книги из ГПНТБ / Максимов С.Н. Инженерные сооружения (с основами строительного дела) учеб. пособие

нения во избежание возникновения нежелательных деформаций сооружений и расстройств в работе систем коммуникаций не толь­ ко в период перестройки, но и после ее окончания.

§ 7. ОСНОВЫ ВЫБОРА ТИПА ОПИРАНИЯ ФУНДАМЕНТА НА ОСНОВАНИЕ

Выбор того или иного основания для сооружения, а также метода устройства фундамента представляет собой комплексную задачу, правильное решение которой возможно только при общем учете особенностей инженерно-геологической обстановки (геологи­ ческого строения участка, гидрогеологических условий, свойств грунтов) и конструктивных особенностей сооружения. При этом должны приниматься во внимание также технические, экономиче­ ские и производственные условия проведения строительных работ в данном конкретном районе. В процессе этого выбора должны учитываться также возможности изменения инженерно-геологиче­ ских условий в процессе ведения строительных работ и при после­ дующей эксплуатации сооружения, когда под влиянием воздей­ ствия сооружения или мер, принятых при ведении строительных работ, могут возникнуть ранее отсутствовавшие явления (движе­ ние грунтовых вод при осушении котлована, повышенное давление от сооружения, динамическое воздействие работающих механизтов и т. д.).

Конструкция сооружения должна выбираться с учетом ожи­ даемых деформаций основания. В нужных случаях как само соо­ ружение, так и его фундамент должны быть разделены на части, которые будут испытывать разные по величине деформации. При невозможности разделения должны быть приняты меры к обеспе­ чению у сооружения такой жесткости конструкции, которая позво­ ляла бы ему воспринимать и соответственно перераспределять не­ равномерные усилия, возникающие при соответствующих дефор­ мациях.

Метод ведения строительных работ по возведению фундамен­ та также должен выбираться с учетом необходимости достижения наиболее высокого качества работ по сочленению фундамента с основанием.

Проектирование всего комплекса работ по фундаментостроению, от выбора основания, глубины заложения и конструкции фун­ дамента до решения вопроса о методе производства строительных работ, представляет собой сложную творческую задачу. Решение ее в каждом отдельном случае должно производиться проектиров­ щиками совместно с инженером-геологом и даваться в виде не­ скольких конкурирующих между собой вариантов. Выбор опти­ мального варианта производится в каждом конкретном случае исходя из особенностей природной обстановки и конструкции соо­ ружения, а также местных возможностей (экономической целесо­

9 0

образности, уровня возможной механизации, наличия естествен­ ных стройматериалов и строительной промышленности и т. п.).

Ниже, пользуясь систематизацией, проведенной проф. А. Л. Ру­ бинштейном (1961), рассмотрим некоторые типичные случаи заложения фундаментов и варианты возможных решений как по выбору их конструкций, так и методов ведения строительных ра­ бот.

А. В первом случае в толще пород под слоем относительно прочных грунтов, в пределах активной зоны, на небольшой глуби-

Рис. 48. Варианты устройства фундаментов при удовлетворительных грун­ тах в пределах верхней части активной зоны

не от сооружения залегают малоустойчивые слабые грунты (рис. 48), а грунтовые воды расположены ниже контакта со сла­

можно заложить более мелкий, но расширенный фундамент, рас­ пределяющий нагрузку от сооружения на большую площадь (слу­

щих до контакта со слабым грунтом (случай б2) ; б) перейти на висячие сваи (случай бз) или создать искусственное основание путем укрепления слабого грунта (случай б4) .

Б. Во втором случае с поверхности залегает слой слабых грунтов, подстилаемый прочными. Однако мощность слоя слабых грунтов больше, чем глубина заложения фундамента, нужная по конструктивным особенностям сооружения, и его подошва распо­ лагается в пределах слабого грунта, не выдерживающего нагрузку от сооружения (рис. 49). Грунтовые воды также залегают доста­ точно глубоко. Здесь могут быть следующие решения: а) зало­ жить фундамент повышенного заглубления и прорезать им всю толщу слабых грунтов, оперев фундамент на прочные грунты (случай Bi); б) прорезать слабый грунт и заменить его песчаной

91

подушкой, на которую опереть фундамент (случай в2) ; в) приме­ нить искусственное улучшение слабого грунта, создав искусствен­ ное основание (случай в3) ; г) применить свайный фундамент, опи­ рающийся на прочные грунты (случай в4).

