AKADEMIA ROLNICZA im. H.KOŁŁĄTAJA W KRAKOWIE

Skrypty dla Szkół Wyższych

TADEUSZ BEDNARCZYK

BUDOWNICTWO WODNO-MELIORACYJNE

SYFONY

PODSTAWY PROJEKTOWANIA

Wykłady

Kraków 1987

SPIS TREŚCI Wstęp

ROZDZIAŁ 1

Wiadomości ogólne o syfonach 1.1. Możliwości rozwiązań konstrukcyjnych w przypadku, skrzyżowania cieku z przeszkodą 1.2. Charakterystyka syfonów 1.3. Obliczenia hydrauliczne syfonów

1.3.1. Ustalenie prędkości przepływu 1.3.2. Ustalenie ilości przewodów 1.3.3. Obliczenie przekroju poprzecznego 1.3.4. Obliczenie współczynników strat hydraulicznych

1.4. Elementy konstrukcyjne syfonu 1.4.1. Głowice 1.4.2. Przewody syfonów

1.5. Wybór konstrukcji 1.6. Wykonawstwo syfonów

ROZDZIAŁ 2

Przykłady rozwiązań konstrukcyjnych 2.1. Syfony rurowe ze studzienkami żelbetowymi

2.1.1. Obliczenia statyczne studzienki o wymiarach 100 x 120 cm, wysokości 4,50 m i średnicy rurociągu d = 100 cm 2.1.2. Obliczenie płyty fundamentowej studzienki 2.1.5. Obliczenie przykrycia studzienki

2.2. Syfon typu Sn-1 2.2.1. Ogólna charakterystyka

2.2.1.1. Opis konstrukcji 2.2.1.2. Technologia robót wykonawczych

2.2.2. Obliczenia hydrauliczne syfonu Sn-1 2.2.2.1. Dobór średnicy syfonu 2.2.2.2. Obliczenie długości syfonu 2.2.2.3. Określenie wysokości strat hydraulicznych 2.2.2.4. Ustalenie długości ubezpieczeń

2.2.3. Technologia wykonania syfonów

ROZDZIAŁ 3 Syfony z prefabrykatów

3.1. Przykłady rozwiązań konstrukcyjnych

W s t ę p Skrypt ten przeznaczony jest dla studentów IV roku studiów stacjonarnych

i zaocznych Wydziału Melioracji Wodnych. Powinien on stanowić pomoc zarówno do wykładów jak i ćwiczeń a przedmiotu budownictwo wodne. Brak podręczników z zakresu budownictwa wodno-melioracyjnego oraz utrudniony dostęp studentów dc istniejących instrukcji branżowych skłoniły autora do napisania niniejszego skryptu.

Spośród wielu budowli stosowanych w przypadku skrzyżowania projektowanego cieku s przeszkodą, w praktyce melioracyjnej najczęściej spotykamy się z syfonami.

W rozwiązaniach konstrukcyjnych syfonów nie obserwuje się takiej różnorodności form i koncepcji jak w niektórych innych budowlach. Niemniej starano się przedstawić różne typy stosowanych syfonów, podając liczne przykłady rozwiązać konstrukcyjnych. Uwzględniono także w szerokim zakresie zalecane rozwiązania typowe, jak i konstrukcję syfonów prefabrykowanych.

Chociaż nie sposób ująć tu całości zagadnień projektowania syfonów, autor ma nadzieję, ze skrypt ten przybliży studentom tą problematykę.

ROZDZIAŁ I

Wiadomości ogólne o syfonach 1.1. Możliwości rozwiązań konstrukcyjnych w przypadku skrzyżowania cieku a prze szkodą

W praktyce inżynierskiej często trasa projektowanego kanału przecina rzekę, dolinę,

drogę lub inną przeszkodę. Zachodzi konieczność ich przekroczenia przy pomocy specjalnych budowli. V przypadku skrzyżowania dwu cieków można wybrać jedno z trzech możliwych rozwiązań: a) wykonanie syfonu, to znaczy przeprowadzenie jednego cieku pod drugim, b) wykonanie akweduktu, przeprowadzenie wody górą, c) wykonanie skrzyżowania w poziomie polegające na wprowadzeniu jednego z cieków

do drugiego, a następnie wyprowadzenie go. O wyborze danego rozwiązania decyduje szereg względów, między innymi różnica

poziomów wody w cieku przekraczanym i przekraczającym, względy ekonomiczne. Obecnie najczęściej stosowane są syfony - głównie z uwagi na niższe koszty.

Jednakże syfony powodują znaczną stratę spadu niezbędnego dla pokonania oporów ruchu wody. W przypadku braku dużego spadu oraz, gdy różnica między poziomami wód w obu ciekach jest duża, bardziej celowe może być zastosowanie akweduktu, zwłaszcza gdy przekraczamy dolinę wąską i okresowo zalewaną. Skrzyżowanie w poziomie (węzeł wodny) stosowane jest stosunkowo rzadko.

Należy zaznaczyć, że syfony i akwedukty pracują w innych warunkach niż odcinki cieku przed i za przeszkodą oraz różnią się od nich kształtem, a także wymiarami przekroju poprzecznego.

O stosowalności syfonów w praktyce melioracyjnej decyduje: układ wysokościowy zwierciadeł wód w krzyżujących się ciekach, który uniemożliwia wzniesienie spodu akweduktu nad poziom wielkich wód w przekraczanej rzece,

dążenie do niewprowadzania w dolinę przekraczanej rzeki przeszkody, którą dla komunikacji i użytkowania gruntów stanowi akwedukt i jego pod pory oraz do pozostawienia w nienaruszonym stanie naturalnego krajobrazu rzecznego,

trudności uzyskania pewnego połączenia akweduktu z brzegami, dobrego uszczelnienia między elementami prefabrykowanymi oraz ocieplenie przewodu.

Zaletą akweduktu jest łatwy dostęp do budowli umożliwiający jej konserwację i naprawę (gdy akwedukt nie jest wykonany jako rurowy), miejsca na ogół niż w syfonach strata spadku i możliwość wykorzystania tej budowli jako kładki dla pieszych.

Zaletą syfonu jest możliwość wykonania go praktycznie w każdym przypadku, bez ograniczeń wynikających z poziomów wielkich wód oraz to, że nie stanowi on na ogół przeszkody w dolinie i nie zakłóca krajobrazu. Do wad syfonów zalicza się przede wszystkim utrudniony dostęp dla kontroli i napraw, konieczność głębokiego prowadzenia przewodu (ze względu na możliwe rozmycie dna przekraczanej rzeki) i wreszcie konieczność utrzymania w rurociągu dużych prędkości, co wymaga znacznego spadku. 1.2. Charakterystyka syfonów

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.

Rys.1.1. Ogólny schemat syfonu

Syfonem jest więc przewód pokazany na rys.1.1, 1.2a, jak i na rys. 1.2b (przy czym te

ostatnie są stosowane bardzo rzadko).

Rys.1.2. Schematy syfonów; a) syfonu prowadzącego wodę pod kanałem, b) syfonu,

przekraczającego szeroką dolinę

Profil podłużny syfonu ustala się w zależności od wzajemnego położenia dna i zwierciadła wody w krzyżujących się ciekach. O przebiegu profilu decyduje także jego długość, warunki posadowienia (geologiczne) oraz sposób wykonania.

W przypadku projektowania syfonu pod kanałem lub korytem cieku niezbędne jest zagłębienie górnej krawędzi konstrukcji syfonu pod dnem przekraczanego cieku. Określenie wielkości „a” jest szczególnie trudne w przypadku prowadzenia syfonów pod rzekami o ruchomym dnie (rys.1.5). Konieczne jest wtedy określenie stabilności dna, oparte o analizę ruchu rumowiska. Analiza taka powinna ujmować wpływ innych obiektów inżynierskich (jazy, stopnie, mosty) na procesy erozyjne.

Rys.1.3. Minimalne przykrycie górnej krawędzi przewodu syfonu

Prognoza, przewidywanych rozmyć zezwala na określenie rzędnej położenia górnej

krawędzi pod dnem. Uwzględniając wielkość rozmycia ustala się tę rzędną poniżej 0.50 - 0.70 m spodziewanego wyboju. Na większych rzekach ustalamy tę wielkość jako równą 1.0 - 1.50 m. lilie zawsze istnieje możliwość dokładnego prognozowania rozmyć. W tych przypadkach należy przewidzieć dodatkowe ubezpieczenie dna cieku przekraczanego. Najczęściej jako ubezpieczenie stosuje się materace faszynowe obciążone kamieniami.

Położenie wlotu i wylotu syfonu uzależnione jest od wysokości położenia zwierciadła wody i dna w kanałach doprowadzającym i odprowadzającym. Zagłębienie górnej krawędzi wlotu pod zwierciadłem wody powinno zapewnić pracę syfonu bez zaburzeń, objawiających się zassaniem powietrza i obniżeniem sprawności syfonu. Jako bezpieczne zanurzenia wlotu i wylotu uznaje się wielkość 0,80 m. W przypadku unie j szych syfonów, kiedy zachowanie tego warunku nie zawsze jest możliwe, głębokość zatopienia może być mniejsza niż 0,50 m.

Bardzo ważne dla pracy syfonu jest ustalenie nachylenia odcinków 1-2, 5-4 (rys.1.3). Jest ono uzależnione od. konieczności zagłębienia górnej krawędzi syfonu pod dnem cieku przekraczanego (wielkość „a”), oraz położeniem wlotu i wylotu syfonu. Ma ogół zakłada się dolną krawędź wlotu na poziomie dna kanału. Ustalając wielkość nachylenia odcinków 1-2 i 5-4 należy uwzględnić zjawisko odkładania się namułów w miejscach gwałtownych załamań przewodu.

W praktyce melioracyjnej często stosowane są syfony, w których wlot i wylot stanowią pionowe studnie, najczęściej o przekroju kołowym (rys. 1.4).

Rys.1.4. Schemat syfonu melioracyjnego o pionowych studniach

Konstrukcja taka zezwala na utworzenie przy wlocie i wylocie osadników. Ułatwione

jest także oczyszczanie kanału poziomego, który nie posiada załamań. Za górną granicę stosowania syfonów tej konstrukcji przyjmuje się H = 5,0 m. Wadą tych syfonów są większe wartości strat hydraulicznych i trudności uzyskania

odpowiedniej prędkości przy wlocie do studni. Kie są więc one stosowane przy dużych przepływach i prędkościach. 1.3. Obliczenia hydrauliczne syfonów 1.3.1. Ustalenie prędkości przepływu

Istotne znaczenie dla pewności działania syfonu ma ustalenie właściwej prędkości

w przewodzie i liczby przewodów. Prędkość tę ogranicza z jednej strony dopuszczalny spad (różnica poziomów wody przy wlocie i wylocie), a z drugiej warunek niezamulenia przewodu. Pierwsze ograniczenie dotyczy największej prędkości, a drugie określa najmniejszą dopuszczalną.

