Skrypt - prof. T. Bednarczyka - SYFONY

AKADEMIA ROLNICZA im. H.KOŁŁĄTAJAW KRAKOWIESkrypty dla Szkół WyższychTADEUSZ BEDNARCZYKBUDOWNICTWO WODNO-MELIORACYJNESYFONYPODSTAWY PROJEKTOWANIAWykładyKraków 1987

SPIS TREŚCIWstępROZDZIAŁ 1Wiadomości ogólne o syfonach1.1. Możliwości rozwiązań konstrukcyjnych w przypadku, skrzyżowania cieku zprzeszkodą1.2. Charakterystyka syfonów1.3. Obliczenia hydrauliczne syfonów1.3.1. Ustalenie prędkości przepływu1.3.2. Ustalenie ilości przewodów1.3.3. Obliczenie przekroju poprzecznego1.3.4. Obliczenie współczynników strat hydraulicznych1.4. Elementy konstrukcyjne syfonu1.4.1. Głowice1.4.2. Przewody syfonów1.5. Wybór konstrukcji1.6. Wykonawstwo syfonówROZDZIAŁ 2Przykłady rozwiązań konstrukcyjnych2.1. Syfony rurowe ze studzienkami żelbetowymi2.1.1. Obliczenia statyczne studzienki o wymiarach 100 x 120 cm,wysokości 4,50 m i średnicy rurociągu d = 100 cm2.1.2. Obliczenie płyty fundamentowej studzienki2.1.5. Obliczenie przykrycia studzienki2.2. Syfon typu Sn-12.2.1. Ogólna charakterystyka2.2.1.1. Opis konstrukcji2.2.1.2. Technologia robót wykonawczych2.2.2. Obliczenia hydrauliczne syfonu Sn-12.2.2.1. Dobór średnicy syfonu2.2.2.2. Obliczenie długości syfonu2.2.2.3. Określenie wysokości strat hydraulicznych2.2.2.4. Ustalenie długości ubezpieczeń2.2.3. Technologia wykonania syfonówROZDZIAŁ 3Syfony z prefabrykatów3.1. Przykłady rozwiązań konstrukcyjnych

W s t ę pSkrypt ten przeznaczony jest dla studentów IV roku studiów stacjonarnychi zaocznych Wydziału Melioracji Wodnych. Powinien on stanowić pomoc zarówno dowykładów jak i ćwiczeń a przedmiotu budownictwo wodne. Brak podręczników z zakresubudownictwa wodno-melioracyjnego oraz utrudniony dostęp studentów dc istniejącychinstrukcji branżowych skłoniły autora do napisania niniejszego skryptu.Spośród wielu budowli stosowanych w przypadku skrzyżowania projektowanegocieku s przeszkodą, w praktyce melioracyjnej najczęściej spotykamy się z syfonami.W rozwiązaniach konstrukcyjnych syfonów nie obserwuje się takiej różnorodnościform i koncepcji jak w niektórych innych budowlach. Niemniej starano się przedstawić różnetypy stosowanych syfonów, podając liczne przykłady rozwiązać konstrukcyjnych.Uwzględniono także w szerokim zakresie zalecane rozwiązania typowe, jak i konstrukcjęsyfonów prefabrykowanych.Chociaż nie sposób ująć tu całości zagadnień projektowania syfonów, autor manadzieję, ze skrypt ten przybliży studentom tą problematykę.

ROZDZIAŁIWiadomości ogólne o syfonach1.1. Możliwości rozwiązań konstrukcyjnych w przypadku skrzyżowania cieku a prze szkodąW praktyce inżynierskiej często trasa projektowanego kanału przecina rzekę, dolinę,drogę lub inną przeszkodę. Zachodzi konieczność ich przekroczenia przy pomocy specjalnychbudowli. V przypadku skrzyżowania dwu cieków można wybrać jedno z trzech możliwychrozwiązań: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 ciekówdo drugiego, a następnie wyprowadzenie go.O wyborze danego rozwiązania decyduje szereg względów, między innymi różnicapoziomów 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 ruchuwody. W przypadku braku dużego spadu oraz, gdy różnica między poziomami wód w obuciekach jest duża, bardziej celowe może być zastosowanie akweduktu, zwłaszcza gdyprzekraczamy 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 odcinkicieku przed i za przeszkodą oraz różnią się od nich kształtem, a także wymiarami przekrojupoprzecznego.O stosowalności syfonów w praktyce melioracyjnej decyduje:‣ układ wysokościowy zwierciadeł wód w krzyżujących się ciekach, który uniemożliwiawzniesienie spodu akweduktu nad poziom wielkich wód w przekraczanej rzece,‣ dążenie do niewprowadzania w dolinę przekraczanej rzeki przeszkody, którą dlakomunikacji i użytkowania gruntów stanowi akwedukt i jego pod pory oraz dopozostawienia w nienaruszonym stanie naturalnego krajobrazu rzecznego,‣ trudności uzyskania pewnego połączenia akweduktu z brzegami, dobrego uszczelnieniamiędzy elementami prefabrykowanymi oraz ocieplenie przewodu.Zaletą akweduktu jest łatwy dostęp do budowli umożliwiający jej konserwacjęi naprawę (gdy akwedukt nie jest wykonany jako rurowy), miejsca na ogół niż w syfonachstrata spadku i możliwość wykorzystania tej budowli jako kładki dla pieszych.Zaletą syfonu jest możliwość wykonania go praktycznie w każdym przypadku, bezograniczeń wynikających z poziomów wielkich wód oraz to, że nie stanowi on na ogółprzeszkody w dolinie i nie zakłóca krajobrazu. Do wad syfonów zalicza się przede wszystkimutrudniony dostęp dla kontroli i napraw, konieczność głębokiego prowadzenia przewodu(ze względu na możliwe rozmycie dna przekraczanej rzeki) i wreszcie koniecznośćutrzymania w rurociągu dużych prędkości, co wymaga znacznego spadku.1.2. Charakterystyka syfonówSyfon jest to budowla składająca się z jednego lub więcej przewodów prowadzącychwodę pod ciśnieniem, pod przeszkodą (rzeką, kanałem, drogą kolejową lub szeroką doliną).

Cechą charakterystyczną syfonów jest takie położenie przewodów ciśnieniowych, że ich spódznajduje się poniżej dna wlotu i wylotu.Rys.1.1. Ogólny schemat syfonuSyfonem jest więc przewód pokazany na rys.1.1, 1.2a, jak i na rys. 1.2b (przy czym teostatnie są stosowane bardzo rzadko).Rys.1.2. Schematy syfonów; a) syfonu prowadzącego wodę pod kanałem, b) syfonu,przekraczającego szeroką dolinęProfil podłużny syfonu ustala się w zależności od wzajemnego położenia dnai zwierciadła wody w krzyżujących się ciekach. O przebiegu profilu decyduje także jegodługość, warunki posadowienia (geologiczne) oraz sposób wykonania.W przypadku projektowania syfonu pod kanałem lub korytem cieku niezbędne jestzagłębienie górnej krawędzi konstrukcji syfonu pod dnem przekraczanego cieku. Określeniewielkości „a” jest szczególnie trudne w przypadku prowadzenia syfonów pod rzekamio ruchomym dnie (rys.1.5). Konieczne jest wtedy określenie stabilności dna, oparte o analizęruchu 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 górnejkrawędzi pod dnem. Uwzględniając wielkość rozmycia ustala się tę rzędną poniżej 0.50 - 0.70m spodziewanego wyboju. Na większych rzekach ustalamy tę wielkość jako równą 1.0 - 1.50m. lilie zawsze istnieje możliwość dokładnego prognozowania rozmyć. W tych przypadkachnależy przewidzieć dodatkowe ubezpieczenie dna cieku przekraczanego. Najczęściej jakoubezpieczenie stosuje się materace faszynowe obciążone kamieniami.Położenie wlotu i wylotu syfonu uzależnione jest od wysokości położenia zwierciadławody i dna w kanałach doprowadzającym i odprowadzającym. Zagłębienie górnej krawędziwlotu pod zwierciadłem wody powinno zapewnić pracę syfonu bez zaburzeń, objawiającychsię zassaniem powietrza i obniżeniem sprawności syfonu. Jako bezpieczne zanurzenia wlotui wylotu uznaje się wielkość 0,80 m. W przypadku unie j szych syfonów, kiedy zachowanietego 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 ciekuprzekraczanego (wielkość „a”), oraz położeniem wlotu i wylotu syfonu. Ma ogół zakłada siędolną krawędź wlotu na poziomie dna kanału. Ustalając wielkość nachylenia odcinków 1-2i 5-4 należy uwzględnić zjawisko odkładania się namułów w miejscach gwałtownychzałamań przewodu.W praktyce melioracyjnej często stosowane są syfony, w których wlot i wylotstanowią pionowe studnie, najczęściej o przekroju kołowym (rys. 1.4).Rys.1.4. Schemat syfonu melioracyjnego o pionowych studniachKonstrukcja taka zezwala na utworzenie przy wlocie i wylocie osadników. Ułatwionejest 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 uzyskaniaodpowiedniej prędkości przy wlocie do studni. Kie są więc one stosowane przy dużychprzepływach i prędkościach.1.3. Obliczenia hydrauliczne syfonów1.3.1. Ustalenie prędkości przepływuIstotne znaczenie dla pewności działania syfonu ma ustalenie właściwej prędkościw przewodzie i liczby przewodów. Prędkość tę ogranicza z jednej strony dopuszczalny spad(różnica poziomów wody przy wlocie i wylocie), a z drugiej warunek niezamuleniaprzewodu. Pierwsze ograniczenie dotyczy największej prędkości, a drugie określanajmniejszą dopuszczalną.Jeżeli woda w kanale lut) cieku zawiera unosiny, dążyć należy, ze wzglądu namożliwość 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 maksymalnymprzepływie obliczeniowym powinny być dobierane w miarę możliwości tak, aby przyprzepływach mniejszych (przepływy średnie) prędkość wody nie spadła poniżej 1.0 m/s.Równocześnie przy przepływach maksymalnych nie jest wskazane, z uwagi na trudnościw rozpraszaniu energii i znaczne rozmycie koryta odprowadzalnika, przekraczanie prędkości2.5 - 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 wielesyfonów eksploatowanych jest przy prędkościach niższych niż zalecane dla uniknięciazamulenia.Tak na przykład w 27 zbadanych w Polsce syfonach prędkość, które wystąpiły przymaksymalnym przepływie obliczeniowym wynosiły:w 9 syfonach v ≤ 1,0 m/sw 9 syfonach 1,0 m/s < v ≤ 1,5 m/sw 8 syfonach 1,5 m/s < v ≤ 2,0 m/sw 1 syfonie m/s ≥ 2,0 m/sSpiętrzenie „z” w 24 syfonach (z 27 badanych) przedstawiało się następująco:w 7 syfonach z ≤ 10 cmw 6 syfonach 10 cm < z ≤ 20 cmw 5 syfonach 20 cm < z ≤ 30 cmw 4 syfonach 30 cm < z ≤ 40 cmw 2 syfonach 40 cm < z ≤ 50 cmW badanych syfonach nie stwierdzono dotąd zamuleń, pomimo że w niektórychprzypadkach wstępują w nich małe prędkości obliczeniowe.Dopuszcza się przyjmowanie w obliczeniach prędkości mniejszych od 1,0 m/s, gdyczas trwania przepływów zamulających jest bardzo krótki oraz, gdy istnieje możliwośćwyłączenia syfonu z pracy, umożliwiająca czyszczenie przewodów.Kozinow na podstawie zbadania dużej ilości działających syfonów określiłnastępujące prędkości ekonomiczne w zależności od średnicy przewodu:dśrednica przewodu[m]0,2 - 1,01,1 - 1,42,5 - 5,0vprędkość[m/s]1,0 - 1,61,65 - 1,902,0 - 2,5Tabela 1.1Kozinow opracował wzór na określenie ekonomicznej średnicy przewodu syfonu:d0,44= 0,99⋅ Q(1.1)gdzie:Q- przepływ przez przewód syfonu.Obliczenia uzyskane powyższym wzorem należy traktować jako orientacyjne.

