В настоящее время для акведуков чаще применяется название мостов-каналов (ponts-canaux, Kanalbriicken).
Сооружение первых акведуков относится к эпохе владычества римлян (Кастелянский, 400 л. до начала нашей эры). Некоторые римские, сохранившиеся до наших дней, достигают огромных размеров и доказывают высокое искусство своих строителей. После падения господства римлян строительство значительных акведуков почти прекратилось, и лишь с 18 в. вновь начали строить большие сооружения.
В СССР был построен акведук на Мытищенском водопроводе близ Москвы (18 в.), Таицкий близ г. Пушкино, на новом водопроводе близ Тбилиси и др. Первоначально они применялись исключительно для целей водоснабжения, т. к. вода древних водопроводов доставлялась исключительно самотеком, открытыми каналами, и они были единственным средством для преодоления препятствий в виде глубоких долин, рек и т. д. С началом применения в водопроводном деле чугунных и иных труб, могущих работать под давлением, пересечение водопроводными линиями названных препятствий чаще осуществляется дюкерами, а акведуки значительно реже. Тем не менее они применяются и на современных водопроводах, причем выбор дюкера или акведука обусловливается экономическими расчетами и местными условиями.
Параллельно с указанным назначением они применяются в настоящее время для целей судоходства поп пересечении судоходными каналами рек, долин и т. д., а также для ирригации и удаления сточных вод. В основном каждый акведук состоит из следующих частей:
Очень часто перечисленные элементы совмещаются, например стенки канала могут служить одновременно несущей конструкцией и т. д. Расчет отверстия ничем не отличается от расчета обычных мостов. Статический расчет поддерживающей конструкции также ничем принципиально не отличается от расчета мостов. Разница заключается лишь в том, что нагрузка равномерно распределенная и постоянная. Значительные изменения нагрузки бывают только при опорожнении и наполнении канала.
Стенки и дно канала рассчитываются на гидростатическое давление, причем в судоходных акведуках высота слоя воды должна быть увеличена на высоту волны, поднимаемой судами, а также ветром. Расчет сечения канала производится по формулам гидравлики по заданному расходу воды и допускаемой скорости течения.
Для судоходных - сечение канала подбирается, исходя из допускаемого сопротивления судов при движении, которое сильно возрастает при уменьшении сечения канала. Многочисленные исследования показывают, что отношение сечения судоходных каналов в пределах акведука к миделевому сечению судна не должна быть меньше 2—3. Это отношение на участках каналов с земляным руслом принимается от 4 до 5,5; здесь низший предел относится к наиболее крупным судам, высший — к средним, имеющим наибольшее обращение по каналу. Продольный уклон водопроводных- принимается часто увеличенным против среднего уклона всей водопроводной линии для повышения скорости и уменьшения тем самым требуемого сечения.
Наименьший уклон определяется условием, чтобы скорость в русле не падала ниже определенного предела, при котором начинается отложение наносов и происходит усиленное окисление металла. Исходя из этих соображений, наименьший уклон открытых русел принимается 0,0001; наименьшая скорость в железных водоводах — 0,4 м/ск. На судоходных - уклон обычно равен нулю, и поверхность воды горизонтальна. В поперечном сечении канал на водопроводных - чаще имеет криволинейные очертания, в частности круговое, что позволяет достигнуть наиболее экономии, сечения стенок. В некоторых случаях вода пропускается по трубам, причем акведук может служить одновременно и для проезда (рис. 1). Канал судоходных сооружений имеет прямоугольное или трапецоидальное сечение. На несудоходных - канал обычно бывает закрытым сверху, причем перекрытие могут быть как сводчатым, так и плоским.
При сводчатых перекрытиях стенки канала испытывают добавочное к давлению воды усилие от распора свода, для уменьшения которого сводам обычно придается полуциркульная форма. При плоских покрытиях не только избегается указанный недостаток, но, наоборот, стенки могут быть связаны поверху, что позволяет уменьшить их толщину (рис. 2). Поверхность над покрытием служит для прохода. В тех случаях, когда канал остается открытым, необходимо устраивать специальные тротуары шириной не менее 0,6 м.
Ширина судоходных - определяется из условий грузооборота и может быть рассчитана либо на движение судов одного направления либо на встречное. Рядом с судоходным каналом устраиваются бечевники, ширина которых обусловливается техническими условиями сооружения данного водного пути. Часто для уменьшения ширины поддерживающей конструкции бечевники и тротуары устраиваются на консолях или на отдельных арках уменьшенной толщины (рис. 3), причем тротуары могут располагаться под бечевниками.
