1. Podział budowli wodno-melioracyjnych.

Właściwie jest zaliczenie do budowli wodno-melioracyjnych wszystkich budowli wodnych wykorzystanych dla potrzeb melioracji rolnych.

Ze względu na funkcje budowle można podzielić na :

1. budowle piętrzące (jazy i zapory)

2. budowle upustowe (przelewy i spusty)

3. przewody i budowle prowadzące wodę (akwedukty, syfony, sztolnie, kanały itd.)

4. budowle regulacyjne (ostrogi, kierownice, tamy, zapory przeciw rumowiskowe, stopnie, progi, żłoby)

5. ujęcie lub budowle ujęć

6. budowle specjalne (śluzy komorowe, siłownie wodne, przepławki dla ryb itd.)

Budowle wodno-melioracyjne biorąc pod uwagę ich ważność i przeznaczenie można podzielić na :

1. Budowle rzeczne - służące do ujęcia wody i kierowania jej na obszary meliorowane.

1. zapory, jazy

2. ujęcia wody

3. budowle zabezpieczające dno przed erozją

4. urządzenia służące do kierowania wody, do sieci melioracyjnej

2. Budowle na sieci melioracyjnej.

1. budowle do rozrządu i utrzymania stałego poziomu wody : jazy, zapory, mnichy, przepusty

2. urządzenia do rozprowadzania wody : kanały, przewody, akwedukty, syfony

3. urządzenia do połączenia poziomów dna na ciekach : progi, stopnie, kaskady, bystrotoki

4. urządzenia do zrzutu wody (przepuszczenie niskich wód) : upusty jałowe, przewały, lewary, przelewy

5. urządzenia drenarskie : wyloty, studzienki rozdzielcze, zbiorcze

6. urządzenia zapewniające komunikację na terenach zmeliorowanych : mosty, kładki, brody

7. urządzenia zapewniające powszechne użytkowanie wody : przepławki dla ryb, wodopoje itd.

2. Klasy budowli wodnych.

Konieczność ustalenie klasy budowli pojawia się gdy zachodzi potrzeba ustalenia przepływów miarodajnych dla określenia wymiarów budowli. W zależności od klasy budowli określa się wymagania w zakresie :

1. bezpieczeństwa budowli z uwagi na przepływ wielkich wód

2. stateczność i wytrzymałość budowli (określenie odpowiednich współczynników pewności na obrót, przesunięcie, dopuszczalne naprężenia)

3. jakości materiałów budowlanych

4. potrzeby wykonania i zakresu badań modelowych i terenowych i dokładności obliczeń

5. kontroli działania budowli w toku eksploatacji

Przepisy te dzielą budowle na :

1. stałe, wzniesione w celu uzyskania określonego efektu gospodarczego o czasie użytkowania przekraczającym

5 lat

2. tymczasowe, wzniesione w celu stworzenia dogodnych warunków realizacji, remontu lub konserwacji budowli stałych (np. grodze, kanały, sztolnie do przepuszczania wód w okresie budowy), oraz wszystkie inne, których czas użytkowania nie przekracza 5 lat

Budowle stałe dzielimy na :

1. budowle główne, których należyty stan umożliwia osiągnięcie zamierzonych efektów gospodarczych i zapewnia bezpieczeństwo obszarów znajdujących się w zasięgu wpływu obiektu

2. drugorzędne, których awarie, uszkodzenia, lub remonty nie powodują bezpośredniego zagrożenia budowli głównych, ani długotrwałego ograniczenia spełnianych przez nie zadań. Zalicza się tu : ściany oporowe, wały kierujące i rozdzielcze, zamknięcia remontowe urządzeń upustowych itd.

Mamy cztery klasy budowli w zależności od :

1. wysokości piętrzenia

2. znaczenia gospodarczego budowli, wyrażonego wielkością uzyskanych korzyści (jak np. moc elektrowni, powierzchnie obszarów nawadnianych lub chronionego)

3. skutków jakie wywołać może awaria budowli na obszarach znajdujących się w zasięgu ich wpływu

4. przewidywanego okresu użytkowania (budowle stałe i tymczasowe)

5. znaczenia budowli lub jej elementów dla pewności eksploatacji i bezpieczeństwa (budowle główne, drugorzędne)

W zależności od lokalnych warunków klasy budowli mogą być podwyższane lub obniżane.

3. Przepływy miarodajne i kontrolne.

Budowle wodne projektuje się na przepływy miarodajne Q_m i kontrolne Q_k. Budowle wodne powinny być zaprojektowane tak, aby było zapewnione bezpieczeństwo przy pojawieniu się wezbrań o określonej wielkości.

Maksymalne przepływy miarodajny - jest to przepływ, który należy przeprowadzić przez urządzenia upustowe, w normalnych warunkach eksploatacji, tj. z zachowaniem przyjętych wysokości piętrzenia, prędkości na dopływie, zapasów i współczynników bezpieczeństwa.

Maksymalny przepływ kontrolny - dotyczą one nadzwyczajnych warunków eksploatacji. W warunkach tych budowla nie może ulec jeszcze katastrofie, dopuszcza się niedozwolone w warunkach normalnych podtopienie terenów powyżej położonych, uszkodzenie ubezpieczeń, zwiększenie prędkości na dopływie, oraz zmniejszenie współczynników bezpieczeństwa do określonych granic.

Budowle melioracyjne zalicza się do IV klasy ważności. Dla tych budowli należy przyjmować wodę miarodajną Q₃ o prawdopodobieństwie przewyższenia p = 3%, zaś kontrolną Q₁ o p = 1%.

Woda brzegowa to taki przepływ, który w warunkach naturalnych mieści się w korycie rzeki powyżej jazu, przy czym zwierciadło wody może różnić się od rzędnej linii brzegów nie więcej niż ± 0,10 m.

4. Cechy charakterystyczne jazów.

Jaz jest budowlą wzniesioną w korycie rzeki, która stale lub okresowo piętrzy wodę na żądanym poziomie. Potrzeba piętrzenia wynika z faktu obniżonego poziomu wody w rzece w stosunku do przyległego terenu, lub z malej głębokości wody w okresie stanów średnich i niskich.

Budowlami umożliwiającymi przemieszczenia wody w czasie, z okresów jej nadmiaru do okresów niedoboru są wytwarzające zbiorniki wodne zapory. Zarówno jazy i zapory są budowlami piętrzącymi, ich funkcje wykazują ich różnice :

1. różnice wahań piętrzenia. Uzyskany poziom piętrzenia przez jaz utrzymuje się na wymaganej rzędnej lub wykazuje nieznaczne wahania. Przeciwnie przy zaporach występują znaczne wahania piętrzenia, co zezwala na gromadzenie wody w okresie dużych przepływów i powolne jej odprowadzenie w zależności od zapotrzebowania.

2. różne funkcje budowli. Zapory wytwarzając zbiorniki wodne zezwalają na magazynowanie wody. Jazy mają za zadanie tylko spiętrzyć wodę.