1.3.2. Ustalenie liczby przewodówIstotne znaczenie dla pewności działania syfonu na ustalenie właściwej prędkościwody w przewodzie jak i liczby przewodów.We wszystkich przypadkach, gdy przewiduje się stałą pracę syfonu, celowe jeststosowanie dwu lub kilku przewodów, gdyż umożliwia ono odwodnienie, oczyszczenie,a czasem i drobne naprawy jednego przewodu bez. przerwy w pracy innych. Rozwiązanietakie jednocześnie pozwala na zwiększenie prędkości wody w rurociągach, przezograniczenie liczby pracujących przewodów w okresach mniejszych przepływów.Na ogół można przyjąć zasadę, że syfony działające stale powinny mieć nie mniej niżdwa przewody.Podział całej zdolności przepustowej na określoną liczbę przewodów, przeprowadzasię uwzględniając:‣ możliwość etapowej rozbudowy syfonu;‣ wielkość wydatku w poszczególnych okresach może być podstawą doboru właściwejliczby przewodów;‣ niecelowość zbytniego powiększenia wymiarów poszczególnych otworów wlotowych,duże wymiary przewodu powodują głębsze opuszczanie syfonu, a więc zwiększeniekosztów budowy; na ogół rzadko stosuje się syfony stalowe o średnicy powyżej 1.50 m,a żelbetowe o powierzchni większej niż 2-4 m 2 ;‣ prędkości w przewodach w różnych okresach eksploatacji oraz możliwości zamulenia.1.3.3. Obliczenie przekroju poprzecznegoObliczenia hydrauliczne syfonów ograniczają się do sprawdzenia dla zadanegoprzepływu 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 syfonuZ równania Bernoulliego mamy:22αv1αv2a1+ h1+ = a2+ h2+ + h str2g2g(1.2 )gdzie;v 1 - prędkość wody dopływającej w m/s,v 2 - prędkość w odpływie n/s,h 1 - napełnienie kanału doprowadzającego (w przekroju 1-1),h 2 - napełnienie kanału odprowadzającego (w przekroju 2-2),a 1 - położenie dna w (przekroju 1-1) w stosunku do poziomu porównawczego,a 2 - położenie dna kanału (w przekroju 2-2) w stosunku do poziomu porównawczego,- suma wysokości strat hydraulicznych na długości przewodu oraz strat miejscowych.h str

Zakładając, że spadek i przekrój kanału odprowadzającego i doprowadzającego wodę2 2αv1αv2są takie same, to znaczy h 1 = h 2 , v 1 = v 2 otrzymamy, że a1− a2= − + hstr.2g2g2 2αv1αv2Przyjmując = = 0 otrzymano z równania 1.2.2g2gz = hstr2αv(1.3)hstr= ( ξ1+ ξ2+ 2ξ3+ ξ4+ ξ5)2ggdzie:v - prędkość przepływu -wody w syfonie; g = 9,81 m/s 2 ,ξ 1 - współczynnik strat na wlocie,ξ 2 - współczynnik strat na kracie,ξ 3 - współczynnik strat na łuku (załamaniu),ξ 4 - współczynnik strat na długości syfonu,ξ 5 - współczynnik strat na wylocie.Ze wzoru 1.3 mamy:V =1ξ1+ ξ2+ 2ξ3+ ξ4+ ξ52gz(1.4)V =1∑ξ2gz(1.5)Q = F ⋅ V =1⋅ F ⋅∑ξ2gz(1.6)oznaczającµ =1∑ξmamy;V = µ 2gz(1.7)Q = µ ⋅ F ⋅ 2gz(1.8)gdzie:Q - objętość przepływu m 3 /s,F - pole przekroju syfonu m 2 ,g - 9,81 m/s 2 ,z - różnica poziomów zwierciadła wody na wlocie i wylocie syfonu m,µ - współczynnik wydatku.1.3.4. Obliczenie współczynników strat hydraulicznychWspółczynnik strat na wlocie - uzależniony jest od ukształtowania wlotu i wynosi:- dla wlotów łagodnych, dobrze zaokrąglonych ξ 1 = 0,06 - 0,1,- dla wlotów o ostrych krawędziach ξ 1 = 0,5,- dla wlotów ukształtowanych jako pionowe ściany prostopadłe do osi przewodu ξ 1 = 0,6.

Współczynnik strat na załamaniu (łuku) przewoduPrzy nachyleniu gałęzi wstępującej i zastępującej syfonu w granicach 1:2 do 1:5przyjmuje się ξ 3 = 0,1.W przypadku łuku wartość tego współczynnika można ustalić ze wzoru Weisbacha dlaprzekroju kołowego:3,5 0d δξ3= 0,131 + 0,1650R 90(1.9)0I δξ3= ξ3 090dla przekroju prostokątnego: a/b ≤ 2;3,5⎡00⎛ a ⎞ ⎤ δ II δξ3= ⎢0,124+ 0,274⎜⎟ ⎥ = ξ0 3(1.10)0⎢⎣⎝ R ⎠ ⎥⎦90 90gdzie:d - średnica syfonu (m),R - promień łuku syfonu (m),a, b - długość boków przekroju prostokątnego (m),δ - kąt środkowy łuku syfonu.Współczynniki strat ξ I 3 ξ II 3 dla δ = 90 0 podano w tabelach 1.2, 1.3 i 1.4.Dla określenia współczynnika ξ 3 należy wielkości podane w tablicach pomnożyć przezδ 0 /90°.Wielkości współczynnika ξ 3 I dla przewodów kołowychTabela 1.2d/R 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0Iξ 3 0,15 0,14 0,16 0,21 0,29 0,44 0,66 0,98 1.41 1,98W tabeli 1.3 zestawiono współczynniki ξ 3 , na łuku z uwzględnieniem kąta α istosunku promienia r użytecznego przekroju rurociągu do promienia R łuku.