Jeżeli woda w kanale lut) cieku zawiera unosiny, dążyć należy, ze wzglądu na możliwość zamulenia przewodu, do prędkości w przewodzie w granicach 1.5 - 2.0 m/s. Gdy,

jak to się często zdarza, syfon przewodzi zmienną ilość wody, prędkości przy maksymalnym przepływie obliczeniowym powinny być dobierane w miarę możliwości tak, aby przy przepływach mniejszych (przepływy średnie) prędkość wody nie spadła poniżej 1.0 m/s. Równocześnie przy przepływach maksymalnych nie jest wskazane, z uwagi na trudności w rozpraszaniu energii i znaczne rozmycie koryta odprowadzalnika, przekraczanie prędkości 2.5 - 5.0 m/s. Należy zaznaczyć, że uzyskanie omawianych prędkości wymaga znacznego, spiętrzenia, rzędu 40-60 cm. W praktyce nie zawsze jest to możliwe, dlatego też często wiele syfonów eksploatowanych jest przy prędkościach niższych niż zalecane dla uniknięcia zamulenia.

Tak na przykład w 27 zbadanych w Polsce syfonach prędkość, które wystąpiły przy maksymalnym przepływie obliczeniowym wynosiły:

w 9 syfonach v ≤ 1,0 m/s w 9 syfonach 1,0 m/s < v ≤ 1,5 m/s w 8 syfonach 1,5 m/s < v ≤ 2,0 m/s w 1 syfonie m/s ≥ 2,0 m/s

Spiętrzenie „z” w 24 syfonach (z 27 badanych) przedstawiało się następująco: w 7 syfonach z ≤ 10 cm w 6 syfonach 10 cm < z ≤ 20 cm w 5 syfonach 20 cm < z ≤ 30 cm w 4 syfonach 30 cm < z ≤ 40 cm w 2 syfonach 40 cm < z ≤ 50 cm

W badanych syfonach nie stwierdzono dotąd zamuleń, pomimo że w niektórych przypadkach wstępują w nich małe prędkości obliczeniowe.

Dopuszcza się przyjmowanie w obliczeniach prędkości mniejszych od 1,0 m/s, gdy czas trwania przepływów zamulających jest bardzo krótki oraz, gdy istnieje możliwość wyłączenia syfonu z pracy, umożliwiająca czyszczenie przewodów.

Kozinow na podstawie zbadania dużej ilości działających syfonów określił następujące prędkości ekonomiczne w zależności od średnicy przewodu:

Tabela 1.1

d średnica przewodu

[m]

v prędkość

[m/s] 0,2 - 1,0 1,1 - 1,4 2,5 - 5,0

1,0 - 1,6 1,65 - 1,90 2,0 - 2,5

Kozinow opracował wzór na określenie ekonomicznej średnicy przewodu syfonu:

44,099,0 Qd ⋅= (1.1) gdzie: Q - przepływ przez przewód syfonu.

Obliczenia uzyskane powyższym wzorem należy traktować jako orientacyjne.

1.3.2. Ustalenie liczby przewodów Istotne znaczenie dla pewności działania syfonu na ustalenie właściwej prędkości

wody w przewodzie jak i liczby przewodów. We wszystkich przypadkach, gdy przewiduje się stałą pracę syfonu, celowe jest

stosowanie dwu lub kilku przewodów, gdyż umożliwia ono odwodnienie, oczyszczenie, a czasem i drobne naprawy jednego przewodu bez. przerwy w pracy innych. Rozwiązanie takie jednocześnie pozwala na zwiększenie prędkości wody w rurociągach, przez ograniczenie liczby pracujących przewodów w okresach mniejszych przepływów.

Na ogół można przyjąć zasadę, że syfony działające stale powinny mieć nie mniej niż dwa przewody.

Podział całej zdolności przepustowej na określoną liczbę przewodów, przeprowadza się uwzględniając:

możliwość etapowej rozbudowy syfonu; wielkość wydatku w poszczególnych okresach może być podstawą doboru właściwej liczby przewodów;

niecelowość zbytniego powiększenia wymiarów poszczególnych otworów wlotowych, duże wymiary przewodu powodują głębsze opuszczanie syfonu, a więc zwiększenie kosztów budowy; na ogół rzadko stosuje się syfony stalowe o średnicy powyżej 1.50 m, a żelbetowe o powierzchni większej niż 2-4 m2;

prędkości w przewodach w różnych okresach eksploatacji oraz możliwości zamulenia. 1.3.3. Obliczenie przekroju poprzecznego

Obliczenia hydrauliczne syfonów ograniczają się do sprawdzenia dla zadanego przepływu Q wielkości spiętrzenia „z” przy określonych wymiarach przewodu (rys.1.5). Ograniczeniem dla przyjęcia wymiarów przewodu jest prędkość przepływu.

Rys.1.5. Schemat do obliczeń hydraulicznych syfonu

Z równania Bernoulliego mamy:

strhgvha

gvha +++=++

22

22

22

21

11αα (1.2 )

gdzie; v1 - prędkość wody dopływającej w m/s, v2 - prędkość w odpływie n/s, h1 - napełnienie kanału doprowadzającego (w przekroju 1-1), h2 - napełnienie kanału odprowadzającego (w przekroju 2-2), a1 - położenie dna w (przekroju 1-1) w stosunku do poziomu porównawczego, a2 - położenie dna kanału (w przekroju 2-2) w stosunku do poziomu porównawczego, hstr - suma wysokości strat hydraulicznych na długości przewodu oraz strat miejscowych.

Zakładając, że spadek i przekrój kanału odprowadzającego i doprowadzającego wodę

są takie same, to znaczy h1 = h2, v1 = v2 otrzymamy, że strhgv

gvaa +−=−

22

22

21

21αα .

Przyjmując 022

22

21 ==

gv

gv αα otrzymano z równania 1.2.

( )gvh

hz

str

str

22

2

54321αξξξξξ ++++=

= (1.3)

gdzie: v - prędkość przepływu -wody w syfonie; g = 9,81 m/s2, ξ1 - współczynnik strat na wlocie, ξ2 - współczynnik strat na kracie, ξ3 - współczynnik strat na łuku (załamaniu), ξ4 - współczynnik strat na długości syfonu, ξ5 - współczynnik strat na wylocie. Ze wzoru 1.3 mamy:

gzV 221

54321 ξξξξξ ++++= (1.4)

gzV 21

∑=

ξ (1.5)

gzFVFQ 21⋅⋅=⋅=

∑ξ (1.6)

oznaczając

∑=

ξµ 1

mamy; gzV 2µ= (1.7)

gzFQ 2⋅⋅= µ (1.8) gdzie: Q - objętość przepływu m3/s, F - pole przekroju syfonu m2, g - 9,81 m/s2, z - różnica poziomów zwierciadła wody na wlocie i wylocie syfonu m, µ - współczynnik wydatku. 1.3.4. Obliczenie współczynników strat hydraulicznych Współczynnik strat na wlocie - uzależniony jest od ukształtowania wlotu i wynosi: - dla wlotów łagodnych, dobrze zaokrąglonych ξ1 = 0,06 - 0,1, - dla wlotów o ostrych krawędziach ξ1 = 0,5, - dla wlotów ukształtowanych jako pionowe ściany prostopadłe do osi przewodu ξ1 = 0,6.

Współczynnik strat na załamaniu (łuku) przewodu Przy nachyleniu gałęzi wstępującej i zastępującej syfonu w granicach 1:2 do 1:5

przyjmuje się ξ3 = 0,1. W przypadku łuku wartość tego współczynnika można ustalić ze wzoru Weisbacha dla

przekroju kołowego:

0

0

33

0

05,3

3

90

90165,0131,0

δξξ

δξ

I

Rd

=

+= (1.9)

dla przekroju prostokątnego: a/b ≤ 2;

0

0

30

05,3

3 9090274,0124,0 δξδξ II

Ra

=

+= (1.10)

gdzie: d - średnica syfonu (m), R - promień łuku syfonu (m), a, b - długość boków przekroju prostokątnego (m), δ - kąt środkowy łuku syfonu.

Współczynniki strat ξ3I ξ3

II dla δ = 900 podano w tabelach 1.2, 1.3 i 1.4.

Dla określenia współczynnika ξ3 należy wielkości podane w tablicach pomnożyć przez δ0/90°.

Tabela 1.2 Wielkości współczynnika ξ3

I dla przewodów kołowych

W tabeli 1.3 zestawiono współczynniki ξ3, na łuku z uwzględnieniem kąta α i

stosunku promienia r użytecznego przekroju rurociągu do promienia R łuku.

d/R 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 ξ3

I 0,15 0,14 0,16 0,21 0,29 0,44 0,66 0,98 1.41 1,98

Tabe

la 1

.3

Wsp

ółcz

ynni

k ξ 3

na łu

ku

r/R

α

20

° 40

° 60

° 80

° 90

° 10

0°

120°

14

0°

160°

18

0°

0.1

0,02

9 0,

058

0,08

7 0,

116

0,15

2 0,

146

0.17

5 0,

204

0,25

5 0,

265

0,2

0,03

0 0,

061

0,09

1 0,

121

0,15

8 0,

155

0,18

5 0,

215

0,24

4 0,

276

0,3

0,05

5 0,

070

0.10

5 0,

159

0,15

8 0,

176

0,21

1 0,

245

0,28

1 0,

516

0,4

0,04

6 0,

091

0,13

6 0,

181

0,20

6 0,

229

0,27

4 0,

520

0,56

5 0,

412

0,5

0,06

5 0,

150

0,19

6 0,

259

0,29

4 0,

527

0,59

2 0,

457

0,52

2 0,

588

0,6

0,09

8 0,

196

0,29

4 0,

592

0,44

0 0.

489

0,58

7 0,

658

0,78

2 0,

880

0,7

0,14

7 0,

294

0,44

1 0,

587

0,66

1 0,

754

0,88

1 1,

028

1,17

5 1,

552

0,8

0,21

7 0,

454

0,65

1 0,

868

0,97

7 1,

086

1,50

2 1,

520

1,75

6 1,

954

0,9

0,31

2 0,

625

0,95

7 1,

250

1,40

8 1,

562

1,87

5 2,

182

2,50

0 2,

816

1,0

0,45

9 0,

879

1.51

8 1,

756

1,97

8 2,

200

2,65

6 5,

075

5,51

5 5,

950

Tabela 1.4

Wartości współczynnika ξ3II

dla przewodów prostokątnych

a/R 0,20 0,50 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 ξ3

II 0,225 0,554 0,446 0,557 0,669 0,780 0,892 1,0

Współczynnik strat na kracie Straty przy przepływie przez kraty można obliczyć według wzoru Kirschmera

gV

bsh

2sin

23/4

= αβ (1.11)

gdzie: β - współczynnik zależny od kształtu przekroju prętów, α - kąt nachylenia kraty względem poziomu, s - grubość pręta, b - prześwit pomiędzy prętami kraty, V - prędkość wody bezpośrednio przed kratą,

Na rys. 1.6 przedstawiono przekroje poprzeczne prętów różnych kształtów, stosowane

do wykonania krat.

Rys.1.6. Przekroje poprzeczne prętów krat

Wielkości współczynników β dla różnego kształtu prętów kraty podano w tabeli 1.5.

