1.3. Этапы возведения сооружений и пропуска строительных расходов
Общую задачу каждого периода целесообразно разбивать на ряд более частных задач и выделять внутри каждого периода соответствующие этапы. Поскольку масштабы задач для разных строек могут быть различными, то и количество этапов может быть различным. Однако практика гидротехнического строительства выработала подходы к рациональному выделению этапов. Так, в основном периоде для речных гидротехнических сооружений целесообразно выделять минимум пять этапов, связанных с очередностью возведения сооружений с учетом пропуска строительных расходов и наполнения водохранилища.
I этап — возведение сооружений, необходимых для перекрытия русла;
II этап — перекрытие русла;
III этап—наращивание сооружений до отметок, необходимых для начала наполнения водохранилища;
IV этап — наполнение водохранилища до отметок пуска первоочередных агрегатов;
V этап—наращивание сооружений и наполнение водохранилища до проектных отметок с последовательным, поочередным пуском всех агрегатов.
Каждому из этих этапов соответствует своя схема пропуска строительных расходов и переход от одного этапа к другому сопровождается соответствующими изменениями этой схемы.
На I этапе основного периода возведение необходимых сооружений осуществляется, как правило, за перемычками, а пропуск строительных расходов производится по естественному руслу реки с различной степенью его стеснения этими перемычками. Внутри котлована строятся сооружения, через которые будут пропускать строительные расходы на последующих этапах строительства. Эти сооружения бывают различных видов в зависимости от компоновки и типов основных сооружений;
Это могут быть как специальные временные сооружения, построенные только для пропуска строительных расходов (каналы, туннели, донные трубы), так и различные отверстия в постоянных бетонных сооружениях (отверстия в виде «гребенки», донные отверстия и т.д.).
В принципе следует стремиться к использованию основных сооружений гидроузла для пропуска строительных расходов, т.е. к совмещению строительных и эксплуатационных водосбросов, при невозможности этого варианта нужно прибегать к устройству специальных временных отверстий в основных сооружениях и только в крайнем случае предусматривать специальные временные сооружения.
Основные мероприятия и виды работ на первом этапе включают:
возведение перемычек первой очереди;
организацию водоотлива и водопонижения в котловане;
выемку мягких и скальных грунтов под сооружения;
бетонные работы на участках бетонных сооружений;
насыпь грунтов на участках земельных сооружений;
монтаж гидромеханического оборудования строительных отверстий.
Положение и конструкция перемычек должны быть увязаны с возможным стеснением русла, геологическими условиями основания и наличием местных материалов.
Перемычки относятся к временным сооружениям 4 класса капитальности. Отметки гребня должны соответствовать горизонтам воды при пропуске расчётных расходов 5% обеспеченности. Иногда при особых обоснованиях перемычки относят к 3 классу капитальности с расчетными строительными расходами 3% обеспеченности.
Система водоотлива и водопонижения должна быть увязана со свойствами грунтов основания и перемычек.
Бетонные части сооружения, необходимые для перекрытия русла и пропуска строительных расходов после перекрытия возводятся полностью. Остальные сооружения возводятся в минимальном объёме, необходимом для создания напорного фронта при перекрытии и пропуске последующего расчётного паводка.
На II этапе в процессе перекрытия русла осуществляется постепенное переключение расходов из естественного русла на сооружения, построенные во время I этапа.
Перекрытие русла включает следующие основные мероприятия и работы:
предварительное стеснение русла на участке перекрытия до расчётного прорана;
отсыпка каменного банкета в проране (перекрытие прорана);
отсыпка фильтров и материала тела перемычки до отметок перекрытия;
наращивание перемычки по высоте до отметок, необходимых для пропуска расчетного строительного расхода (паводка).
Перекрытие русла обычно начинается в осенний период с малыми расходами (сентябрь, октябрь месяцы). В предшествующий период с относительно сниженными меженными расходами производят дополнительное сужение русла путём отсыпки мягких грунтов и горной массы с берегов с оставлением прорана. Перекрытие этого прорана осуществляется обычно отсыпкой горной массы с крупными камнями и бетонными кубами.
На этом этапе очень важным является выбор способа перекрытия. В основном применяется два способа перекрытия: пионерный и фронтальный.
Пионерный способ заключается в постепенной отсыпке каменного банкета в проран с берегов.
Фронтальный способ заключается в одновременной отсыпке банкета по всей ширине прорана со специальных мостов.
Выбор способа зависит от расхода и скоростей при перекрытии, свойств грунтов в основании. Наиболее простой способ – пионерный, но критические скорости потока при этом способе выше, чем при фронтальном, поэтому он применяется при залегании в русле трудно-размываемых грунтов (аллювий, валуны и др.). При наличии в основании сильно-размываемых грунтов (песков) приходится применять фронтальный способ.
Банкет перекрытия отсыпается в пределах будущей перемычки в перекрываемом русле для возможности возведения в русле основных сооружений. Эту перемычку начинают возводить сразу после отсыпки банкета, сначала до отметок перекрытия, а затем на третьем этапе – до проектных отметок, соответствующих расчетным горизонтам верхнего бьефа при пропуске расчетных расходов.
