Допустим, что у нас появилось желание заключить в одно помещение все сооружения канала, раскинутые на трассе в 128 км. Какой огромный дом пришлось бы вам построить, чтобы осуществить нашу фантастическую идею. Величину этого помещении можно только вообразить, и то с большим трудом. Однако, представьте себе, что небольшой двухэтажный дом в т. Дмитрове, где находится гидротехническая лаборатория, оказался тем обиталищем, где побывали все сооружения канала — от гигантской Волжской плотины до самого маленького лотка и водосброса.
Вы удивлены! Поспешим объяснить вам, что Волжская плотина не обладает способностью передвигаться и находится она там, где ей надлежит быть. В лаборатории соорудили лишь модель этой плотины, точную копию ее, но в миниатюре, уменьшенную в 140 раз. Так называемый Химкинский перепад, которым вы будете любоваться этим летом, побывал в лаборатории уменьшенным уже в десять раз. Прототип Яхромского донного водосброса также можно было увидеть в лаборатории, но уменьшенным в 25 раз.
Попав в лабораторию, вы несколько озадачены. Вам становится досадно, что в детстве вы не обладали такими интересными игрушками. В деревянном лотке плавает пароходик, шумит вода, рядом с лотком сосуд причудливой формы наполняется водой, вот вы узнаете баржу, которая, очевидно, сейчас тронется в путь. Но вы замечаете приборы, которые приделаны к «игрушкам», видите сосредоточенные лица людей, и через некоторое время вам многое становится понятным. Вы признаете, как велико значение скромной лаборатории в строительстве канала. Но раньше, чем рассказать о ней, отклонимся в сторону...
*
В 1929 г. высокая, многоарочная железобетонная плотина, которая перегораживала долину Деццо близ города Бергамо (Италия), внезапно рухнула. С высоты 43 м воды реки хлынули вина, разрушая все на своем пути. Многомиллионные убытки и 600 человеческих жертв были результатом этой катастрофы.
Плотина служила верой и правдой десять лет, ничто не говорило о близкой опасности, и внезапность обрушившегося бедствия можно было только сравнить с землетрясением.
Эта катастрофа не единична. Разрушения различных гидротехнических сооружений происходили и в других странах. Плотина гидростанции Сент-Фрэнсис близ Лос-Анжелеса (Калифорния) также внезапно рухнула. Воды, поднятые этой плотиной на 50 м, хлынули вдоль ущелья, уничтожили гидростанцию и все живое на протяжении десятков километров.
Во всех этих бедствиях нс всегда виноваты проектировщики и строители. Действие воды на сооружения еще недостаточно изучено, современное состояние науки — гидравлики — пока не дает возможности разрешить теоретическим путем ряд сложных гидравлических явлений, с которыми приходится встречаться при проектировании.
Так что же делать? Неужели ничего нельзя противопоставить страшным силам стихии, неужели, воздвигая сооружения, нельзя быть уверенным в их долговечности? Как бы отвечая на эти вопросы, проектировщики вводят так называемые коэффициенты запаса прочности. Это означает, что то или иное сооружение проектируется в несколько раз прочнее, чем этого требуют теоретические расчеты. Слабость теории восполняется тысячами кубометров лишнего грунта, бетона и других строительных материалов. Все это удорожает строительство, затягивает сроки его окончания.
Могли помириться с таким положением строители нашего канала? Конечно, нет. И несмотря на то, что канал проектировался и строился исключительно быстрыми темпами, строители сочетали эту быстроту с повышенными требованиями к качеству всех воздвигаемых сооружений. Каждый проектировщик и строитель заглядывал и будущее, он заботился о завтрашнем дне канала, он смотрел на много десятков лет вперед для того, чтобы совершенно исключить возможность неожиданного размыва сооружений.
Не удовлетворяли строителей и большие коэффициенты запаса прочности. Они не хотели с этим мириться не только потому, что расход лишних материалов, народных средств и затрата лишнего человеческого труда не входили в их расчеты, но и потому, что нужно было совершенно точно знать, как будет вести себя в воде то или иное сооружение.
