Види гідротехнічних споруд виділяють насамперед за їх функціональним призначенням.

Розрізняють наступні види:

− водопідпірні споруди;

− водоскидні споруди;

− водоспускні та водовипускні споруди;

− водопровідні споруди;

− енергетичні споруди;

− судноплавні споруди;

− берегозахисні та берегоукріплювальні споруди та ін.

Водопідпірні споруди створюють та підтримують перепад рівнів між верхнім та нижнім б'єфами (напір).

Водоскидні споруди повинні забезпечувати:

− пропуск витрат повені та дощових паводків та інших невикористовуваних витрат води, щоб уникнути перевищення проектних рівнів води у верхньому б'єфі;

− пропуск льоду, шуги, сміття та інших плаваючих предметів із верхнього б'єфу до нижнього, якщо це потрібно за умовами експлуатації гідровузла.

Ці функції водоскидних споруд можуть здійснюватися як під час експлуатації гідровузла, і у період його будівництва. У першому випадку водоскидні споруди називаються експлуатаційними, у другому – будівельними або спорудами для пропуску будівельних витрат.

Водоспускні споруди необхідні здійснення попусків води з водосховища, зокрема, підтримки у нижньому б'єфі певних санітарно-екологічних умов (так звані санітарні витрати води, встановлювані санітарними правилами і нормами – СанПиН 3907-85).

Водопровідні споруди призначені передачі води деякі відстані.

Енергетичні споруди служать для використання енергії води - це споруди гідравлічних (ГЕС), атомних (АЕС), теплових (ТЕС) електростанцій, а також спорудження насосних станцій (НС).

Судноплавні споруди забезпечують судноплавство та лісосплав.

Берегозахисні та берегоукріплювальні споруди призначені для захисту або зміцнення берегів річок, каналів, водосховищ від руйнування хвилями, течією води, льодом.

1.3. Гідротехнічні споруди міст

В умовах міст широко застосовуються:

– водопідпірні споруди;

− водоскидні споруди;

− водоспускні та водовипускні споруди;

− водопровідні споруди;

– водосховища (ставка);

− берегозахисні та берегоукріплювальні споруди;

– споруди для захисту територій від зсувних явищ;

– споруди для захисту територій від затоплення та підтоплення.

2. Водопідпірні споруди

2.1. Типи водопідпірних споруд

Як водопідпірні споруди найбільш широко застосовуються греблі. Залежно від призначення гідровузла підпірними спорудами можуть бути будівлі ГЕС та насосних станцій, підвалини, підпірні стінки та ін.

Греблі зводять з різних матеріалів: ґрунту (каменю), бетону та залізобетону, дерева, синтетичних матеріалів. Відповідно до СНиП 2.06.05-84* вони поділяються на типи (табл. 2.1).

Таблиця 2.2

Типізація гребель із ґрунтових матеріалів

Тип греблі	Відмінні ознаки
Земляна насипна	Ґрунти від глинистих до гравійно-галечникових; відсипають насухо з ущільненням або у воду
Земляна намива	Ґрунти від глинистих до гравійно-галечникових; намивають засобами гідромеханізації
Кам'яно-земляна	Ґрунти тіла – великоуламкові; протифільтраційних пристроїв – від глинистих до дрібнопіщаних
Кам'яно-накидна	Ґрунти тіла – великоуламкові; протифільтраційних пристроїв – з неґрунтових матеріалів

Земляні насипні греблі по конструкції тіла та протифільтраційних пристроїв у тілі та підставі поділяються (СНиП 2.06.05-84*) на основні види (рис. 2.3 та табл. 2.3).

Таблиця 2.3

Види земляних насипних гребель

Елементи греблі

Вид греблі

Тіло греблі

Однорідна (рис. 2.3, а).

Неоднорідна (рис. 2.3, б, в).

З екраном із неґрунтових матеріалів (рис. 2.3, г).

З ґрунтовим ядром – вертикальним або похилим (рис. 2.3, д).

З неґрунтовою діафрагмою (рис. 2.3, е).

З ґрунтовим екраном (рис. 2.3, ж).

Протифільтраційний пристрій в основі греблі

Із зубом (рис. 2.3, г).

З ін'єкційною завісою (рис. 2.3, д).

Зі стінкою, шпунтом (рис. 2.3, е).

З понуром (рис. 2.3, ж).

Мал. 2.3. Види земляних насипних гребель:

1 – тіло греблі; 2 – поверхня депресії; 3 – дренаж; 4 – кріплення укосів; 5 – верхова ґрунтова протифільтраційна призма; 6 – діафрагма; 7 – верхова призма; 8 – низова призма; 9 – перехідний шар; 10 – екран із неґрунтових матеріалів; 11 – ґрунтове ядро; 12 – центральна ґрунтова протифільтраційна призма; 13 – шпунт чи стінка; 14 - похмурий; 15 - ін'єкційна (цементаційна) завіса (висяча); 16 – зуб; 17 – ґрунтовий екран; h – висота греблі; b – ширина греблі внизу; b um - Ширина протифільтраційного пристрою внизу; b up – ширина греблі по гребеню; m h – коефіцієнт верхового укосу; m t – коефіцієнт низового укосу

Намивні греблі в залежності від ґрунтів тіла греблі та способів зведення поділяють (СНиП 2.06.05-84*) на основні види (рис. 2.4 та табл. 2.4).

Таблиця 2.4

Види земляних намивних гребель

Вид греблі	Грунти тіла греблі	Спосіб зведення греблі
Однорідна: з примусово формуються укосами (рис. 2.4, а) з укосами, що вільно формуються (рис. 2.4, б)	Піски, супіски, суглинки Піски, гравійні (дерев'яні)	Одностороннє намивання з дамбами обвалування на низовому укосі та центральне намивання без дамб обвалування
Неоднорідна: з ядром (рис. 2.4, в) із центральною зоною (рис. 2.4, г)	Гравійні, галечникові із вмістом піщаних та глинистих фракцій. Гравійні, галечникові або піщані різнозернисті	Двостороннє намивання з дамбами обвалування на укосах
Комбінована: з насипним ядром з глинистого ґрунту та намивними бічними зонами (рис. 2.4, д) з насипними банкетами та намивною центральною зоною (рис. 2.4, е)	Гравійні, галечникові чи піщані	Двосторонній намив без відстійного ставка

Для організації відведення води, що фільтрується через тіло і основу греблі, запобігання виходу фільтраційного потоку на низовий укіс, зниження депресійної поверхні та інших цілей у тілі земляних гребель можуть влаштовуватися дренажі (рис. 2.7).

Кам'яно-земляні та кам'яно-накидні греблі по конструкції протифільтраційних пристроїв та способу виконання робіт поділяють (СНиП 2.06.05-84*) на основні види (рис. 2.5 та 2.6, табл. 2.5).

Мал. 2.4. Види намивних гребель:

1 – кріплення верхового укосу; 2 – дренаж; 3 – намивне ядро; 4 - промивні промивні зони; 5 – намивальні бічні зони; 6 - центральна намивна слабоводопроникна зона; 7 – бічні насипні призми (банкети); 8 – сейсмостійке кріплення укосу; 9 – насипне глинисте ядро

Таблиця 2.5

Види гребель з каменю

Крім гребель із ґрунтових матеріалів, як водопідпірні споруди гідровузлів на малих річках іноді застосовуються греблі бетонні та залізобетонні. Залежно від конструкції та технологічного призначення ці греблі поділяються (СНиП 2.06.06-85) на основні види (табл. 2.6).