Tabela 1.5

Współczynniki dla krat Typ pręta a b c d e f g

β 2,42 1,85 1,67 1,05 0,92 0,76 1,79 Współczynnik strat na długości syfonu

RL44 λξ = (1.12)

wstawiając za

2

8c

g=λ

otrzymamy

RcgL242

=ξ (1.13)

gdzie: L - długość syfonu, R - promień hydrauliczny przewodu, c - współczynnik prędkości ze wzoru Chezy obliczony według Manninga

6/11 Rn

c =

dla przewodów kołowych R=d/4 i wzór (1.13) ma postać

dL

cg

dL

2448lub == ξλξ (1.14)

Współczynnik strat na wylocie ξ5

Współczynnik ξ5 określa się korzystając ze wzoru na stratę Borda przy rozszerzaniu się strumienia

( )gVVh2

22−

=∆ (1.15)

gdzie; V2 - prędkość wody w kanale odprowadzającym, V - prędkość wody w syfonie.

Ponieważ we wzorze (1.3) współczynniki odniesione są do wysokości prędkości w syfonie, należy wielkość ∆h określić przez prędkość w przewodzie.

Jeżeli pole przekroju kanału odprowadzającego i wylotu z syfonu wynoszą odpowiednio F i F2 otrzymany!

gV

FF

g

VFF

h

VFFV

VFVF

21

2

12

2

2

2

22

22

−=

⋅

−

=∆

=

⋅=⋅

(1.16)

a więc 2

25 1

−=

FFξ (1.17)

Jeżeli F jest małe w stosunku do wielkości F2, stosunek F:F2 dąży do zera, a współczynnik straty na wylocie będzie wynosił:

0,15 =ξ

1.4. Elementy konstrukcyjne syfonu 1.4.1. Głowice

Pod względem konstrukcyjnym syfon jest najczęściej krótkim przewodem o charakterystycznym wygiętym ku dołowi kształcie. Elementy konstrukcyjne łączące syfon z ciekiem otwartym to głowice (rye.1.7).

Ryś. 1.7. Przekrój podłużny przez głowicę

Zadaniem głowic jest:

wprowadzenie wody do syfonu, przy możliwie jak najmniejszych stratach hydraulicznych i jej wyprowadzenie,

połączenie kanału otwartego z rurociągami przy zachowaniu odpowiedniej szczelności, umożliwienie odcięcia przewodu syfonu od dopływu wody, co umożliwia odwodnienie i oczyszczenie syfonu.

Zależnie od konstrukcji syfonu głowice mogą składać się z: przyczółków, skrzydeł, filarów i płyty dennej, studni pionowych o przekroju kołowym lub prostokątnym.

Głowice syfonów wykonuje się w odwodnionym wykopie. Ściany boczne (przyczółki) przejmują parcie gruntu (zasypki). W przypadku syfonów dwu i więcej przewodowych stosuje się filary, które dzielą głowicę na szereg podłużnych komór. Każda komora połączona jest z jednym przewodem, co umożliwia odcięcie go bez przerwy w pracy pozostałych. Zabezpieczenie przed filtracją i sufozją stanowią ścianki szczelne, zazębienia lub fartuchy iłowe. Niezależnie od tych środków konieczne jest wykonanie drenaży i bezpieczne odprowadzenie wód. przesiąkających. Dla zabezpieczenia przed dostaniem się rumowiska do przewodu syfonu stosuje się w głowicy wlotowej osadniki.

W przypadku głęboko położonych przewodów pod ciekiem przekraczanym stosowane bywają rozwiązania pokazane na rys. 1.9. Pierwsze z nich stosowane jest najczęściej, szczególnie gdy w przewodzie syfonu prędkości nie są duże (1.5 - 2.0 m/s) oraz, gdy dążymy do uzyskania mniejszych strat.

Drugie rozwiązanie spotykane jest rzadziej, na ogół tam gdzie występują duże prędkości wody (około 5.0 m/s) i gdy potrzebne jest rozproszenie energii wody przy wlocie. W tym przypadku straty hydrauliczne wzrastają.

Rys.1.8. Schemat głowicy z osadnikiem

Rys.1.9. Konstrukcja głowic w przypadku, głęboko położonych przewodów

1.4.2. Przewody syfonów

Przewody syfonu na ogół wykonane są jako żelbetowe, stalowe lub azbestowo -cementowe.

Przewody żelbetowe wykonywane na miejscu budowy układane są na zagęszczonym gruncie podłoża i obsypki do wysokości 1/2 - 5/8 średnicy rurociągu. Stopień zagęszczenia i kontroli powinien odpowiadać wymaganiom stawianym przy wznoszeniu nasypów hydro-technicznych (rys.1.10).

Często wykonuje się pod monolitycznym rurociągiem fundament z betonu. Fundament taki jest niezbędny w przypadku układania przewodu z krótkich odcinków rur prefabrykowanych (rys.1.11). W przypadku zastosowania załamań profilu syfonu, wykonuje się bloki oporowe Stosowane są one przede wszystkim w przewodach z półfabrykatów, rzadziej w monolitycznych (rys.1.12)

Rys. 1.10. Ułożenie przewodu żelbetowego na zagęszczonym podłożu

Rys. 1.11. Fundamentowanie przewodu do syfonu składającego się z krótkich odcinków rur

W małych, syfonach melioracyjnych. często nie stosuje się łuków, wykonując zwykłe

załamanie przewodu (ryc. 1.13, 1.14, 1.15). Należy tu zaznaczyć, że straty lokalne na załamaniu najczęściej są bardzo małe w stosunku do strat na długości syfonu.

Rys.1.12. Blok oporowy w miejscu załamania przewodu syfonu

W zasadzie w syfonach monolitycznych dylatacje stosuje się tylko na bardzo długich

przewodach. Koniecznym może być stosowanie dylatacji gdy ma miejsce wyraźna zmiana właściwości gruntu. Obecnie stosuje się przewody dylatowane tylko przy głowicach. Uszczelnianie dylatacji w syfonach musi spełniać szereg warunków. Niezależnie od umożliwienia przemieszczenia się dylatowanych elementów powinno ono zapewnić szczelność jak i być wytrzymałe na działanie znacznych ciśnień.

Rys. 1.15. Załamanie przewodu syfonu melioracyjnego

Rys.1.14. Załamanie przewodu syfonu

żelbetowego Rys.1.15. Załamanie przewodu w przypadku,

gdy konstrukcja jest nie zbrojona

Przykłady uszczelnienia syfonów podano na rys.1.15, 1.16. W przypadku syfonów z półfabrykatów narażonych stale na działanie dużego ciśnienia

wody w gruncie oraz, gdy zachodzi obawa powstania trudności przy odpompowaniu syfonu stosuje się uszczelnienie podane na rys.1.17, 1.18,

Rys.1.16. Uszczelnienie syfonu pierścieniem z zaprawy cementowej

W przypadku stosowania przewodów z prefabrykatów dla uszczelnienia styku rur

stosuje się pierścienie żelbetowe (rys.1.19).

Rys.1.17. Uszczelnienie syfonu pierścieniem żelbetowym

Rys.1.18. Uszczelnienie syfonu wykonanego z rur kołnierzowych

Rys. 1.19. Schemat pierścienia uszczelniającego na stykach rur

Rys.1.20. Zabezpieczenie przewodu syfonu przed dostępem wód gruntowych

Niezmiernie ważnym jest zabezpieczenie syfonu, przed dostaniem się do niego wód

gruntowych. Zjawisko to może mieć miejsce przede wszystkim w okresie odwodnienia syfonu (opróżnienie przewodu). Stosowane bywa wtedy obłożenie przewodu płaszczem z gruntów spoistych (rys.1.20).

W syfonach rurowych o cienkich ściankach nie istnieje praktycznie możliwość naprawy uszkodzonych uszczelnień bez odkopania całego przewodu lub odcinka wymagającego remontu. Uwzględniając przy tym prawdopodobieństwo odkształceń spowodowanych dużymi obciążeniami, należy połączenie rur wykonać co najmniej tak pewnie, jak połączenia przewodów wodociągowych. 1.5. Wybór konstrukcji

Na wybór konstrukcji syfonu mają wpływ przede wszystkim warunki jego eksploatacji i budowy. Ustalając konstrukcję syfonu należy uwzględnić następujące czynniki:

Trudny dostęp do przewodów. Nawet drobne uszkodzenia, które w budowlach o łatwym dostępie mogą być szybko wykryte i usunięte w syfonach w miarę upływa czasu powiększają się i powodują szkodliwe zmiany w gruncie (sufozja i erozja). Skutki uszkodzeń zostają zauważone dopiero wtedy, gdy zmiany w obszarze gruntowym osiągają znaczne rozmiary. Naprawa tych uszkodzeń wycieka natychmiastowych i kosztownych środków zaradczych.

Trudność przeprowadzenia napraw. Dla przeprowadzenia napraw na ogół konieczne jest odkopanie przewodu syfonu, a często związane z tyci przełożenie koryta zabezpieczenie wykopu przed zalaniem i jego odwodnienie. Zakres robót przygotowawczych jest na ogół taki sam, jak przy budowie nowego syfonu.

Koszt robót towarzyszących w stosunku do kosztów syfonu. Przewody syfonu zakładane są głęboko. W przypadku wykonania przejścia pod innym ciekiem dno wykopu fundamentowego znajduje się co najmniej na 1.5-2.0 m poniżej zwierciadła wód gruntowych. Konieczne jest wykonanie grodź, założenie instalacji odwadniających, a często na okres budowy przełożenie koryta przekraczanego cieku. Wymienione roboty przygotowawcze są trudne, skomplikowane i kosztowne, a wykonanie ich wymaga długiego czasu. Przy wyborze konstrukcji syfonu należy także uwzględnić dynamikę przepływu wód, co na wpływ na koszty (średnicę i liczbę przewodów).

Ilość rumowiska niesionego przez ciek. Ma ona wpływ na przyjęcie prędkości przepływu w syfonie oraz konstrukcję głowic (z osadnikiem, bez osadnika). Należy także określić ciśnienie wód gruntowych na poziomie przewodu, co ma wpływ na uszczelnienie przewodu, konieczność wykonania płaszcza z gruntów gliniastych. Bardzo ważne jest takie zaprojektowanie głowic, aby straty przy wlocie były możliwie jak najmniejsze. Prowadzi to do zwiększenia przepustowości syfonu, zwłaszcza, że skrócenie przewodu, zmiana kąta lub promienia łuku nie zawsze są możliwe.

Małe opory przy wlocie uzyskuje się przez odpowiednie ukształtowanie przyczółków (ewentualnie filarów).

Wykonanie skrzydeł wprowadzających o opływowym kształcie jest kosztowne, stosuje się je przeważnie tylko wówczas, gdy jest to niezbędne z uwagi na wielkość strat hydraulicznych.. Należy zaznaczyć, że różnica poziomów wody między wlotem, a wylotem „z” obliczona dla maksymalnej zdolności przepustowej kanału, występuje w syfonach prowadzących wody cieków naturalnych rzadko i krótko, wtedy gdy pojawia się przepływ obliczeniowy.

