиеся в воде, вовсе не подвержены порче; однако, шпунтовые ряды с точением времени подтачиваются водой, фильтрующейся под флютбетом, что установлено обследованием состояния сооружений Мариинской системы при их переустройстве. Сохранность Д.п. сильно зависит от качества леса, идущего на их возведение. Все надводные части должны быть выполнены обязательно из сосны, подводные части.м. б. сделаны из ели. Имеются 2 типа Д. π.: 1) Д. и. с постоянными стойками, 2) Д. и. со съемными стойками. Стойки служат промежуточными опорами для щитов при наличии также постоянных массивных опор·—быков, расположенных па расстоянии 8,5—12,5 .« одна от другой. Схема сооружения видна на фигуре 1,гдеГ—основание плотины (флютбет), А—береговые устои и В—промежуточный массивный бык (61,1-ков может быть несколько, а может и вовсе не быть, в зависимости от величины отверстия плотины). Отверстие между массиви. опорами подразделяется на части постоянными или съемными более легкими опорами Е. Полученные т. о. пролеты закрываются съемными затворами. Через плотину устраивается мост переходной или проезжий и служебный мост В. Применение плотины со съемными промежуточными опорами (стойками) имеет место: 1) если в пролетах плотины по весенней воде имеется судоходство; 2) если условия ледохода таковы, что оставленным на месте стойкам угрожает повреждение их; 3) если до поднятия весной подпора производится сплав леса через плотину; 4) если весенние воды затопляют плотину.

Флютбет плотин состоит из 3 частей: понура, водобоя и слива; ниже слива устраивается каменная рисберма (фигура 2). Понур имеет назначение удлинить путь фильтрации воды под плотиной, а также укрепить подход к сооружению, устранив опасность подмыва его от больших донных скоростей в паводок. Удлинением пути фильтрации воды под сооружением достигается необходимая потеря напора фильтрационной воды, давящей также па флютбет снизу вверх. Водобой выдерживает давление воды снизу флютбета, а также работает при движении по нему воды, падающей сверху па флютбет

из верхнего бьефа в нижний. Понур и водобой заключаются между шпунтовыми линиями А, Б, В. Слив заканчивается или шпунтовой линией или же рядом часто забитых свай. Перед понуром делается глиняная отсыпь с мощением поверху в целях удлинения пути фильтрации, а ниже слива устраивается каменная рисберма для предохранения дна реки от размыва. Так как слив по своей конструкции водопроницаем,

то полная потеря напора фильтрационной воды под сооружением должна произойти до шпунта В, соответственно чему путь фильтрации следует принимать от едо к. Соотношения между подпором и размерами частей флютбета берутся по нормам, установленным практикой и до настоящего времени не

Фпг. з. подвергнутым обоснованным видоизменениям и пересмотру: А Б берется от Л до 2//; БВ—от 3Л до 577; ВГ — от 6Л до 7Л, где Л—подпор. В этих соотношениях большее значение величин АБ, БВ и ВГ принимается для грунтов водопроницаемых. Обычно понурная часть делается около 1,57/, а водобойная в 1,5—2 раза длинней попурной. Флютбеты делаются свайные, ряжевые, и смешанной конструкции. Свайные флютбеты (фигура 3) устраиваются на грунтах, которые допускают забивку свай (смотрите), при подпорах не более 2 метров и при возвышении свайного флютбета над дном реки не более 1 метров При бблыних возвышениях флютбета и ббль-ших подпорах сваи изгибаются и шпунты расстраиваются. Ряжевые флютбеты (фигура 4)

Фигура 4.

устраиваются па основании, не допускающем забивки свай. Смешанные конструкции флютбета делаются в случаях, когда основание допускает забивку свай, но флютбет возвышается над дном реки более чем на 1 метров и подпоры—более 2 .к.

Шпунты делят на брусчатые и дощатые. К первым принадлежат: непрерывный нону рный шпунт и королевой шпунт; ко вторым— продольный дощатый шпунт, забиваемый в конце водобойной части; этот шпунт под устой не проходит. В конце слива устраивается четвертый продольный дощатый шпунт, иногда сплошной (что предпочтительнее), иногда с заменой в пролетных частях рядом свай, забитых частоком. Глубина забивки шпунта зависит от степени водонепроницаемости грунта и от сопротивления грунта забивке свай. В существующих Д. и. глубина забивки колеблется в пределах от 1 до 3,2 at; при высоких флютбетах она не менее 2 .и. Пространство между шпунтами свайного флютбета заполняется круг-

Фнг. 1.