Таблиця 2.6

Види гребель з бетону (залізобетону)

До гідротехнічних споруд (ГTC) відносяться споруди напірного фронту та природні греблі (греблі, шлюзи, греблі, зрошувальні системи, перемички, гачки, канали, зливова каналізація та ін), що створюють різницю рівнів води до і після них, призначені для використання водних ресурсів, і навіть боротьби з шкідливими впливами вод.

Гребля - штучна водопідпірна споруда або природна (природна) перешкода на шляху водотоку, що створює різницю рівнів у своєму верхньому та нижньому б'єфі по руслу річки; є важливим типом загальної гідроспоруди з водопропускними та іншими пристроями, що створюються при ній.

Штучні греблі створюються людиною для потреб; це греблі гідроелектростанцій, водозаборів в іригаційних системах, греблі, перемички, гачки, що створюють водосховище у своєму верхньому б'єфі. Природні греблі є наслідком дій природних сил: зсувів, селів, лавин, обвалів, землетрусів.

Б'єф - ділянка річки між двома сусідніми греблями на річці або ділянка каналу між двома шлюзами.

Верхній б'єф греблі - частина річки вище підпірної споруди (греблі, шлюзу).

Нижній б'єф — частина річки нижче за підпірну споруду.

Рисберма - укріплена ділянка русла річки в нижньому б'єфі водоскидної гідротехнічної споруди, що захищає русло від розмиву, що вирівнює швидкість потоку.

Водосховища можуть бути довготривалими або короткочасними. Довготривалим штучним водосховищем є, наприклад, водосховище верхнього б'єфу Іриклінської ГРЕС. Довготривале природне водосховище утворюється через перекриття річок обвалом твердих скельних порід (гори Тянь-Шаня, Паміру та ін.).

Короткочасні штучні греблі споруджують для тимчасової зміни напрямку русла річки під час будівництва ГЕС чи інших гідротехнічних споруд. Вони виникають внаслідок перекриття річки пухким ґрунтом, снігом чи льодом (затори, запори).

Як правило, штучні та природні греблі мають водостоки: для штучних гребель – спрямовані, для природних – випадково освічені (стихійні). Існує кілька класифікацій гідротехнічних споруд. За місцем розташування ГТС діляться:

на наземні (ставкові, річкові, озерні, морські);
підземні трубопроводи, тунелі.

За характером та метою використання виділяються такі види ГТС:

водно-енергетичні;
для водопостачання;
меліоративні;
каналізаційні;
водно-транспортні;
декоративні;
лісоплавильні;
спортивні;
рибогосподарські.

За функціональним призначенням ГТС класифікуються так:

водопідпірні споруди, що створюють натиск або різницю рівнів води перед спорудженням та за нею (греблі, греблі);
водопровідні споруди (водоводи), що служать для перекидання води в задані пункти (канали, тунелі, лотки, трубопроводи, шлюзи, акведуки);
регуляційні (виправні) споруди, призначені для покращення умов протікання водотоків та захисту русел і берегів річок (щити, дамби, напівзапруди, берегоукріплювальні, льодонаправляючі споруди);
водоскидні споруди, що служать для пропуску надлишків води з водосховищ, каналів, напірних басейнів, які дозволяють частково або повністю спорожняти водойми.

В особливу групу виділяють спеціальні гідротехнічні споруди:

ГТС для використання водної енергії - будівлі ГЕС та напірні басейни;
ГТС для водного транспорту - судноплавні шлюзи, колоди;
меліоративні ГТС - магістральні та розподільчі канали, шлюзи, регулятори;
рибогосподарські ГТС - рибоходи, риболовні ставки;
комплексні ГТС (гідровузли) - ГТС, об'єднані загальною мережею греблі, канали, шлюзи, енергоустановки і т.д.

Види та класифікація яких говорять про широкий спектр їх використання. Будь-які з цих конструкцій зводяться на водних ресурсах - від річок і озер до морів або ґрунтових вод - і необхідні для боротьби з руйнівною силою водної стихії. Кожна із систем має свої особливості зведення та експлуатації.

Як класифікуються?

Під гідротехнічними спорудами розуміються системи, які дозволяють з користю використовувати або запобігти шкідливому впливу надлишків води на навколишнє середовище. Усі сучасні водозбори, меліорації) називаються "гідротехнічні споруди". Види та класифікація їх, залежно від особливостей монтажу та експлуатації, такі:

морські, озерні, річкові чи ставках;
наземні чи підземні;
що обслуговуються сферою водного господарства;
використовувані різними галузями.

Сучасні гідротехнічні споруди - це і греблі, і греблі, і водоскиди, і водоприймачі, і канали. Загалом, будь-які системи, які встановлюються на

Водопідпірні

Водопідпірні гідротехнічні споруди є конструкції, за допомогою яких можна створити натиск або забезпечити різницю перед греблею і за нею. Фахівці кажуть, що водний режим у зоні підпору змінюється залежно від природно-кліматичних умов регіону. Водостійкі гідротехнічні споруди - це найважливіші для створення гребель конструкції, тому що на них припадає велике навантаженнячерез тиск води. Якщо раптом водопідпірна споруда дасть збій, напірний фронт води буде важко контролювати, і це може призвести до сумних наслідків.

Водопровідні

Водопровідні конструкції складаються з водозаборів, водоскидів, водоспусків та каналів. Це гідротехнічні споруди, що служать для перекидання води у задані пункти. На окрему увагу заслуговують водозабірні системи, які беруть воду з водойми і постачають її на об'єкти гідроенергетики, водопостачання або іригації. Їх завдання - забезпечення пропуску води у водовід у встановленому обсязі, кількості та якості відповідно до графіка водоспоживання. Залежно від місця може бути:

поверхневим: забір води здійснюється на рівні вільної поверхні;
глибинним: забір води проводиться під рівнем вільної поверхні;
донним: вода забирається з найнижчої ділянки водотоку;
ярусним: при такій споруді паркан здійснюється з кількох рівнів води - це залежить від її рівня в самому водоймищі та від її якості на різній глибині.

Найчастіше монтуються на річках водозабірні гідротехнічні споруди. Фото показує, що такі конструкції можуть бути високими та низькими.

Водозабори для різних водойм

Залежно від типу джерела водозабори можуть бути річковими, озерними, морськими, водосховищними. Серед річкових конструкцій найпопулярнішими є берегові, плавучі, руслові, які можна поєднувати з насосними станціями або монтувати окремо:

Берегову споруду необхідно встановлювати, якщо берег крутий. Така конструкція - водозабірні гідротехнічні споруди, що складаються з бетону або залізобетону з великим діаметром. Фото показує, що передня стінка виходить на берег.
Руслові системи ставляться на і відрізняються оголовком, винесеним у
Плавучі конструкції є понтоном або баржею з встановленими на них насосами, за допомогою яких вода забирається з річки і подається по трубах на берег.
Ківшові водозабірні системи забирають воду з водоймища розташованим на березі ковшем.