3. różnice wysokości budowli. Jazy z reguły są budowlami znacznie niższymi od zapór.

4. sposób przeprowadzania wody przez obiekt. Jazy, jak wynika z ich funkcji, w normalnych warunkach przepuszczają wodę przez przelew całą ich szerokością. Zapory przepuszczają wielkie wody w momencie całkowitego napełnienia zbiornika, przez przelewy i upusty stanowiące niewielką część całej budowli.

5. prędkość przepływu wody. W zbiornikach woda zostaje zatrzymana na dłuższy okres czasu, a prędkości przepływu są bardzo małe, często bliskie zera. Przy jazach, gdzie gromadzenie wody jest odpowiednio mniejsze, prędkość przepływu jest znaczna.

5. Cele piętrzenia.

Uzyskanie odpowiedniego poziomu piętrzenia przez jaz ma na celu :

1. stworzenie dostatecznej głębokości wody w miejscu jej poboru dla rolnictwa, przemysłu, wodociągów itp.

2. wytworzenie odpowiedniej różnicy poziomów między wodą górną i dolną (spadu) dla celów energetyki

3. uzyskanie wymaganej głębokości rzeki dla żeglugi

4. zmniejszenie prędkości na określonym odcinku w celu ochrony dna przed nadmiernym rozmyciem

5. zmniejszenie głębokości wód gruntowych dla celów rolnictwem, leśnictwem, lub wodociągowych

Niezależnie od swojego zasadniczego przeznaczenia jazy winny spełniać warunki nie dające się ująć oceną ekonomiczną :

1. stworzyć dogodne warunki dla rekreacji i uprawiania sportu

2. odpowiadać warunkom ochrony środowiska jak i estetycznym

6. Lokalizacja jazu.

Prawidłowe zlokalizowanie jazu musi spełniać następujące czynniki :

1. topografia - znajomość ukształtowania terenu przyległego do budowli jest niezbędna dla ustalenia miejsca piętrzenia, jego wysokości, zasięgu, ilości i rodzaju robót. Określając warunki topograficzne należy uwzględnić układ trasy rzeki i położenie jej w stosunku do brzegów doliny, możliwości dojazdu w czasie budowy i eksploatacji jazu, istniejące i projektowane budowle regulacyjne. Ważne jest rozeznanie układu wysokościowego obszaru zalewowego, możliwości przepuszczenia przez ten obszar wielkich wód. Topograficznie korzystne są te przekroje, w których budowla piętrząca wypadnie możliwie krótka. Elementem wpływającym na koszt inwestycji niezależnie od usytuowania budowli w korycie rzeki jest wartość zalanych gruntów i obiektów. Uwzględniając układ trasy rzeki zaleca się jazy sytuować na odcinku prostym, przy czym początek ewentualnego łuku trasy powinien być oddalony co najmniej o 5B_j od zakończenia umocnień dolnych, oraz o 3B_j od zakończenia umocnień górnych gdzie B_j jest całkowitą szerokością jazu łącznie z grubością filarów. W wypadku gdy spełnienie powyższego warunku jest niemożliwie należy wydłużyć ubezpieczenie skarp i dna na brzegu wklęsłym na całej długości łuku. Oś podłużna jazu powinna mieć w przybliżeniu kierunek zgodny z ogólnym kierunkiem przepływu wielkich wód na dłuższych odcinkach doliny. W wypadku przepuszczenia miarodajnych przepływów przez teren zalewowy należy jaz zlokalizować przy jednym z brzegów tak, aby w czasie wezbrań był zapewniony dostęp i dojazd do budowli.

2. warunki geotechniczne mają duże znaczenie, gdyż wpływają nie tylko na wybór i metody rozwiązań technicznych, a więc koszty, ale przede wszystkim na bezpieczeństwo budowli. Badania geotechniczne powinny zezwolić na uzyskanie informacji o :

• właściwościach fizyko-mechanicznych gruntów

• budowie geologicznej podłoża

• warunkach hydrogeologicznych

• przewidywanych zmianach własności fizyko-mechanicznych podłoża

• jakości wód podziemnych i ich wpływu na konstrukcję (agresywność wód)

• kierunkach filtracji wód podziemnych istniejących i prognozowanych

• głębokość zalegania warstw uznanych za nieprzepuszczalne

• możliwości podtopienia terenów przyległych

• stateczności zboczy, ruchu rumowiska

W wyniku przeprowadzonych badań geotechnicznych należy wybrać taką lokalizację, w miejscu której

istnieją dogodne warunki geologiczne z uwagi na trudności wykonawcze i koszty posadowienia. W zasadzie

należy unikać lokalizacji, w której warunki geologiczne wymagałyby fundamentowania jazu na palach,

studniach itp. W wypadku wystąpienia w miejscu lokalizacji takich warunków, należy dokonać w sąsiedztwie

proponowanej lokalizacji poszukiwań miejsc o korzystnym podłożu, oraz przeprowadzić analizę, którą

uzasadniłoby dokonany wybór lokalizacji. W miarę możliwości należy unikać posadowienia budowli na

torfach i namułach.

3. warunki hydrauliczne winny uwzględniać charakterystyczne stany, przepływy i związane z nimi położenie zwierciadła wód miarodajnych i kontrolnych w stosunku do przyległego terenu. Uwzględnić tu należy także stosunek do przepływów miarodajnych i kontrolnych do przepływów mieszczących się w brzegach. Ustalenie warunków hydraulicznych zezwala na dokonanie rozdziału wielkich wód na objętości przepływające korytem rzeki i przez obszar zalewowy, oraz ustalenie kierunków przepływu wód po terenie zalewowym. Ustalić należy możliwości odciążenia cieku głównego poprzez projektowanie kanałów ulgi. Szczególne utrudnienie stwarza lokalizacja jazu w pobliżu istniejącego mostu, zwłaszcza gdy jaz przepuszcza część wielkich wód. Należy w tym wypadku usytuować jaz poniżej mostu w odległości gwarantującej rozszerzenie się strumienia wypływającego spod mostu na całą szerokość doliny. W wypadku gdy nie jest to możliwe jaz powinien być zwymiarowany na przepuszczenie całego przepływu miarodajnego i kontrolnego.

4. warunki gospodarcze winny uwzględniać infrastrukturę doliny i związaną z nią potrzebę stosowania obwałowań lub innych środków ochrony. Ustalając te warunki określić należy wpływ budowli piętrzącej na tereny przyległe (możliwość podtopienia lub przesuszenia gruntów), odległość budowli od osiedli, zakładów przemysłowych, urządzeń komunikacyjnych.

5. warunki wykonania robót określają możliwości odprowadzenia wody w czasie budowy, zapewnienia dogodnego dojazdu, oraz korzystnej lokalizacji ze względu na transport i składowanie materiału.