лыми сваями, забитыми на глубину, отвечающую потребному по расчету отказу. По сваям, забитым в пролетных частях на расстоянии 1,5—2 метров центр от центра, располагается ростверк, по которому настилаются полы. Толщина свай 22 см.

В понурной части по прогонам настилается двойной пол из досок толщиной 03 миллиметров со швами в перевязку, с проконопаткой смоленой паклей и заливкой варом (пиком). На королевой шпунт кладется пазом на войлоке король, или т. н. фахбаум. На гребни шпунтовых линий одеваются ш а п-к и, в которых отсутствует соответственный паз. Шапки кладутся па просмоленном войлоке; они вытесываются из бревен толщиной 25—30 см. Король делается составным из 2 брусьев, вытесанных из бревен толщиной 35—40 см. Брусья соединяются между собой в шпунт с прокладкой смоленого войлока и через 1 λι связываются взаимно болтами толщиной 2—2,5 сантиметров с гайками или же специально изготовляемыми шурупами толщиной 25—38 миллиметров. Обычно король составляется из цельных брусьев во весь пролет плотины между массивными опорами; концами своими на 0,5—0,7 .я король входит в нарубку этих опор. При отсутствии толстого леса шапки и короли делают составными; при этом шапки сращивают в шпунт, с прокладкой просмоленного войлока; брусья короля—прямым или косым зубом с замком. Пол водобоя делают таким же, как и пол понура, или нее верхний ряд настилается из пластин, а нижний из досок. Соединение пластин—в четверть, с проконопаткой и заливкой пиком. Сливной иол устраивается или из пластин, прифугованных друг к другу впритык и прибитых корабельными гвоздями длиной 18 см, или же из бревен толщиной 13—18 сантиметров с притеской друг к другу и прибивкой заершен-ными болтами длиной 20—30 сантиметров и толщиной 2 см. До высоты иолов понур загружается глиной с тщательной утрамбовкой;водобой— смесью глины пополам с чурой (хрящ). Слив загружается камнем. Уклон понурно-го пола делается от 1:6 до 1 :8 и сливного—от 1:8 до 1 : 12.

С м е ш а н н ы и ф л ю т б е т, или свайный, с подпольной ряжевой нарубкой принят в плотинах Тихвинской системы. Понурный шпунт повышен, королевой шпунт срезан у дна реки. На его гребень надет ряд брусьев, соединенных в шпунт и положенных друг па друга на просмоленном войлоке. На верхний шпунтовый брус одет королевой брус. Пересечение ряжей делают обыкновенной врубкой, углы и пересечения с наружной стеной устраивают в лапу с за-потемками. Заполнение ряжевых ящиков загрузкой производится так зке, как и заполнение соответственных частей флютбета в свайном типе. Конструкция ряжевого флютбета ясна из фигура 4.

Береговые устои. Ряжевая парубка устоя имеет своим основанием сван, забитые в грунт. Под устой проходит королевая брусчатая шпунтовая линия. В случае ряжевого основания парубка устоя делается на подпольной нарубке, описанной выше. Надпольная часть устоя для всех типов флютбета устраивается одинаковой. Крылья устоя делаются па пороге, причем они должны входить в коренной берег. При высоте устоя от пола до 4,25 at крылья достаточно делать шириной в 2 ящика, при большей высоте—в 3 ящика. Свыше 6,4 метров ряжевых устоев не делают. В существующих типах устоев плотин Мариинской и Тихвинской систем, при высоте их до 0.4 м, условия устойчивости устоя на сдвиг и опрокидывание удовлетворяются при ширине устоя понизу, равной высоте. Кверху ширина устоя может убывать до ширины 1—2 ряжевых ящиков. Над Королевым шпунтом, проходящим под устой, ряжевая стенка выполняется из шпунтовых бревен, положенных па просмоленный войлок. Шпунтовая стенка выводится на 40—45 сантиметров выше подпорного горизонта. Б попу рпой части, где пол устраивается наклонным, внутренняя ряжевая парубка делается уступами. К лицевой стене устоя над королем укрепляется т. и. коренная стойка для упора щитовых затворов. Коренная стойка врезается в нарубку и прикрепляется к ней без паза. В целях облегчения сечения стойки применяют подкос, упирающийся верхним концом в стойку, а нижним—в брус водобойного пола. Коренная стойка соединяется с королем шипом. Ряжевые ящики и пазухи устоев загружаются землей, вынутой из котлована при постройке ряжа. Необходима тщательная утрамбовка. Нельзя загружать ряжевых ящиков глиной во избежание расстройства врубок при замерзании глины зимой. Наилучший грунт—песчано-глинистый с содержанием глины до 25%. Передняя и задняя стенки устоя обсыпаются землей в виде конуса, к-рый замащивается камнем в плетневых клетках или же двойным рядом камня на мху. Откосы конусов—от IB¹/, до 1:2, в зависимости от рода грунта. Для сильно песчаных грунтов приходится брать еще более пологие откосы—до 1:3. Подошва конуса должен быть укреплена каменной наброской или же фашинной кладкой. Фашинная стенка возвышается над горизонтом воды нижнего бьефа на толщину не менее одного пучка, т.е.ЗОсж. В случае легко размываемых грунтов фашинная стенка укладывается па ф а ш и н н ы и т ю ф я к.