Współczynnik ξ3 na łukuTabela 1.3r/R α 20° 40° 60° 80° 90° 100° 120° 140° 160° 180°0.1 0,029 0,058 0,087 0,116 0,152 0,146 0.175 0,204 0,255 0,2650,2 0,030 0,061 0,091 0,121 0,158 0,155 0,185 0,215 0,244 0,2760,3 0,055 0,070 0.105 0,159 0,158 0,176 0,211 0,245 0,281 0,5160,4 0,046 0,091 0,136 0,181 0,206 0,229 0,274 0,520 0,565 0,4120,5 0,065 0,150 0,196 0,259 0,294 0,527 0,592 0,457 0,522 0,5880,6 0,098 0,196 0,294 0,592 0,440 0.489 0,587 0,658 0,782 0,8800,7 0,147 0,294 0,441 0,587 0,661 0,754 0,881 1,028 1,175 1,5520,8 0,217 0,454 0,651 0,868 0,977 1,086 1,502 1,520 1,756 1,9540,9 0,312 0,625 0,957 1,250 1,408 1,562 1,875 2,182 2,500 2,8161,0 0,459 0,879 1.518 1,756 1,978 2,200 2,656 5,075 5,515 5,950

Wartości współczynnika ξ 3 II dla przewodów prostokątnychTabela 1.4a/R 0,20 0,50 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90IIξ 3 0,225 0,554 0,446 0,557 0,669 0,780 0,892 1,0Współczynnik strat na kracieStraty przy przepływie przez kraty można obliczyć według wzoru Kirschmera4 / 3 2⎛ s ⎞ Vh = β sinα⎜⎟(1.11)⎝ b ⎠ 2ggdzie: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, stosowanedo wykonania krat.Rys.1.6. Przekroje poprzeczne prętów kratWielkości współczynników β dla różnego kształtu prętów kraty podano w tabeli 1.5.Współczynniki dla kratTabela 1.5Typ pręta a b c d e f gβ 2,42 1,85 1,67 1,05 0,92 0,76 1,79Współczynnik strat na długości syfonuLξ4= λ(1.12)4R

wstawiając za8gλ =2cotrzymamy2gLξ4=(1.13)2c Rgdzie:L - długość syfonu,R - promień hydrauliczny przewodu,c - współczynnik prędkości ze wzoru Chezy obliczony według Manninga1 R1 / 6c =ndla przewodów kołowych R=d/4 i wzór (1.13) ma postaćL8gLξ4= λ lub ξ4=(1.14)2dc dWspółczynnik strat na wylocie ξ 5Współczynnik ξ 5 określa się korzystając ze wzoru na stratę Borda przy rozszerzaniusię strumienia2( V −V2)∆ h =(1.15)2ggdzie;V 2V- prędkość wody w kanale odprowadzającym,- prędkość wody w syfonie.Ponieważ we wzorze (1.3) współczynniki odniesione są do wysokości prędkościw syfonie, należy wielkość ∆h określić przez prędkość w przewodzie.Jeżeli pole przekroju kanału odprowadzającego i wylotu z syfonu wynosząodpowiednio F i F 2 otrzymany!a więcF ⋅ V = F2⋅ V2FV2= VF2⎛ F ⎞⎜1− ⋅ VF⎟2∆h=⎝ ⎠2g251 ⎟ ⎝ 2 ⎠⎛ = ⎜1−⎝2FF22⎞V⎟⎠ 2g(1.16)⎛ F ⎞ξ = ⎜ −(1.17)FJeżeli F jest małe w stosunku do wielkości F 2 , stosunek F:F 2 dąży do zera,a współczynnik straty na wylocie będzie wynosił:ξ5= 1,0

1.4. Elementy konstrukcyjne syfonu1.4.1. GłowicePod względem konstrukcyjnym syfon jest najczęściej krótkim przewodemo charakterystycznym wygiętym ku dołowi kształcie. Elementy konstrukcyjne łączące syfon zciekiem otwartym to głowice (rye.1.7).Ryś. 1.7. Przekrój podłużny przez głowicęZadaniem głowic jest:‣ wprowadzenie wody do syfonu, przy możliwie jak najmniejszych stratach hydraulicznychi jej wyprowadzenie,‣ połączenie kanału otwartego z rurociągami przy zachowaniu odpowiedniej szczelności,‣ umożliwienie odcięcia przewodu syfonu od dopływu wody, co umożliwia odwodnieniei 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 przewodowychstosuje się filary, które dzielą głowicę na szereg podłużnych komór. Każda komora połączonajest z jednym przewodem, co umożliwia odcięcie go bez przerwy w pracy pozostałych.Zabezpieczenie przed filtracją i sufozją stanowią ścianki szczelne, zazębienia lub fartuchyiłowe. Niezależnie od tych środków konieczne jest wykonanie drenaży i bezpieczneodprowadzenie wód. przesiąkających. Dla zabezpieczenia przed dostaniem się rumowiska doprzewodu syfonu stosuje się w głowicy wlotowej osadniki.W przypadku głęboko położonych przewodów pod ciekiem przekraczanym stosowanebywają 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 dążymydo uzyskania mniejszych strat.Drugie rozwiązanie spotykane jest rzadziej, na ogół tam gdzie występują dużeprędkości 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 osadnikiemRys.1.9. Konstrukcja głowic w przypadku, głęboko położonych przewodów1.4.2. Przewody syfonówPrzewody syfonu na ogół wykonane są jako żelbetowe, stalowe lub azbestowo -cementowe.Przewody żelbetowe wykonywane na miejscu budowy układane są na zagęszczonymgruncie podłoża i obsypki do wysokości 1/2 - 5/8 średnicy rurociągu. Stopień zagęszczenia ikontroli powinien odpowiadać wymaganiom stawianym przy wznoszeniu nasypów hydrotechnicznych(rys.1.10).Często wykonuje się pod monolitycznym rurociągiem fundament z betonu. Fundamenttaki jest niezbędny w przypadku układania przewodu z krótkich odcinków rurprefabrykowanych (rys.1.11). W przypadku zastosowania załamań profilu syfonu, wykonujesię 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 podłożuRys. 1.11. Fundamentowanie przewodu do syfonu składającego się z krótkich odcinków rurW małych, syfonach melioracyjnych. często nie stosuje się łuków, wykonując zwykłezałamanie przewodu (ryc. 1.13, 1.14, 1.15). Należy tu zaznaczyć, że straty lokalne nazałamaniu najczęściej są bardzo małe w stosunku do strat na długości syfonu.Rys.1.12. Blok oporowy w miejscu załamania przewodu syfonuW zasadzie w syfonach monolitycznych dylatacje stosuje się tylko na bardzo długichprzewodach. Koniecznym może być stosowanie dylatacji gdy ma miejsce wyraźna zmianawłaściwości gruntu. Obecnie stosuje się przewody dylatowane tylko przy głowicach.Uszczelnianie dylatacji w syfonach musi spełniać szereg warunków. Niezależnie odumożliwienia przemieszczenia się dylatowanych elementów powinno ono zapewnićszczelność jak i być wytrzymałe na działanie znacznych ciśnień.

Rys. 1.15. Załamanie przewodu syfonu melioracyjnegoRys.1.14. Załamanie przewodu syfonużelbetowegoRys.1.15. Załamanie przewodu w przypadku,gdy konstrukcja jest nie zbrojonaPrzykłady uszczelnienia syfonów podano na rys.1.15, 1.16.W przypadku syfonów z półfabrykatów narażonych stale na działanie dużego ciśnieniawody w gruncie oraz, gdy zachodzi obawa powstania trudności przy odpompowaniu syfonustosuje się uszczelnienie podane na rys.1.17, 1.18,

Rys.1.16. Uszczelnienie syfonu pierścieniem z zaprawy cementowejW przypadku stosowania przewodów z prefabrykatów dla uszczelnienia styku rurstosuje się pierścienie żelbetowe (rys.1.19).Rys.1.17. Uszczelnienie syfonu pierścieniem żelbetowymRys.1.18. Uszczelnienie syfonu wykonanego z rur kołnierzowychRys. 1.19. Schemat pierścienia uszczelniającego na stykach rur