7. Oddziaływanie jazów na przepływ wody.

Jaz w czasie małych przepływów przyczynia się do podniesienia poziomu wody, zgodnie ze swoim przeznaczeniem. Na ogół także następuje podniesienie stanów średnich i wielkich wód. Przyczynia się to do podniesienia stanów wód gruntowych na przyległym obszarze, co może powodować ujemne skutki, na przykład zabagnienie gleby. Pobierana przez ujęcia woda zmniejsza przepływ wody w rzece, a tym samym przyczynia się do obniżenia poziomu wody na dolnym stanowisku. W rezultacie na obszarze przyległym poniżej budowli piętrzącej może nastąpić obniżenie wód gruntowych.

8. Wpływ piętrzenia rzek na obszary przyległe.

Spiętrzenie wody w korycie rzeki prowadzić może do zmiany stosunków wodnych na obszarze przyległym.

Pod względem gospodarczym spiętrzenie wód podziemnych może być :

1. szkodliwe - kiedy wody podziemne po spiętrzeniu osiągają taką wysokość, że oddziaływują ujemnie na zabudowę i uzbrojenie terenu (podtopienie fundamentów i piwnic budynków oraz sieci kanalizacyjnych, wodociągowych, ciepłowniczych ), lub zwiększając nadmiernie wilgotność przypowierzchniowych warstw gruntu.

2. nieszkodliwe - kiedy spiętrzone zwierciadło wód podziemnych będzie znajdować się jaszcze tak głęboko, że nie spowoduje ujemnych skutków, albo kiedy podtopienie terenów nadbrzeżnych nie pociągnie za sobą strat ze względu na ich nieużyteczność gospodarczą.

3. korzystne - kiedy spiętrzenie wód powoduje nawodnienie gruntów użytkowanych rolniczo, a odczuwających brak wody i wymagających nawodnień dla zwiększenia plonów.

Piętrzenie rzeki oddziaływuje na wody podziemne w zasadzie tylko wtedy, gdy istnieje związek hydrauliczny wód powierzchniowych i wód podziemnych, przy czym związek ten może wystąpić także dopiero w wyniku piętrzenia rzeki.

9. Obliczenie światła jazu przepuszczającego całość wód miarodajnych.

Obliczenie światła jazu sprowadza się do ustalenia szerokości przelewów przy założonej wysokości progu, lub w wypadku upustów określenia powierzchni otworów. Istotne jest ustalenie rodzaju przelewu, oraz kształtu progu. Przelewy ze względu na kształt progu dzielimy na :

1. przelewy o ostrej krawędzi

2. przelewy o kształcie opływowym

3. przelewy o szerokim progu

Przelewy z ostrą krawędzią uwzględnia się przy obliczeniu warunków przepływu przez zamknięcia remontowe, zasuwy płaskie jedno lub dwudzielne, oraz progi stałe betonowe i żelbetowe z brusów lub stalowej ścianki szczelnej. Szerokość otworu przelewowego nazywa się światłem.

Przelewy o kształcie praktycznym - są stosowane jako elementy konstrukcyjne jazów stałych i stałych z upustem. Obrys przelewu powinien być tak skonstruowany, by przy przepływie obliczeniowym na dolnej powierzchni strugi, tzn. na powierzchni przelewu, występowało ciśnienie zbliżone do atmosferycznego. Występują tu następujące przelewy :

1. przepływ przez przelew nie zatopiony

2. przepływ przez przelew zatopiony

3. przelewy o kształcie praktycznym z wydłużonym progiem.

Przelew o szerokim progu. Przelewy te charakteryzują się płaskim nie zakrzywionym układem strug, występującym wówczas, gdy odcinek koryta, na którym istnieje dławienie pionowe lub boczne ma długość większą od 2,0 - 2,5H gdzie H jest wzniesieniem zwierciadła wody w górnym stanowisku nad progiem. W przelewach o szerokim, progu korona jego powinna mieć szerokość większą od 2,5H - zwykle w granicach 3,0 - 10,0H, mniejsza jednak od 15,0H - przy przekroczeniu tej długości przepływ należy obliczać jak przepływ w kanale. Występują tu następujące przelewy :

• przelew o szerokim progu zatopiony

Współczynnik dławienia bocznego. Ustalając światło jazu należy uwzględnić współczynnik dławienia bocznego.

B_rz > n ⋅ (b_u + d_f)

n - ilość upustów

d_f - szerokość filara (0,80 - 1,20)

b_u - szerokość upustu

0,85 - 0,90

Wtedy współczynnik dławienia liczymy :

Ε = 1 - 0,20 ⋅

Gdy niespełniony jest choć jeden z warunków liczymy ze wzoru :

Ε = 1 - 0,20 ⋅ ξ_f ⋅

ξ_f - wsp. opływu filara

ξ_p - wsp. opłwyu przyczółka

10. Obliczenie światła jazu przy przepuszczeniu części wielkich wód przez tereny zalewowe.

Jazy melioracyjne na ogół projektuje się przy założeniu, że będą przepuszczały część wód wielkich, a znaczny udział w przepuszczeniu tych przepływów będzie miał teren zalewowy. Na takie rozwiązanie zezwala na ogół lokalizacja jazu. Zezwala na znaczne zmniejszenie światła jazu, co nabiera większego znaczenia, gdy uwzględni się okresowość pracy jazów melioracyjnych. Ustalenie światła takich jazów wymaga przeanalizowania szeregu czynników, z których najważniejsze stanowią :

1. podział przepływu całkowitego Q na przepływ przez jaz Q_j i przez teren zalewowy Q_z

2. określenie bezpiecznych prędkości na terenie zalewowym, przy uwzględnieniu zmiennych spadków i kierunków przepływu wody

Dla ustalenia, w jakim stosunku objętość przepływu miarodajnego i kontrolnego, dzielą się na objętość przez koryto Q_k i teren zalewowy Q_z, należy sporządzić krzywą konsumpcyjną dla koryta i terenu zalewowego w stanie naturalnym.

11. Ustalenie wymiarów światła jazu.

Projektując jazy melioracyjne należy mieć na uwadze okresowość ich działania. Wpływa to na wybór zamknięcia, co wiąże się z przyjęciem wielkości światła otworów. Wymiary światła jazu i konstrukcja przelewów oraz upustów powinny zapewnić możliwości :

• przepuszczenia wielkich wód miarodajnych i kontrolnych przy bezpiecznych rzędnych piętrzenia

• regulowania przepływów

• przepuszczania lodu, śryżu i innych ciał pływających, oraz rumowiska

Należy unikać stosowania jazów o jednym otworze, przy takim jazie musi być możliwość przerwania pracy jazu, oraz przepuszczenia wód kanałami ulgi. Ustalając światło jazu nie można dopuścić do zbytniego zawężenia przekroju poprzecznego koryta rzeki. Obliczone światło jazu nie powinno być mniejsze od 0,5 szerokości rzeki w stanie naturalnym.