Промежуточные опоры устраивают ряжевые (массивные), стоечные простые и стоечные контрфорсные. Пролет между ряжевыми быками делают не свыше 12,75 метров Расстояние между стойками берут в зависимости от типа затвора, по не более 1,8 я. Толщина ряжевого быка делается не менее, чем в два ряжевых ящика (5 3,2 м). Длина быка равна длине плотины от понурной до сливной части. Водобойный шпунт при этом под быками не прерывается. Над королевой линией устраивают, как и в устоях, шпунтовый простенок. Нижнюю часть быка до уровня полов загружают таким же материалом, как и соответствующие части флютбета. Ящики быков выше пола загружают так же, как устои; в сливной части ящики быков загружают камнем. Стоечные опоры устраивают 2 родов: простые и контрфорсные (усиленные). Простые опоры являются упором для затворов плотины; усилен, опоры, кроме того, поддерживают балки переходного моста, подразделяя пролет между быками на более мелкие пролеты для уменьшения сечения этих перекрывающих балок. Простую стойку делают, в зависимости от воспринимаемого ей давления, или составной из двух брусьев или же из одного бруса с доской, направляющей затворы. Составные части стоек соединяют болтами. Нижний конец стойки укрепляют шипом в король и в упор. Последний соединяется зубьями с упорным брусом. Упорный брус укладывают по ростверку водобойного пола. Упор прибивают к упорному брусу заер-шенными болтами. Верхний конец стойки упирается в балку переходного моста и связывается с этой бй и такой же, лежащей впереди, винтовым болтом. Для уменьшения сечения стойки, если это требуется по недостатку толстого леса или же по величине подпора, устраивают подкосы (фигура 5), врубаемые одним концом в подножную стойку и другим—в упорный брус. При больших подпорах или нагрузках усиленная стойка имеет вид, изображенный на фигуре 6.

Фигура 5.

Затворы устраивают шандориые или щитовые. Шандоры—брусья, накладываемые друг на друга по высоте и своими концами входящие" в пазы стоек (фигура 7). Каждый брус имеет два крюка, входящих в особые гнезда, выбранные в брусьях. Шандоры применяются в Д. п. при пролетах до 4 метров и подпорах до 2 .и. Наиболее распространенные затворы—щитовые, состоящие из отдельных щитов, имеющих длину до 1,0 метров и высоту до 1 jvt. Доски щита соединены в четверть и связаны двумя шпонками (фигура 8). Толщина досок берется по расчету не более 7—10 сантиметров четверти в стойках делаются ок. 5 см, что требует подтески толстых досок у опор. Переходный мост устраивается иногда проезжим; при этом его ширина доходит до ширины водобойной части

Иг—· —т

Фигура 7. Фигура 8.

(обычно до 4 м); пешеходный же мост, при отсутствии проезжего, делается над водобойной частью плотины и берется шириной не более 3 метров Над понурной частью плотины непосредственно выше короля (по течению) устраивается служебный мостик для удобства маневрирования затворами плотины. Для подъема и опускания щитов пользуются воротом. Катучий ворот называется «бараном». Для ограждения плотины от ледо хода устраиваются или кусты свай или ледорезы, располагаемые т. о., чтобы лед в пролеты направлялся уже в размельченном состоянии, пе опасном для стоек.