Rys.1.20. Zabezpieczenie przewodu syfonu przed dostępem wód gruntowychNiezmiernie ważnym jest zabezpieczenie syfonu, przed dostaniem się do niego wódgruntowych. Zjawisko to może mieć miejsce przede wszystkim w okresie odwodnieniasyfonu (opróżnienie przewodu). Stosowane bywa wtedy obłożenie przewodu płaszczemz gruntów spoistych (rys.1.20).W syfonach rurowych o cienkich ściankach nie istnieje praktycznie możliwośćnaprawy uszkodzonych uszczelnień bez odkopania całego przewodu lub odcinkawymagającego remontu. Uwzględniając przy tym prawdopodobieństwo odkształceńspowodowanych dużymi obciążeniami, należy połączenie rur wykonać co najmniej takpewnie, jak połączenia przewodów wodociągowych.1.5. Wybór konstrukcjiNa wybór konstrukcji syfonu mają wpływ przede wszystkim warunki jego eksploatacjii budowy. Ustalając konstrukcję syfonu należy uwzględnić następujące czynniki:‣ Trudny dostęp do przewodów. Nawet drobne uszkodzenia, które w budowlach o łatwymdostępie mogą być szybko wykryte i usunięte w syfonach w miarę upływa czasupowiększają się i powodują szkodliwe zmiany w gruncie (sufozja i erozja). Skutkiuszkodzeń zostają zauważone dopiero wtedy, gdy zmiany w obszarze gruntowym osiągająznaczne rozmiary. Naprawa tych uszkodzeń wycieka natychmiastowych i kosztownychśrodków zaradczych.‣ Trudność przeprowadzenia napraw. Dla przeprowadzenia napraw na ogół konieczne jestodkopanie przewodu syfonu, a często związane z tyci przełożenie koryta zabezpieczeniewykopu przed zalaniem i jego odwodnienie. Zakres robót przygotowawczych jest na ogółtaki sam, jak przy budowie nowego syfonu.‣ Koszt robót towarzyszących w stosunku do kosztów syfonu. Przewody syfonu zakładanesą głęboko. W przypadku wykonania przejścia pod innym ciekiem dno wykopufundamentowego znajduje się co najmniej na 1.5-2.0 m poniżej zwierciadła wódgruntowych. Konieczne jest wykonanie grodź, założenie instalacji odwadniających,a często na okres budowy przełożenie koryta przekraczanego cieku. Wymienione robotyprzygotowawcze są trudne, skomplikowane i kosztowne, a wykonanie ich wymagadługiego czasu. Przy wyborze konstrukcji syfonu należy także uwzględnić dynamikęprzepływu wód, co na wpływ na koszty (średnicę i liczbę przewodów).‣ Ilość rumowiska niesionego przez ciek. Ma ona wpływ na przyjęcie prędkości przepływuw syfonie oraz konstrukcję głowic (z osadnikiem, bez osadnika). Należy także określićciśnienie wód gruntowych na poziomie przewodu, co ma wpływ na uszczelnienieprzewodu, konieczność wykonania płaszcza z gruntów gliniastych. Bardzo ważne jest takiezaprojektowanie głowic, aby straty przy wlocie były możliwie jak najmniejsze. Prowadzito do zwiększenia przepustowości syfonu, zwłaszcza, że skrócenie przewodu, zmiana kątalub 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 strathydraulicznych.. Należy zaznaczyć, że różnica poziomów wody między wlotem, a wylotem„z” obliczona dla maksymalnej zdolności przepustowej kanału, występuje w syfonachprowadzących wody cieków naturalnych rzadko i krótko, wtedy gdy pojawia się przepływobliczeniowy.W pozostałych okresach, objętości przepływu są znacznie mniejsze, a więc mniejszajest 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 natakiej wysokości, że w górnej części przewodu utworzy się odskok hydrauliczny (rys.1.21).Rys.1.21. Wystąpienie odskoku w górnej części przewoduRys.1.22. Schemat głowicy z niecką wypadową na wlocieZjawisko wystąpienia odskoku w przewodzie nie jest pożądane. Zmienność prędkościi ciśnień noże powodować dodatkowe obciążenia dynamiczne. Dla uniknięcia tego zjawiskaw konstrukcji głowic należy uwzględnić;‣ Wykonanie niecki wypadkowej przy wlocie przed wejściem do przewodu, o takiejgłębokości, aby odskok w niej był zatopiony przez zwierciadło wody w rurociągu. Takierozwiązanie 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 odbywasię dołem w specjalnie wykonane,) niecce. Rozwiązanie takie bywa stosowane rzadko i totylko w dużych syfonach.‣ Możliwość wykonania obniżenia dna kanału i nadania im większego spadu tuż przedwlotem, tak aby otrzymać połączenie w rodzaju niewielkiego bystrza. Rozwiązanie to jestproste i tanie, lecz może być stosowane, gdy położenie zwierciadła wody w przewodziewymaga nieznacznego obniżenia dna kanału.

1.6. Wykonawstwo syfonówBudowa syfonów z uwagi na głębokie ich położenie pod zwierciadłem wódgruntowych jest przedsięwzięciem trudnym i kosztownym. Budowa prowadzona jestw odwodnionym wykopie, umożliwiającym betonowanie przewodu lub wykonaniefundamentu, ułożenie i uszczelnienie elementów prefabrykowanych. Konieczne jest więcwykonanie grodź (ścianek szczelnych) i wgłębne odwodnienie. Przy przekraczaniu większychrzek trudności wykonawstwa poważnie wzrastają; budowa ze względu na długość przewodumusi być wykonywana etapami, ścianki szczelne ze względu na poziom wód w czasiewezbrań muszą być wysokie, a więc wymagają rozparcia, koszty odwodnienia rosną.Duże koszty i pracochłonność robót przygotowawczych skłaniają do szukania takichrozwiązań konstrukcyjnych i wykonawczych, które nie wymagałyby przy ich realizacjiprzełożenia cieku, budowy grodź i kosztownego odwadniania.Takie rozwiązania obecnie bardzo rozpowszechnione, polegają na wykonaniu wykopuw dnie istniejącego cieku i opuszczeniu w przygotowany podwodny rów przewodu uprzedniozamontowanego na brzegu.Ułożenie przewodu pod wodą może być wykonane przez przeciąganie go po dnie, lubzatapianie z prowizorycznych rusztowań. Stosuje się do tego celu także podpory pływające,albo zatapia swobodnie pływający rurociąg.Przy budowie syfonów przekraczających maże rzeki stosowane jest najczęściejprzeciąganie rurociągu.Ponieważ wykonany pod. wodą wykop nie może być przygotowany z takądokładnością jak suchy dół fundamentowy, a w czasie opuszczania rurociągu jest on poddanyobciążeniom, zastosowanie omawianego sposobu budowy wymaga użycia przewodówwiotkich, nie wrażliwych na znaczna deformacje. Wymaganiom tym odpowiadają przedewszystkim przewody stalowe, a także wykonywane ostatnio przewody z tworzyw sztucznych.Przewody żelbetowe są zbyt sztywne, aby posadawiać je na podłożu niegwarantującym ciągłego podparcia. Równocześnie połączenie tych przewodów uniemożliwiaprzyjęcie obciążeń -występujących w czasie zatapiania.Znane są różne sposoby układania przewodów stalowych pod wodą. W budownictwiewodno - 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 oparteo drewniane pale. Przewody zamontowane i pospawane na pomoście po ich obciążeniu wodąlub obciążnikami opuszcza się na linach. Opuszczanie przewodu obywa się w sposób pewnyi bezpieczny. Metoda ta ma pewne wady, do których należy zaliczyć: długi okres budowypomostów, w czasie którego istnieje niebezpieczeństwo zaniesienia przez rumowiskouprzednio 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 przeciąganylinę z drugiego brzegu. Przeciąganie odbywa się w wykopie wykonanym na przedłużeniusyfonu. W wykopie tym zależnie od wielkości syfonu umieszczony jest tor kolejkiwąskotorowej lub podpory rolkowe albo drewniane płozy. Urządzenia te mają za zadaniezmniejszenie oporów rucha i kierowanie przewodu do miejsca jego ułożenia. Po ułożeniuprzewodu na trakcie i przyczepieniu do niego liny, uprzednio przerzuconej przez rzekę naprzeciwny brzeg, następuje przeciąganie rurociągu. Rurociąg początkowo przesuwa się popłozach (ewentualnie rolkach, wózkach), a następnie pod dnie wykopu wodnego. Lina

przeciągana jest przez ciągnik lub przy pomocy wciągarek. Dla łatwiejszego przeciąganiai 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 jestodpowiednie obciążenie przewodu. Musi być ono takie, aby przewód nie wypływał i nie byłznoszony przez wodę, a równocześnie zbyt duże obciążenie przyczyna się do utrudnieniaprzeciągania przewodu. Wykonane izolacje należy obronić przed uszkodzeniem w czasieprzeciągania przez obłożenie przewodu drewnianymi listwami.Krótkie małe syfony przeciąga się nie obudowując traktu i przesuwając rurociągbezpośrednio po gruncie. Można także wykonany rów na odcinku nadwodnym dla ułatwieniaprzeciągania napełnić wodą.Zaletą omawianego sposobu jest możliwość przystąpienia do przeciągania natychmiastpo wykonaniu rowu, co znacznie skraca czas budowy. Wadą tej metody jest możliwośćuszkodzenia izolacji.3. Zatapianie przewodu za pomocą żurawia lub ustawionych na brzegach żurawi.W tym przypadku przewód montowany jest na brzegu równolegle do osiprzekraczanego cieku, a następnie spuszczany na wodę z pochylni lub przy użyciu żurawia.Następnie naprowadza się go na miejsce ułożenia, obciąża i zatapia. Dodatnią stroną tejmetody jest możliwość wykonania prac bardzo szybko, przy prawie niezmienionym kształciewykopanego rowu. Wadą tej metody jest trudność określenia wszystkich obciążeń i ichkierunków działania występujących w czasie opuszczania rurociągu. Stwarza to pewnetrudności przy doborze żurawi o określonym udźwigu. Metoda ta znalazła zastosowaniew budownictwie wodno-melioracyjnym.W ostatnich latach wypróbowany został jeszcze jeden sposób układania syfonów,stosowany dotychczas tylko dla przeprowadzania przewodów i kabli pod szerokimii głębokimi ciekami.Zastosowano tu wieloczynnościowe urządzenie, które drąży potrzebny wykop w dniei układa w nim przewody. Głównym elementem tego urządzenia jest prostokątna rura stalowao silnej konstrukcji zawieszona na statku lub pontonie i opuszczana pionowo na dnie rzeki.Dolny koniec rury w formie dłuta jest zaostrzony w kierunku przewidzianego ruchuurządzenia. 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 szczelinętę układa się wiotkie przewody zwisające z tylnej części pionowej rury i wyprowadzane z niejza pomocą kolanka.Kolanko to zmienia kierunek zwisającego przewodu z pionowego na poziomyprzewód wysuwa się s rwy na skutek ruchu całego urządzenia przeciąganego zgodniea kierunkami drążonego kanału. Przewody okładane w ten sposób musi cechować znacznaelastyczność, dlatego metoda ta może mieć zastosowanie tylko do przewodów z tworzywsztucznych (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 ulegasamoczynnemu zasypaniu. Drążenie za pomocą opisanego urządzenia w gruntach spoistychjest możliwe po wprowadzeniu go w drganie za pomocą przyczepionego wibratora.