Wysokość progów jazów melioracyjnych, ma z jednej strony wpływ na wysokość stosowanych zamknięć, z drugiej pozwala na zmniejszenie światła jazu. Rzędna progu i jego kształt ustala się w zależności od :

• możliwości pogłębienia się lub zamulenia dna

• konieczności przepuszczania rumowiska

• rodzaju zamknięć

• sposobu wykonania jazu

Przy podwyższeniu progu i równoczesnym nadaniu mu korzystnego kształtu można utrzymać potrzebną zdolność przepustową jazu, oraz zapewnić możliwość przepłukiwania nagromadzonego rumowiska.

12. Rozpraszanie energii wody na dolnym stanowisku (niecki wypadowe, progi, szykany).

Spiętrzona woda posiada energię potencjalną, która dostając się na dolne stanowisko ulega przemianie na energię kinetyczną. Przy dużych spadach i przepływach energia ta osiąga znaczne wartości, a rozproszenie jej następuje poprzez :

• pokonanie wewnętrznych oporów ruchu wody

• pokonanie oporów tarcia między cieczą a powietrzem

• rozmycie dna koryta rzeki

Należy dążyć do takiego uformowania koryta poniżej jazu, aby :

• jak największa część energii zużywała się na pokonanie oporów wewnętrznych ruchu wody

• zaprojektowane umocnienia koryta uniemożliwiały jego rozmycie

Przy przepływie wody przez budowle powodujące jej spiętrzenie następuje zmiana ruchu spokojnego poprzez ruch krytyczny na ruch rwący. Przejście ruchu spokojnego w rwący następuje łagodnie, przejście ruchu rwącego w spokojny jest gwałtowne i wywołuje odskok wodny. Rozróżniamy trzy rodzaje odskoków :

• odskok odrzucony

• odskok nasunięty

• odskok zatopiony

Najbardziej niesprzyjający jest odskok odrzucony, a najlepszy zatopiony.

Urządzenia do rozpraszania energii wody. Znajdują tu zastosowanie następujące urządzenia :

• niecki wypadowe

• progi wypadowe

• niecki wypadowe z progami

• szykany

Niecki wypadowe stosuje się w celu zatopienia odskoku lub skoncentrowania strugi w pobliżu przelewu.

Progi wypadowe - ustalenie wymiarów progu sprowadza się przede wszystkim do określenia wysokości progu.

Ustalenie długości wypadu - długość wypadu jest sumą długości niecki wypadowej lub innego urządzenia do rozpraszania energii, oraz długości ubezpieczeń dodatkowych. Wzór długości wypadu :

L_w = L₁ + L_n + L₂

L₁ - długość spadania strugi

L_n - długość odskoku zatopionego

L₂ - długość ubezpieczenia dodatkowego

13. Filtracja w podłożu budowli piętrzących.

Każda budowla piętrząca powoduje powstanie różnicy poziomów wody górnej i dolnej. Gdy podłoże, na którym posadowiono budowlę jest wodoprzepuszczalne, powstaje ruch wody w gruncie, pod fundamentem i za przyczółkami. Filtracja wody pod budowlą stwarza niebezpieczeństwo powstania procesów osłabiających podłoże, co w rezultacie może prowadzić do uszkodzenia lub zniszczenia budowli. Ruchowi wody towarzyszy strata ciśnienia, które zużywa się na pokonanie oporów stawianych przez warstwę wodonośną. Im opory te są większe, tym mniejsza ilość wody przy dyspozycyjnym ciśnieniu H może pod budowlą przepłynąć, mniejsza jest prędkość filtracji, mniejsze są spadki hydrauliczne, mniejsze niebezpieczeństwo dla budowli. Projektując obrys filtracyjny należy dążyć do zwiększenia oporów hydraulicznych przez wydłużenie poszuru i ponuru, lub założenie ścianek szczelnych. Przesączająca się woda pod budowlą wywiera wpływ na budowlę w trzech zasadniczych kierunkach :

• strumień filtracyjny przepływający pod budowlą pod ciśnieniem wywiera na jej nieprzepuszczalne elementy ciśnienie filtracyjne w kierunku pionowym do góry

• strumień przesączający się pod lub obok budowli działa rozluźniająco na grunt

• filtracja wody powoduje straty wody nagromadzonej na górnym stanowisku

14. Metody ustalenia długości podziemnego obrysu budowli.

Ustalając obrys podziemny budowli piętrzącej należy dążyć do przyjęcia takiego konturu podziemnego, aby w gruncie nie wystąpiły żadne szkodliwe procesy, powodujące obniżenie jego wytrzymałości lub proces wyparcia gruntu za płytą poszuru. Zakres obliczeń filtracji winien więc obejmować :

• sprawdzenie czy nie nastąpi naruszenie stateczności podłoża i zasypki

• ustalenie wielkości ciśnienia filtracyjnego w poszczególnych punktach obrysu podziemnego budowli

Do obliczenia właściwej drogi filtracji przyjęły się metody Bligh'a, Lane, metody te oparte są o daleko idące założenia :

• zjawisko filtracji traktuje się jako płaskie

• podłoże pod budowlą stanowi grunt jednorodny

• w obszarze filtracji można stosować prawo Darcy

• zachowana jest ciągłość przepływu

Metoda Bligh'a polega na przyjęciu, że prędkość i spadek linii ciśnień są wielkością stałą :

L_BEZ
C_B ⋅ H

L_BEZ - bezpieczna (najkrótsza dopuszczalna) długość konturu podziemnego

C_B - wsp. zależny od gruntu

H - wysokość piętrzenia

Metoda Lane uwzględnia to, że straty ciśnienia przy przepływie pionowym są większe niż przy przepływie poziomym. Przyjął on stosunek oporów przy przepływie poziomym do oporów przy przepływie pionowym wynosi 1 : 3.

L_BEZ = L₁ + 1/3 ⋅ L₂
C_L ⋅ H

L_BEZ - bezpieczna (najkrótsza dopuszczalna) długość konturu podziemnego

L₁ - sumaryczna długość odcinków pionowych

L₂ - sumaryczna długość odcinków poziomych

C_L - wsp. zależny od gruntu

H - wysokość piętrzenia

Metoda siatki hydronamicznej. Siatka ta składa się z dwóch rodzajów krzywych - linii prądu i linii jednakowego potencjału prędkości. Linie jednakowego potencjału prędkości charakteryzują się stałą wielkością potencjału. Swobodne zwierciadło wody w rurkach piezometrycznych umieszczone na tej samej linii układa się na jednakowym poziomie.

15. Obciążenia działające na budowle wodną.

Na konstrukcję jazu działają siły różnego rodzaju, jedne z nich mają charakter stały, inne działają w wyjątkowych przypadkach.