Материалом для постройки в древности служил исключительно камень; в настоящее время наряду с камнем применяются железобетон, металл и дерево. При каменных - необходимо считаться с темп-рными трещинами, которые часто появляются в сводах, если не принимать специальных мер для их устранения. Если стенки канала составляют одно целое с кладкой свода, трещины распространяются и на канал, вызывая появление течи и расстройство кладки от замерзания воды, проникающей в нее, и от выщелачивания цементного раствора.
Для устранения появления трещин необходимо принимать специальные меры: сооружать трехшарнирные своды, вести кладку сводов по способу Сежурне с утрамбовкой швов между отдельными секциями свода полусухим раствором или по способу Фрейсине. В некоторых акведуках для температурной изоляции в кладке оставляются воздушные каналы (рис. 4).
Иногда строение канала отделяется от кладки несущей конструкции для обеспечения свободных перемещений (рис. 5). Меры эти все же не могут гарантировать кладки стенок и дно канала от появления трещин, и необходимо строение канала при бесшарнирных сводах разрезать температурными швами, а при шарнирных сводах устраивать сквозные швы над шарнирами. Перекрытие швов чаще осуществляется при помощи изогнутых в виде U медных листов с заполнением углубления асфальтом или иным пластичным материалом.
Те же меры необходимо применять и для железобетонных арочных акведуках. Независимо от перекрытия швов (для предупреждения просачивания воды в кладку или бетон) стенки и дно канала покрываются специальной изоляцией (свинцовые листы, асфальт, гудрон, каучук, глина), причем на судоходных - необходимо принимать меры против повреждения изоляции проходящими судами, баграми и т. д. Для этой цели боковые стенки предохраняются отбойными брусьями и сплошной деревянной обшивкой сверх изоляции, а на дне укладывается слой утрамбованной глины достаточной толщины (рис. 6). Какова бы ни была изоляция, необходимо обращать самое серьезное внимание на тщательность ее изготовления и поддержание ее в исправности при эксплоатации, так как долговечность сооружения в значительной мере зависит от надежности изоляции.
При железных - стенки канала могут служить несущей конструкцией. На железных водопроводных сооружениях вода чаще пропускается трубами, причем при небольших пролетах специальную поддерживающую конструкцию можно не устраивать; при фланцевых соединениях пролет трубы могут быть допущен до 10 м, при прямоугольном сечении (клепаная конструкция) имеется свободный пролет 20—40 м. При больших пролетах трубы должны поддерживаться специальной конструкцией, причем трубы могут входить или не входить в состав этой конструкции.
Необходимо иметь в виду, что если при изогнутых поясах (арки) верхняя точка лежит выше линии общего уклона канала, то в этом пункте нужно устраивать вентили для выпуска воздуха, т. к. образуется сифон. При больших размерах труб таковые поддерживаются специальными фермами или тросами. Железные акведуки не требуют специальной изоляции канала, необходимо лишь следить за плотным соединением железных листов в швах.
Затруднительным местом является соединение железного канала с устоями, т. к. соединение это требует обеспечения свободного перемещения концов канала при изменениях температуры и в то же время должно гарантировать плотность. Для осуществления этих обоих условий применяются два метода:
В деревянных акведуках, так же как и в железных, стенки канала при небольших пролетах
могут играть роль несущей конструкции. При больших пролетах канал поддерживается специальными фермами или тронами. Канал деревянных - устраивается из шпунтованных просмоленных досок, причем должны быть приняты специальные меры к тщательному изготовлению всех сопряжений. В том случае, если стенки канала являются несущими, целесообразно применение ферм системы Лембке.
Могут устраиваться, приближаясь по конструкции или к каменным (арочным) или к железным. Одной из наиболее ответственных частей является сопряжение устоев с берегом. Обычно сопряжение это осуществляется при помощи утрамбованной глины, слой которой заходит в специальные пазы, оставляемые в кладке (рис. 9).
Как
упомянуто выше, по концам больших сооружений устраиваются специальные затворы, дающие возможность выпустить воду из канала на зиму или для ремонта. Затворы могут быть различной конструкции в зависимости от ширины канала и глубины воды. Во многих случаях применяются секторные подъемные затворы с большим радиусом сектора для возможности прохода судов под затвором в поднятом состоянии. Затворы помещаются или на устоях или на специальных каменных опорах на некотором расстоянии. На акведук малой ширины затворы могут осуществляться в виде шандоров, входящих в специальные пазы в кладке устоев.