Регуляційні

Регуляційні гідротехнічні споруди – це що? Інакше їх називають виправними конструкціями, оскільки вони дозволяють регулювати перебіг річок. Досягти цього можна за допомогою будівництва струєнаправляючих та обмежувальних споруд у самому руслі та по берегах водойми. Завдяки таким системам відбувається формування річкового потоку так, щоб він рухався з відносно невисокою швидкістю і тим самим підтримував фарватер із заздалегідь встановленими мінімальними значеннями ширини, глибини та кривизни. Популярні ці гідротехнічні споруди, види та класифікація яких такі:

капітальні конструкції, що входять до складу генеральних систем для регулювання річок та спрямовані на тривале використання;
легкі конструкції, які інакше називаються тимчасовими та використовуються в основному на річках малого та середнього обсягу.

Перші споруди складаються з гребель, що огороджують валів, запруд і ідеально справляються з підмиванням і руйнівною дією води. Легкі регуляційні споруди - це завіси, тини з хмизу, які просто спрямовують або відхиляють потік пристрою.

Іригаційні гідротехнічні споруди

Види та класифікація припускають розподіл за наявністю гребель - безплотні або греблі. Перші системи припускають створення штучного каналу, що відходить від річки під певним кутом і забирає частину витрати водотоку. Щоб наноси з дна не потрапляли в зрошувальний канал, такі споруди розташовуються на увігнутих ділянках берега. Якщо витрати води значні, тоді потрібне зведення гребельних споруд, які, у свою чергу, можуть бути поверхневими або глибинними.

Водопропускні

Водопропускні гідротехнічні споруди - це водозливи і водоспуски. Ці системи відносяться до керованих або автоматичної дії. За допомогою водоскиду відбувається скидання надлишків води з водосховища, а водозлив є системою, в якій вода переливається вільно через гребінь водопідпірної споруди. Залежно від особливостей руху води, такі системи можуть бути без напору або напірними.

Спеціального призначення

Серед гідроспоруд спеціального призначення можна виділити: гідроенергетичні, конструкції зрошення, осушення, системи меліорації та споруди водного транспорту. Розглянемо ці конструкції докладніше:

Гідроенергетичні споруди бувають вбудованими, русловими, прищілинними або дериваційними. Такі системи складаються з водоприймальних споруд, напірних трубопроводів, турбін з генераторами, трубопроводів, що відводять і різного типузатворів. ГЕС необхідні перетворення енергії потоку води на електричну.
Водного транспорту: дані системи складаються зі шлюзів, суднопідйомників, портових споруд, що монтуються на річках, каналах з різним рівнем води в них.
Меліоративні: ці системи дозволяють продумати заходи, створені задля докорінне поліпшення земель. В рамках меліорації проводиться осушення та зрошення територій. За допомогою осушувальної системи відводяться надлишки вологи, а зрошувальна система забезпечує своєчасне обводнення території. Осушувальні системи можуть бути горизонтальними чи вертикальними.
Рибопропускні: дані гідротехнічні споруди забезпечують пропуск риби з нижнього рівня води у верхній головним чином при її нерестовій міграції. Такі системи бувають двох типів: перші припускають самостійний прохід риби через спеціальні рибоходи, другі - за допомогою спеціальних рибохідних шлюзів та рибопідйомників.
Відстійники: вони є спеціальні накопичувачі, куди збираються відходи виробництва та промислові стоки.

У деяких випадках загальні та спеціальні споруди комбінуються, наприклад, система водоскиду поміщається в будівлю ГЕС. Подібні комплексні системи називаються вузлами гідротехнічних споруд.

Яка небезпека?

Існує ще й розподіл гідротехнічних споруд за ступенем їх небезпеки: вони можуть бути низькою, середньою, високою або надзвичайно високого ступенянебезпеки. Найчастіше основними факторами, що впливають на небезпеку ГТС, є природні навантаження та впливи, невідповідність проектного рішення нормативним вимогам, порушення умов експлуатації споруд чи наслідки та збитки внаслідок аварії. Будь-які недоліки та непередбачувані впливи можуть призвести до руйнування конструкцій, прориву напірного фронту.

Глава 9 Гідродинамічні аварії

9.1. Гідротехнічні споруди

Гідротехнічні споруди та їх класифікації

До гідротехнічних споруд (TTC)відносяться споруди напірного фронту

і природні греблі (греблі, шлюзи, греблі, зрошувальні системи, перемички, запруди, канали, зливова каналізація та інших.), створюють різницю рівнів води до і після них, призначені використання водних ресурсів, і навіть боротьби з шкідливими впливами вод.

Гребель - штучна водопідпірна споруда або природна (природна) перешкода на шляху водотоку, що створює різницю рівнів у своєму верхньому та нижньому б'єфі по руслу річки; є важливим типом загальної гідроспоруди з водопропускними та іншими пристроями, що створюються при ній.

Б'єф - ділянка річки між двома сусідніми греблями на річці або ділянка каналу між двома шлюзами.

Верхній б'єф греблі -частина річки вище підпірної споруди (греблі, шлюзу). Нижній б'єф – частинарічки нижче підпірної споруди.

Як правило, штучні та природні греблі мають водостоки: для штучних гребель – спрямовані, для природних – випадково освічені (стихійні).

Існує кілька класифікацій гідротехнічних споруд.

За місцем розташування ГТС діляться:

на наземні (ставкові, річкові, озерні, морські);

підземні трубопроводи, тунелі.

за характеру та мети використаннявиділяються такі види ГТС:

водно-енергетичні;

для водопостачання;

меліоративні;

В. А. Макашев, С. В. Петров. «Небезпечні ситуації техногенного характеру та захист від них: навчальний посібник»

каналізаційні;

водно-транспортні;

декоративні;

лісоплавильні;

спортивні;

рибогосподарські.

за функціональному призначеннюГТС класифікуються так:

водопідпірні споруди,створюють натиск або різницю рівнів води перед спорудженням і за ним (греблі, греблі);

водопровідні споруди(водоводи), що служать для перекидання води в задані пункти (канали, тунелі, лотки, трубопроводи, шлюзи, акведуки);

регуляційні (виправні) споруди,призначені для покращення умов протікання водотоків та захисту русел і берегів річок (щити, греблі, напівзапруди, берегоукріплювальні, льодонаправляючі споруди);

водоскидні споруди,службовці для пропуску надлишків води з водосховищ, каналів, напірних басейнів, які дозволяють частково або повністю випорожнити водоймища.

У особливу групу виділяютьспеціальні гідротехнічні споруди:

ГТС для використання водної енергії – будівлі ГЕС та напірні басейни;

ГТС для водного транспорту - судноплавні шлюзи, колоди;

меліоративні ГТС – магістральні та розподільчі канали, шлюзи, регу-

рибогосподарські ГТС - рибоходи, риболовні ставки;

комплексні ГТС (гідровузли) - ГТС, об'єднані загальною мережею греблі, канали, шлюзи, енергоустановки і т.д.

Класи гідротехнічних споруд

Гідротехнічні споруди напірного фронту в залежності від можливих наслідківїх руйнування поділяються на класи: гідроелектростанції потужністю 1,5 млн. кВт і більше відноситься до I класу, а меншої потужності - до II-IV. Меліоративні споруди з площею зрошення та осушення понад 300 тис. га відносяться до І класу, а з площею 50 тис. га і менше – до ІІ–ІV.