ROZDZIAŁ 2Przykłady rozwiązań konstrukcyjnych2.1. Syfony rurowe ze studzienkami żelbetowymiW budownictwie wodno-melioracyjnym często znajdują zastosowanie syfony ruroweze studzienkami żelbetowymi pionowymi. Zakres ich stosowalności jest ograniczony różnicąwysokości między zwierciadłem wody w kanale dopływowym, a osią przewodu. Wielkość tanie powinna przekraczać 5.0 m. Na rys.2.1 przedstawiono konstrukcję syfonu rurowego zestudzienkami żelbetowymi o przekroju prostokątnym typ J-1.Studzienki żelbetowe o wysokości ścianek do 4.50 m wykonywane są na miejscubudowy. Ponieważ obliczone zbrojenie studzienki posiada minimalną ilość stali dopuszczalnąwedług normy dla tej grubości ścianki, przeto przy studzienkach o ściankach niższychzbrojenie 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 cmprzekrój studzienki 100 x 120 cmb) średnica rurociągu d = 80 cmprzekrój studzienki 100 x 100 cmFundament studzienki grubości 20 cm, spoczywa na 10 cm grubości chudym betonieo R w = 90 kG/cm 2 . Studzienki posiadają 50 cm głębokości osadniki.Przykrycie studzienek składa się z 3 płyt o szerokości 35 cm i grubości 8 cm. Odcięciedopływu 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 przywlocie i wylocie ubezpieczone jest kamienia naturalnym lub sztucznym na podsypceżwirowej. 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 R w = 90 kG/cm 2 , grubości 30 cm. Przeddostaniem się wód gruntowych do syfonu zabezpiecza go 50 cm warstwa gliny.Styki rur uszczelnione są papą na lepiku. Syfony tej konstrukcji mogą byćposadowione na wszystkich rodzajach piasku (oprócz próchnicznych luźnych) jak również naniektórych gruntach spoistych - zgodnie z PN-59/B-03020.Przy układaniu rurociągu w gruncie mineralnym nawodnionym wykop otacza sięścianką szczelną.2.1.1. Obliczenia statyczne studzienki o wymiarach 100 z 120 cm, wysokości 4,50 mi średnicy rurociągu d = 100 cm.Studzienka obliczona jest jako konstrukcja ramowa, w której momenty węzłowewynoszą (rys.2.2):21 2 β k + 1M B= − ql(2.1)12 k + 1

Rys. 2.1. Syfon ze studzienkami pionowymi żelbetowymi – typ J-1

Rys.2.2. Schemat do obliczenia statycznego studzienki prostokątneja) momenty przęsłowe2qbMA= MC= + ME8(2.2)2qlMB= MD= + ME8gdzie:b, l - wymiary studzienki w świetle (b - bok krótszy, l - bok dłuższy),bβ =lI2k =I1I 1 , I 2 - momenty bezwładności przekrojów ścian,q - obciążenie jednostkowe ścian parciem gruntu.Parcie ziemi na ściankę o wysokości h wynosi:2γh2 ⎛ ϕ ⎞P = tg ⎜45− ⎟(2.3)2 ⎝ 2 ⎠Kąt tarcia wewnętrznego gruntu przyjęto ϕ = 25° przyh = 4,5 m P = 8,20 Th 1 = 4,4 m P 1 = 7,85 TObciążenie jednostkowe na pas szerokości 0,1 m wynosi q 1 = P – P 1 = 0,35 T/m, a napas szerokości 1,0 m, q 1 = 10 q 1 = 5,5 T/m.Momenty i odpowiednio wynoszą:M E = 0,462 TmM A = M C = 0,118 TmM B = M D = 0,355 TmSiły osiowe:qlS1= = 2,35 T2qbS2= = 2,0 T2gdzie: l = 1,20, b = 1,0 m (rys.2.2).

Naprężenia:a) przy węzłach, uwzględniając większą siłę S 1 ,S1MEσ1,2= ±F W2bgW =(2.4)6g = 15 cmσ 1 = 14,07 kG/cm 2 ; σ 2 = -10,93 kG/cm 2b) w środku ścianki dłuższejS MBσ = 21,2±(2.5)F Wσ 1 = 10,28 kG/cm 2 ; σ 2 = 7,62 kG/cm 2c) w środku ścianki krótszejS MAσ = 11,2±(2.6)F Wσ 1 = 4,72 kG/cm 2 ; σ 2 = -1,58 kG/cm 2Obliczenia zbrojenia ścianki przyσ z = 1200 kG/cm 2 ; R w = 170 kG/cm 2a) na węzłach przy M E z obliczeń mamy: F Z = 3,4 cm 2 przyjęto 10 ∅ 8 mm o F Z = 5,03 cm 2 ,b) w środku ścianki dłuższej, F Z = 2,58 cm 2 , ze względów konstrukcyjnych przyjęto również10 ∅ 8 mm,c) w ściance krótszej przyjęto identyczne zbrojenie.Powyższy układ zbrojenia zastosowano w studzience do poziomu dna rowu. Powyżejstudzienka przekształca się w ramę otwartą. Ścianki równoległe do rurociągu oblicza się jakowsporniki, ściankę poprzeczną - jak belkę dwustronnie zamocowaną. Obciążeniejednostkowe, obliczone jak wyżej wynosi q = 0,8 T.Obliczenie momentów maksymalnych:węzłowy wspornikowy2qlM E= = 0, 53 Tm2w środku ścianki poprzecznej2qlM A= = 0, 061 Tm24Obliczenia zbrojenia:a) na węzłach z obliczeń F Z = 4,1 cm 2 ,przyjęto 10 ∅ 8 mm, F Z = 5,03 cm 2 ,b) w środku ścianki poprzecznej ze względów konstrukcyjnych dano również 10 ∅ 8 mm, tj.więcej w porównaniu do F Z obliczonego;c) w ściance wspornikowej przyjęto 5 ∅ 8 mm.

2.1.2. Obliczenia płyty fundamentowej studzienkiRys.2.3. Schemat do obliczenia płyty fundamentowej studzienkiCiężar studzienki G = 8,48 T. Powierzchnia płyty fundamentowej w obrysie ścianekstudzienki F = 1,95 m 2 , grubość płyty g = 0,20 m (rys.2.3).Naprężenie na grunt przy obciążeniu osiowym wynosiG σ = =20,435kG / cmFWielkość naprężeń zezwala na posadowienie studzienki na żwirach i pospółkach orazprawie na wszystkich rodzajach piasku (oprócz próchnicznych luźnych), jak również naniektórych gruntach spoistych - zgodnie z PN-59/B-05020.W gruntach o mniejszej wytrzymałości wymagane jest posadowienie syfonu naruszcie.Obliczenie maksymalnych momentów:2Ma= maqa(2.7)gdzie:m a - współczynnik zależny od stosunku długości bolców a:b,q - obciążenie jednostkowe płyty,a - długość boku płyty (rys.2.3),M a - 0,189 Tm,2Mb= mbqb(2.8)gdzie:m bM b- współczynnik zależny od stosunku długości boków b:a,- 0,300 Tm.W rezultacie obliczeń przyjęto zbrojenie w kratę 5 ∅ 8 mm.2.1.3. Obliczenie przykrycia studzienkiZaprojektowano 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 q 1 = 400 kG/cm 2 . Na jedną płytęprzypada q = 0,140 T/m.Moment maksymalny2qlM = = 0, 03 Tm8Obliczone zbrojenie: F Z = 0,45 cm 2 ,Przyjęto konstrukcyjnie w płycie 3 ∅ 6 mm tj. F Z = 0,84 cm 2 .