W pozostałych okresach, objętości przepływu są znacznie mniejsze, a więc mniejsza jest prędkość i straty. Może wystąpić przypadek, gdy zwierciadło wody górnej (na dopływie) wzniesione nad wodą dolną o wysokość „z”, ułoży się poniżej dna kanału górnego lub na takiej wysokości, że w górnej części przewodu utworzy się odskok hydrauliczny (rys.1.21).

Rys.1.21. Wystąpienie odskoku w górnej części przewodu

Rys.1.22. Schemat głowicy z niecką wypadową na wlocie

Zjawisko wystąpienia odskoku w przewodzie nie jest pożądane. Zmienność prędkości

i ciśnień noże powodować dodatkowe obciążenia dynamiczne. Dla uniknięcia tego zjawiska w konstrukcji głowic należy uwzględnić;

Wykonanie niecki wypadkowej przy wlocie przed wejściem do przewodu, o takiej głębokości, aby odskok w niej był zatopiony przez zwierciadło wody w rurociągu. Takie rozwiązanie jest często stosowane ze względu na prostotę i brak konieczności obsługi (rys.1.22).

Możliwość, spiętrzenia wody na odpływie przez założenie zamknięć prowizorycznych (iglic, szandorów). Mankamentem tego rozwiązania jest konieczność obsługi.

Możliwość wykonania zamknięcia na wlotach ze zdławionym wypływem, który odbywa się dołem w specjalnie wykonane,) niecce. Rozwiązanie takie bywa stosowane rzadko i to tylko w dużych syfonach.

Możliwość wykonania obniżenia dna kanału i nadania im większego spadu tuż przed wlotem, tak aby otrzymać połączenie w rodzaju niewielkiego bystrza. Rozwiązanie to jest proste i tanie, lecz może być stosowane, gdy położenie zwierciadła wody w przewodzie wymaga nieznacznego obniżenia dna kanału.

1.6. Wykonawstwo syfonów

Budowa syfonów z uwagi na głębokie ich położenie pod zwierciadłem wód gruntowych jest przedsięwzięciem trudnym i kosztownym. Budowa prowadzona jest w odwodnionym wykopie, umożliwiającym betonowanie przewodu lub wykonanie fundamentu, ułożenie i uszczelnienie elementów prefabrykowanych. Konieczne jest więc wykonanie grodź (ścianek szczelnych) i wgłębne odwodnienie. Przy przekraczaniu większych rzek trudności wykonawstwa poważnie wzrastają; budowa ze względu na długość przewodu musi być wykonywana etapami, ścianki szczelne ze względu na poziom wód w czasie wezbrań muszą być wysokie, a więc wymagają rozparcia, koszty odwodnienia rosną.

Duże koszty i pracochłonność robót przygotowawczych skłaniają do szukania takich rozwiązań konstrukcyjnych i wykonawczych, które nie wymagałyby przy ich realizacji przełożenia cieku, budowy grodź i kosztownego odwadniania.

Takie rozwiązania obecnie bardzo rozpowszechnione, polegają na wykonaniu wykopu w dnie istniejącego cieku i opuszczeniu w przygotowany podwodny rów przewodu uprzednio zamontowanego na brzegu.

Ułożenie przewodu pod wodą może być wykonane przez przeciąganie go po dnie, lub zatapianie z prowizorycznych rusztowań. Stosuje się do tego celu także podpory pływające, albo zatapia swobodnie pływający rurociąg.

Przy budowie syfonów przekraczających maże rzeki stosowane jest najczęściej przeciąganie rurociągu.

Ponieważ wykonany pod. wodą wykop nie może być przygotowany z taką dokładnością jak suchy dół fundamentowy, a w czasie opuszczania rurociągu jest on poddany obciążeniom, zastosowanie omawianego sposobu budowy wymaga użycia przewodów wiotkich, nie wrażliwych na znaczna deformacje. Wymaganiom tym odpowiadają przede wszystkim przewody stalowe, a także wykonywane ostatnio przewody z tworzyw sztucznych.

Przewody żelbetowe są zbyt sztywne, aby posadawiać je na podłożu nie gwarantującym ciągłego podparcia. Równocześnie połączenie tych przewodów uniemożliwia przyjęcie obciążeń -występujących w czasie zatapiania.

Znane są różne sposoby układania przewodów stalowych pod wodą. W budownictwie wodno - melioracyjnym znalazły zastosowanie następujące metody: 1. Opuszczanie przewodu z wykonanych uprzednio wzdłuż trasy syfonów pomostów.

Wykonuje się na ogół dwa pomosty położone po obu stronach osi przewodu oparte o drewniane pale. Przewody zamontowane i pospawane na pomoście po ich obciążeniu wodą lub obciążnikami opuszcza się na linach. Opuszczanie przewodu obywa się w sposób pewny i bezpieczny. Metoda ta ma pewne wady, do których należy zaliczyć: długi okres budowy pomostów, w czasie którego istnieje niebezpieczeństwo zaniesienia przez rumowisko uprzednio wykonanego rowu. w dnie rzeki, stosunkowo duże koszty budowy pomostów. Z uwagi na powyższe wady sposób ten jest rzadko stosowany. 2. Przeciąganie przewodu po spodzie wykopu w dnie rzeki.

Przewód montowany jest na brzegu w przedłużeniu osi syfonu i następnie przeciągany linę z drugiego brzegu. Przeciąganie odbywa się w wykopie wykonanym na przedłużeniu syfonu. W wykopie tym zależnie od wielkości syfonu umieszczony jest tor kolejki wąskotorowej lub podpory rolkowe albo drewniane płozy. Urządzenia te mają za zadanie zmniejszenie oporów rucha i kierowanie przewodu do miejsca jego ułożenia. Po ułożeniu przewodu na trakcie i przyczepieniu do niego liny, uprzednio przerzuconej przez rzekę na przeciwny brzeg, następuje przeciąganie rurociągu. Rurociąg początkowo przesuwa się po płozach (ewentualnie rolkach, wózkach), a następnie pod dnie wykopu wodnego. Lina

przeciągana jest przez ciągnik lub przy pomocy wciągarek. Dla łatwiejszego przeciągania i uniknięcia wspierania się o grunt czołowej części zamykającej rurociąg, wykonuje się ją, w postaci stożka.

Wskazane jest także lekkie wygięcie ku górze tej części syfonu. Bardzo ważne jest odpowiednie obciążenie przewodu. Musi być ono takie, aby przewód nie wypływał i nie był znoszony przez wodę, a równocześnie zbyt duże obciążenie przyczyna się do utrudnienia przeciągania przewodu. Wykonane izolacje należy obronić przed uszkodzeniem w czasie przeciągania przez obłożenie przewodu drewnianymi listwami.

Krótkie małe syfony przeciąga się nie obudowując traktu i przesuwając rurociąg bezpośrednio po gruncie. Można także wykonany rów na odcinku nadwodnym dla ułatwienia przeciągania napełnić wodą.

Zaletą omawianego sposobu jest możliwość przystąpienia do przeciągania natychmiast po wykonaniu rowu, co znacznie skraca czas budowy. Wadą tej metody jest możliwość uszkodzenia izolacji. 3. Zatapianie przewodu za pomocą żurawia lub ustawionych na brzegach żurawi.

W tym przypadku przewód montowany jest na brzegu równolegle do osi przekraczanego cieku, a następnie spuszczany na wodę z pochylni lub przy użyciu żurawia. Następnie naprowadza się go na miejsce ułożenia, obciąża i zatapia. Dodatnią stroną tej metody jest możliwość wykonania prac bardzo szybko, przy prawie niezmienionym kształcie wykopanego rowu. Wadą tej metody jest trudność określenia wszystkich obciążeń i ich kierunków działania występujących w czasie opuszczania rurociągu. Stwarza to pewne trudności przy doborze żurawi o określonym udźwigu. Metoda ta znalazła zastosowanie w budownictwie wodno-melioracyjnym.

W ostatnich latach wypróbowany został jeszcze jeden sposób układania syfonów, stosowany dotychczas tylko dla przeprowadzania przewodów i kabli pod szerokimi i głębokimi ciekami.

Zastosowano tu wieloczynnościowe urządzenie, które drąży potrzebny wykop w dnie i układa w nim przewody. Głównym elementem tego urządzenia jest prostokątna rura stalowa o silnej konstrukcji zawieszona na statku lub pontonie i opuszczana pionowo na dnie rzeki. Dolny koniec rury w formie dłuta jest zaostrzony w kierunku przewidzianego ruchu urządzenia. Posiada on także kilka dysz, z których wypływa woda pod ciśnieniem 10-12 atm, w ilości 8000 - 12000 l/min. Drąży ona w dnie szczelinę o szerokości 50-59 cm. W szczelinę tę układa się wiotkie przewody zwisające z tylnej części pionowej rury i wyprowadzane z niej za pomocą kolanka.

Kolanko to zmienia kierunek zwisającego przewodu z pionowego na poziomy przewód wysuwa się s rwy na skutek ruchu całego urządzenia przeciąganego zgodnie a kierunkami drążonego kanału. Przewody okładane w ten sposób musi cechować znaczna elastyczność, dlatego metoda ta może mieć zastosowanie tylko do przewodów z tworzyw sztucznych (polietylenowych) lub stalowych falistych.

Ograniczona jest także średnica przewodu, która nie powinna przekraczać 30 cm. Po ułożeniu przewodu i przesunięciu się urządzenia do przodu szczelina ulega

samoczynnemu zasypaniu. Drążenie za pomocą opisanego urządzenia w gruntach spoistych jest możliwe po wprowadzeniu go w drganie za pomocą przyczepionego wibratora.

ROZDZIAŁ 2

Przykłady rozwiązań konstrukcyjnych 2.1. Syfony rurowe ze studzienkami żelbetowymi

W budownictwie wodno-melioracyjnym często znajdują zastosowanie syfony rurowe ze studzienkami żelbetowymi pionowymi. Zakres ich stosowalności jest ograniczony różnicą wysokości między zwierciadłem wody w kanale dopływowym, a osią przewodu. Wielkość ta nie powinna przekraczać 5.0 m. Na rys.2.1 przedstawiono konstrukcję syfonu rurowego ze studzienkami żelbetowymi o przekroju prostokątnym typ J-1.

Studzienki żelbetowe o wysokości ścianek do 4.50 m wykonywane są na miejscu budowy. Ponieważ obliczone zbrojenie studzienki posiada minimalną ilość stali dopuszczalną według normy dla tej grubości ścianki, przeto przy studzienkach o ściankach niższych zbrojenie daje się w takim samym układzie, zmniejsza się tylko ogólna ilość wkładek, odpowiednio do zmniejszonej wysokości ścianek studzienek. Wymiary syfonu mogą być następujące: a) średnica rurociągu d = 100 cm

przekrój studzienki 100 x 120 cm b) średnica rurociągu d = 80 cm

przekrój studzienki 100 x 100 cm Fundament studzienki grubości 20 cm, spoczywa na 10 cm grubości chudym betonie

o Rw = 90 kG/cm2. Studzienki posiadają 50 cm głębokości osadniki. Przykrycie studzienek składa się z 3 płyt o szerokości 35 cm i grubości 8 cm. Odcięcie

dopływu wody umożliwiają zamknięcia zakładane o przekroju 6,6 x 10 cm i długości 1.50 m. Syfon wyposażony jest w kraty wykonane z płaskowników 30 x 4 mm. Koryto cieku przy wlocie i wylocie ubezpieczone jest kamienia naturalnym lub sztucznym na podsypce żwirowej. Jako kamienie sztuczne stosuje się dybie, trylinki lub płyty prostokątne.

