Канал и замок

<час />

Фон

Канал - это искусственный водный путь. Каналы строятся для различных целей, включая орошение, осушение земель, городское водоснабжение, производство гидроэлектроэнергии, а также транспортировку грузов и людей. Судоходные каналы могут быть неглубокими сооружениями, предназначенными для движения барж, или они могут быть достаточно глубокими для приема океанских судов.

Для экономии воды и облегчения двустороннего движения каналы построены ровно. Если есть разница в высоте между концами канала, канал строится как серия секций уровня, соединенных замками. Замок представляет собой прямоугольную камеру с воротами на обоих концах; когда оба затвора закрыты, уровень воды внутри шлюза можно отрегулировать в соответствии с уровнем воды в канале с любой стороны. Таким образом, судно, входящее в шлюз, может быть поднято или опущено, чтобы войти в участок канала следующего уровня. Альтернативные типы замков иногда строятся для преодоления больших перепадов высот; вся шлюзовая камера, в которой находятся плавающие на воде лодки, поднимается вертикально или перемещается по наклонному участку рельсовой линии.

В Соединенных Штатах около 15% междугородних грузов (измеряемых как расстояние и вес) перевозится по воде либо по искусственным каналам, либо по судоходным рекам. (Спрямление или углубление реки для приема судов определенного размера называется канализацией водного пути.) В 1997 году 1,2 миллиарда тонн (1,1 миллиарда метрических тонн) грузов было перевезено по водным путям Соединенных Штатов; к 2020 году ожидается, что годовой тоннаж будет вдвое больше. Стоимость перевозки груза баржей примерно вдвое меньше, чем стоимость его перевозки по железной дороге, и примерно 1/8 стоимости перевозки грузовым транспортом.

Инженерный корпус армии США контролирует около 40 234 км коммерческих судоходных путей и около 240 шлюзовых камер. Половине этих шлюзов более 50 лет, а некоторые слишком малы для больших скоплений барж, которые обычно соединяются и перемещаются одним современным буксиром. В связи с ожидаемым увеличением объемов морских грузоперевозок необходимо будет отремонтировать, заменить и увеличить многие шлюзы. Также будет продолжено строительство каналов, включающих не только транспортные пути, но и каналы, предназначенные для экологических целей.

История

Каналы

Сообщается, что каналы были построены в Египте еще 6000 лет назад. Первый канал, предназначенный для приема мореходных судов, был построен фараоном Сесостерисом 14 000 лет назад, соединив Красное море с рекой Нил и, таким образом, со Средиземным морем. Остатки этого канала, который попеременно игнорировался и перестраивался полдюжины раз, предполагают, что он был около 150 футов (46 м) в ширину, 16 футов (5 м) в глубину и 60 миль (97 км) в длину.

Самый старый канал, который до сих пор используется, был проложен в Китае в четвертом веке до нашей эры. для сбора налогов на зерно и переброски войск. Перестроенный и расширенный около 600 г. н.э. канал стал известен как Большой канал; его последнее расширение, завершенное около 1280 г. н.э., увеличило его длину до 1795 км. Он остается самым длинным судоходным каналом в мире.

На протяжении веков каналы рыли только ручными инструментами. При строительстве Южного канала между 1665 и 1681 годами, соединяющего Атлантический океан. Вид с воздуха на канал и систему шлюзов. Океан и Средиземное море на юге Франции, порох был впервые использован для взрыва туннеля. Изобретение паровых машин в конце семнадцатого века способствовало подпитке «эпохи каналов» в Европе и Северной Америке в восемнадцатом и девятнадцатом веках, во время которых были построены тысячи миль каналов. Плуги на конной тяге продолжали использоваться, особенно для окончательной обрезки канала до желаемых уклонов и глубин. Полная механизация строительства каналов была достигнута в 1946 году, когда американская компания построила первые машины для обрезки и облицовки каналов.

Замки

Флэш-шлюзы, первые попытки переправить лодки через сложные перепады высот на реках или каналах, относятся к третьему веку до нашей эры. Греческий историк Диодор Сицилийский 200 лет спустя описал, как Птолемей II улучшил канал от Нила до Красного моря, построив своего рода замок. Состоящие из одинарных ворот, мгновенные замки переносили лодки вниз по течению во время наплыва воды; лодки, идущие вверх по течению, можно было тянуть вперед, плывя по потоку, освобождаясь при открытии ворот.

Флэш-замки были опасными, и они использовали большое количество воды. Значительное улучшение произошло в 984 году нашей эры, когда на Гранд-канале Китая был построен первый двухстворчатый замок. Также называемый фунтовым замком (потому что он задерживает воду), он был предшественником современных обычных замков. Его ворота представляли собой панели, которые поднимались вертикально. Аналогичный замок с воротами с вертикальным подъемом, построенный в Нидерландах в 1373 году, также контролировал уровень воды, частично открывая ворота вверх или вниз по течению. Работа фунтового замка была значительно улучшена в 1485 году, когда был построен итальянский замок с меньшими отверстиями в воротах, управляемыми клапанами.