1. Główne siły :

1. ciężar własny konstrukcji i urządzeń

2. statyczne lub dynamiczne parcie wody na konstrukcję jazu przy normalnym piętrzeniu oraz przy przepływie wielkich wód

3. parcie przesączającej się wody przy normalnie działających elementach uszczelniających i filtrach

4. parcie falowania (uwzględnia się przy jazach o dużym piętrzeniu)

5. parcie nagromadzonego lodu

6. parcie ziemi

7. parcie rumowiska zatrzymanego przez jaz

8. obciążenie śniegiem

9. siły wyciągowe w mechanizmach wyciągowych

B. Obciążenia uzupełniające działające przypadkowo i krótkotrwale :

1. parcie wody (statyczne i dynamiczne) przy przekroczonym poziomie piętrzenia

2. parcie lodu w przypadkach rzadko spotykanej wielkości

3. parcie filtracyjne przy naruszonej normalnej pracy urządzeń

4. siły działające w czasie budowy i podczas remontu budowli

C. Obciążenia specjalne działające wyjątkowo

1. siły sejsmiczne

2. parcie wody w czasie krótkotrwałej powodzi i w przypadku zniszczenia budowli położonej wyżej i parcie lodu przy specjalnych warunkach eksploatacyjnych

3. siły działające w przypadku zniszczenia części budowli

16. Ogólne warunki stateczności na poślizg na podłożu skalnym.

Jazy podlegające działaniu spiętrzonej wody przejmują znaczne obciążenia poziome. Podstawowym czynnikiem zachowania równowagi są obciążenia pionowe do których należy zaliczyć ciężar własny, obciążenia ciężarem wody, wypór, oraz parcie filtracyjne. Stateczność budowli zachowana jest dzięki siłom tarcia w płaszczyźnie posadowienia, oraz wytrzymałości podłoża na ścianie. Stopień stateczności jazu określony jest współczynnikiem pewności , który jest stosunkiem sumy sił utrzymujących do sumy sił działających w kierunku spodziewanego przesuwu. Stateczność powinna być zachowana w stosunku do każdego elementu oddzielonego szczelinom dylatacyjną.

1. w przypadku jazu betonowego posadowionego płasko na skale - siła W_x będąca wypadkową wszystkich sił poziomych dąży do przesunięcia korpusu. Przeciwstawia się jej siła oporu - f (G-u) (f - współrzędna tarcia, G -obciążenie porowe, u -współczynnik parcia filtracyjnego i wyporu).

Współczynnik pewności na przesunięcie określa się przy uwzględnieniu siły tarcia wielkość kohezji w tym przypadku jest zaniedbywanie mała.

2. posadowienie pochyłe - jednym ze sposobów zwiększenia bezpieczeństwa na przesunięcie jest nadanie płaszczyźnie posadowienia nachylenia w kierunku wody górnej pod kątem β do poziomu. W tym przypadku siła przesuwające budowlę zmniejszy się do wartości W_x ⋅ cosβ natomiast siła utrzymująca wzrośnie o (G-u) ⋅ sinβ.

18. Stateczność jazów dokowych.

O kształcie płyty jazu dokowego decyduje wysokość progu jazu, głębokość niecki wypadowej i połączenie progu z niecką. Obrys płyty uzależniony od obliczeń bezpiecznej drogi filtracji, obliczeń statycznych (płyta z zagłębieniem lub bez zagłębienia).

W przypadku, gdy próg jazu położony jest na tym samym poziomie co dno rzeki w dolnym stanowisku lub wzniesiony jest mniej niż 1,0 m zaleca się stosować ukształtowanie płyty jak na rys.

p = 0; p_r < p

Układy obciążeń do obliczenia stateczności jazu.

Podstawowym układem dla określenia warunków stateczności i obciążeń jednostkowych gruntu jest układ sił występujących w przypadku eksploatacji. Wielkość sił wyznacza się dla całego doku, a nie na 1mb konstrukcji.

Zasadniczy układ obciążeń :

ΣG - wypadkowa ciężaru konstrukcji betonowej (suma ciężarów poszczególnych elementów)

P₁ - ciężar wody nad płytą ponuru

P₂ - ciężar wody nad niecką

P₃ - ciężar gruntu nad płytę ponuru

W - suma sił pionowych skierowanych ku górze, działających na płytę

H₁ - parcie wody od strony górnego stanowiska

H₂ - parcie wody od strony dolnego stanowiska

E - parcie gruntu od strony wody górnej

Sprawdzenie stateczności i określenie naprężeń pod ławą fundamentową wykonuje się zasadniczo tak jak dla jazów wolnostojących.

Sprawdzenie współczynnika stateczności na przesunięcie przeprowadza się wg wzoru :

n =

ΣH - suma sił poziomych czynnych [T]

T - siła tarcia w płaszczyźnie możliwego przesunięcia fundamentu konstrukcji obliczona ze wzoru

T = F(ΣG₁ - W)

G₁ - suma sił pionowych skierowanych ku dołowi [T]

W - siła pionowa parcia wody skierowana ku górze, działająca na płytę fundamentową

F - współczynnik tarcia (przyjmuje się )

W przypadku posadowienia jazu na gruntach niejednorodnych, gdy na niewielkiej głębokości poniżej stopy fundamentowej zalega warstwa gruntu o mniejszej wartości kąta tarcia wewnętrznego niż w warstwie górnej, sprawdza się czy współczynnik stateczności na przesunięcie w płaszczyźnie dwóch warstw nie jest niższy od dopuszczalnego.

Często dla zwiększenia stateczności jazów dokowych stosuje się zazębienia. W przypadku eksploatacyjnym przyjmuje się następujące warunki obciążenia :

• jaz piętrzy wodę, działa parcie zasypki i wody na ściany przyczółka, działa wypór i parcie filtracyjne, naziom i kładka obciążone tłumem.

19. Filary.

Kształty i wielkości filarów określone są rodzajem zamknięć i mechanizmów, oraz usytuowaniem kładek roboczych i innych elementów współpracujących z jazem. O długości filara decyduję między innymi jego kształt, który ustala się w zależności od wielkości przepływu. Należy zauważyć, że wpływ filarów na wydatek jazu jest stosunkowo niewielki, w szczególności w przypadkach większych rozpiętości przęseł.

Szerokość filarów uzależniona jest od głębokości wnęk na zamknięcia oraz od niezbędnego miejsca dla pomieszczenia mechanizmów w przypadku stosowania małych zasuw poruszających się ślizgowo we wnękach z kształtowników, szerokość filara może wynosić nawet 0,3 - 0,4 m. Przy nieco większych, posiadających koła toczące się po szynach zwiększa się szerokość od 0,6 - 1,0 m. W przypadku rozpiętości przęseł około 6 m szerokość filarów wynosi około 1,5 m a przy dużych zamknięciach zakrywających otwory w świetle 15,0 - 30,0 m osiąga wartość 3,0 - 6,0 m. W przypadkach filarów dzielonych (przylegające 2 półfilary) łączna ich szerokość jest zwykle większa o 20,0% - 30,0% od szerokości filarów nieokreślonych. Wynika to z konieczności zachowania niezbędnej szerokości filara w miejscu największym tj. między wnękami lub też w miejscu przyłożenia największej siły (przy łożyskach zamknięcia segmentowego). Na ogół w małych jazach melioracyjnych grubość filara jest stała na całej długości, a ściany boczne są równoległe. Krawędź filara od strony wody górnej zaleca się projektować jako pionową, od strony wody dolnej kształt jej zależy od wymagań związanych z potrzebą usztywnienia płyty dennej. Minimalna szerokość filarów jazów dokowych wynosi 0,6 m.