Rurociąg wykonany jest z rur żelbetowych o wymiarach d = 100 cm i długości 1,0 m. Ułożony jest on na warstwie chudego betonu Rw = 90 kG/cm2, grubości 30 cm. Przed dostaniem się wód gruntowych do syfonu zabezpiecza go 50 cm warstwa gliny.

Styki rur uszczelnione są papą na lepiku. Syfony tej konstrukcji mogą być posadowione na wszystkich rodzajach piasku (oprócz próchnicznych luźnych) jak również na niektórych gruntach spoistych - zgodnie z PN-59/B-03020.

Przy układaniu rurociągu w gruncie mineralnym nawodnionym wykop otacza się ścianką szczelną. 2.1.1. Obliczenia statyczne studzienki o wymiarach 100 z 120 cm, wysokości 4,50 m

i średnicy rurociągu d = 100 cm.

Studzienka obliczona jest jako konstrukcja ramowa, w której momenty węzłowe wynoszą (rys.2.2):

11

121 2

2

++

−=k

kqlM Bβ (2.1)

R

ys. 2

.1. S

yfon

ze

stud

zien

kam

i pio

now

ymi ż

elbe

tow

ymi –

typ

J-1

Rys.2.2. Schemat do obliczenia statycznego studzienki prostokątnej

a) momenty przęsłowe

EDB

ECA

MqlMM

MqbMM

+==

+==

8

82

2

(2.2)

gdzie: b, l - wymiary studzienki w świetle (b - bok krótszy, l - bok dłuższy),

1

2

IIk

lb

=

=β

I1, I2 - momenty bezwładności przekrojów ścian, q - obciążenie jednostkowe ścian parciem gruntu.

Parcie ziemi na ściankę o wysokości h wynosi:

−=

245

22

2 ϕγ tghP (2.3)

Kąt tarcia wewnętrznego gruntu przyjęto ϕ = 25° przy h = 4,5 m P = 8,20 T h1 = 4,4 m P1 = 7,85 T

Obciążenie jednostkowe na pas szerokości 0,1 m wynosi q1 = P – P1 = 0,35 T/m, a na pas szerokości 1,0 m, q1 = 10 q1 = 5,5 T/m.

Momenty i odpowiednio wynoszą: ME = 0,462 Tm MA = MC = 0,118 Tm MB = MD = 0,355 Tm

Siły osiowe:

TqbS

TqlS

0,22

35,22

2

1

==

==

gdzie: l = 1,20, b = 1,0 m (rys.2.2).

Naprężenia: a) przy węzłach, uwzględniając większą siłę S1,

cmg

bgW

WM

FS E

156

2

12,1

=

=

±=σ

(2.4)

σ1 = 14,07 kG/cm2; σ2 = -10,93 kG/cm2 b) w środku ścianki dłuższej

WM

FS B±= 2

2,1σ (2.5)

σ1 = 10,28 kG/cm2; σ2 = 7,62 kG/cm2 c) w środku ścianki krótszej

WM

FS A±= 1

2,1σ (2.6)

σ1 = 4,72 kG/cm2; σ2 = -1,58 kG/cm2 Obliczenia zbrojenia ścianki przy

σz = 1200 kG/cm2; Rw = 170 kG/cm2 a) na węzłach przy ME z obliczeń mamy: FZ = 3,4 cm2 przyjęto 10 ∅ 8 mm o FZ = 5,03 cm2, b) w środku ścianki dłuższej, FZ = 2,58 cm2, ze względów konstrukcyjnych przyjęto również 10 ∅ 8 mm, c) w ściance krótszej przyjęto identyczne zbrojenie.

Powyższy układ zbrojenia zastosowano w studzience do poziomu dna rowu. Powyżej studzienka przekształca się w ramę otwartą. Ścianki równoległe do rurociągu oblicza się jako wsporniki, ściankę poprzeczną - jak belkę dwustronnie zamocowaną. Obciążenie jednostkowe, obliczone jak wyżej wynosi q = 0,8 T. Obliczenie momentów maksymalnych: węzłowy wspornikowy

TmqlM E 53,02

2

==

w środku ścianki poprzecznej

TmqlM A 061,024

2

==

Obliczenia zbrojenia: a) na węzłach z obliczeń FZ = 4,1 cm2, przyjęto 10 ∅ 8 mm, FZ = 5,03 cm2, b) w środku ścianki poprzecznej ze względów konstrukcyjnych dano również 10 ∅ 8 mm, tj. więcej w porównaniu do FZ obliczonego; c) w ściance wspornikowej przyjęto 5 ∅ 8 mm.

2.1.2. Obliczenia płyty fundamentowej studzienki

Rys.2.3. Schemat do obliczenia płyty fundamentowej studzienki

Ciężar studzienki G = 8,48 T. Powierzchnia płyty fundamentowej w obrysie ścianek

studzienki F = 1,95 m2 , grubość płyty g = 0,20 m (rys.2.3). Naprężenie na grunt przy obciążeniu osiowym wynosi

2/435,0 cmkGFG

==σ

Wielkość naprężeń zezwala na posadowienie studzienki na żwirach i pospółkach oraz prawie na wszystkich rodzajach piasku (oprócz próchnicznych luźnych), jak również na niektórych gruntach spoistych - zgodnie z PN-59/B-05020.

W gruntach o mniejszej wytrzymałości wymagane jest posadowienie syfonu na ruszcie.

Obliczenie maksymalnych momentów: 2qamM aa = (2.7)

gdzie: ma - współczynnik zależny od stosunku długości bolców a:b, q - obciążenie jednostkowe płyty, a - długość boku płyty (rys.2.3), Ma - 0,189 Tm,

2qbmM bb = (2.8) gdzie: mb - współczynnik zależny od stosunku długości boków b:a, Mb - 0,300 Tm.

W rezultacie obliczeń przyjęto zbrojenie w kratę 5 ∅ 8 mm. 2.1.3. Obliczenie przykrycia studzienki

Zaprojektowano przykrycie składająca się z trzech płyt o szerokości 35 cm każda. Przyjęto następujący schemat obliczeniowy: płyta swobodnie podparta na dwóch końcach, grubość płyty 8 cm. Przyjęto obciążenie całkowite płyty q1 = 400 kG/cm2. Na jedną płytę przypada q = 0,140 T/m. Moment maksymalny

TmqlM 03,08

2

==

Obliczone zbrojenie: FZ = 0,45 cm2, Przyjęto konstrukcyjnie w płycie 3 ∅ 6 mm tj. FZ = 0,84 cm2.

Wkładki rozdzielcze ∅ 6 mm co 20 cm. W tabeli 2.1 przykładowo podano zestawienie materiałów potrzebnych do wykonania

syfonu Typu J-1.

Tabela 2.1 Zestawienie materiałów potrzebnych do wykonania syfonu typu J-1 ze studzienkami,

o średnicy rurociągu d = 100 cm, długości L = 13,0 m, studzienka 100 x 120 cm, wysokość h = 4,4 m, H = 0,7 m, t = 0,8 m

(oznaczenia jak na rys. 2.1)

Specyfikacja Całkowita ilość Lp. Materiał Przekrój Długość

[m] Ciężar [kg]

Ilość [szt.] Jednostki Ilość

1

2

5

4

5 6 7

8 9

10 11

12 13

14 15 16 17 18 19 20 21 22

Drewno Deski lub bale na ściankę zakładaną Drewno szczapowe na kołki do darniny Drewno do deskowania

Stal Stal strojeniowa Prowadnice Płaskownik na kratę Kątownik na kratę Trzpień, hak Klamry włazowe Gwoździe ciesielskie Okucia ciesielskie

Inne Rury żelbetowe Dybie betonowe Beton Rw -170 kG/cm2 Beton Rw -90 kG/sm2 Glina Darnina Żwir na podsypkę Lepik bitumiczny Sznur smołowany Farba miniowa Farba olejna

6,6x10 cm - -

∅ 8 mm ∅ 6 mm

65 30x4 mm 40x40x 4mm

∅ 12 mm ∅ 16 mm

- -

d = 100 cm 30x24xl5x

x15 cm - - - - - - - - -

1,30 - - - -

1,30 - -

0,40 0,90

- -

1,0 - - - - - - - - - -

- - - - - - - - - - - -

564

20 - - - - - - - - -

7 - - - - - - - -

16 - -

13

3850 - - - - - - - - -

m2

mb m3

kg kg kg kg

kg kg kg kg kg

szt.

szt. m3 m3 m3 m3 m3 kg kg kg kg

0,06

0,24 0.70

258,8 76,4 36.9 18,0

9.7 1,0

23,0 6,0 4,0

13

3850 6,5 6,0

22.0 96,0 38,0 46,6 70,0 1,60 2,60

R

ys. 2

.4. P

rzek

rój p

odłużn

y i r

zut p

ozio

my

syfo

nu ty

pu S

n-1

(ozn

acze

nia

poda

no n

a ry

s. 2.

5.)

2.2. Syfony typu Sn-1 2.2.1. Ogólna charakterystyka

Syfony tego typu zaleca się stosować w przypadku, gdy ciek przekraczany prowadzi wodę okresowo. Poziom wody gruntowej powinien być stosunkowo niski, tak aby odwodnienie dołu fundamentowego można było wykonać łatwym sposobem; na przykład poprzez bezpośrednie pompowanie wody z dna wykopu.

Syfon może być posadowiony w gruntach! poniżej spodu fundamentów gruncie mineralnym, powyżej spodu fundamentów przyczółków - w mineralnym lub organicznym dobrze rozłożony. 2.2.1.1. Opis konstrukcji

Na rys.2.4, 2.5 przedstawiono ogólną konstrukcję syfonu. Przewody syfonu wykonane są z rur żelbetowych z wpustami, uszczelnionych na styku pierścieniami.

Rys.2.5. Przekroje poprzeczne syfonu Sn-1

Na załamaniach przewodu znajdują się bloki oporowe. Pierścienie uszczelniające oraz

bloki wykonane są na miejscu z betonu hydrotechnicznego Rw - 170 (rys.2.6, 2.7). Podłoże pod przewodami wykonuje się z betonu Rw -110 kG/cm2. Przyczółki (wlotowy i wylotowy) stanowią doki monolityczne żelbetowe z betonu hydrotechnicznego Rw - 170 (rys.2.8).Podłoże pod dokami przyczółków wykonane jest z betonu Rw-110 kG/cm2, na podsypce z pospółki (rys.2.9). Podłoże pod rurociągiem etanowi blok betonowy wykonany z betonu Rw-110. Zamieszczona poniżej tabela podaje wymiary bloku w zależności od średnicy syfonu (rys.2.10). Izolację zarówno przyczółków jak i przewodów wykonuje się

przez dwukrotne smarowanie lepikiem na gorąco. Syfon wyposażony jest w kratę, w której ramę stanowią kątowniki, a do nich przyspawane są płaskowniki (rys.2.11).