Клас основних постійних споруд напірного фронту залежить ще від їхньої висоти та типу ґрунтів основи (табл. 16).

Таблиця 16

Класи основних постійних гідротехнічних споруд напірного фронту в залежності від їх висоти та типу ґрунтів основи

Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.allbest.ru

1. Загальні положення

Галузь науки і техніки, яка за допомогою розробки спеціальних комплексів споруд, обладнання та пристроїв займається використанням водних ресурсів та веде боротьбу з їхньою шкідливою дією, називається гідротехнікою.

У гідротехніці визначилися такі основні галузі її застосування:

використання водної енергії, при якому енергія води, що рухається (падаючої), перетворюється в механічну, а потім в електричну;

меліорація (покращення) земель шляхом зрошення (іригації) посушливих районів та осушення заболочених, а також шляхом захисту від шкідливої дії вод (затоплення, підтоплення, ерозії тощо);

водний транспорт - покращення судноплавних умов річок та озер, будівництво портів, шлюзів, каналів тощо;

водопостачання та каналізація населених місць та промислових підприємств.

Усі перелічені галузі гідротехніки не є відокремленими, а тісно пов'язані між собою та переплітаються при комплексному вирішенні проблем водного господарства.

За своїм призначенням гідротехнічні споруди поділяються на загальні та спеціальні. До перших, що використовуються у всіх галузях гідротехнічного будівництва, відносяться: водопідйомні споруди, що створюють натиск і підтримують його - греблі, греблі тощо; водопропускні, що служать для корисного водозабору або скидання зайвих вод; водопровідні - канали, лотки, трубопроводи та тунелі; регуляційні – для регулювання русел, захисту берегів від підмиву тощо; сполучні, службовці для поєднання б'єфів і різних гідротехнічних споруд - перепади, бистоструми, підвалини, роздільні бики; льодо-і шугоскидні та наносовидалюючі. До спеціальних гідротехнічних споруд, що застосовуються тільки в певних умов, відносяться: гідроенергетичні - машинні будівлі ГЕС, дериваційні споруди; воднотранспортні – шлюзи, канали, портові споруди; гідромеліоративні – водозабори, водоводи, очисні споруди.

Гідротехнічні споруди зводять зазвичай у вигляді комплексу споруд, що включають водопідйомні, водопропускні, водозбірні, транспортні, енергетичні та ін. Такий комплекс споруд називають гідровузлом. Залежно від призначення можуть бути енергетичні, іригаційні чи судноплавні (транспортні) гідровузли. Однак у більшості випадків будують комплексні гідровузли, які вирішують одночасно кілька водогосподарських завдань.

Гідротехнічне будівництво створює інтенсивний інженерний вплив на природні умови, змінюючи на ділянці водосховища положення базису ерозії навколишньої території, викликаючи зміну умов живлення та руху підземних вод, активізуючи схилові процеси (зсуви), змінюючи мікроклімат району тощо. Крім того, створення водоймищ з великим запасом вод може спричинити при аварії катастрофічні затоплення долини річки нижче за споруду. Все це потребує особливо ретельного вивчення території розміщення гідровузлів.

У процесі проектування, виходячи з призначення споруд та конкретних природних умов, проводиться вибір найбільш раціонального створу розташування основних споруд гідровузла, його компонування, вибір типу та параметрів водонапірних споруд, глибини врізання та спирання на породи основи, сполучення з масивом порід у примиканнях до бортів долини, а також схеми виконання будівельних робіт.

Історія гребель показує, що ті з них руйнування яких спричинило жахливі катастрофи, обрушилися в 2/3 випадках не завдяки допущеним помилкам у розрахунках або у виборі матеріалу, а через недоліки підстав - на поганих грунтах, часто водонасичених, що було наслідком недостатньої обізнаності про геологічні та гідрогеологічні умови ґрунтів основи. Приклад цього катастрофа на водоймищі Вайонт в Італії.

У 1959 р. на VI конгресі з великим греблям, італійські гідротехніки Л. Семенця, Н. Біадене, М Панчіні доповідали про найвищу у світі арочну греблю на р. Вайонт, висотою 265,5 м (70 км на північ від Венеції). У доповіді дуже докладно висвітлювалися конструктивні особливості греблі. Для скидання паводкових вод на гребені греблі передбачався водозлив з 10 отворами, кожен по 6,6 м, два тунельні і один донний водоспуск. Для зміцнення основи греблі передбачена майданна цементація скелі, з об'ємом бурових робіт 37000 м3. Для запобігання фільтрації під греблею та в берегах було влаштовано цементаційну завісу з об'ємом бурових робіт 50000 м3. Розрахунок греблі проводився 4 аналітичними методами(незалежних арок, пробних навантажень та ін.). Крім того, конструкція греблі була піддана вивченню на двох моделях в інституті в м. Бергамо (в масштабі 1:35). Модельні випробування дозволили полегшити греблю з допомогою деякого скорочення її товщини. Про геологічні умови було лише сказано, що долина Вайонт складена вапняками та доломітами, характерними для східних Альп, що пласти падають нагору за течією річки і це сприятливо для спирання греблі (рис. 1).

Будівля греблі була закінчена в 1960 р., а 9 жовтня 1963 р. відбулася одна з найжахливіших катастроф в історії гідротехнічного будівництва, внаслідок якої загинуло понад 2600 осіб. Причиною став зсув, що обрушився у водосховище. Найвища у світі тонка аркова гребля вціліла, всі розрахунки проектувальників виявилися правильними. Як показав аналіз матеріалів після катастрофи: геологи не зважили на те, що шари вапняків утворюють синклінальну складку, вісь якої збігається з напрямком долини. При цьому північне крило розсічене розломом. У 1960 р. на лівому березі поблизу греблі утворився зсув об'ємом 1 млн. м3.

У 1960-1961 pp. було пробито 2-кілометровий тунель катастрофічного водоскиду, якщо зсуви відновляться. Для спостереження за розвитком зсувних процесів було закладено мережу геодезичних реперів, але виявилося репера не підсікли головну поверхню ковзання. З 1961-1963 років. спостерігався безперервний гравітаційний крип. Пізно ввечері 9 жовтня 1963 р. 240 млн. м3 ґрунту змістилося у водосховище за 30 секунд, зі швидкістю 15-30 м/с. Величезна хвиля висотою 270 м за 10 секунд перетнула 2-кілометровий резервуар водосховища, перехльоснула через греблю і, змітаючи все на своєму шляху, обрушилася на долину. Сейсмічні струси були зареєстровані у Відні та Брюсселі.

Мал. 1. Геологічний розріз долини нар. Вайонт (Італія): 1 - верхня крейда; 2 - нижня крейда; 3 – мальм; 4 – доггер; 5 – лейас. Цифри в гуртках: 1 головна поверхня ковзання; 2 - зсувний блок; 3 – розлом; 4 – дно льодовикової долини; 5 - напрямок давніх тріщин; 6 - напрямок молодих тріщин; 7 - водосховище

2. Гідровузли

Гідровузол енергетичного призначення на рівнинній річці включає гідроелектростанцію. Щоб турбіни гідроелектростанції працювали, потрібні як безперервний витрата води, а й натиск - різницю рівнів між верхнім і нижнім бьефами, тобто. ділянками річки вище та нижче гідроелектростанції за течією. Напір концентрується у зручному для використання місці внаслідок зведення греблі або іншої водопідпірної споруди та наповнення водосховища. Ці два елементи є важливими складовими частинами гідровузла. Водосховище необхідно також регулювання нерівномірного стоку річки, приведення їх у відповідність із водоспоживанням, тобто. в даному випадкуіз графіком електричного навантаження гідроелектростанції. Гідроелектростанції на багатоводних рівнинних річках розташовуються в їх руслі і носять назви або руслових низьконапірних, або приплотинних, якщо натиск досить великий.