Wkładki rozdzielcze ∅ 6 mm co 20 cm.W tabeli 2.1 przykładowo podano zestawienie materiałów potrzebnych do wykonaniasyfonu Typu J-1.Tabela 2.1Zestawienie 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)Lp.12545678910111213141516171819202122MateriałDrewnoDeski lub bale naściankę zakładanąDrewno szczapowe nakołki do darninyDrewno do deskowaniaStalStal strojeniowaProwadnicePłaskownik na kratęKątownik na kratęTrzpień, hakKlamry włazoweGwoździe ciesielskieOkucia ciesielskieInneRury żelbetoweDybie betonoweBeton R w -170 kG/cm 2Beton R w -90 kG/sm 2GlinaDarninaŻwir na podsypkęLepik bitumicznySznur smołowanyFarba miniowaFarba olejnaSpecyfikacjaDługośćPrzekrój[m]6,6x10 cm--∅ 8 mm∅ 6 mm6530x4 mm40x40x4mm∅ 12 mm∅ 16 mm--d = 100 cm30x24xl5xx15 cm---------1,30----1,30--0,400,90--1,0----------Ciężar[kg]------------56420---------Całkowita ilośćIlośćJednostki Ilość[szt.]7--------16--133850---------m 2mbm 3kgkgkgkgkgkgkgkgkgszt.szt.m 3m 3m 3m 3m 3kgkgkgkg0,060,240.70258,876,436.918,09.71,023,06,04,01338506,56,022.096,038,046,670,01,602,60

Rys. 2.4. Przekrój podłużny i rzut poziomy syfonu typu Sn-1(oznaczenia podano na rys. 2.5.)

2.2. Syfony typu Sn-12.2.1. Ogólna charakterystykaSyfony tego typu zaleca się stosować w przypadku, gdy ciek przekraczany prowadziwodę okresowo. Poziom wody gruntowej powinien być stosunkowo niski, tak abyodwodnienie dołu fundamentowego można było wykonać łatwym sposobem; na przykładpoprzez bezpośrednie pompowanie wody z dna wykopu.Syfon może być posadowiony w gruntach! poniżej spodu fundamentów grunciemineralnym, powyżej spodu fundamentów przyczółków - w mineralnym lub organicznymdobrze rozłożony.2.2.1.1. Opis konstrukcjiNa rys.2.4, 2.5 przedstawiono ogólną konstrukcję syfonu. Przewody syfonu wykonanesą z rur żelbetowych z wpustami, uszczelnionych na styku pierścieniami.Rys.2.5. Przekroje poprzeczne syfonu Sn-1Na załamaniach przewodu znajdują się bloki oporowe. Pierścienie uszczelniające orazbloki wykonane są na miejscu z betonu hydrotechnicznego R w - 170 (rys.2.6, 2.7). Podłożepod przewodami wykonuje się z betonu R w -110 kG/cm 2 . Przyczółki (wlotowy i wylotowy)stanowią doki monolityczne żelbetowe z betonu hydrotechnicznego R w - 170(rys.2.8).Podłoże pod dokami przyczółków wykonane jest z betonu R w -110 kG/cm 2 , napodsypce z pospółki (rys.2.9). Podłoże pod rurociągiem etanowi blok betonowy wykonanyz betonu R w -110. Zamieszczona poniżej tabela podaje wymiary bloku w zależności odśrednicy syfonu (rys.2.10). Izolację zarówno przyczółków jak i przewodów wykonuje się

przez dwukrotne smarowanie lepikiem na gorąco. Syfon wyposażony jest w kratę, w którejramę 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

Rys. 2.8. Przyczółek syfonu Sn-1, zbrojenie

Rys.2.9. Podłoże pod przyczółkiem syfonuSn-1Rys. 2.10. Blok oporowy pod rurociągiemsyfonu Sn-1Rys.2.11. Krata stalowa zamocowana v głowicach syfonuUbezpieczenie dodatkowe stanowią płyty betonowe na podsypce z pospółki,ograniczone krawężnikami z betonu Rw-140 kG/cm 2 . Na zakończeniu płyt betonowychwykonano narzut z kamienia łamanego. Powyżej płyt betonowych na kanaledoprowadzającym ubezpieczenie stanowi darniowanie na płask z przybiciem kołkami.

2.2.1.2. Technologia robót wykonawczychRoboty konstrukcyjne i ubezpieczeniowe należy prowadzić wyłącznie w odpowiednioodwodnionym dole fundament owym. Wykop tego dołu może być wykonany ręcznie lubmechanicznie, lecz osiągnięcie projektowanych rzędnych powinno odbywać się przezwyrównanie 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 sięgruntem sypkim, warstwami starannie ubijając.2.2.2. Obliczenia hydrauliczne syfonu Sn-1Obliczenia hydrauliczne sprowadzają się do:‣ doboru średnicy syfonu;‣ obliczenia długości;,‣ obliczenia strat syfonu,‣ określenia długości ubezpieczeń.2.2.2.1. Dobór średnicy syfonuŚrednicę syfonu przyjmuje się zależnie od wielkości przepływu miarodajnego,ustalonego indywidualnie dla danej budowli, przy jednoczesnym zachowaniu warunkówograniczających prędkości w syfonie. Graniczną prędkość wody w syfonie oraz odpowiedniąjego przepustowość można określić na podstawie tabeli 2.2.Zaleca ale tak dobrać średnicę syfonu, aby prędkość wody odpowiadają- caprzepływowi obliczeniowemu wahała się w granicach 1,2 - 1,6 m/s. Przy doborze średnicysyfonu można korzystać z wykresu, na którym funkcję średnicy D stanowią przepływy Qi prędkości wody w syfonie V (rys.2.12).Rys.2.12. Wykres do ustalenia średnicy syfonu Sn-1

Graniczne prędkości, przepustowość oraz podstawowe wielkości syfonu typu Sn-1Tabela 2.2Typ syfonui średnicawewnętrzna.rur D[cm] Vmin[m/s]Sn-16080100125Graniczne prędkościwody w syfonie dlaprzepływumiarodajnego1,00,60,60,6Vmax[m/s]2.02,02,02,0Przepustowość syfonuprzy granicznychprędkościach wodyQmin[m3/s]0,2830,3010,4710,736Qmax[m3/s]0,5661,0041,5702,454Maksymalnewymiary ciekuprzekraczanegoGłęb. t0[m]2,02,02,02,0Szer. dna.[m]4,04,04,04,0Głęb. t2[m]0,60,60,60,6MinimalnegłębokościprzykryciaprzewoduGłęb. t3[m]0,60,60,60,6Minimalnaszerokośćprzejazdunadprzewodemszerokość „a”[m]5,03,05,03,0Maksymalnadługośćsyfonu wosiprzewodudługość „l”[m]40404040UWAGADopuszcza się wykorzystanie przejazdu nad syfonem, do projektowania dróg rolniczych głównych lub zbiorowych o dopuszczalnym obciążeniu 5T na pojedynczą oś pojazduOznaczenia symboli podano na rys.2.4, 2.5.

2.2.2.2. Obliczenie długości syfonuDługość syfonu określa się w osi przewodu jak i w rzucie poziomym. Długość syfonuw osi wynosi:L = l 1 + l 2 + l 3 + l 4 + l 5 + 4f (2.9)Długość syfonu w rzucie poziomym wynosi w przybliżeniu:L 0 = l 1 + l 4 + l 5 + 2f + cosα (l 2 + l 3 + 2f) (2.10)Przy nachyleniu pochyłej części syfonu 1:2,5, α = 22°, cos α = 0,95 mamy:L 0 = l 1 + l 4 + l 5 + 2f +0,95 (l 2 + l 3 + 2f) (2.11)lub według wzoru uproszczonego przy założeniu, że 2f cos α = 2fL 0 = L – 0,07 (l 2 + l 3 ) (2.12)gdzie długości odcinków syfonu l 1 , l 2 , l 3 , l 4 , l 5 , f (oznaczono na rys. 2.4) oblicza się wedługnastępujących zasad:l 1 = Bl 2 i l 3 - długości odczytane z tabeli 2.5.dla ustalenia średnicy syfonu D, oraz różnicy poziomów dna między ciekiem przekraczanymi przekraczającym t 0 – t oraz t 0 – t 1 .l 4 = l 5 = m(t 0 + t 4 ) + a - W (2.13)gdzie:m - współczynnik pochylenia skarp cieku przekraczanego,t 4 - wysokość nasypu między przyczółkiem a ciekiem przekraczanym, zależna odprzyjętej głębokości przykrycia rurociągu t 2 (m),- głębokość cieku przekraczanego (m),t 0a ≥ 3m - przyjęta szerokość przejazdu nad syfonem (m),W - wielkość odczytana z tabeli 2.3 dla danej średnicy D, oraz różnicy poziomów dnacieków t 0 - t i t 0 –t 1 .W praktyce obliczoną wielkość l 4 zaokrągla się do wymiarów stanowiącychwielokrotność 0,5 lub 1,0 m, a przyjętą szerokość przejazdu „a” koryguje o wielkośćzaokrąglenia wymiaru l 4 .