Rys. 2.6. Pierścień uszczelniający na stykach rur

Rys. 2.7. Blok na załamaniach przewodu – syfon Sn-1

R

ys. 2

.8. P

rzyc

zółe

k sy

fonu

Sn-

1, z

broj

enie

Rys.2.9. Podłoże pod przyczółkiem syfonu

Sn-1 Rys. 2.10. Blok oporowy pod rurociągiem

syfonu Sn-1

Rys.2.11. Krata stalowa zamocowana v głowicach syfonu

Ubezpieczenie dodatkowe stanowią płyty betonowe na podsypce z pospółki,

ograniczone krawężnikami z betonu Rw-140 kG/cm2. Na zakończeniu płyt betonowych wykonano narzut z kamienia łamanego. Powyżej płyt betonowych na kanale doprowadzającym ubezpieczenie stanowi darniowanie na płask z przybiciem kołkami.

2.2.1.2. Technologia robót wykonawczych

Roboty konstrukcyjne i ubezpieczeniowe należy prowadzić wyłącznie w odpowiednio odwodnionym dole fundament owym. Wykop tego dołu może być wykonany ręcznie lub mechanicznie, lecz osiągnięcie projektowanych rzędnych powinno odbywać się przez wyrównanie ręczne. Układanie przewodu rozpoczyna się od odcinka najniżej położonego. Betonowanie przyczółków może nastąpić po ułożeniu całego syfonu.

Prowadnice do krat i zamknięć należy przyśrubować po rozdeskowaniu przyczółków, ale przed wykonaniem zasypki. Zasypkę zarówno rurociągu jak i przyczółków wykonuje się gruntem sypkim, warstwami starannie ubijając. 2.2.2. Obliczenia hydrauliczne syfonu Sn-1

Obliczenia hydrauliczne sprowadzają się do: doboru średnicy syfonu; obliczenia długości;, obliczenia strat syfonu, określenia długości ubezpieczeń.

2.2.2.1. Dobór średnicy syfonu

Średnicę syfonu przyjmuje się zależnie od wielkości przepływu miarodajnego, ustalonego indywidualnie dla danej budowli, przy jednoczesnym zachowaniu warunków ograniczających prędkości w syfonie. Graniczną prędkość wody w syfonie oraz odpowiednią jego przepustowość można określić na podstawie tabeli 2.2.

Zaleca ale tak dobrać średnicę syfonu, aby prędkość wody odpowiadają- ca przepływowi obliczeniowemu wahała się w granicach 1,2 - 1,6 m/s. Przy doborze średnicy syfonu można korzystać z wykresu, na którym funkcję średnicy D stanowią przepływy Q i prędkości wody w syfonie V (rys.2.12).

Rys.2.12. Wykres do ustalenia średnicy syfonu Sn-1

Tabe

la 2

.2

Gra

nicz

ne p

rędk

ości

, prz

epus

tow

ość

oraz

pod

staw

owe

wie

lkoś

ci sy

fonu

typu

Sn-

1

Gra

nicz

ne p

rędk

ości

w

ody

w sy

foni

e dl

a pr

zepł

ywu

mia

roda

jneg

o

Prze

pust

owość

syfo

nu

przy

gra

nicz

nych

pręd

kośc

iach

wod

y

Mak

sym

alne

w

ymia

ry c

ieku

pr

zekr

acza

nego

Min

imal

ne

głęb

okoś

ci

przy

kryc

ia

prze

wod

u

Min

imal

na

szer

okość

prze

jazd

u na

d pr

zew

odem

Mak

sym

alna

dł

ugość

syfo

nu w

os

i pr

zew

odu

Typ

syfo

nu

i śre

dnic

a w

ewnę

trzna

. ru

r D

[cm

] V

min

[m

/s]

Vm

ax

[m/s

] Q

min

[m

3/s]

Q

max

[m

3/s]

Głę

b. t 0

[m

] Sz

er. d

na.

[m]

Głę

b. t 2

[m

] Głę

b. t 3

[m

] sz

erok

ość

„a”

[m]

dług

ość

„l”

[m]

Sn-1

60

80

100

125

1,0

0,6

0,6

0,6

2.0

2,0

2,0

2,0

0,28

3 0,

301

0,47

1 0,

736

0,56

6 1,

004

1,57

0 2,

454

2,0

2,0

2,0

2,0

4,0

4,0

4,0

4,0

0,6

0,6

0,6

0,6

0,6

0,6

0,6

0,6

5,0

3,0

5,0

3,0

40

40

40

40

UW

AGA

D

opus

zcza

się

wyk

orzy

stan

ie p

rzej

azdu

nad

syfo

nem

, do

proj

ekto

wan

ia d

róg

roln

iczy

ch głó

wny

ch lu

b zb

ioro

wyc

h o

dopu

szcz

alny

m o

bciąże

niu

5T n

a po

jedy

nczą

oś p

ojaz

du

Ozn

acze

nia

sym

boli

poda

no n

a ry

s.2.4

, 2.5

.

2.2.2.2. Obliczenie długości syfonu

Długość syfonu określa się w osi przewodu jak i w rzucie poziomym. Długość syfonu w osi wynosi:

L = l1 + l2 + l3 + l4 + l5 + 4f (2.9) Długość syfonu w rzucie poziomym wynosi w przybliżeniu:

L0 = l1 + l4 + l5 + 2f + cosα (l2 + l3 + 2f) (2.10) Przy nachyleniu pochyłej części syfonu 1:2,5, α = 22°, cos α = 0,95 mamy:

L0 = l1 + l4 + l5 + 2f +0,95 (l2 + l3 + 2f) (2.11) lub według wzoru uproszczonego przy założeniu, że 2f cos α = 2f

L0 = L – 0,07 (l2 + l3) (2.12) gdzie długości odcinków syfonu l1, l2, l3, l4, l5, f (oznaczono na rys. 2.4) oblicza się według następujących zasad: l1 = B l2 i l3 - długości odczytane z tabeli 2.5. dla ustalenia średnicy syfonu D, oraz różnicy poziomów dna między ciekiem przekraczanym i przekraczającym t0 – t oraz t0 – t1.

l4 = l5 = m(t0 + t4) + a - W (2.13) gdzie: m - współczynnik pochylenia skarp cieku przekraczanego, t4 - wysokość nasypu między przyczółkiem a ciekiem przekraczanym, zależna od

przyjętej głębokości przykrycia rurociągu t2 (m), t0 - głębokość cieku przekraczanego (m), a ≥ 3m - przyjęta szerokość przejazdu nad syfonem (m), W - wielkość odczytana z tabeli 2.3 dla danej średnicy D, oraz różnicy poziomów dna

cieków t0 - t i t0 –t1. W praktyce obliczoną wielkość l4 zaokrągla się do wymiarów stanowiących

wielokrotność 0,5 lub 1,0 m, a przyjętą szerokość przejazdu „a” koryguje o wielkość zaokrąglenia wymiaru l4.

Tabela 2.3 Tabela dla ustalenia wielkości l1 i l3 oraz W - syfon typu Sn-1

D = 60 D = 80 D = 100 D = 125 t0-t

(t0-t1) l2(l3) t3 W l2(l3) t3 W l2(l3) t3 W l2(l3) t3 W -0,6 -0,5 -0,4 -0,5 -0,2 -0,1

0 0,1 0.2 0,5 0,4 0.5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1.2 1,3 1,4

2,0 2,0 2,5 2,5 3,0 3,0 5,5 5,5 4,0 4,5 4,5 5.0 5.0 5,5 5,5 6,0 6.0 6,5 6,5 7,0 7,5

0,76 0,66 0,73 0,65 0.71 0,61 0,70 0,60 0,68 0,77 0,67 0.75 0,65 0,74 0,64 0,72 0,62 0,71 0,61 0,69 0,78

2,15 2,15 2,62 2,62 5,08 3,08 3,55 3,55 4,01 4,48 4,48 4,94 4,94 5,41 5.41 5,87 5,87 6,34 6,54 6,80 7,27

2,5 2,5 3,0 3,0 3,5 3.5 4,0 4,5 4,5 5,0 5,0 5,5 5.5 6,0 6,0 6.5 6,5 7,0 7,0 7,5 8,0

0,74 0,64 0,72 0,62 0,71 0,61 0,69 0,78 0,68 0,76 0,66 0,75 0,65 0,75 0,65 0,72 0,62 0,70 0,60 0,69 0>77

2.56 2.56 3,02 3,02 3,49 3,49 3,95 4,42 4,42 4,88 4,88 5,35 5,35 5,81 5,81 6,28 6,28 6,74 6,74 7,21 7,67

3,0 3,0 5,5 3,5 4,0 4,5 4,5 5,0 5.0 5,5 5,5 6,0 6,0 6,5 6,5 7,0 7,0 7,5 8,0 8,0 8,5

0,72 0,62 0,71 0,61 0,69 0,78 0,68 0,76 0,66 0,75 0,65 0,73 0,63 0,72 0,62 0,70 0,60 0,69 0,77 0,67 0,76

2,79 2,79 3.26 3,26 3,72 4,19 4,19 4,65 4,65 5,12 5,12 5,58 5,58 6,05 6,05 6,51 6,51 6,98 7,44 7,44 7,91

3,5 4,0 4,0 4,5 4,5 5,0 5,0 5,5 5,5 6,0 6,5 6,5 7,0 7,0 7,5 7,5 8,0 8,0 8,5 8,5 9,0

0,66 0,74 0.64 0,73 0,65 0,71 0,61 0,70 0,60 0,68 0,77 0,67 0,75 0,65 0,74 0,64 0,72 0,62 0,71 0,61 0,69

3,26 3,72 3,72 4,19 4,19 4,68 4.65 5,12 5,12 5,58 6,05 6,05 6,51 6,51 6,98 6,98 7,44 7,44 7,91 7,91 8,37

Tabela 2.4 Wymiary elementów konstrukcyjnych syfonu typu Sn-1 (cm)

D s u k e b1 c f 60 80 100 125

8 8 10 12

90 110 135 165

140 140 140 160

255 265 295 525

86 100 125 150

75 80 90 100

22 25 50 55

gdzie: s - grubość ścianki przewodu, u - szerokość ławy fundamentów pod przewodem, k - wysokość położenia kładki roboczej w stosunku do dna kanału doprowadzającego, e - długość ubezpieczenia płytą, b1 - szerokość kładki roboczej, c - długość fundamentu bloków oporowych, f - długość przewodu na załamaniu.