Расчет частей Д. п. Давление воды (фигура 9). Пусть вес 1л1³воды—Δ кг, длина стойки от фахбаума до середины

переходного бруса—I, расстояние между осями стоек·—а. Тогда давление воды на стойку на протяжении х равно

₇₁ А · а · х^{1 1} ~ 2 *

Давление воды на стойку со стороны напора:

р _ А -а - Н^{г 1} 1- 2 ’

а со стороны нижнего бьефа р ₌ ^Δ ·^а ft*.

Полное давление воды на стойку, выражающееся площадкой ABCD (фигура 10), равно

Р р Л.а(Н*-Л’)

¹ 1 ¹ 2 ’

a точка приложения равнодействующей давления воды Р отстоит от низа стойки на н¹ + п^г + н · h У ~ 3(Я + h) ’

что вытекает из равенства статических моментов относительно оси CD:

(ABCD) у=(BCDE) ^Л2^С + (ВЛЕ) (ВС + ^Е)

После подстановки имеем:

a-g CH’- yp v _ _А. _а(Н- h) h ₂ +

₊ Я · а (Н - h)· ₊ ),

a после упрощений

H+h+Hh У~3 (Η + Λ) ‘

Когда подпора снизу нет, имеем:

7 _Λ тонн) А * о. · /Я

h=0 и Р=—— я при у=-₃- ·

Стойки без п од к о с а (фигура И). Уравнение моментов сил,действующих настойку, взятых относительно точки А, имеет вид: P(l—y)—R-l=0, откуда реакция

Д- ^PV⁾’

или (смотрите выше)

/baf/i’-h*) ff’+h‘+H h~l ^П ~ 2 I Г 3(Н + h)

Очевидно,

Ή* - h ΙΙ’-ΙιΛ ,2 61 ) ‘

E =

Δ а (Я* - h‘) 61

Изгибающий момент в сечении х—х

М_х=— R(l —х) +

Р(Н - h) 2

p(h - ж)’

(_Л__я+Я^) ₊

где р=<d(If — /ι)^α>

^dM*= R-mzJH^ph + ρχ.

Mщах найдем для x из условия ⁽¹*^!χ^τ=О, или откуда

R — ^,i(H) ^Л) — ph + рх=О,

р(Н М - £К 2Р

Подставив вместо р и R их значения, найдем х, а по х находим М_тах.

Стойки с подкосами. Назовем у расстояние до фахбаума от точки приложения равнодействующей давления воды на

А -№

Фигура 1 1.

стойку; Г—расстояние середины верхнего сечения подкоса до фахбаума. Рассмотрим три случая:

1) Г < у, 2) V > у и 3) V=у.

Чтобы выполнить свое назначение, подкос должен обладать большой жесткостью, трудно достижимой при наличии деревянных врубок. Поэтому расчет подкоса ведется при самых невыгодных предположениях о его нагрузке.

1) V <у (фигура 12). На голову подкоса А действуют следующие нагрузки: половина давления воды АВВА, равная и приходящаяся на точку А часть давления воды ADEA, равная Я". Расчетное давление воды на голову подкоса А (фигура 13) равно:

R" ψ+Β*.

Вертикальная составляющая этого давления S=R"ctg a, a составляющая, сжимающая подкос, Т= где а—угол наклона иод-

Фигура 13 кос подвержен еще

Фигура 14.

коса к вертикали. Усилие может оказаться приложенным не по оси подкоса. Примем крайним положением усилия Т линию АС (фигура 1-1). Кроме сжатия, под-изгибу с моментом м=т-1-

Наибольшее напряжение в подкосе равно -+ где ω—площадь поперечного сечения подкоса и ТУ момент сопротивления этого сечения. Рассчитанный т. о. подкос будет достаточно жестким; поэтому можно считать опоры А и В (фигура 12) неподвижными и определять давление стойки на прогон моста

	ΛΑ

	V	Ь η
шщш	-
Ί§εβΙ		*чУ У-Ar

Фигура 15.

в точке D как реакцию перазрезной балки BAD на трех опорах, нагруженной давлением воды. Сечение стойки следует определять но наибольшему изгибающему моменту .Чтобы избежать сложного расчета, без ущерба для дела, можно давление на прогон в точке D и сечение стойки найти из расчета балки АВ на двух опорах, нагруженной соответственной частью давления воды.