Тип 1

Рис. 49. Варианты устройства фундаментов при слабых грунтах в верхней части активной зоны

фундаменты

Рис. 50. Варианты устройства фундаментов при слабых грунтах в пре­ делах всей активной зоны

В. На нормальной глубине заложения фундамента, так же как и в пределах всей толщи грунтов основания, залегает мощный пласт (более 20—30 м) слабого неустойчивого грунта (рис. 50). Грунтовые воды располагаются глубоко. Это неблагоприятные условия для строительства, но если перенести сооружение в другое место нельзя, то могут быть приняты следующие достаточно труд­ ные решения: а) провести искусственное укрепление грунта (слу­ чай ri); б) расширить площадь опирания фундамента настолько, что при сниженном таким образом давлении будет обеспечена устойчивость основания (случай г2); в) создать фундамент из глу­

92

Ч а с т ь II

ИНЖЕНЕРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ

Г л а в а IV

ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ

§ 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Отрасль науки и техники, которая с помощью разработки спе­ циальных комплексов сооружений, оборудования и устройств за­ нимается использованием водных ресурсов и ведет борьбу с их вредным действием, называется г и д р о т е х н и к о й .

В гидротехнике определились следующие основные отрасли

ееприменения:

1)использование водной энергии, при котором энергия дви­ жущейся (падающей) воды преобразуется в механическую, а за­ тем в электрическую;

2)мелиорация (улучшение) земель путем орошения (иррига­ ции) засушливых районов и осушения заболоченных, а также пу­ тем защиты от вредного действия вод (затопления, подтопления, эрозии и т. п.);

3) водный транспорт — улучшение судоходных условий рек

иозер, строительство портов, шлюзов, каналов и т. п.

4)водоснабжение и канализация населенных мест и промыш­ ленных предприятий.

Все перечисленные отрасли гидротехники не являются обособ­ ленными, а тесно связаны между собой и переплетаются при ком­ плексном решении проблем водного хозяйства. Так, при энерге­ тическом использовании водных ресурсов бассейнов рек Волги и Днепра одновременно решались и проблемы водного транспорта, а также орошения засушливых земель. При решении вопросов

94

ирригации большинства районов Средней Азии и Северного Кав­ каза одновременно разрешается и энергетическая проблема пу­ тем строительства не только водохранилищ и водозаборов с водо­

мым во всех отраслях гидротехнического строительства, относят­

ным гидротехническим сооружениям, применяемым только в' оп­ ределенных условиях, относятся: гидроэнергетические (машинные здания ГЭС, деривационные сооружения и др.), воднотранспорт­ ные (шлюзы, каналы, портовые сооружения), гидромелиоративные (водозаборы, оросительные и осушительные каналы и др.), водо­ проводные и канализационные (водозаборы, водоводы, очистные сооружения и т. п.). Насосные станции входят в состав сооруже­ ний ряда отраслей гидротехнического строительства.

Гидротехнические сооружения возводят обычно в виде ком­ плекса сооружений, включающих водоподъемные, водопропуск­ ные, водосборные, транспортные, энергетические и др. Такой ком­ плекс сооружений называют г и д р о у з л о м . В зависимости от назначения могут быть энергетические, ирригационные или судо­

несколько водохозяйственных задач.

Гидротехническое строительство, особенно связанное с воз­ ведением высоких плотин и образованием крупных водохранилищ (иногда длиной несколько сотен километров, например Братское

природные условия, меняя на участке водохранилища положение базиса эрозии окружающей территории, вызывая изменение усло­ вий питания и движения подземных вод, активизируя склоновые процессы (оползни), меняя микроклимат района и т. д. Кроме того, создание водохранилищ с большим запасом вод может вы­ звать при аварии сооружения катастрофические затопления доли­ ны реки ниже сооружения. Все это требует особенно тщательного изучения природных условий территории размещения гидроузлов. Особенно важно при этом изучение геологического строения и гид­ рогеологических условий, в значительной мере определяющих об-

95

щую инженерно-геологическую обстановку района строительства. Поэтому специализированные организации, ведущие проектирова­ ние гидротехнических сооружений в нашей стране (например, Г идропроект, Гипроводхоз), имеют в своем составе мощные инженер­ но-геологические отделы, вооруженные современной техникой для ведения разведочных и опытных работ и методикой инженерно-гео­ логических исследований. Само проектирование сооружений при выборе их типа и конструкции базируется на наиболее широком учете и использовании особенностей инженерно-геологической об­

становки.