Przykład: Obliczyć długość syfonu typu Sn-1 w osi przewodu L i w rzucie poziomym L. Dane: D = 100 cm, t0 = 1,50 m, t – t1 = 1,20 m, t2 = 0,60 m,

B = 5,0 m, 1 : m = 1 : 2, a = 5,0 m. L = l1 + l2 + l3 + l4 + l5 + 4f

l1 = B = 3,0 m l2 = l3 = 5,5 m

(według tabeli 2.5) dla D = 100 oraz t0 - t = t0 – t1 = 1,50 - 1,20 = 0,50 m l4= l5= m (t0 + t4) + a – w

t4 = D + s + t2 – t = 1,0 + 0,10 + 0,60 - 1,20 = 0,50 m gdzie: s = 0,10 dla D = 100 przyjęto według tabeli 2.4 w = 5,12 m według tabeli 2.4 dla D = 100, oraz t0 - t = 0,30 m

4f = 4 x 0,50 = 1,20 m gdzie f przyjęto dla D = 100 według tabeli 2.4

l4 = l5 = 2 (1,50 + 0,50 ) + 3,0 - 5,12 = 1,88 m przyjęto l4 = 2,0 m

L = 3,0 + 5,5 + 5,5 + 2.0 + 2,0 + 1,20 = 19,2 m L0 = l1 + l4 + l5 + 2f + 0,93 (l2 + l3 + 2f)

L0 = 3,0 + 2,0 + 2,0 + 0,60 + 0,95 ( 5,5 + 5,5 + 0,60) L0 = 18,59 m

2.2.2.5. Określenie wysokości strat hydraulicznych

W rozdziale 1 podano teoretyczne podstawy obliczenia wysokości strat w syfonach. Całkowitą wysokość strat hydraulicznych oblicza się w oparciu o przekształcone

równanie Bernoulliego

( )g

Vg

Vz22

20

3

2

5421 ξξξξξ ++++= (2.14)

gdzie: ξ1 - współczynnik strat na wlocie, ξ2 - sumaryczny współczynnik strat na 4 załamaniach, ξ3 - sumaryczny współczynnik strat na 2 kratach, ξ5 - współczynnik strat na długości przewodu, V - prędkość wody w syfonie, V0 - prędkość wody dopływającej bezpośrednio przed wlotem do kraty, g - przyspieszenie ziemskie.

Wysokość strat jako funkcję prędkości wody w syfonie oraz jego długości i przyjętej średnicy syfonu można określić przy pomocy wykresów (rys. 2.15).

Rys.2.13. Wykres dla określenia strat w syfonie typu Sn-1 v zależności od średnicy syfonu D,

prędkości wody w syfonie V oraz jego długości L : D - średnica wewnętrzna syfonu w cm, L – długość przewodu syfonu w m, z - straty hydrauliczne w cm,

V - prędkość przepływa wody w m/s 2.2.2.4. Ustalenie długości ubezpieczeń

Długość ubezpieczeń poniżej wylotu – L6 można obliczyć za pomocą wzoru stosowanego w radzieckich typowych syfonach

DVVkL

r

=6 (2.15)

gdzie; k = 2,2 - współczynnik ustalony laboratoryjnie dla przewodów jednootworowych, V - prędkość wody w syfonie, Vr - dopuszczalna prędkość wody w cieku ze względu na rozmycie dna, określona

z tabeli 2.5, D - średnica przewodu.

Ma podstawie powyższego wzoru opracowano wykres, gdzie długość ubezpieczeń określono jako funkcję średnicy przewodu D, oraz prędkości wody w syfonie V (rys.2.14). Wartości te określono dla Vr = 0,6 m/s. Przy innych wielkościach Vr należy stosować mnożniki podane w tabeli 2.6.

Rys.2.14. Wykres do określenia długości ubezpieczenia L6 w zależności od średnicy syfonu D

i prędkości wody w syfonie V. Oznaczenia: V - prędkość wody w syfonie w m /s, L6 - długość ubezpieczenia poniżej wylotu w m, D- średnica wewnętrzna przewodu w cm

Tabela 2.5

Dopuszczalne prędkości Vr (m/s) dla różnych rodzajów gruntu Dopuszczalna prędkość średnia Vr (m/s) przy

średniej głębokości Lp. Rodzaj materiału dna 0,4 m 1,0 m 3,0 m

1.

2.

5. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.

Gliny tłuste (frakcje d ≤ 0,005 mm ponad 50 % zależnie od zwięzłości Gliny piaszczyste (frakcje d ≤ 0,005 mm do 30 %) Less zależnie od zwięzłości Torf w złożach Ił zależnie od zwięzłości Piasek drobny Piasek średni Piasek gruboziarnisty Żwir drobny Żwir średni Żwir gruby Otoczaki

0,4 - 0,7

0,8-0,95 0,45-0,75 0,5 - 1,2

0,15- 0,25 0,55 0,45 0,55 0,70 0,80 0,90

1.0 - 1,5

0,4 - 0,9

1,0 - 1,2 0,6 - 1,0 0,7 - 1,5

0,25- 0,55 0,50 0,60 0,75 0,90 1,10 1,20

1,55- 1,9

0,6 - 1,5

1.5 - 1,6 0,9 - 1,45 1,0 - 2,0 0,4 - 0,5

0,75 0,80 1,10 1.20 1,60 1,80

2,0 - 2,8

Tabela 2.6

Vr 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 Mnożnik 3,0 2,0 1,5 1,2 1,0 0,86 0,75 0,67 0,6

Na rysunku 2.14 podano wykresy dla określenia wielkości strat w syfonie typu Sn-1, w zależności od średnicy B syfonu, jego długości L i prędkości przepływu wody V. Długość ubezpieczeń powyżej wlotu wynosi 0,6 L6, lecz mniej niż 2,0 m. Długość ubezpieczeń na cieku przekraczanym można ustalić ze wzoru:

L7 = B + B0 gdzie; B - szerokość dna cieku przekraczanego, B0 - szerokość przewidywanego wykopu na poziomie dna cieku przekraczanego.

Skarpy na cieku przekraczającym należy ubezpieczyć płytami betonowymi na wysokość 10 cm nad poziom wody w cieku. Poziom ten określa przepływ miarodajny przyjęty do obliczeń hydraulicznych.

Skarpy cieku przekraczanego należy ubezpieczać na wysokość 50 cni ponad poziom wody normalnej licząc po skarpie cieku.

2.2.5. Technologia wykonywania robót

Roboty betonowe i ubezpieczeniowe wykonuje się w odwodnionym dole fundamentowym. Wykop dołu fundamentowego pod przewód oraz jego ułożenie i zasypanie może być wykonane pod wodą lub w odwodnionym wykopie zależnie od przyjętej technologii wykonania dołu fundamentowego.

Dno po wykonaniu wykopu wyrównuje się tak, aby przewód na całej długości spoczywał na gruncie.. W przypadku ułożenia syfonu pod rzeką kontrolę rzędnych dna przeprowadza się przy pomocy sondowania tyczką (ewentualnie łatą geodezyjną) zakończoną krążkiem o średnicy 20 cm.

Przyczółki zależnie od wielkości budowli, istniejących warunków oraz przyjętej technologii wykonania może być montowany bezpośrednie w dole fundamentowym albo na terenie obok wykopu lub grodzy. W tym drugim przypadku może być on opuszczony, spławiany lab przeciągany pracz ciek, a następnie zatapiany.

Przyczółki wykonuje się po ułożeniu przewodu w dnie wykopu. Po wykonaniu przyczółków przewód zalewa się wodą, która nie powinna zawierać zanieczyszczeń. Prowadnice do przemieszczania się krat należy przyśrubować do ścian przyczółków po ich rozdeskowaniu ale przed wykonaniem zasypki. Zasypkę stanowi materiał sypki starannie ubijany warstwami.

ROZDZIAŁ 3

Syfony z prefabrykatów 3.1. Przykłady rozwiązań konstrukcyjnych

W rozwiązaniach konstrukcyjnych syfonów nie obserwuje się takiej różnorodności form i koncepcji jak w niektórych innych budowlach. Najistotniejszą i najbardziej pracochłonną w wykonaniu część konstrukcji stanowi przewód decydujący o całości rozwiązania i ograniczający możliwości swobodnego kształtowania budowli.

W Polsce wykonywano syfony jako budowle częściowo Montowane z elementów gotowych. Stosowano zwykle przewody układane z rur żelbetowych z betonowymi na miejscu budowy głowicami (wlotową i wylotową).

Przykładem takiego rozwiązania może być syfon przeprowadzający wodę pod kanałem energetycznym (rys.3.1). Syfon o zdolności przepustowej Q = 5,50 m/s, przy spadzie z = 0,36 m i prędkości przepływu wody w syfonie V = 1,79 m/s wykonany był z rur żelbetowych o średnicy D = 140 cm i długości 100 cm. Rury łączono zaprawą cementową obłożoną warstwa glinobetonu. Posadowione były one na fundamencie glinobetonowym grubości 40 cm. Odcinki przewodu na jego załamaniach wykonywane były na mokro podobnie jak i głowice. Syfon ułożony w odwadnianym wykopie utrzymuje się dobrze.

Na rys. 3.2 przedstawiono typowy syfon z rur azbestowo - cementowych. Syfony te o średnicy 50 i 40 cm wykonywane są na fundamencie betonowym lub z gruntobetonu. Łączenie rur według metody Simplex. Załamanie przewodu wykonuje się z kształtek żeliwnych lub stalowych.

Syfony te mogą być stosowane, gdy poziom wód gruntowych układa się nisko, a montaż przewodu możliwy jest bez odwodnienia lub przy prostym odwodnieniu powierzchniowym o depresji 50 - 100 cm. W przypadku wyższego poziomu wód gruntowych wskazane jest zastosowanie rur stalowych. Syfony z krótkich rur żelbetowych o średnicach 80, 100, 125 cm posadawiane są na wykonanym na miejscu budowy fundamencie. Wymagane jest w tym przypadku wykonanie przewodu w suchym wykopie. Wloty i wyloty syfonów wykonuje się z prefabrykowanych elementów dokowych, takich samych, jakie są wykonywane dla przepustów z zastawkami (rys.3.3).

Syfony żelbetowe wykonywane obecnie w Związku Radzieckim według projektów typowych, montowane są z rur kielichowych długości 4,0 m. Wykonywane są syfony pojedyncze o średnicach 60, 80, 100, 120, 150 cm oraz podwójne 2x150 cm. Prędkości wody panujące w tych syfonach w granicach od 1,0 do 3,0 m/s i spadach 10 - 90 cm zapewniają zdolność przepustową od 0,26 do 10 m3/s.

Przewody długości 20 - 100 m posadowione są bezpośrednio na gruncie. Fundament stosowany jest dla rur o większych średnicach (100, 120 i 150 cm) w tych przypadkach, gdy dopuszczalne obciążenie podłoża jest mniejsze niż 1,0 kG/cm2. Fundament wykonywany jest wówczas z betonu marki 100, a szerokość jego podstawy powinna być o 20 cm większa od średnicy wewnętrznej przewodu. Grubość fundamentu uzależniona jest od średnicy rury i wynosi: dla rur 100, 120 cm - 10 cm, a dla rur 150 cm - 15 cm.

Uszczelnienie rur następuje przez zapełnienie kielicha pakułami lub sznurem nasyconym bitumem, z zewnętrznym przykryciem zaprawą cementową. W miejscach załamania rurociągu stosowane są elementy rurowe o skośnie ściętych płaszczyznach czołowych /l na rys.5.4/. Elementy te w przypadku średnic 120 lub 150 cm opierane są na monolitycznych fundamentach (2 na rys.3.4).