Оскільки акумулювати у водосховищі рідкісні багатоводні паводки економічно недоцільно і оскільки споживання електричної енергії, тобто. використання запасу води може внаслідок аварії перерватися, у складі гідровузла повинен бути водоскид для пропуску води з верхнього б'єфу в нижній крім турбін, щоб уникнути переповнення водосховища і переливу води через греблю з руйнівними наслідками. Пропуск води в нижній б'єф крім турбін у разі зупинки агрегатів гідроелектростанції може бути необхідний також і при ненаповненому водосховищі, якщо без надходження цієї води зазнають збитків водокористувачі, що розташовані нижче по річці - гідроелектростанції, водний транспорт, зрошувальні системи і т.д. Для вирішення цього завдання у складі гідровузла будують водопропускні споруди із глибинними отворами – водовипуски.

Пропуск води в нижній б'єф може знадобитися також для спорожнення водосховища для огляду та ремонту споруд гідровузла. Тоді у його складі мають бути передбачені водоспуски з глибинними чи донними отворами. Щоб подати велику кількість води за основним призначенням - до турбін гідроелектростанції, очистивши її від небезпечних включень - льоду, шуги, наносів, сміття тощо, необхідні спеціальні споруди - водоприймачі.

Гідроелектростанція може бути розташована на гірській річці не біля греблі, а нижче за течією на березі; вода до неї підводиться від водоприймача спеціальним водоводом і відводиться від неї в річку теж спеціальним водоводом, які в сукупності називають деривацією, а порізно - дериваціями, що підводить і відводить. Мета пристрою деривації та ж, що й спорудження греблі, концентрація напору для зручного використання. У гірських річках вода спадає з великим нахилом поверхні, розсіюючи свою потенційну енергію. Прокладений берегом з мінімальним ухилом канал підводить воду до гідроелектростанції з рівнем поверхні, що мало відрізняється від рівня верхнього б'єфу.

В результаті станція використовує більший натиск, падіння більшої ділянки річки не тільки завдяки підпору греблі, а й за рахунок різниці ухилів річки та каналу. Аналогічна роль відводить деривації; рівень води в ній мало відрізняється від рівня води в річці в кінці деривації, так що на початку деривації, що відводить, у гідроелектростанції рівень виявляється нижче, ніж поруч у паралельно поточній річці. Так, станція набуває ще більшого тиску, використовуючи падіння додаткової ділянки річки. Дериваційні гідровузли мають велику протяжність, тому в їх складі виділяють головний вузол з греблею, водоскидом і водоприймачем, станційний вузол з напірним басейном, що завершує деривацію, що підводить, трубопроводами, що підводять воду до турбін, і будівлею гідроелектростанції і згадані раніше елементи деривації.

Мал. 2. Русловий низьконапірний гідровузол з гідроелектростанцією та судноплавним шлюзом

На рис. 3 зображена гідроелектростанція з коротким дериваційним каналом на гірській річці. У складі головного вузла – бетонна водозливна гребля, водоприймач з відстійником для наносів. У складі станційного вузла - напірний басейн та холостий водоскид. На рис. 9 зображена, частково в розрізі, підземна гідроелектростанція з тунельною деривацією. Видно висока водозливна гребля, глибинний водоприймач, а також зрівняльний резервуар в кінці напірної деривації, що підводить.

Мал. 3. Гідроелектростанція з дериваційним каналом

У складі гідровузла за наявності греблі мають бути водоскиди, а також водовипуски, необхідні для судноплавства. Обидві ці функції часто поєднуються в одній споруді. Внаслідок побудови греблі між б'єфами виникає перепад (різниця рівнів), для подолання якого судам як тим, хто йде вгору за течією, так і спускаються вниз необхідні суднопропускні споруди (шлюзи, суднопідйомники. Часто поряд з гідровузлом будують порт із захищеною від штормових хвиль акваторією, причал для зимівлі судів.

Підхідні канали до суднопропускної споруди, верхової та низової, утворюють свого роду деривацію, якою йдуть судна, але тече мало води, тільки для наповнення та спорожнення камери шлюзу в процесі шлюзування суден. Іноді ці канали набувають значної довжини, якщо необхідно пройти незручну для судноплавства ділянку річки - спрямувати круте закрут, обійти пороги. Канали великої довжини з багатьма шлюзами поєднують різні річки між собою.

Використання водних ресурсів для зрошення сільськогосподарських земель та обводнення посушливих територій вимагає зведення своїх комплексів гідротехнічних споруд, висуває вимоги до регулювання стоку річки. Площа зрошуваних земель зазвичай дуже велика, а розташовані на ній гідротехнічні споруди настільки численні, що їх комплекс не можна назвати гідровузлом, їх називають зрошувальною системою. Частина споруд, компактно розташована на річці, що використовується, у складі греблі, що утворює водосховище для регулювання стоку річки, водоскиду для пропуску паводку, водоприймача і відстійника для осадження наносів з води, взятої на зрошення, називається головним вузлом зрошувальної системи.

Від головного вузла до зрошуваних земель вода подається магістральним водоводом, найчастіше каналом. Його довжина вимірюється десятками та сотнями кілометрів, на шляху від нього відгалужуються розподільники, від них - зрошувачі. Невикористані залишки води з полів збираються колекторам та відводяться у водотік. Якщо частина зрошуваних земель розташована вище за рівень води в магістральному каналі, вода для цих земель подається насосними станціями. На самій зрошувальній мережі розташовуються регулятори, перепади, скидні споруди тощо.

Осушувальні системи в районах надмірного зволоження земель, розповсюдження боліт, звісно, не вимагають зведення гребель. До комплексу споруд цих систем входять дренажі, малі та великі канали, різні споруди на осушувальній мережі; виконуються виправні роботи на водотоках (спрямування, розчищення, заглиблення, берегові греблі). Осушувальна система може бути самопливною, проте, якщо рельєф території надто рівний, можуть знадобитися насосні станції на мережі та для перекачування води у водотік.

Дуже складні та різноманітні комплексні системи водопостачання – водовідведення (каналізації). Різноманітність залежить в основному від виду водоспоживача - комунально-побутова або промислове водопостачання. Для багатьох галузей промисловості потрібно безперервне подання великих мас води, до них відносяться, наприклад, целюлозно-паперова, металургійна, хімічна, теплові (і атомні) електростанції (для охолодження конденсаторів). Перш ніж частина цієї води, що залишилася, змінена у своїй якості (стічні води), буде скинута у водотік або повернена на виробництво (оборотне водопостачання), вона повинна бути очищена, знезаражена, охолоджена і т. п. До складу комплексної системи водопостачання-водовідведення, крім головного вузла споруд на річці та мережі водоводів у споживача, входять насосні станції та система очищення води, що забирається з водотоку, а також складніша система очищення води, що відводиться від споживача.