Tabela dla ustalenia wielkości l 1 i l 3 oraz W - syfon typu Sn-1Tabela 2.3t 0 -t D = 60 D = 80 D = 100 D = 125(t 0 -t 1 ) l 2 (l 3 ) t 3 W l 2 (l 3 ) t 3 W l 2 (l 3 ) t 3 W l 2 (l 3 ) t 3 W-0,6-0,5-0,4-0,5-0,2-0,100,10.20,50,40.50,60,70,80,91,01,11.21,31,42,02,02,52,53,03,05,55,54,04,54,55.05.05,55,56,06.06,56,57,07,50,760,660,730,650.710,610,700,600,680,770,670.750,650,740,640,720,620,710,610,690,782,152,152,622,625,083,083,553,554,014,484,484,944,945,415.415,875,876,346,546,807,272,52,53,03,03,53.54,04,54,55,05,05,55.56,06,06.56,57,07,07,58,00,740,640,720,620,710,610,690,780,680,760,660,750,650,750,650,720,620,700,600,690>772.562.563,023,023,493,493,954,424,424,884,885,355,355,815,816,286,286,746,747,217,673,03,05,53,54,04,54,55,05.05,55,56,06,06,56,57,07,07,58,08,08,50,720,620,710,610,690,780,680,760,660,750,650,730,630,720,620,700,600,690,770,670,762,792,793.263,263,724,194,194,654,655,125,125,585,586,056,056,516,516,987,447,447,913,54,04,04,54,55,05,05,55,56,06,56,57,07,07,57,58,08,08,58,59,00,660,740.640,730,650,710,610,700,600,680,770,670,750,650,740,640,720,620,710,610,693,263,723,724,194,194,684.655,125,125,586,056,056,516,516,986,987,447,447,917,918,37Wymiary elementów konstrukcyjnych syfonu typu Sn-1 (cm)Tabela 2.4D s u k e b 1 c f8 90 140 255 86 758 110 140 265 100 8010 135 140 295 125 9012 165 160 525 150 100608010012522255055gdzie: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,b 1 - 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, t 0 = 1,50 m, t – t 1 = 1,20 m, t 2 = 0,60 m,B = 5,0 m, 1 : m = 1 : 2, a = 5,0 m.L = l 1 + l 2 + l 3 + l 4 + l 5 + 4fl 1 = B = 3,0 ml 2 = l 3 = 5,5 m(według tabeli 2.5) dla D = 100 oraz t 0 - t = t 0 – t 1 = 1,50 - 1,20 = 0,50 ml 4 = l 5 = m (t 0 + t 4 ) + a – wt 4 = D + s + t 2 – t = 1,0 + 0,10 + 0,60 - 1,20 = 0,50 mgdzie: s = 0,10 dla D = 100 przyjęto według tabeli 2.4 w = 5,12 m według tabeli 2.4 dla D =100, oraz t 0 - t = 0,30 m4f = 4 x 0,50 = 1,20 mgdzie f przyjęto dla D = 100 według tabeli 2.4l 4 = l 5 = 2 (1,50 + 0,50 ) + 3,0 - 5,12 = 1,88 mprzyjęto l 4 = 2,0 mL = 3,0 + 5,5 + 5,5 + 2.0 + 2,0 + 1,20 = 19,2 mL 0 = l 1 + l 4 + l 5 + 2f + 0,93 (l 2 + l 3 + 2f)L 0 = 3,0 + 2,0 + 2,0 + 0,60 + 0,95 ( 5,5 + 5,5 + 0,60)L 0 = 18,59 m2.2.2.5. Określenie wysokości strat hydraulicznychW rozdziale 1 podano teoretyczne podstawy obliczenia wysokości strat w syfonach.Całkowitą wysokość strat hydraulicznych oblicza się w oparciu o przekształconerównanie Bernoulliego22V V0z = ( ξ1+ ξ2+ ξ4+ ξ5) + ξ3(2.14)2g2ggdzie:ξ 1 - współczynnik strat na wlocie,ξ 2 - sumaryczny współczynnik strat na 4 załamaniach,ξ 3 - sumaryczny współczynnik strat na 2 kratach,ξ 5 - współczynnik strat na długości przewodu,V - prędkość wody w syfonie,V 0 - prędkość wody dopływającej bezpośrednio przed wlotem do kraty,g - przyspieszenie ziemskie.Wysokość strat jako funkcję prędkości wody w syfonie oraz jego długości i przyjętejśrednicy 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/s2.2.2.4. Ustalenie długości ubezpieczeńDługość ubezpieczeń poniżej wylotu – L 6 można obliczyć za pomocą wzorustosowanego w radzieckich typowych syfonachVL6 = kVrD(2.15)gdzie;k = 2,2 - współczynnik ustalony laboratoryjnie dla przewodów jednootworowych,V- prędkość wody w syfonie,V r - dopuszczalna prędkość wody w cieku ze względu na rozmycie dna, określonaz tabeli 2.5,D- średnica przewodu.

Ma podstawie powyższego wzoru opracowano wykres, gdzie długość ubezpieczeńokreślono jako funkcję średnicy przewodu D, oraz prędkości wody w syfonie V (rys.2.14).Wartości te określono dla V r = 0,6 m/s. Przy innych wielkościach V r należy stosowaćmnożniki podane w tabeli 2.6.Rys.2.14. Wykres do określenia długości ubezpieczenia L 6 w zależności od średnicy syfonu Di prędkości wody w syfonie V. Oznaczenia: V - prędkość wody w syfonie w m /s, L 6 -długość ubezpieczenia poniżej wylotu w m, D- średnica wewnętrzna przewodu w cm

Tabela 2.5Dopuszczalne prędkości V r (m/s) dla różnych rodzajów gruntuLp.1.2.5.4.5.6.7.8.9.10.11.12.Rodzaj materiału dnaGliny tłuste (frakcje d ≤ 0,005 mmponad 50 % zależnie od zwięzłościGliny piaszczyste (frakcje d ≤ 0,005mm do 30 %)Less zależnie od zwięzłościTorf w złożachIł zależnie od zwięzłościPiasek drobnyPiasek średniPiasek gruboziarnistyŻwir drobnyŻwir średniŻwir grubyOtoczakiDopuszczalna prędkość średnia V r (m/s) przyśredniej głębokości0,4 m 1,0 m 3,0 m0,4 - 0,70,8-0,950,45-0,750,5 - 1,20,15- 0,250,550,450,550,700,800,901.0 - 1,50,4 - 0,91,0 - 1,20,6 - 1,00,7 - 1,50,25- 0,550,500,600,750,901,101,201,55- 1,90,6 - 1,51.5 - 1,60,9 - 1,451,0 - 2,00,4 - 0,50,750,801,101.201,601,802,0 - 2,8Tabela 2.6V r 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0Mnożnik 3,0 2,0 1,5 1,2 1,0 0,86 0,75 0,67 0,6Na 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 L 6 , lecz mniej niż 2,0 m.Długość ubezpieczeń na cieku przekraczanym można ustalić ze wzoru:L 7 = B + B 0gdzie;BB 0- szerokość dna cieku przekraczanego,- szerokość przewidywanego wykopu na poziomie dna cieku przekraczanego.Skarpy na cieku przekraczającym należy ubezpieczyć płytami betonowymi nawysokość 10 cm nad poziom wody w cieku. Poziom ten określa przepływ miarodajnyprzyjęty do obliczeń hydraulicznych.Skarpy cieku przekraczanego należy ubezpieczać na wysokość 50 cni ponad poziomwody normalnej licząc po skarpie cieku.

2.2.5. Technologia wykonywania robótRoboty betonowe i ubezpieczeniowe wykonuje się w odwodnionym dolefundamentowym. Wykop dołu fundamentowego pod przewód oraz jego ułożenie i zasypaniemoże być wykonane pod wodą lub w odwodnionym wykopie zależnie od przyjętejtechnologii wykonania dołu fundamentowego.Dno po wykonaniu wykopu wyrównuje się tak, aby przewód na całej długościspoczywał na gruncie.. W przypadku ułożenia syfonu pod rzeką kontrolę rzędnych dnaprzeprowadza się przy pomocy sondowania tyczką (ewentualnie łatą geodezyjną) zakończonąkrążkiem o średnicy 20 cm.Przyczółki zależnie od wielkości budowli, istniejących warunków oraz przyjętejtechnologii wykonania może być montowany bezpośrednie w dole fundamentowym albo naterenie 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 wykonaniuprzyczółków przewód zalewa się wodą, która nie powinna zawierać zanieczyszczeń.Prowadnice do przemieszczania się krat należy przyśrubować do ścian przyczółków po ichrozdeskowaniu ale przed wykonaniem zasypki. Zasypkę stanowi materiał sypki starannieubijany warstwami.