В процессе проектирования, исходя из назначения сооруже­ ний и конкретных природных условий, и в частности инженерно­ геологической обстановки, производится выбор наиболее рацио­ нального створа расположения основных сооружений гидроузла, компоновки его (взаимного расположения сооружений), выбор типа и параметров водонапорных сооружений (типа плотины, ее высоты, глубины врезки и опирания на породы основания, сопря­ жения с массивом пород в примыканиях к бортам долины и т. д.), д также схемы производства строительных работ.

§ 2. КРАТКАЯ ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА

Гидротехникой человечество занималось еще в самой глубокой древности. Так, по дошедшим до нас сведениям, каменная плотина в Египте была построена еще за 4 тыс. лет до нашей эры, а зем­ ляные плотины в Китае, Индии и других странах еще раньше.

Из памятников письменности Древней Руси известны сообще­ ния о водяных мельницах, искусственных прудах и запрудах для рыбного промысла. Позднее в Новгороде, а затем и в Москве были построены водопроводы. В XVII в. при построенных в то время заводах и фабриках были сооружены земляные и деревян­ ные плотины и водяные машины, приводившие в движение завод­ ское оборудование; часть из этих плотин и прудов сохранилась до

в несколько меньшем объеме в Заволжье, на юге Украины, в Кры­ му и на Северном Кавказе начинают строить ирригационные соо­ ружения, а в Белоруссии — осушительные системы.

Гидроэнергетика в дореволюционной России была развита очень слабо — к 1914 г. мощность всех гидроэнергетических уста­ новок не превышала 10 тыс. квт, что было менее 1% мощности всех электростанций страны.

После Великой Октябрьской социалистической революции на­ чалось бурное развитие всех отраслей гидротехнического строи­ тельства. Начиная с осуществления ленинского плана ГОЭЛРО

96

и строительства первенцев советского гидростроительства — Вол­ ховской и Днепровской (на скальном основании) и Верхнесвирской ГЭС (на глинах) в нашей стране проводится систематическое и комплексное освоение водных ресурсов наших рек.

Уже в годы первых пятилеток создаются и начинают осуще­ ствляться комплексные схемы использования водных ресурсов" рек Волги, Камы и Днепра. Тогда же были разработаны схемы ком­ плексного использования ресурсов ряда сибирских рек (Ангары, Енисея, Иртыша и др.), успешно осуществляемые в настоящее время.

Сильно выросло и гидротехническое строительство для целей ирригации: за годы довоенных пятилеток были построены такие грандиозные ирригационные сооружения, как Большой Ферган­ ский канал в Узбекистане, Невинномысский канал на Северном Кавказе, ряд водохранилищ на реках Карадарья и Зеравшан (Уз­ бекистан), Чу (Киргизия) и др.

В годы Великой Отечественной войны темпы гидротехническо­ го строительства несколько снизились, но в Средней Азии при массовом участии колхозов методами народных строек были по­ строены такие сооружения, как Фархадская ГЭС на р. Сырдарье, Северный Ферганский, Таш-Сакинский, Большой Гиссарский и другие каналы. В это время велись работы по Большому Чуйскому и Северо-Ташкентскому каналам, Каттакурганскому и Орто-То- койскому водохранилищам, а также ряду гидроэлектростанций.

За послевоенные годы советская гидротехника сделала новый крупный шаг вперед. В этот период возведены крупнейшие гид­ ростанции на Волге им. Ленина у г. Куйбышева и им. XXII съезда КПСС у Волгограда, Днепре (Каховская), Оби (Ново­ сибирская), Ангаре (Иркутская и Братская), Енисее (Краснояр­ ская), Куре (Мингечаурская) и многие другие. Некоторые из них являются крупнейшими в мире (Красноярская — мощностью

6млн. квт).