Wymiary wnęk i prowadnic. Zamknięcia zasuwowe wymagają wykonania w filarach odpowiednich wnęk, których wymiary uzależnione są od światła otworu i wysokości piętrzenia oraz sposobu przemieszczania się zamknięć.

Obliczenia statyczne filarów wolnostojących :

Zasadniczo obliczenia statyczne filarów sprowadzają się do uwzględniania dwóch przypadków eksploatacji i remontu.

W przypadku eksploatacji jazu na filar działają następujące siły :

• parcie wody

• wypór wody wraz z parciem filtracyjnym

• ciężar własny filara (przy uwzględnieniu ciężaru urządzeń mechanicznych, kładek)

• ciężar zamknięcia (przy nieznacznym jego podniesieniu)

• parcie wiatru Pw

• parcie lodu P_L

Dla sprawdzenia stateczności na przesunięcie, miarodajne jest obliczenie przy najniższym stanie wody dolnej i minimalnym obciążeniu pionowym. Przy obliczeniu nacisków na grunt - maksymalne obciążenie pionowe przy maksymalnym mimośrodzie.

W przypadku remontowym przęsło zamknięte ściankami remontowymi należy sprawdzić naprężenie pod stopą fundamentową przy uwzględnieniu momentu względem dłuższej osi filara. Niezależnie od obciążeń pionowych występują w tym przypadku obciążenia poziome prostopadłe do osi podłużnej filara.

Obliczenia statyczne filarów jazów dokowych.

W przypadku jazów dokowych do obliczeń filara przyjmuje się układ naprężeń, gdy jedno przęsło jest zamknięte zamknięciami głównymi, a drugie sąsiednie, remontowymi. Jeżeli filar wykonany jest jako dzielony dylatacją przyjmuje się pełne parcie wody. Stateczne obliczenia filarów jazów dokowych wykonuje się przy założeniu jego utwierdzenia w płycie, uwzględniając jednocześnie osłabienie przekroju wnękami. W przypadku gdy wysokość podłużnej części filara jest większa od trzykrotnej grubości płyty, można traktować, ją jako element usztywniający płytę i obliczać jako wspornik zamocowany w pozostałej wysokiej części filara.

20. Przyczółki jazów.

Przyczółki muszą zapewnić należyte połączenie jazów z brzegiem lub zaporą ziemną stanowiącą przedłużenie jazu.

Zadanie ich polega na :

• kierowaniu wody do otworu budowli i odprowadzeniu wody z budowli przy najmniejszych stratach hydraulicznych

• ochronie brzegów cieków lub nasypów przed działaniem wody

• ograniczeniu filtracji bocznej do rozmiarów nieszkodliwych dla budowli

• podtrzymaniu zamknięć otworów oraz mostów i kładek roboczych

Zasadniczo przyczółki składają się z dwóch elementów :

• części głównej (równoległej do nurtu cieku)

• skrzydeł na ogół nachylonych w stosunku do części głównej

Część główna przyczółków niezależnie od przejmowania parcia gruntu, spełnia podobne zadania jak filar jazu, a więc posiada wnęki dla zamknięć głównych i remontowych, służy do oparcia kładek, mostów oraz mechanizmów. Przyczółki mogą być wykonane jako ciężkie betonowe, żelbetowe, żelbetowe z żebrami, lub komorowe.

Zabezpieczenie przed filtracją boczną. Filtracja wody między przyczółkiem a zasypką jest bardziej intensywna niż w porach gruntu, dlatego też kształt przyczółka powinien zmniejszyć zjawisko filtracji do wielkości nieszkodliwych.

Dla zmniejszenia zjawiska filtracji bocznej stosuje się następujące środki :

• wydłużenie skrzydełek

• wypełnienie dobrze ubitą gliną przestrzeni między skrzydełkami, a ścianą podłużną

• wykonanie od strony wody dolnej drenażu wraz z filtrem obrotowym

• ścianki szczelne w postaci wydłużenia górnego skrzydła lub też między skrzydłami

Pierwsze z dwóch wymienionych zabiegów mają na celu zwiększenie strat ciśnienia, drenaż natomiast zapobiega wymyciu dolnej skarpy.

Zabezpieczenie przed filtracją boczną jest ściśle związane z elementami uszczelnienia występującymi pod jazem. Jeżeli uszczelnienie podłoża wykonane jest za pomocą iniekcji (skalne podłoże), wtedy uszczelnienie przechodzące pod korpusem tworzy nieprzepuszczalną ścianę wzdłuż skrzydeł. Uszczelnienie może być przedłużone i sięgać do poziomu piętrzonej wody. W obydwu przypadkach wykonuje się uszczelnienie za przyczółkami. Stosując rozwiązania, w których skrzydła przyczółków obniżają się poniżej spiętrzonej wody musimy zachować szczególna ostrożność zabezpieczając jaz prze filtracją boczną. Dotyczy to także przypadków kiedy spiętrzona woda sięga powyżej terenu oraz przyczółki jazu opierają się o zaporę ziemną. Wtedy należy ściankę szczelną przedłużyć pod korpusem zapory, wykonując nad nią jednocześnie ekran szczelny. Dodatkowo wykonuje się ściankę szczelną za przyczółkiem. Przyczółki jazów dokowych tworzą monolit z płytą przęsła. Wyróżnia się następujące kształty przyczółków i skrzydeł jazów dokowych :

1. skrzydła prostopadłe - można je stosować w przypadku gdy nie wpływają w sposób istotny na wielkość spiętrzenia

2. skrzydła równoległe - stosuje się gdy wielkość światła jazu zezwala na wykonanie ich jako konstrukcji dokowej, dzięki czemu fundament skrzydeł stanowi jednocześnie umocnienie dna

3. skrzydła ukośne - są korzystne pod względem hydraulicznym, a jednocześnie ekonomiczne. Stosowane są we wszystkich przypadkach, gdy ze względu na dodatkowe spiętrzenie lub filtrację boczną nie jest celowe stosowanie skrzydeł równoległych lub prostokątnych

4. skrzydła krzywoliniowe - stosowane z uwzględnieniem hydrauliki. Na ogół projektowane są jako ćwiartki elipsy, której półoś dłuższa jest równoległa do osi podłużnej jazu. Często o stosowaniu skrzydeł krzywoliniowych decydują względy architektoniczne

Obliczenia statyczne przyczółków. Na przyczółki działają znaczne siły poziome, na które składa się parcie wody przekazywane bezpośrednio przez zamknięcia oraz parcie ziemi, a w pewnych przypadkach również i lodu. Siły te przyczyniają się do mimośrodowego obciążenia fundamentu, jak również wywołują dążenie do przesunięcia i obrócenia przyczółka. Działaniu tych sił przeciwstawia się ciężar własny przyczółka oraz jego dodatkowe obciążenia (ciężar kładek, mechanizmów).