Леонардо да Винчи изобрел митровые ворота в 1480 году. Две ворота, каждая более чем на половину ширины замка, вращаются на вертикальных петлях. В открытом положении они находятся на одном уровне со стенками замка. В закрытом положении они встречаются в виде буквы V, направленной вверх по потоку, так что более высокий уровень воды давит на них, обеспечивая плотное уплотнение.

Основание входного затвора в шлюзе выше, чем основание выходного затвора. Если шлюз был очень глубоким, вода, заполняющая камеру через отверстие в верхнем затворе, создавала турбулентность или даже затопляла лодку в камере. Эта проблема была решена во Франции в семнадцатом веке, когда были построены водные каналы с клапанами для наполнения и опорожнения шлюза. Замок представляет собой прямоугольную камеру с воротами на обоих концах; когда оба затвора закрыты, уровень воды внутри шлюза можно отрегулировать в соответствии с уровнем воды в канале с любой стороны. Таким образом, судно, входящее в шлюз, может быть поднято или опущено, чтобы войти в участок канала следующего уровня. в нижнюю часть каменной облицовки камеры.

До начала девятнадцатого века шлюзовые ворота были деревянными, а шлюзовые камеры облицовывались деревом, камнем, кирпичом или дерном. В 1827 году из чугуна впервые построили замок и ворота в Чешире, Англия. После разработки бессемеровского процесса массового производства стали этот материал использовался для строительства замков и ворот, как основных элементов, так и в качестве арматурных стержней для бетона.

Сырье

Водонепроницаемые покрытия предотвращают просачивание воды из канала в землю. В течение многих лет лучшим выбором была лужа, смесь песка, глины и воды, которая высыхала до водонепроницаемого состояния. Современные материалы и добавки, которые более долговечны, включают бетон, летучую золу, бентонит, битумные материалы и пластиковую пленку.

Замки обычно делают из бетона, иногда облицовывают сталью. Если конструкция замка обнажает коренные породы, пол в облицовке не требуется. Ворота изготавливаются путем сварки стальных листов и арматурных балок. Вертикальные кромки ворот имеют эффективные уплотнительные материалы, такие как белый дуб. В 1999 году французская компания разработала шлюзовые ворота из ламината, армированного стекловолокном, в рамах из нержавеющей стали.

Дизайн

Ранние каналы проходили по максимально ровной поверхности, потому что крупномасштабные землеройные работы были очень трудными и дорогостоящими. Лучшее землеройное оборудование и возможности строительства шлюзов позволяют прокладывать более короткие и прямые маршруты каналов. Из-за географических препятствий участки некоторых каналов строятся в туннелях или на акведуках (водопроводных мостах).

Важно заполнять и опорожнять шлюзовую камеру при минимальной турбулентности воды. В современном дизайне шлюзы размещаются в подоконниках ворот, в полу или стенах камеры. Замок также может быть оборудован погружным барботером, который выпускает воздух ниже зоны закрытия затвора; в результате легкая турбулентность защищает зону от мусора, который может помешать надлежащему уплотнению заслонки.

Для современных замков доступны различные конструкции ворот, и разные типы могут использоваться на входных и выходных концах одного замка. Митровые ворота - один из самых популярных вариантов. Другой распространенный выбор - ворота Tainter, изогнутая пластина, которая вращается вертикально. В этой эффективной конструкции, которая используется для клапанов в водопропускных трубах, а также для ворот главного затвора, давление воды фактически способствует вращению затвора. Другими вариантами являются плоские ворота, которые скользят вверх, вбок или вниз в пол замка, как и плоские ворота, которые откидываются снизу, и изогнутые ворота, которые горизонтально поворачиваются в ниши в стене.

Уильям Кроуфорд Горгас (1854–1920).

Уильям С. Горгас родился 3 октября 1854 года недалеко от города Мобил, штат Алабама. В 1875 году Горгас получил степень бакалавра искусств Южного университета. Желая сделать военную карьеру, он решил поступить в армию со степенью врача. После окончания Медицинского колледжа Белвью в Нью-Йорке и стажировки в больнице Белвью Горгас был назначен в Медицинский корпус армии США в июне 1880 года. Затем последовали служебные командировки в Техасе и Северной Дакоте, почти 10 лет он провел в форте Барранкас во Флориде. Горгасу было назначено это место с желтой лихорадкой, потому что он ранее болел этой болезнью и был невосприимчивым.

После того, как Гавана, Куба, была оккупирована американскими войсками в 1898 году, Горгас возглавил лагерь желтой лихорадки в Сибони, вскоре став главным санитарным врачом Гаваны. Получив информацию о том, что некий комар является переносчиком желтой лихорадки, Горгас быстро уничтожил рассадник этого комара, избавив город от желтой лихорадки.

В 1904 году начались работы на Панамском канале. Горгас отправился в Зону канала, чтобы заняться санитарией, преуспев в Панаме и Колоне. Горгас стал общепризнанным мировым экспертом в области санитарии, и ряд иностранных правительств и международных комиссий обратились к нему за помощью. Его книга Санитария в Панаме быстро стал классикой в ​​области общественного здравоохранения. В 1914 году он был назначен генеральным хирургом армии и прослужил в этом качестве до выхода на пенсию четыре года спустя. Горгас умер 3 июля 1920 года и похоронен на Арлингтонском национальном кладбище.