Всоответствии с решениями XX—XXIV съездов КПСС было развернуто небывалое в истории страны гидроэнергетическое и мелиоративно-гидротехническое строительство. Так, было намече­ но довести орошаемые площади до 28 млн. га, для чего, в част­ ности, начато строительство таких комплексных гидроузлов, как Нурекский на р. Вахше с плотиной высотой 300 м, Токтогульский на р. Нарыне с плотиной высотой более 200 м и др. Среди строя­ щихся гидроэлектростанций только Саяно-Шушенская, Енисей­ ская, Усть-Илимская будут иметь мощность выше 4 млн. квт

каждая.

Крупные гидротехнические работы в настоящее время ведутся по таким комплексным водохозяйственным проблемам, как пере­ броска части стока северных рек (Северная Двина, Печора и др.) через бассейн рек Камы и Волги в Каспийское море, орошение территории Западного Казахстана с помощью канала Иртыш — Караганда и др.

На базе грандиозного гидротехнического строительства, про­ водившегося в годы пятилеток, в нашей стране создалась одна из наиболее передовых в мире наук — советская гидротехника, об­ ладающая богатым опытом комплексного гидротехнического строи­ тельства и оснащенная крупными проектными и научно-исследова­ тельскими организациями. Высокий уровень научных и производ­ ственных достижений позволяет не только решать сложные комп­ лексные водохозяйственные задачи в нашей стране, но и помогать в осуществлении ряда проектов в зарубежных странах (строитель­ ство Асуанской плотины на р. Ниле в АРЕ, плотины на р. Евфрате в Сирии и др.).

§ 3. ГИДРОУЗЛЫ

Схема использования ресурсов водного потока заключается обычно в разбивке продольного профиля реки на ряд участков, представляющих собой отрезки долины реки, в которых будут созданы водохранилища. Эти участки располагают так, чтобы подпор, созданный плотиной нижнего водохранилища, выклини­ вался перед плотиной более высоко расположенного. Система та­ ких водохранилищ позволяет существенно изменить водный режим водотока, накапливать воду в многоводный период года и увели­ чивать расход в маловодные периоды. При этом создаются воз­ можности для энергетического использования реки, улучшения ус­ ловий судоходства, облегчения забора воды для целей орошения и водоснабжения. Примером подобной схемы полного использова­ ния водных ресурсов водотока может служить р. Волга с построен­ ными на ней сооружениями.

Водохранилища, представляющие собой искусственно созда­ ваемые водоемы, в зависимости от своих объемов могут быть се­ зонного или многолетнего регулирования. Первые имеют относи­ тельно небольшие объемы и могут перераспределять естественный сток реки в пределах одного года, меняя его распределение по сезонам. Вторые, имея очень большие объемы, могут накапливать воды в многоводные годы и увеличивать расходы в маловодные (например, построенное Мингечаурское водохранилище на р. Куре, водохранилища строящихся Нурекской и Токтогульской ЕЭС

иДр.).

Вводохранилище различают следующие характерные уровни

до которого допускается временное заполнение водохранилища во'

98

ризонтом НПУ; п о л е з н ы й о б ъ е м (РП) — заключенный между НПУ и ГМО и используемый для регулирования стока (в том числе для выработки гидроэнергии, целей ирригации и водо­

В очень многих случаях при комплексном использовании водных ресурсов водотока гидроузел может выполнять несколько водо­ хозяйственных функций и содержать одновременно сооружения водозаборные, энергетические и транспортные.

Кроме основных сооружений в составе гидроузла предусмат­ риваются вспомогательные (жилые поселки для обслуживающего персонала, ремонтно-механические мастерские, дороги и другие коммуникации и т. п.), необходимые для обеспечения нормальной его работы.

Выбор типа сооружений гидроузла и их взаимного располо­ жения ( к о м п о н о в к а ) , так же как и способов их возведения, являются взаимосвязанными и определяются как назначением гид­ роузла, так и природными условиями. Среди них инженерно-геоло­ гические во многих случаях являются определяющими.

При разработке общей компоновки сооружений гидроузла ис­ ходят из того, чтобы компоновка была возможно более компакт­ ной, а объемы и стоимость минимальными, но каждое сооружение должно быть расположено наилучшим образом для выполнения его функций и не затруднять работы остальных сооружений.

Большое разнообразие природных условий, а также различие в масштабах и назначении отдельных сооружений приводят к большому многообразию взаиморасположения сооружений. Однако существуют следующие основные схемы расположения сооружений