2) 1>у (фигура 15). В этом случае систему ВВСС можно рассматривать как двойную балку па 2 опорах, нагруженную равнодействующей давления воды на стойку:

Р A-a(H-h) _

¹ 2

Давление воды на голову подкоса в В:

Я"=^рг-^у ;

давление, передаваемое низом стойки: г?"_ W-w)

Jtl - j,

Затем определяется наибольший изгибающий момент. Полученное в дальнейшем сечение стойки сравнивается с расчетным сечением подкоса и выбирается большее.

3) V=y (фигура 1G). Подкос рассчитывается на действие сил в предположении, что на голову подкоса В действует равнодействующая давления воды на стойку р ₌

В дальнейшем стойка рассчитывается как неразрезная балка на трех опорах А, В и С (обозначения те же).

Контрфорсные стойки. Контрфорсная стойка воспринимает давление воды

Фигура 16.

Фигура 11

непосредственно от одного пролета и через посредство прогонов давление воды смежных пролетов. Давление воды, передаваемое одной стойкой прогону моста,

Д =

Л а(Н‘- h‘) “ 6!

Для случая, изображенного на фигуре 17 и 18, когда число пролетов между контрфорсными стойками п= 3, давление, передаваемое голове контрфорсной стойки в А, равно:

Σ Я=Д + R(n — 1)=η · R.

Давление - R передается в данном случае 3 узлами: С, D, Е. На каждый узел примем горизонтальное усилие

Τ.ΙΪ

П=г,= г₃=—·

Сжимающее подкос усилие

m гп гп - К

1 1 - J- 2 - ¹ 3 - 3 _{sln а} ’

где а—угол наклона подкоса к стойке. Па стойки действуют силы £;, £ό и Si от веса переходного моста и временной на него нагрузки. Наибольший момент, изгибающий переднюю часть контрфорсной стойки АВ, найдется по ф-лам для М_х и х, приведенным выше; эта часть стойки рассчитывается как двойная балка с моментом сопротивления, равным сумме моментов сопротивления составных ее частей. При расчете подкосов вводится момент, получающийся от вне-центренности приложения силы Т, равный

М=Т·, где b—ширина сечения подкоса.

Коренная стойка, то есть стойка у стен массивных опор. В этом случае расчетное давление воды соответствует половине пролета между стойками, то есть р ₌ Δ а(Н* - h) _

В остальном расчет ведется так же, как изложено выше.

Прогон переходного моста, поддерживающий стойки, подвержен действию горизонтальных сил, передающихся верхними концами стоек, и вертикальных сил, передающихся от настила моста. Расчет сечения ведется по формулам косого изгиба.

Прочные размеры прогона м. б. уменьшены передачей части горизонтальных усилий на все прогоны переходного моста при помощи п поперечин с уменьшением действующей па прогон горизонтальной силы в п раз.

Плот и н ы со с е м п ы м и про м е-ж у то ч и ыми опора м и требуют большего времени для разборки и сборки по сравнению с плотинами, имеющими постоянные стойки. Зато в первом случае ледоход вовсе не повреждает пролетные части. Сплав дров вполне допустим через отверстие плотины, однако сплав бревен не должен иметь места, во избежание серьезных повреждений плотины. Флютбеты таких плотин устраиваются аналогично описанному выше. Для упора нижних концов съемных стоек к королю прибивается порог. Для удобства установки стоек на место, перед порогом плотины по полу понура устраиваются направляющие тр-ки, состоящие из брусчатой рамы высотой, равной высоте порога. Гама прибивается к королю и полу корабельными гвоздями. В брусьях рамы с внутренней стороны вынимаются четверти, к которым прибивается дощатая обшивка в одни ряд досок толщиной 3,8—5,0 см. Швы между досками проконопачиваются и заливаются пиком. Промежуточные стойки, в зависимости от подпора, делаются из 1 или 2 брусьев, с выемкой в брусьях пазов для закладки щитов. Для наибольшего использования материала и получения стоек меньшего веса, бревна для стоек обрабатываются с обли-

винами. Нижним концом стойки входят в промежутки менаду смежными направляющими тр-ками и упираются в порог плотины, а верхним концом упираются в прогон переходного моста (фигура 19). Стойки опускаются на место и вытаскиваются с переходного моста при помощи передвижных воротов. Для привязывания к стойкам снастей при маневрировании ими служат крючья, ввинченные в концы стоек. Примером плотины со съемными стойками может служить Херсонская плотина па р. Тихвинке.

Лит.: А н и само к И. И., Плотины, ч. 2, М., 1924; Петра ш е н ь И. В., Отчет о переустройстве Вюртембергской системы, М., 1923. Н. Анисимов.