R

ys. 3

.2. S

yfon

z ru

r azb

esto

wo

– ce

men

tow

ych

R

ys. 3

.3. S

yfon

z ru

r żel

beto

wyc

h

Rys. 3.4. Typowy syfon z rur kielichowych stosowany w ZSRR.: a) widok z góry i przekroje;

1 - element na załamaniu, 2 – fundament

W środku odcinka poziomego, między dwoma załamaniami, stykają się dwa końce rurociągu, co wymaga specjalnego połączenia. Wykonane jest ono z pierścienia z blachy stalowej o wymiarach 4x160, 4x180, 4x200 mm ściąganego w dwóch miejscach śrubami (rys.3.5b).

Rys.3.5. Typowy syfon z rur kielichowych stosowany w ZSRR - elementy konstrukcyjne:

b) szczegół połączenia pierścieniem z blachy stalowej, c) wlot bez zasuwy, d) wlot z zasuwą

R

ys 3

.7. T

rójp

rzew

odow

y sy

fon

stal

owy

Przed założeniem pierścienia na obwodzie rur, w miejscu styku nakleja się na uprzednio powleczoną roztworem asfaltowym powierzchnię pas nasyconego bitumem wojłoku o grubości 1 cm i szerokości 20, 22 lub 25 cm. Na wlocie zakłada się kraty rzadkie chroniące przewód przed dostaniem się pni, gałęzi i innych ciał pływających.

Krata wykonana jest z płaskowników 5x50, 6x63, 6x80mm z prześwitami między prętami w zależności od średnicy 200, 220 mm. Krata umocowana za pomocą kątowników 65x65x6 mm lub 75x75x6 mm znajduje się 25 - 55 cm od ściany wlotu lub zasuwy. Jeżeli zachodzi konieczność regulacji przepływów na wlotach montowane są zasuwy (rys.3.5d).

Konstrukcje głowicy bez zasuwy przedstawia rys.5.5c. Umocnienia na wlocie i wylocie wykonane są z płyt żebrowanych ułożonych na

podsypce żwirowej grubości 10 cm. Opisane syfony mogą być wykonywane na sucho, to znaczy, gdy wody gruntowe

występują poniżej dna wykopu budowlanego. Jeżeli, jak to najczęściej bywa, zwierciadło wód gruntowych znajduje się wyżej, konieczne jest odwodnienie wykopu, otoczenie go ściankami szczelnymi itp.

Potrzeba budowy syfonów ma także miejsce w przypadku przekroczenia doprowadzalników montowanych w prefabrykowanych koryt, prowadzonych najczęściej nad terenem, na podporach słupowych lub palach. Syfon wtedy należy tak usytuować pod względem wysokościowym, aby nie trzeba było zagłębiać go poniżej zwierciadła wody gruntowej, ani zbytnio wydłużać. Konstrukcję takiego syfonu pokazano na rys.3.6.

Przewód syfonu wykonany jest z długich rur kielichowych. Ma załamaniach przewodu wykonano odpowiednie kształtki, a w pobliżu środka rurociągu połączenie pierścieniem stalowym.

Dla spokojnego przeprowadzenia wody z koryta o przekroju parabolicznym lub półeliptycznym do przewodu zaprojektowano odcinki przejściowe (2 na rys.3.6). Odcinki przejściowe mogą być wykonane jako element gotowy lub betonowany na miejscu.

Znaczne koszty związane z odwodnieniem wykopów pod syfony, przemawiają za zastosowaniem syfonów, gdzie przewód układany jest pod wodą.

Przykładem takiego rozeznania jest syfon pokazany na rys.3.7, złożony z trzech rur stalowych o średnicy 140 cm i grubości ścianek 22 mm. Przepustowość syfonu wynosi 8,5 m3/s przy spiętrzeniu 9 cm.

Przewody syfonu są montowane, spawane i izolowane na pochylni przy brzegu, a następnie opuszczane na wodę, doprowadzane nad wykonany wykop, a następnie zatapiane.

Głowice są betonowane na miejscu budowy w wykopie chronionym ściankami szczelnymi. W głowicach (górnej i dolnej) wykonuje siei wnęki szandrowe, w które od strony wody górnej zakładać można kraty. Rury stalowe połączone z betonowymi elementami wlotu i wylotu na sznur konopny, a połączenie obłożone gliną.

W Polsce tego rodzaju syfony wykonywane były przy zastosowaniu różnych średnic (20, 25, 50, 80, 100, 5x140, 5x220 cm) dla przepływów od 0,055 do 17,0 m3/s przy spiętrzeniach od 9 cm do 25 cm.

Rys. 3.8 przedstawi - syfon stalowy zalecany przy występowaniu wysokiego poziomu wody gruntowej. Pod rurociągiem nie przewiduje się wykonania fundamentu przewód stalowy układany jest bezpośrednio na gruncie. Połączenie przewodu spawane, a izolację zewnętrzną stanowi bitum i owinięcie taśmą Denso. Średnice przewodu tego syfonu mogą wynosić: 40, 50, 60, 80, 100 i 120 cm.

Rys. 3.9 przedstawia syfon wykonany z krótkich rur żelbetowych. Syfon prowadzi wodę pod kanałem, a głowice wykonane są jako ściany pionowe. Na załamaniach zastosowano ciężkie bloki oporowe. Uszczelnienie rur żelbetowych wykonano za pomocą pierścienia. Podobny typ syfonu przedstawiono na rys.3.10.

R

ys. 3

.9. S

yfon

z ru

r żel

beto

wyc

h pr

efab

ryko

wan

ych

R

ys. 3

.10.

Syf

on z

rur ż

elbe

tow

ych

pref

abry

kow

anyc

h z

głow

icam

i bez

ścia

n pi

onow

ych

R

ys. 3

.11.

Syf

on p

odw

ójny

z ru

r sta

low

ych

zato

pion

ych

z gł

owic

ami w

ykon

anym

i w o

dwod

nion

ym w

ykop

ie

Przewód stanowią prefabrykowane rury żelbetowe. Głowice w tym przypadku nie stanowią ściany pionowe, a skośne położone na nasypie kanału. Konstrukcję syfonu zatapianego z rur stalowych przedstawia rys. 3.11.

W tym przypadku przewód układany jest w nieodwodnionym wykopie. Głowice żelbetowe wykonane są natomiast w odwodnionym wykopie.

LITERATURA

[1] T. Barbacki, St. Boczarski, A. Małohowicz: Przewodnik do ćwiczeń z budowli wodnych. Skrypty WSH, Wrocław 1971.

[2] Byczkowski: Hydrologiczne podstawy projektowania budowli wodno-melioracyjnych. Warszawa 1972.

[3] T. Bednarczyk: Budownictwo wodno-melioracyjne. Cz. I. Podstawy projektowania. Kraków 1982.

[4] T. Bednarczyk: Budownictwo wodno-melioracyjne. Cz. II Podstawy projektowania. Kraków 1985.

[5] T. Bednarczyk: Badania przydatności mat z tworzyw sztucznych w budownictwie wodno-melioracyjnym. Materiały z Sesji Naukowo-Technicznej. SITWiM, NOT, Kraków 1976.

[6] Centralny Urząd Gospodarki Wodnej, Departament Techniki: Przepisy w sprawie warunków technicznych, którym powinny odpowiadać obiekty inżynierskie i urządzenia gospodarki wodnej w zakresie budownictwa hydrotechnicznego. Wydawnictwo Katalogów i Cenników, Warszawa 1967.

[7] Centralne Biuro Studiów i Projektów Wodno-Melioracyjnych: Założenia projektowe do projektowania syfonów. Warszawa 1966.

[8] B.S. Czugajew: Podzienmyj kontur gidrotiechniczeskicb soorużenij. Leningrad „Eniergija” 1974.

[9] W. Danielecki, M. Mączyński: Zastosowanie 'Bitumów i tworzyw sztucznych w budownictwie widnym. Warszawa 1977, Arkady.

[10] L. Dąbkowski, J. Skibiński, A. Żbikowski: Hydrauliczne podstawy projektów wodno-melioracyjnych. Warszawa 1982, PWRiL..

[11] K. Pabijanowski: Umocnienie skarp przy budowle jazów melioracyjnych Gospodarka Wodna, z.10, 1975.

[12] K. Fanti, K. Piedler, J. Kowalewski, St. Wójcik; Budowle piętrzące. Warszawa 1972, Arkady.

[13] M.M. Griszin; Siórotiechniozeskije soorużenija. Izd.Lit. po Stroit. i Archit. Moskwa 1962.

[14] F. Hapke: Der Ingenieur in Wasserbau. Düsseldorf 1960. [15] Hydroprojekt. Budowle na kanałach: syfony, akwedukty, stopnie. .Studium. Włocławek

1966. [16] W. Janowski: Budowle wodno-melioracyjne. Podstawy projektowania. Warszawa 1957. [17] W. Jarocki; Budownictwo Wodne, T. II, Warszawa 1965. PWRiL. [18] F.G. Kisialew: Sprawocznik po gidrotiecbniczeskim rabotam. Moskwa 1961. [19] S. Kryszak, A. Źbikowski: Budowle wodno-melioracyjne z prefabrykatów. Warszawa

1968, PWRiL. [20] A. Luciński: Hydraulika. Warszawa 1964, WKiŁ. [21] Ministerstwo Rolnictwa CBS i PWH: Zbiór projektów typowych budowli wodno -

melioracyjnych. Projekty typowe syfonów. Warszawa 1970. [22] K.W. Popow: Gidrotiecbniczeskije soorużenija. Sielchozgiz. Moskwa 1950.

[23] K.W. Popow, S.N. Koriukin: Soorużenija na mielioratiwnych kanałach. Moskwa 1972. [24] B.P. Razamow: Gidrotiechniczeskije soorużenija. Strojizdat. Moskwa 1978. [25] J. Sobota: Hydraulika i elementy hydromechaniki. AR Wrocław 1984. [26] A. Wieczysty: Hydrogeologia inżynierska. Warszawa - Kraków 1982. PWN. [27] B. Wiśniewski: Przebieg i wyniki dotychczasowych badań zmian dna powyżej i poniżej

budowli piętrzących. Gospodarka Wodna, z.12, 1960. [28] M. Wołkow: Erojektirowanije gidrotiechniczeeikich soorużenij. Moskwa 1977. [29] M. Wołkow, P.P. Kanonienka: Sidrotiechniczęskije Boomżenija. Moskwa 1968. [30] E.A. Zamarin: Ecojektirowanije gidrotiecłmiczeskich soorużenij. Sielcbozgiz. Moskwa

1954. [31] E.A. Zamiarin, K.W. Popow, W.W. Pandejews Wasserbau, VEB Verlag für Bauwesen,

Berlin 1961. [32] Zbiór projektów typowych budowli miodno-melioracyjnych. Część II. 1961. Arkady. [33] Żbikowski: Małe budowle wodne. Cz. II. Kanały i przewody. Warszawa 1967. PWN. ©2006, MAROT Wszelkie uwagi proszę kierować: RMTARNAW@CYF-KR.EDU.PL