Производственный процесс

Канал

• 1 Необходимо провести тщательное обследование трассы канала не только для правильного выравнивания, но и для точной глубины выемок и насыпей.
• 2 Первичные земляные работы выполняются с помощью землеройного оборудования, такого как бульдозеры и экскаваторы.
• 3 Обрезная машина на гусеничном ходу используется для удаления последних 12–18 дюймов (30–46 см) почвы для создания желаемых уклонов стен и плоского дна для канала. Вынутый грунт транспортируется по конвейеру и загружается на грузовики, которые его увозят.
• 4 Слой высокопроницаемого материала может быть распределен по стенам и полу для облегчения отвода грунтовых вод под канал.
• 5 решеток из арматурной стали построены и установлены на стенах и полу канала. Бетонные блоки удерживают решетки над поверхностью, поэтому бетон может течь под ними.
• 6 Бетон перемешивают, подвергают вибрации для удаления воздушных карманов и наносят с помощью скользящей опалубки, покрывая арматурную сталь. Слипформинг означает заливку бетона между поверхностью канала и формой (формой), которая медленно движется вперед; бетон затвердевает достаточно быстро, чтобы сохранить свою форму к тому времени, когда форма выйдет из контакта с ним. Специализированные машины размещают поперечные и продольные компенсаторы перед станком для скольжения.

Заблокировать

• 7 Вокруг предполагаемого места шлюза сооружается временная перемычка. Стальные шпунтовые сваи забиваются в землю, образуя серию смежных вертикальных ячеек, которые простираются над ватерлинией. Ячейки заполнены песком. Из закрытого помещения откачивают воду для создания сухой строительной площадки. Место замка раскопано. При необходимости в землю забиваются сваи для поддержки конструкции замка.
• 8 деревянных опалубок формируют пол и стены замка. Внутри форм предусмотрено место для водопропускных труб и клапанных камер, а также прорези для петель и выемки для открытых ворот. Дополнительные формы построены для формирования подходных стенок, которые будут направлять суда в шлюз.
• 9 После сооружения арматурных стальных каркасов в опалубках производится заливка бетона. Когда бетон застынет (затвердеет), формы снимают.
• Установлено 10 регулирующих клапанов для заполнения и опорожнения шлюза, а также гидравлическое и механическое оборудование для управления клапанами и затворами.
• 11 ворот собраны и отправлены на объект. Очень большие ворота могут поставляться секциями, которые свариваются вместе при установке в замок.
• 12 Аксессуары, такие как перила, причальные столбы и аварийные трапы, устанавливаются на стенках шлюза.

Побочные продукты / отходы

Утилизация выкопанного материала - одна из проблем при строительстве каналов и шлюзов. Его можно использовать для строительства насыпей или разбросать по окружающей сельской местности, где он должен быть тщательно озеленен для борьбы с эрозией, а также для внешнего вида. Строительство Divide Cut, канала протяженностью 29 миль (46 км) на водном пути Теннесси-Томбигби, в начале 1980-х годов потребовало удаления 150 миллионов кубических ярдов (115 миллионов кубических метров) земли.

Во время строительства шлюза выкопанный материал можно использовать для заполнения ячеек перемычки. После снятия перемычки материал можно использовать для заполнения за береговой стороной стены шлюза.

При работе замка используется большое количество воды; Например, для заполнения шлюза длиной 600 футов (180 м) и шириной 110 футов (34 м) с помощью подъемника на 7 футов (2,1 нм) требуется 3,5 миллиона галлонов (13 миллионов литров) воды. На некоторых каналах и реках запасы воды ограничены, и их сохранение важно. Вместо того, чтобы выпускать воду ниже по потоку, когда затвор опорожняется, часть воды может быть отведена в боковой пруд, где ее можно хранить и использовать для заполнения камеры для следующей операции.

Будущее

Из-за значительной потребности в ремонте или замене замков, а также в строительстве новых объектов, Инженерный корпус армии США спонсирует и проводит исследования в области строительства водных путей. Масштабные модели предлагаемых конструкций можно протестировать на его экспериментальной станции «Водные пути». Посредством своей исследовательской программы «Инновации для навигационных проектов» (INP) он поддерживает разработку новых способов строительства, ремонта и эксплуатации каналов и шлюзов. Среди недавних тем были улучшения в подводном бетоне и укладке цементного раствора, а также разработка высокопрочного бетона с низкой плотностью для строительства модульных замковых секций, которые могут быть установлены без строительства перемычки. Другие текущие темы исследований включают устройства защиты для стен шлюзов и ворот от ударов барж, улучшенные конструкции систем забора и сброса воды, лучшее оборудование и устройства управления для рабочих ворот, а также методы увеличения (вместо замены) существующих шлюзов, которые имеют недостаточную пропускную способность.