Положение банкета и перемычки зависит от компоновки и конструкции основных сооружений на этом участке. При русловой компоновке с бетонными плотинами в русле банкет располагается с верховой стороны и входит в состав верховой перемычки второй очереди. Для организации основных работ в котловане второй очереди параллельно возводится перемычка с нижнего бьефа.
При компоновках с однородными земляными плотинами в русле без устройства котлована второй очереди банкет перекрытия располагается с низовой стороны в пределах тела плотины с низовой стороны. При компоновках с неоднородными земляными плотинами с устройством котлована второй очереди банкет перекрытия и перемычка располагаются с верховой стороны. Необходимость устройства котлована второй очереди зависит от конструкции плотины.
На третьем этапе производится наращивание всех основных сооружений по всему напорному фронту. Пропуск строительных расходов осуществляется по ранее построенным сооружениям и отверстиям.
При компоновках с бетонными плотинами в русле требуется организация котлована второй очереди со всеми работами как и при организации котлована первой очереди на первом этапе. Возведение перемычек начинается сразу после перекрытия русла и должно быть закончено до наступления весеннего паводка. Высота перемычек и ее объемы должны быть увязаны с возможностью их возведения за этот период. Для этого выполняются специальные технико-экономические расчеты.
При компоновках с земляными плотинами в русле необходимость организации котлована второй очереди зависит от типа и конструкции плотины. При однородных плотинах, и отсутствии специальных сопрягающих устройств с основанием, котлован второй очереди не требуется, и отсыпка плотины ведется прямо в русло.
При неоднородных плотинах и наличии специальных устройств при сопряжении с основанием требуется устройство котлована второй очереди со всеми вытекающими мероприятиями и работами.
В конце третьего этапа перед началом наполнения водохранилища должны быть выполнены мероприятия и работы для уменьшения и регулирования пропускной способности строительных отверстий в период наполнения водохранилища. По этим отверстиям с ограниченной пропускной способностью и осуществляется пропуск в нижний бьеф расходов при наполнении водохранилища и наращивании сооружений на четвертом этапе.
На четвертом этапе осуществляется наполнение водохранилища, и продолжается возведение сооружений до отметок пуска сооружений первой очереди.
В период наполнения водохранилища (IV этап) часть расходов реки должна задерживаться в водохранилище, а через створ гидроузла должны пропускаться только расходы, необходимые для удовлетворения нужд тех отраслей народного хозяйства, предприятия которых расположены ниже гидроузла. На этом этапе пропуск строительных расходов осуществляется через регулируемые отверстия с уменьшенной пропускной способностью. Для низконапорных сооружений это могут быть отверстия с их постепенным поочередным перекрытием и заделкой. Для высоконапорных гидроузлов предусматривается перестройка больших отверстий, расположенных на низких отметках у основания плотины, на малые с пониженной пропускной способностью или предусматривается устройство новых отверстий на высоких отметках в несколько ярусов. Эти отверстия включаются в работу по мере наполнения водохранилища и во всех случаях оборудуются затворами для регулирования пропускной способности.
В конце четвертого этапа осуществляется пуск агрегатов первой очереди и построенные сооружения принимаются во временную эксплуатацию.
На пятом этапе происходит наращивание всех сооружений до проектных отметок, дальнейшее наполнение водохранилища и поочередный пуск всех агрегатов ГЭС.
Таким образом, для любых компоновок и принятых схем очередности возведения сооружений и пропуска строительных расходов можно выделить 5 четко выраженных этапов строительства и связанных с ними изменений уровня воды верхнего бьефа от начала работ по основным сооружениям до наполнения водохранилища (рис. 1.5).
Рис. 1.5. Этапы возведения сооружений и пропуска строительных расходов в основной период строительства
I, II, III, IV, V—этапы; 1 – уровни воды в, реке в естественных условиях при пропуске расчетного расхода; 2 – уровни воды в верхнем бьефе в период строительства после перекрытия русла; 3 – рост отметок верха сооружений напорного фронта
Некоторые примеры схем пропуска строительных расходов (II – III этапы) на построенных гидроузлах приводятся в табл.1.1.
Таблица 1.1.
Гидроэлектро-станция |
Река |
Расчетные расходы воды, м³/с /% обеспеч. |
Схема |
Волжская имени XXII съезда КПСС |
Волга |
47800/5 |
гребенка водосливной плотины и донные отверстия здания ГЭС |
Киевская |
Днепр |
520 факт. при перекр. |
отверстия в блоках здания ГЭС |
Усть-Хантайская |
Хантайка |
8090/5 |
строительный туннель с площадью сечения 100 м² с переливом через перемычки |
Братская |
Ангара |
11400/5 |
гребенка водосливной плотины и донные отверстия |
Зейская |
Зея |
12300 |
8 донных отверстий 8х12 м |
Сояно-Шушенская |
Енисей |
10600/5 |
10 донных отверстий в бетонной плотине 9 по 6х6,6 м и 1 по 5х5,5 м |
Колымская |
Колыма |
10700/5 |
бетонная труба с площадью сечения 400 м² |
Бурейская |
Бурея |
16500/5 |
6 донных отверстий 6х12 м |
Три ущелья |
Янцзы КНДР |
11600 факт. при перекр. |
строительный канал, донные отверстия |