3. Водосховища

Водосховище - штучна водойма значної місткості, утворена зазвичай в долині річки водопідпірними спорудами для регулювання її стоку та подальшого використання в народному господарстві. У табл. 1 наведено найбільші водосховища світу.

Таблиця 1. Найбільші водосховища світу

У водосховищі розрізняють такі основні елементи та зони (рис. 4).

Мал. 4. Основні елементи та зони водосховища. Основні елементи режиму: 1 – межений рівень води до підпору; 2 – половодний рівень до підпору; 3 – нормальний підпірний рівень; 4 - рівень половини в умовах підпору

Пропускна здатність гідровузла (його турбін, водозливних прольотів, донних отворів, шлюзів) з економічних та рідше технічних міркувань обмежена. Тому коли водосховище йде витрата дуже рідкісної повторюваності (раз на сто, тисячу, а то й десять тисяч років), гідровузол не в змозі пропустити всю масу води, що йде по річці. У цих випадках рівні води по всьому водосховищу і у греблі підвищуються, збільшуючи його об'єм іноді на значну величину; одночасно збільшується пропускна здатністьгідровузла. Такий підйом рівня вищий за НПУ в період проходження високих повінь рідкісної повторюваності називається форсуванням рівня водосховища, а сам рівень - форсованим підпірним (ФПУ). На водосховищах, що використовуються для водного транспорту або лісосплаву, спрацювання рівня в період навігації обмежується рівнем, за якого річковий флотстаном глибин може продовжувати нормальну роботу. Цей рівень, що знаходиться між НПУ та УМО, називається рівнем навігаційного спрацювання (УНС). Рівні води, особливо при НПУ та ФПУ, у греблі, в середній та верхній зонахводосховища не однакові. Якщо у греблі рівень відповідає відмітці НПУ, то в міру віддалення від неї він підвищується спочатку на сантиметри, а потім і на десятки сантиметрів. Це явище зветься кривою підпору.

Крім великої та безперечної користі, яку приносять водосховища, після їх наповнення виникають супутні, часто негативні наслідки. До них належать такі. Найбільших збитків народному господарству завдає постійне затоплення територій з розташованими на них населеними пунктами, промисловими підприємствами, сільськогосподарськими угіддями, лісами, надрами, залізницями та автомобільними шляхами, лініями зв'язку та електропередачі, археологічними та історичними пам'ятникамита іншими об'єктами. Під постійно затоплюваними маються на увазі території, розташовані нижче за нормальний підпірний рівень. Тимчасове затоплення територій, що знаходяться на берегах водосховищ у межах від нормального до форсованого підпірного рівня, теж шкодить, але відбувається рідко (1 раз на 100 - 10 000 років).

Підвищення рівня ґрунтових вод на прилеглій до водосховища території веде до її підтоплення - заболочування, затоплення підземних споруд та комунікацій, що також є збитковим.

Переформування (переробка) берегів водоймищ хвилями та течіями може призвести до руйнування великих ділянок корисної, освоєної території. На берегах водосховищ виникають або активізуються зсувні процеси. Докорінно змінюються умови судноплавства та лісосплаву на річці, річка перетворюється на озеро, глибини зростають, швидкості падають. Зменшуються підмостові габарити, необхідні водного транспорту.

Сильно змінюється зимовий режим річки, подовжується льодостав на водосховище, пропадає шуга, якщо вона була. Мутність зменшується, оскільки наноси осідають у водосховищі.

У числі заходів щодо компенсації збитків, які завдають затоплення та підтоплення земель, здійснюють перенесення та відновлення на нових незатоплюваних місцях міст, робочих селищ, колгоспних садиб, а також промислових підприємств. Переносять окремі ділянки доріг, нарощують їхнє полотно, зміцнюють укоси насипів тощо. Переносять чи захищають пам'ятки історії та культури, а якщо це неможливо, вивчають та описують їх. Піднімають прогонові будови мостів та перевлаштовують мостові переходи. Річкові судна замінюють озерним флотом, мольовий сплав - буксируванням плотів. Виробляють лісозведення та лісоочищення території водосховища. Закінчують розробку корисних копалин (наприклад, вугілля, руди, будівельних матеріалівта ін.) або забезпечують можливість їхньої подальшої розробки за наявності водосховища. Іноді виявляється економічно доцільним замість винесення господарських об'єктів та населених пунктівіз зони затоплення водоймища здійснити заходи їхнього інженерного захисту.

До комплексу гідротехнічних та меліоративних заходів, що об'єднуються назвою інженерний захист, входять обвалування або огородження об'єктів та цінних земель, осушення підтоплених або обвалованих територій за допомогою дренажу та відкачування води, зміцнення берегів на окремих ділянках водосховища та ін.

4. Гребель

Плотиною називається споруда, що перегороджує водотік, яка підпирає воду до більш високого, ніж побутової, рівня і концентрує, таким чином, в одному місці зручний для використання натиск, тобто різницю рівнів води перед і за греблею. У складі будь-якого напірного гідровузла гребля займає важливе місце.

Греблі зводяться в різних кліматичних та природних умовах - у північних широтах та в районах вічної мерзлоти, а також на півдні, у тропічних та субтропічних зонах, з високими позитивними температурами. Місцем їх розташування бувають багатоводні рівнинні річки, що течуть у руслах, складених нескальними ґрунтами - пісками, супесями, суглинками та глинами, а також гірські річки, що протікають у глибоких скелястих ущелинах, де часто повторюються сильні землетруси. Різноманітність природних умов, цілей створення гребель, масштабів та технічної оснащеності будівництва призвело до безлічі їх типів та конструкцій. Як і інші споруди, греблі можна класифікувати за багатьма ознаками, наприклад, за висотою, матеріалом, з якого вони зводяться, можливості пропуску води, характером їх роботи як підпірних споруд та ін.

Гідротехнічні водопідпірні споруди, до яких відносяться греблі, сприймають різні за походженням, характером та тривалістю дії сили, сумарний вплив яких значно більший і складніший, ніж вплив сил на будівлі та споруди промислово-цивільного типу.

Щоб зрозуміти умови роботи водопідпірних споруд, розглянемо схему бетонної греблі з основними навантаженнями, що діють на неї. Як і всі протяжні бетонні споруди, гребля розрізається на секції швами, що дозволяють секціям вільно деформуватися при температурних впливах, усадці та опадах, що запобігає утворенню тріщин. На кожну секцію греблі довжиною L, висотою Н і шириною по підставі діють наступні сили.

Вага секції греблі G визначається за геометричними її розмірами та питомою вагою бетону g=rґg (як відомо, питома вага речовини дорівнює добутку його щільності на прискорення вільного падіння).

Мал. 5. Поперечні профілі сучасних гребель у порівнянні з силуетами інших споруд (розміри в метрах): 1 – Дніпровська; 2 – Бухтармінська; 3 – Красноярська; 4 – Братська; 5 – Чарвакська; 6 – піраміда Хеопса; 7 – Токтогульська; 8 – Чиркейська; 9 - Саяно-Шушенська; 10 - Усойський завал; 11 – Нурекська; 12 – Московський держуніверситет; 13- Інгурська

Тиск води, що фільтрується, на підошву греблі виникає завдяки підземному струму води, що протікає під натиском по порах і тріщинам в грунті основи греблі з верхнього б'єфу в нижній. Наближено значення цієї сили, яка називається протитиском, дорівнює:

U=ґgBL,

де Н1, Н2 – глибини води в б'єфах; g-питома вага води; a - знижуючий коефіцієнт, що враховує вплив протифільтраційних пристроїв та дренажу на підставі греблі.