ROZDZIAŁ 3Syfony z prefabrykatów3.1. Przykłady rozwiązań konstrukcyjnychW rozwiązaniach konstrukcyjnych syfonów nie obserwuje się takiej różnorodnościform i koncepcji jak w niektórych innych budowlach. Najistotniejszą i najbardziejpracochłonną w wykonaniu część konstrukcji stanowi przewód decydujący o całościrozwiązania i ograniczający możliwości swobodnego kształtowania budowli.W Polsce wykonywano syfony jako budowle częściowo Montowane z elementówgotowych. Stosowano zwykle przewody układane z rur żelbetowych z betonowymi namiejscu budowy głowicami (wlotową i wylotową).Przykładem takiego rozwiązania może być syfon przeprowadzający wodę podkanałem energetycznym (rys.3.1). Syfon o zdolności przepustowej Q = 5,50 m/s, przy spadziez = 0,36 m i prędkości przepływu wody w syfonie V = 1,79 m/s wykonany był z rurżelbetowych o średnicy D = 140 cm i długości 100 cm. Rury łączono zaprawą cementowąobłożoną warstwa glinobetonu. Posadowione były one na fundamencie glinobetonowymgrubości 40 cm. Odcinki przewodu na jego załamaniach wykonywane były na mokropodobnie jak i głowice. Syfon ułożony w odwadnianym wykopie utrzymuje się dobrze.Na rys. 3.2 przedstawiono typowy syfon z rur azbestowo - cementowych. Syfony teo średnicy 50 i 40 cm wykonywane są na fundamencie betonowym lub z gruntobetonu.Łączenie rur według metody Simplex. Załamanie przewodu wykonuje się z kształtekżeliwnych lub stalowych.Syfony te mogą być stosowane, gdy poziom wód gruntowych układa się nisko,a montaż przewodu możliwy jest bez odwodnienia lub przy prostym odwodnieniupowierzchniowym o depresji 50 - 100 cm. W przypadku wyższego poziomu wód gruntowychwskazane jest zastosowanie rur stalowych. Syfony z krótkich rur żelbetowych o średnicach80, 100, 125 cm posadawiane są na wykonanym na miejscu budowy fundamencie.Wymagane jest w tym przypadku wykonanie przewodu w suchym wykopie. Wloty i wylotysyfonów wykonuje się z prefabrykowanych elementów dokowych, takich samych, jakie sąwykonywane dla przepustów z zastawkami (rys.3.3).Syfony żelbetowe wykonywane obecnie w Związku Radzieckim według projektówtypowych, montowane są z rur kielichowych długości 4,0 m. Wykonywane są syfonypojedyncze o średnicach 60, 80, 100, 120, 150 cm oraz podwójne 2x150 cm. Prędkości wodypanujące w tych syfonach w granicach od 1,0 do 3,0 m/s i spadach 10 - 90 cm zapewniajązdolność przepustową od 0,26 do 10 m 3 /s.Przewody długości 20 - 100 m posadowione są bezpośrednio na gruncie. Fundamentstosowany jest dla rur o większych średnicach (100, 120 i 150 cm) w tych przypadkach, gdydopuszczalne obciążenie podłoża jest mniejsze niż 1,0 kG/cm 2 . Fundament wykonywany jestwówczas z betonu marki 100, a szerokość jego podstawy powinna być o 20 cm większa odśrednicy wewnętrznej przewodu. Grubość fundamentu uzależniona jest od średnicy ruryi wynosi: dla rur 100, 120 cm - 10 cm, a dla rur 150 cm - 15 cm.Uszczelnienie rur następuje przez zapełnienie kielicha pakułami lub sznuremnasyconym bitumem, z zewnętrznym przykryciem zaprawą cementową. W miejscachzałamania rurociągu stosowane są elementy rurowe o skośnie ściętych płaszczyznachczołowych /l na rys.5.4/. Elementy te w przypadku średnic 120 lub 150 cm opierane są namonolitycznych fundamentach (2 na rys.3.4).

Rys. 3.2. Syfon z rur azbestowo – cementowych

Rys. 3.3. Syfon z rur żelbetowych

Rys. 3.4. Typowy syfon z rur kielichowych stosowany w ZSRR.: a) widok z góry i przekroje;1 - element na załamaniu, 2 – fundamentW środku odcinka poziomego, między dwoma załamaniami, stykają się dwa końcerurociągu, co wymaga specjalnego połączenia. Wykonane jest ono z pierścienia z blachystalowej 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

Rys 3.7. Trójprzewodowy syfon stalowy

Przed założeniem pierścienia na obwodzie rur, w miejscu styku nakleja się nauprzednio powleczoną roztworem asfaltowym powierzchnię pas nasyconego bitumemwojłoku o grubości 1 cm i szerokości 20, 22 lub 25 cm. Na wlocie zakłada się kraty rzadkiechroniące przewód przed dostaniem się pni, gałęzi i innych ciał pływających.Krata wykonana jest z płaskowników 5x50, 6x63, 6x80mm z prześwitami międzyprętami w zależności od średnicy 200, 220 mm. Krata umocowana za pomocą kątowników65x65x6 mm lub 75x75x6 mm znajduje się 25 - 55 cm od ściany wlotu lub zasuwy. Jeżelizachodzi 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 napodsypce żwirowej grubości 10 cm.Opisane syfony mogą być wykonywane na sucho, to znaczy, gdy wody gruntowewystępują poniżej dna wykopu budowlanego. Jeżeli, jak to najczęściej bywa, zwierciadło wódgruntowych znajduje się wyżej, konieczne jest odwodnienie wykopu, otoczenie go ściankamiszczelnymi itp.Potrzeba budowy syfonów ma także miejsce w przypadku przekroczeniadoprowadzalników montowanych w prefabrykowanych koryt, prowadzonych najczęściej nadterenem, na podporach słupowych lub palach. Syfon wtedy należy tak usytuować podwzględem wysokościowym, aby nie trzeba było zagłębiać go poniżej zwierciadła wodygruntowej, ani zbytnio wydłużać. Konstrukcję takiego syfonu pokazano na rys.3.6.Przewód syfonu wykonany jest z długich rur kielichowych. Ma załamaniach przewoduwykonano odpowiednie kształtki, a w pobliżu środka rurociągu połączenie pierścieniemstalowym.Dla spokojnego przeprowadzenia wody z koryta o przekroju parabolicznym lubpółeliptycznym do przewodu zaprojektowano odcinki przejściowe (2 na rys.3.6). Odcinkiprzejściowe mogą być wykonane jako element gotowy lub betonowany na miejscu.Znaczne koszty związane z odwodnieniem wykopów pod syfony, przemawiają zazastosowaniem syfonów, gdzie przewód układany jest pod wodą.Przykładem takiego rozeznania jest syfon pokazany na rys.3.7, złożony z trzech rurstalowych o średnicy 140 cm i grubości ścianek 22 mm. Przepustowość syfonu wynosi 8,5m 3 /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 ściankamiszczelnymi. W głowicach (górnej i dolnej) wykonuje siei wnęki szandrowe, w które od stronywody górnej zakładać można kraty. Rury stalowe połączone z betonowymi elementami wlotui 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 m 3 /s przyspiętrzeniach od 9 cm do 25 cm.Rys. 3.8 przedstawi - syfon stalowy zalecany przy występowaniu wysokiego poziomuwody gruntowej. Pod rurociągiem nie przewiduje się wykonania fundamentu przewódstalowy układany jest bezpośrednio na gruncie. Połączenie przewodu spawane, a izolacjęzewnętrzną stanowi bitum i owinięcie taśmą Denso. Średnice przewodu tego syfonu mogąwynosić: 40, 50, 60, 80, 100 i 120 cm.Rys. 3.9 przedstawia syfon wykonany z krótkich rur żelbetowych. Syfon prowadziwodę pod kanałem, a głowice wykonane są jako ściany pionowe. Na załamaniachzastosowano ciężkie bloki oporowe. Uszczelnienie rur żelbetowych wykonano za pomocąpierścienia. Podobny typ syfonu przedstawiono na rys.3.10.

Rys. 3.9. Syfon z rur żelbetowych prefabrykowanych

Rys. 3.10. Syfon z rur żelbetowych prefabrykowanych z głowicami bez ścian pionowychRys. 3.11. Syfon podwójny z rur stalowych zatopionych z głowicami wykonanymi w odwodnionym wykopie

Przewód stanowią prefabrykowane rury żelbetowe. Głowice w tym przypadku niestanowią ściany pionowe, a skośne położone na nasypie kanału. Konstrukcję syfonuzatapianego z rur stalowych przedstawia rys. 3.11.W tym przypadku przewód układany jest w nieodwodnionym wykopie. Głowiceżelbetowe wykonane są natomiast w odwodnionym wykopie.LITERATURA[1] T. Barbacki, St. Boczarski, A. Małohowicz: Przewodnik do ćwiczeń z budowliwodnych. 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 budownictwiewodno-melioracyjnym. Materiały z Sesji Naukowo-Technicznej. SITWiM, NOT,Kraków 1976.[6] Centralny Urząd Gospodarki Wodnej, Departament Techniki: Przepisy w sprawiewarunków technicznych, którym powinny odpowiadać obiekty inżynierskiei urządzenia gospodarki wodnej w zakresie budownictwa hydrotechnicznego.Wydawnictwo Katalogów i Cenników, Warszawa 1967.[7] Centralne Biuro Studiów i Projektów Wodno-Melioracyjnych: Założenia projektowe doprojektowania syfonów. Warszawa 1966.[8] B.S. Czugajew: Podzienmyj kontur gidrotiechniczeskicb soorużenij. Leningrad„Eniergija” 1974.[9] W. Danielecki, M. Mączyński: Zastosowanie 'Bitumów i tworzyw sztucznychw budownictwie widnym. Warszawa 1977, Arkady.[10] L. Dąbkowski, J. Skibiński, A. Żbikowski: Hydrauliczne podstawy projektów wodnomelioracyjnych.Warszawa 1982, PWRiL..[11] K. Pabijanowski: Umocnienie skarp przy budowle jazów melioracyjnych GospodarkaWodna, 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. Moskwa1962.[14] F. Hapke: Der Ingenieur in Wasserbau. Düsseldorf 1960.[15] Hydroprojekt. Budowle na kanałach: syfony, akwedukty, stopnie. .Studium. Włocławek1966.[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. Warszawa1968, 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 poniżejbudowli 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. Moskwa1954.[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, MAROTWszelkie uwagi proszę kierować: RMTARNAW@CYF-KR.EDU.PL