21. Wymiary i konstrukcje elementów ubezpieczenia poniżej i powyżej budowli.

Wymiary jazu uzależnione są przede wszystkim od wysokości spiętrzenia, wielkości przepływu miarodajnego oraz warunków geotechnicznych przenoszących obciążenia przekazywane przez jaz. Ubezpieczenie na dolnym stanowisku ma chronić grunt prze rozmyciem oraz sufozją i wyparciem podłoża na skutek działania wód filtrujących pod budowlą. Ubezpieczenie winno zapewnić także zmniejszenie prędkości przepływu, stworzyć korzystny rozkład prędkości w pionie oraz utrudnić tworzenie się lokalnych koncentracji przepływu.

Konstrukcje ubezpieczeń powinny charakteryzować następujące cechy :

• elementy ubezpieczenia powinny mieć odpowiedni ciężar zdolny przeciwstawić się siłom działania przepływającej wody

• ubezpieczenie powinno być elastyczne, aby mogło się ułożyć na odkształcającym się podłożu

• posiadać odpowiednią szorstkość w celu zmniejszenia prędkości przydennych

• ubezpieczenie powinno być wodoprzepuszczalne, w stopniu wykluczającym możliwość powstania na styku z podłożem ciśnienia filtracyjnego

Stosowane umocnienia dzieli się na sztywne i elastyczne wyróżniając :

• płyty betonowe wykonane na miejscu (15,0 - 40,0m)

• płyty betonowe prefabrykowane

• materace faszynowe (0,6 - 1,0 m grubości)

• kosze siatkowo - kamienne

• narzut kamienny w płatkach

• brzegosłon kryty

• umocnienia biologiczne

• umocnienia z tworzyw sztucznych

22. Elementy zabezpieczające przed szkodliwą działalnością filtracji.

Prawidłowo zaprojektowany fundament budowli wodnej powinien przede wszystkim zabezpieczyć budowlę prze szkodliwym działaniem przesiąkania wody.

Najczęściej stosowanym elementem służącym do wydłużenia drogi filtracji są ścianki szczelne. Są to elementy wykonane z drewna, stali lub żelbetu wbijane obok siebie w grunt w celu utworzenia przesłon w miarę możliwości zagłębione w warstwę nieprzepuszczalną. Dosięgnięcie ściankami szczelnymi warstwy nieprzepuszczalnej nie jest warunkiem koniecznym dla ich zastosowania, gdyż zadaniem ścianek szczelnych jest nie tylko przedłużenie drogi filtracji ale i przecięcie różnych przewarstwień i wkładek występujących w podłożu o dużej przepuszczalności, które umożliwiają wytworzenia się pod budowlą skoncentrowanych przesiąków.

Ostrogi - w warunkach gruntowych uniemożliwiających wbicie ścianek szczelnych lub gdy konieczne jest uzyskanie niezawodnej nieprzepuszczalnej przegrody, dochodzącej do warstwy nieprzepuszczalnej wykonuje się zagłębione ściany ( zęby, ostrogi).

Ostrogi takie są wykonywane :

• w wykopie odeskowanym sposobem odkrytym

• w podwodnym wykopie

• w studniach opuszczanych

• na kesonach

Ponury - stanowią element nieprzepuszczalny obrysu filtracyjnego, głównym ich zadaniem jest wydłużenie drogi filtracyjnej, oraz zmniejszenie ciśnienia filtracyjnego na korpus budowli. Równocześnie muszą wykazywać odporność na działanie parcia filtracyjnego i wyporu wody. Muszą być odporne na zginanie, muszą mieć odpowiednią grubość.

Drenaże - podstawowe znaczenie drenażu polega na tym, że skraca on drogę filtracji i prawie całkowicie lub znacznie obniża ciśnienie filtracyjne na podstawę budowli :

1. za pomocą poziomych otworów w fundamencie

2. poziomych szczelin lub pionowych otworów w skalistym podłożu połączonych drenażem z dolną wodą

3. w postaci warstwy tłucznia lub drobnego kamienia na warstwach żwiru i piasku

23. Dylatacje.

Dylatacje należy wykonywać w miejscu styku dwóch elementów o zróżnicowanych ciężarach, które mogą w różnym stopniu osiadać, lub w miejscu gdzie występują różne grunty o różnych właściwościach mechanicznych. Odległość między nimi dla jazów ruchomych waha się w granicach 10,0 - 20,0 m, a w jazach stałych może być większa. Betonowe konstrukcje jazów stałych jest łatwiej dylatować niż jazów ruchomych, gdyż wykazują one na ogół bardziej równomierne obciążenie. W przypadku gdy konstrukcja posadowiona jest na gruntach o zróżnicowanych właściwościach, lub gdy poszczególne elementy mają wyraźnie zróżnicowaną sztywność, dylatacje przewiduje się :

• w miejscach gdzie w podłożu występuje granica między gruntami sypkimi i spoistymi lub gruntami o różnych modułach ściśliwości E₁ i E₂ o stosunkach E₁ : E₂
  1,2

• w miejscach gdzie występuje wyraźna zmiana sztywności konstrukcji lub zmiana wielkości obciążeń

Maksymalne dopuszczalne odstępy między dylatacjami należy przyjmować :

• 50 m - gdy różnice temperatur konstrukcji w warunkach eksploatacji nie przekraczającej 10°C

• 20 m - w konstrukcjach nadwodnych, w ścianach przyczółków, filarów i skrzydeł

Te warunki należy odpowiednio :

• zmniejszyć gdy występuje różnica we właściwościach podłoża lub sztywności konstrukcji wskazuje na powstawanie różnych osiadań lub odkształceń

Przy projektowaniu jazów dokowych nie zaleca się stosowania szczelin dylatacyjnych na odcinkach ścian przyczółków o skróconej koronie, a należy wykonywać odpowiednie schodkowanie. Zaleca się także usytuowanie szczeliny dylatacyjnej między ścianą przyczółka i skrzydła na odcinku prostym ściany lub przyczółka, tak aby nie tworzyły się prostokątne naroża.

Uszczelnienie dylatacji - jako materiały uszczelniające stosuje się : blachy miedziane, bitumy, smoły, gumy, nasycone sznury konopne, azbest, tworzywa sztuczne.