Гідростатичний тиск води з боку верхнього та нижнього б'єфів визначається формулами:

W1=gH12L/2; W2 = gH22L/2.

Перелічені вище сили відносяться до категорії найголовніших та постійно діючих. Крім них, у необхідних випадкахза особливими формулами враховують динамічний тиск хвиль, тиск льоду, наносів, що відклалися у водосховище, а також сейсмічні сили. Додатковий вплив на міцність бетонної греблі надають нерівномірні коливання температури. Охолодження поверхонь греблі викликає в них напруги, що розтягують, і в бетоні, що слабко їм опирається, можуть утворитися тріщини. В умовах дії перерахованих сил і напору води гребля має бути міцною, стійкою проти зсуву та водонепроникною (ця вимога поширюється і на її основу). З іншого боку, гребля має бути економічної, тобто. із усіх варіантів, що задовольняють згаданим вимогам, має бути обраний варіант, що характеризується мінімумом витрат.

p align="justify"> Особливе місце в гідротехніці займають питання, пов'язані з фільтрацією води з верхнього б'єфу в нижній. Явище це неминуче, і завдання гідротехніки полягає у її прогнозуванні та організації, і запобіганні небезпечним чи збитковим наслідкам за допомогою інженерних заходів. Шляхами фільтраційних струмів можуть бути: тіло споруди, навіть якщо зведено з бетону; основа споруди, особливо коли вона являє собою нескельні або тріщинуваті скельні породи; берега у місцях примикання до них напірних споруд. Шкідливими наслідкамифільтрації є непродуктивні втрати води з водосховищ, яка не використовується, таким чином, для народногосподарських цілей, протитиск, що знижує ступінь стійкості напірної споруди, та фільтраційні порушення або деформації тіла ґрунтової греблі або нескальної основи, зокрема у вигляді суффозії або випору.

Суффозією зазвичай називається винесення фільтраційним потоком дрібних частинок через пори між більш великими частинками; вона відбувається в незв'язних (сипких) ґрунтах - різнозернистих піщаних, піщано-гравелистих. При хімічній суффозії розчиняються солі, що залягають у скельних породах. Випор - це винесення підземним потоком, що фільтрується з-під напірної споруди в нижній б'єф, значних обсягів ґрунту основи, що складається з зв'язкових порід, наприклад суглинків, глин тощо.

Для забезпечення нормальної роботи споруди та ліквідації небезпечних явищ під час проектування споруди передбачають раціональний підземний контур (рис. 6). Це досягається збільшенням шляху фільтрації під спорудою, створенням водонепроникного покриття у верхньому б'єфі (понура) та потужного водобою в нижньому б'єфі, закладкою шпунтових або інших завіс, зубів або іншими заходами.

Мал. 6. Схема греблі на фільтруючій підставі (за С.Н. Максимовим, 1974): 1 - тіло греблі, 2 - водобій, 3 - рисберма, 4 - понур, 5 - лінії струму, 6 - шпунти

Греблі з ґрунтових матеріалів.

Стародавній тип напірних гідротехнічних споруд - це греблі із ґрунтових матеріалів. Залежно від використовуваних ґрунтів греблі бувають однорідні та неоднорідні, у поперечному профілі тіло останніх складається з кількох видів ґрунтів. Для зведення однорідної ґрунтової греблі використовуються різні маловодопроникні ґрунти - піски, морена, лес, супіски, суглинки та ін. За конструкцією греблі та її сполучення з основою - це найбільш простий тип напірної споруди.

Неоднорідні ґрунтові греблі, у свою чергу, поділяються на греблі з екраном з маловодопроникного ґрунту, що укладається з боку верхового укосу греблі, і греблі з ядром, у яких ґрунт грунтово розташовується в середині профілю греблі. Замість ґрунтового ядра можуть застосовуватися неґрунтові діафрагми з асфальтобетону, залізобетону, сталі, полімерів та ін. Екрани також можуть виконуватися із зазначених неґрунтових матеріалів.

Залежно від способу виконання робіт грунтові греблі бувають насипні, з механічним ущільненням грунту, що насипається, і намивні, що зводяться за допомогою засобів гідромеханізації; останній спосіб зведення ґрунтових гребель за наявності відповідних умов (забезпечення водою, енергією та обладнанням, наявність відповідного складу ґрунтів тощо) відрізняється високою продуктивністю, що сягає 200 тис. м3/сут.

Кам'яно-земляні греблі зводяться в основному обсягу з начерку каменю; їх водонепроникність досягається пристроєм екрану або ядра, що укладаються з маловодопроникних ґрунтів (суглинків тощо). Між каменем і дрібнозернистим ґрунтом влаштовуються зворотні фільтри - перехідні шари з піску і гравію із зростаючою убік каменю крупністю, щоб запобігти суффозії ґрунту протифільтраційних пристроїв.

Такі греблі знайшли широке застосування у високонапірних гідровузлах на гірських річках. Так, висота греблі Нурекської ГЕС р. Вахше складає 300 м-коду.

Перевагою їх, в порівнянні з іншими типами гребель, є використання наявних на місці будівництва каменю та ґрунту, можливість широкої механізації основних видів робіт (начерк каменю та відсипання ґрунтів), а також достатня сейсмостійкість. Порівняно з іншими типами ґрунтових гребель кам'яно-земляні відрізняються більшою крутістю укосів, тобто. меншим обсягом матеріалів.

Мала ширина малопроникного контакту кам'яно-земляної греблі з основою ускладнює конструкцію їхнього водонепроникного сполучення. У нескельних ґрунтах потрібно забиття шпунтового ряду або закладка бетонної шпори, а в скельних влаштовують цементаційну завісу шляхом нагнітання цементного розчину через пробурені свердловини в тріщини породи. Подібні сполучення запобігають небезпечним фільтраційним явищам в основі напірних споруд.

Кам'яно-накидні греблі зводяться шляхом начерку або відсипання каменю, а їх водонепроникність забезпечується екраном на верховому укосі або діафрагмою в середині профілю, що споруджуються з неґрунтових матеріалів (залізобетон, дерево, асфальтобетон, сталь, пластмаси та ін.). Кам'яні греблі зводяться із сухої кам'яної кладки, що також вимагає влаштування екранів, або з кам'яної кладки на розчині. Ці греблі нині будують рідко.

Греблі зі штучних матеріалів.

Дерев'яні греблі є одним із найстаріших типів напірних споруд, що налічують багато сотень років існування. У цих гребельах основні навантаження сприймаються дерев'яними елементами, а стійкість їх проти зсуву і спливання забезпечується закріпленням дерев'яних конструкцій в основі (наприклад, забиванням паль) або завантаженням баластом з каменю або ґрунту (у рядових конструкціях). Дерев'яні греблі будують для малих напорів, від 2 до 20 м-коду.

Тканинні греблі почали зводити порівняно недавно через появу міцних водонепроникних синтетичних матеріалів. Основними елементами конструкції тканинних гребель є сама оболонка, наповнена водою або повітрям і роль затвора (водослива), що грає, анкерні пристрої для прикріплення оболонки до бетонного флютбету, система трубопроводів і насосне або вентиляторне обладнання для наповнення і спорожнення оболонки. Область застосування тканинних гребель рідко виходить за межу напорів 5 м.