Вот здесь-то и сыграла большую роль гидротехническая лаборатория. Строя модели всех проектируемых сооружений, подвергая их воздействию потока воды, лаборатория точно устанавливала недостатки проекта, вносила поправки в него. Согласно лабораторным исследованиям проект менялся, и лишь после этого приступали к строительству сооружения.
Каким же образом моделирование способствовало точному изучению сооружения? На помощь пришел закон механического подобия. Согласно этому закону, модели будущих сооружений, пропорционально уменьшенные во всех деталях и подвергающиеся действию воды, сила которой также соответственно уменьшена, воспроизводят картину поведения в водном потоке действительных сооружений.
Лаборатория сэкономила много средств государству. Так, например, Карамышевская плотина была запроектирована с 6 пролетами, но лабораторные исследования показали, что один пролет является лишним. И теперь строят эту плотину с 5 пролетами. Это дало около миллиона рублей экономии.
*
Попробуем проследить, каким путем проходило исследование в лаборатории гидротехнических сооружений. Возьмем для примера Яхромский донный водосброс, который относится к типу донных водоспускных сооружений. В этом сооружении вода пропускается не прямым потоком, а через особые трубы. Когда по проекту построили модель Яхромского донного водосброса и поместили ее в стеклянный лоток, то оказалось, что в трубы сооружения вместе с водой засасывается воздух. Это явление легко было заметить — всасываемый трубой воздух образовывал воронку над входной частью водосброса. Если бы Яхромский водосброс был бы построен по проекту без лабораторных испытаний, то засасывание воздуха (аэрация) создавало бы опасность вибрации сооружения. Всем известно, как опасна вибрация в самых различных областях техники. В данном случае Яхромский водосброс мог сильно вибрировать и в один прекрасный день рухнуть.
 |
| Во время испытании модели Яхромского донного водосброса было обнаружено, что в трубы сооружения вместе с водой засасывается воздух. Он образовывает воронку над входной частью водосброса. На снимке эту воронку легко заметить. |
Как только лаборатория установила явление аэрации, проект был признан негодным и начались искания. После месяца работы удачным подбором направляющих стенок водосброса лаборатория устранила опасность проникновения воздуха в трубы.
 |
| Удачным подбором направляющих стенок водосброса была устранена опасность проникновения воздуха в трубы. На этом снимке вы уже не заметите воронки. |
*
Другой пример — Химкинский перепад, через который вода будет сбрасываться из Химкинского водохранилища. Это сооружение представляет собой куполообразный многоступенчатый гаситель энергии потока с саморегулирующим водосливом. По замыслу проектировщиков непрерывный поток воды, разбиваясь о поверхность купола, будет образовывать многочисленные каскады, растекающиеся по ступенькам купола в разные стороны, и этим самым создавать очень эффектное зрелище.
Но не только о красоте сооружения заботились строители канала. Если бы вода широким потоком хлынула через этот перепад, то грунт его основания мог бы оказаться размытым. Чтобы этого не произошло, и была предложена куполообразная конструкция, погашающая энергию падающей воды. Лаборатория построила модель этого сооружения с уменьшением в 10 раз. Пустили воду, и оказалось, что ожидаемого эффекта не произошло. Сила воды не погашалась куполом. Вода не омывала купола, а прорывалась напрямик через его середину.
Начались исследования, в результате которых были изменены очертания верхнего подводящего канала, откуда вода из водохранилища падала на купол.
Окончательная модель Химкинского перепада уже отвечала замыслам проектировщиков. Кинетическая энергия воды погашалась, как только она падала на купол. Равномерно омывая его, вода будто бы расходилась в разные стороны с тем, чтобы внизу вновь соединиться в широкий плавный поток. Опасность размыва грунта основания была устранена.
 |
| Здесь изображена модель химкинского перепада. Энергия падающей воды погашается, как только поток падает на купол сооружения. |
*
Так работает гидротехническая лаборатория. Она уже освоила 137 самых различных тем. Работники лаборатории могут по праву сказать, что у них побывала вся трасса канала Москва—Волга с ее плотинами, многочисленными шлюзами, самыми различными большими и малыми сооружениями.
Комментариев нет:
Отправить комментарий