Ряжевые и свайно-ряжевые флютбеты

Ряжевые флютбеты представляют собой бревенчатые или брусчатые срубы, заполненные балластом и покрытые сверху деревянным настилом. Их устраивают на скальных и нескальных основаниях, причем если последние недостаточно плотны и допускают забивку свай, ряжи ставят на сваи, и флютбет носит название свайно-ряжевого. Последний устраивают вместо свайного и в тех случаях, когда высота порога превышает обычный предел для свайного флютбета - 1 м или несколько выше (при козловых сваях).

Свайно-ряжевый флютбет русского типа представлен на рис. 16.6; сваи и шпунт флютбета забивают так же, как и в свайном флютбете, но на уровне дна реки их срезают по горизонтальной плоскости и на них нарубают ряжи так, что пересечения ряжевых стен приходятся как раз над сваями. Шпунты продолжают и внутри ряжей или наращивают шпунтовыми брусчатыми стенками и перекрывают шапочными брусьями. Заполнение клеток ряжей такое же, как и подполья свайных флютбетов; устройство полов аналогично в обоих случаях.

Ряжевый флютбет русского типа (рис. 16.7) отличается от свайно-ряжевого тем, что ряжи располагают непосредственно на грунте основания, не допускающем забивки свай; при этом шпунтованные стенки заглубляют в траншеи, забиваемые глиной или заанкеровывают в бетонные зубья.

Статический расчет ряжевого флютбета при больших напорах сводят к проверке его устойчивости на сдвиг; при этом, поскольку флютбет находится обычно под водой, в расчет веса его принимают только загрузку, взвешенную в воде, так как вес дерева в воде близок к нулю или даже отрицателен.

При повышенных и высоких напорах (более 4-5 м) ряжевые плотины являются наиболее надежным решением.

На рис. 16.8 приведены основные типы таких ряжевых флютбетов на скальных основаниях. Тип «а» экономичнее типа «б» (за счет пригрузки водой напорной грани), но на реках с сильным ледоходом при небольшой толщине переливающегося слоя воды, возникает опасность его разрушения вследствие оседания и нагромождения льдин на гребне, повышения напора по этой причине и последующего прорыва ледяного затора: В плотинах типа «б» с вертикальной напорной гранью льдины ломаются при ударе о плотину и опасность заторов льда уменьшается. Следует отметить, что сливная грань может быть быстро разрушена льдом при наличии затопленного донного режима; в этих случаях надо добиться образования поверхностного режима сопряжения бьефов без поверхностного прыжка.

Для высоких напоров (до 15-20 м) при скальных основаниях целесообразен тип флютбета наклонно-ряжевый, хотя и более сложный в выполнении, но позволяющий образовать криволинейную сливную грань и конструктивно более благоприятный, так как сила давления воды нормальна к венцам ряжей. Плотина такого типа (Шаваньская) построена на Беломорско-Балтийском канале.

Ряжевые флютбеты строят как из ряжей бревенчатых сплошной рубки, так и сквозного типа, из брусьев, соединяемых врубками или без врубок, прошиваемых нагелями или глухарями. Расход дерева в сквозных ряжах меньше, чем в сплошных, но металла больше; вместе с тем ряжи сплошной рубки отличаются большей жесткостью и водонепроницаемостью.

 
Рис. 16.6 Свайно-ряжевая плотина русского типа: 1 - понурный шпунт; 2 - королевый шпунт; 3 – обратный  фильтр; 4 - загрузка камнем; 5 - подготовка из крупного песка

Рис. 16.7 Продольный разрез по плотине с ряжевым флютбетом: 1 - обшивка врубок листовой сталью; 2 - битумный мат; 3 - шпунтовая стенка; 4 - сжимы; 5 - направляющий треугольник; 6 - ручной передвижной реечный подъемник; 7 -шпонки; 8 - сквозные ряжи

Ряжевые конструкции не являются монолитными, соединения их элементов нежесткие, изменяемые; загрузка ряжей балластом вносит еще одно осложнение в расчеты ряжей, и эти расчеты условны и приближенны.

Загрузка ряжа грунтом оказывает на его стенки боковое давление, под действием которого между грунтом и стенками возникает трение, вследствие чего часть веса загрузки передается на стенки ряжа.

Если ряж имеет размер клеток в плане и в свету , с площадью  и периметром стен , высоту , объемный вес засыпки  и на засыпку действует еще сверху удельная нагрузка , то удельное давление на основание ряжа равно по формуле Янсена

                            ,                 (16.4)

где  - опытный коэффициент, отражающий характер загрузки ряжа; значение коэффициента  принимают для каменной загрузки 0,16-0,20; песка 0,20-0,26; супеси 0,25-0,30 и глины 0,29-0,35;  - основание логарифмов.

Рис. 16.8 Типы ряжевых флютбетов на скальном основании

Удельное давление от загрузки грунтом на основание квадратного ряжа может быть также определено через так называемый коэффициент передачи давления .

                                     .                                (16.5)

Используя график, приведенный на рис. 16.9, можно найти величину коэффициента передачи  в зависимости от геометрических размеров ряжа () и характера его загрузки ().

Давление от загрузки на всю площадь основания  равно , вес же ее вместе с временной нагрузкой равен , следовательно, на стенки ряжа передается усилие

                            .                             (16.6)

В ряжах сквозных, брусчатых величина  от каменной загрузки больше определяемой по формуле (16.6) на величину до 20% вследствие частичного проникания камней в зазоры между брусьями ряжевых стен.

Устойчивость ряжей на сдвиг определяют по общей формуле (16.7), но учитывают, что на стенки ряжа действует сила , а на дно :

                                     ,                    (16.7)

Рис. 16.9 Расчетная схема:
а - ряжевых плотин; б - график для определения коэффициента передачи

где  и  - расчетные коэффициенты трения по основанию соответственно грунта засыпки и дерева ряжей;  - вес стеной ряжа с приходящейся на них временной нагрузкой, при определении веса загрузки и стенок ряжей учитывается взвешивание их водой и сила  практически игнорируется;  - нормативный коэффициент надежности.

Напряжения в стенах ряжа определяют по формуле неравномерного сжатия. При этом принимают, что на остов или каркас ряжа действуют: горизонтальная сила  (рис.16.10), вертикальные силы , передающиеся каркасу от засыпки клеток и веса стен каркаса . Обычно рассчитывают одну секцию ряжа по длине флютбета шириной ; при этом работает горизонтальное сечение секции, имеющее форму, заштрихованную на рис. 16.10.

 Рис. 16.10 Схема к расчету напряжений в стенках ряжа

Напряжения в брусьях ряжа со сплошными стенками можно выразить формулой

                                     .                                 (16.8)

В этой формуле ;  - момент сил  и  относительно центра инерции сечения секции ряжа (заштриховано на рис. 16.10);  - площадь ее сечения;  - момент инерции; - расстояние от центра инерции до точки стенки, в которой определяется напряжение.

На величину  [в формуле (16.8) знак « + »] проверяют прочность дерева ряжа на смятие; последнее особенно опасно в сквозных ряжах, где брусья опираются друг о друга по площади  только в местах их взаимного пересечения. В этом последнем случае напряжения будут равны:

                                     .                                       (16.9)

При каменной загрузке сквозного ряжа благодаря заклиниванию камней между брусьями в передаче напряжений будет участвовать еще около 20% площади , т. е. напряжение будет равно

                                     .                           (16.10)