24. Jazy z powłok elastycznych.

Budowa jazów z powłok elastycznych jest korzystna szczególnie w odniesieniu do melioracji, gdzie budowle piętrzące pracują okresowo. Nowym elementem takich budowli jest elastyczna, szczelna powłoka, zdolna do przenoszenia tylko naprężeń rozciągających.

Ze względu na zasadę pracy budowle piętrzące z powłok elastycznych można podzielić na :

• zamknięte - napełniane cylindrycznie powłoki naprężane ciśnieniem gazów, cieczy lub ewentualnie wody i powietrza

• otwarte - membranowe, zakotwione, naprężane mechanicznie

• kombinowane - cylindryczne powłoki o cechach membran, działające w połączeniu z elementami wykonanymi z tradycyjnych materiałów

Główne elementy konstrukcyjne stanowią :

• elastyczna powłoka, kotwy, system przewodów rurowych, pompy do napełniania i opróżniania powłoki, oraz system czynników kontrolujących pracę i kierujących systemem napełniania i opróżniania

Materiały do wykonywania powłok - tworzywo użyte do wykonania powłok musi odznaczać się dużą wytrzymałością na rozciąganie i przebicie, nie przepuszczać wody i powietrza, musi być odpornym na odkształcenia, działanie czynników atmosferycznych, środków chemicznych oraz posiadać dużą elastyczność i odpowiedni długi okres sprawności, oraz powinien być tani. Z powłok elastycznych można wykonywać także ponury i wypady.

25. Syfony.

Syfon jest to budowla składająca się z jednego lub więcej przewodów prowadzących wodę pod ciśnieniem, pod przeszkodą (rzeką, kanałem, drogą kolejową lub szeroką doliną). Cechą charakterystyczną syfonów jest takie położenie przewodów ciśnieniowych, że ich spód znajduje się poniżej dna wlotu i wylotu. Syfony pracują pod ciśnieniem, a więc muszą być wykonane szczelnie. Najczęściej wykonuje się je z rur stalowych, żelbetowych, żeliwnych, mogą być również syfony o przekrojach prostokątnych. Syfon składa się z trzech zasadniczych części : środkowej czyli leżaka, która prowadzi wodę pod przeszkodą, komory wlotowej i komory wylotowej. Komory buduje się z obniżonym dnem w porównaniu z dnem środkowym aby umożliwić osiadanie tam zanieczyszczeń niesionych przez wodę. Przy projektowaniu należy przewidzieć możliwość opróżnienia syfonu z wody w razie remontu, czyszczenia syfonu, wyłączenia syfonu z pracy na okres zimowy itp. Głębokość warstwy przykrywającej leżak wynosi 0,50 - 0,75 m, dla celów melioracyjnych może wynosić 0,30 m, prędkości w syfonach wynoszą od 1,0 - 2,0 m/s. W obliczeniach syfonów przyjmuje się przekrój kanału doprowadzającego i oprowadzającego są sobie równe, prędkości są sobie równe :

a₁, a₂ - rzędne dna kanałów

z - różnica poziomów zw. wody na wlocie i wylocie

z = h_str

h_str = (ζ₁ + ζ₂ + 2⋅ζ₃ +ζ₄ + ζ₅) ⋅ α ⋅ v²/2⋅ g

v - prędkość przepływu wody w syfonie

ζ₁ - wsp. strat na wlocie

ζ₂ - wsp. strat na kracie

ζ₃ - wsp. strat na łuku

ζ₄ - wsp. strat na długości

ζ₅ - wsp. strat na wylocie

26. Akwedukty.

Akwedukty służą do przeprowadzania wodyu nad wąwozami, rzekami, kanałami itp. Akwedukt wykonany jest najczęściej jako prostokątne koryto drewniane, stalowe, kamienne, betonowe lub żelbetowe, wsparte na różnego rodzaju konstrukcji nośnej. Konstrukcja nośna może być belkowa, łukowa lub ramowa. Zastosowanie odpowiedniej konstrukcji jest zależne od warunków miejscowych, rzeźby terenu, długości akweduktu, materiałów i kosztów wykonania. Prędkość przepływu wody w akweduktach przyjmuje się w granicach 1,0 - 2,0 m/s. Podstawowym warunkiem dobrego działania akweduktu jest jego nieprzepuszczalność oraz dobre, szczelne połączenie z kanałami ziemnymi. Wlot i wylot akweduktu powinien być łagodnie połączony z kanałem prowadzącym wodę. Rynna akweduktu przechodzi w kanał na długości większej niż poczwórna głębokość w kanale. Bardzo ważnym zagadnieniem jest uniemożliwienie przesiąkania wody z kanału w płaszczyźnie zetknięcia się z akweduktem. W tym celu na wlocie i wylocie akweduktu wbudowuje się ścianki szczelne, wykonuje się murki oporowe, które zabezpieczają wymywanie gruntu spod wlotu i wylotu akweduktu. Dno i brzegi kanału na długości kilku metrów poza wylotem należy wzmocnić faszyną, brukiem, płytkami lub płytami betonowymi, ze względu na dużą na ogół prędkość wypływu wody z akweduktu.

28. Wykonawstwo budowli wodnych (grodze).

Grodzami nazywamy pomocnicze budowle tymczasowe otaczające wykopy fundamentowe i ochraniające je przed zalaniem wodami. Wykonane są najczęściej w postaci wałów ziemnych lub konstrukcji ze ścianek szczelnych, po spełnieniu zadania grodze zostają rozebrane.

Rozróżniamy :

1. grodze ze ścianek szczelnych

• grodze z pojedynczą ścianką szczelną, mogą być dwojakiego rodzaju : nie obsypane oraz obsypane. Grodze nie obsypane stosowane są do wys. 2,0 m ścianę można wbić do warstwy nieprzepuszczalnej. Przy grodzach wyższych > 2,5 m stosuje się często podparcie ścianek palami ukośnymi.

• grodze obsypane materiałem gruntowym, składają się z dwóch równoległych ścianek szczelnych wbitych w pewnej odległości i wypełnione materiałem uszczelniającym. Stosuje się je do wysokości 5,0 m. Do wypełnienia przestrzeni miedzy nimi stosuje się materiał piaszczysty z domieszką pylastego i glin

2. grodze ziemne i narzutowe, wykonuje się je gdy w pobliżu jest odpowiedni materiał. Wykonywane są z materiału ziarnistego z domieszką spoistych. Nadaje się im przekrój trapezowy, nachylenie skarp wewnętrznych 1 : 4; 1 : 2, skarpy zewnętrzne 1 : 3; 1 : 1,5. W miejscach bogatych w materiał skalny wykonuje się grodze z narzutem kamiennym. Wysokość grobli od 1,0 - 4,0 m

3. grodze kozłowe stosowane są głębokościach do 2,0 m, maksymalnie do 5,0 m. Konstrukcja nośna to tafla z desek, układana ukośnie. Aby była szczelność tafle pokrywa się warstwą.

---