Бетонні греблі мають широке застосування у гідротехнічному будівництві. Вони будуються в різних природних умовах і допускають перелив води через спеціальні прольоти на їхньому гребені (водоскидні греблі), що неможливо або нераціонально в греблях із ґрунтових матеріалів. Конструктивні форми їх дуже різні, що від багатьох чинників. Найбільша висота бетонної греблі гравітаційного типу Гранд Діксанс (Швейцарія) складає 284 м. У Росії зведена Саяно-Шушенська гребель арково-гравітаційного типу на Єнісеї заввишки 240 м. Гребля має скельну основу. Водоскидні греблі гідровузлів Свірського та Волзького каскадів зведені на нескельній основі у складних геологічних умовах. Полегшені бетонні греблі з'явилися пізніше за масивні і мають у Росії порівняно невелике поширення. За конструкцією бетонні греблі поділяються на три різновиди: гравітаційні, арочні та контрфорсні. Найбільш відомим різновидом цих гребель є контрфорсні греблі. Перевагою їх перед масивними є менший обсяг бетонних робіт. У той же час вони вимагають міцнішого бетону, посилення його арматурою.

Гравітаційні греблі при впливі на них основних сил гідростатичного тиску забезпечують достатній опір зсуву, в основному завдяки великій вазі. З метою боротьби з фільтрацією води на підставі греблі влаштовують цементаційні завіси (у скельних основах), забивають шпунтові ряди (у нескельних основах). Для підвищення стійкості греблі організують дренажі, влаштовують порожнини, що знижують протитиск та інші заходи.

Арочні греблі криволінійні в плані з опуклістю у бік верхнього б'єфу, опираються дії гідростатичного тиску та інших горизонтальних навантажень, що зсувають в основному за рахунок упору їх у береги ущелини (або традиції). При зведенні арочних гребель обов'язковою вимогою є наявність досить міцних і мало піддатливих скельних порід у берегових примиканнях. Ці греблі не вимагають подібно гравітаційним значної ваги бетонної кладки, вони економічніші за гравітаційні греблі. Радіуси кривизни їх аркових елементів збільшуються знизу нагору.

Контрфорсні греблі складаються з низки контрфорсів, форма яких у бічному фасаді близька до трапеції, розташованих на певній відстані один від одного; на контрфорси спираються напірні перекриття, що сприймають навантаження, що діють з боку верхнього б'єфу. На контрфорси зверху спираються прольоти мостового переходу. У свою чергу контрфорси передають навантаження на основу. Найбільш відомі такі різновиди контрфорсних гребель: масивно-контрфорсні, з плоскими перекриттями, багатоарочні. Контрфорсні греблі бувають як глухими, і водоскидними. Вони зводяться на скельних та нескельних ґрунтах; в останньому випадку у них з'являється додатковий конструктивний елемент у вигляді фундаментної плити, призначення якої зменшити напругу в ґрунті основи. Для надання більшої сейсмостійкості контрфорсам за умов поперечного сейсму (поперек річки) вони іноді зв'язуються між собою масивними балками.

Особливістю контрфорсних гребель є збільшена ширина на підставі і нахил верхової грані, що призводить до того, що на останню передається значна вертикальна складова тиску води, що притискає греблю до основи і забезпечує стійкість проти зсуву, незважаючи на зменшену вагу. Протитиск у таких греблях менше, ніж у масивних гравітаційних.

Контрфорсні греблі вимагають менших обсягів бетону, ніж гравітаційні, проте витрати на підвищення якості бетону, арматуру та ускладнення виконання робіт робить їх за економічними показниками досить близькими один до одного. Найвища контрфорсна (багатоаркова) гребля Даніель-Джонсон заввишки 215 м побудована в Канаді.

5. Водоскиди

У складі гідровузла, крім глухої греблі, велике значеннямають водоскиди, тобто. пристрої для скидання надлишків паводкових вод чи пропуску витрат іншого призначення. Є кілька різних рішень розташування водоскидів у гідровузлі.

Водоскидні прольоти можуть бути влаштовані в гребені бетонної греблі в руслі або на заплаві річки; тоді споруда набуде вигляду водоскидної греблі. Водоскид може бути влаштований незалежно від греблі у вигляді спеціальної споруди, що розташовується на береговому схилі і тому називається береговим водоскидом.

Як у тілі греблі, так і на береговому схилі водоскидні отвори можуть бути розміщені близько до позначки гребеня греблі або глибоко під рівнем верхнього б'єфу. Перші звуться поверхневих, другі - глибинних чи донних водоскидів.

Поверхневі прольоти водоскидних гребель можуть бути відкритими (без затворів), але зазвичай вони мають затвори, що регулюють рівень води верхнього б'єфу. Для запобігання переповненню водоймища затвори відкривають частково або повністю, не допускаючи підвищення рівня води вище за відмітку нормального підпірного рівня (НПУ). Для поліпшення умов пропуску води через греблю її надають плавне, округлене обрис, яке далі переходить в круто падаючу поверхню, що закінчується поблизу рівня нижнього б'єфу ще одним зворотним закругленням, що направляє потік в русло річки. Вся довжина водоскидного фронту ділиться за допомогою бугаїв на ряд прольотів. Бики, крім того, сприймають тиск води від затворів, а також є опорами мостів, призначених для обслуговування підйомних механізмів і затворів і транспортного зв'язку між берегами.

Вода, що скидається через греблю, має великий запас потенційної енергії, яка переходить у кінетичну. Боротьба з руйнівною енергією потоку, що скидається через греблю, ведеться різними способами. За водоскидною греблею на водобійній масивній бетонній плиті влаштовують гасники енергії у вигляді окремих бетонних масивів - шашок, пірсів або залізобетонних балок. Іноді в нижньому б'єфі водоскидної греблі організують поверхневий режим шляхом пристрою в нижній частині водозливу уступу і носіння, зриваючись з якого з більшою швидкістю, потік концентрується біля поверхні, а під ним утворюється валець з помірними зворотними швидкостями біля дна.

За водозливними греблями, що мають в основі нескельні породи, за водобоями робиться рисберма - укріплена водопроникна ділянка русла річки.

Зазвичай на березі водоскиди розташовують у гідровузлах з греблями з ґрунтових матеріалів, що не допускають пропуску витрат води через їх гребінь, а також у гідровузлах з бетонними греблями у вузьких ущелинах, де русло зайняте приплотинною будівлею ГЕС. Типи їх дуже різноманітні. Найбільш часто застосовуються поверхневі водоскиди, в яких потік, що скидається, тече по поверхні берега у відкритій виїмці. Вони розміщуються на одному або на двох берегах, часто поряд з греблею, і мають такі складові частини: канал, що підводить, власне водоскид з водозливними прольотами, биками і затворами (або автоматичної дії без затворів), що відводить канал у вигляді швидкоплину або ступінчастого перепаду (застосовується рідко). Завершуються берегові водоскиди водобійними пристроями, аналогічними тим, що влаштовуються у нижньому б'єфі водоскидних гребель - водобійним колодязем.

Якщо місцеві умови перешкоджають трасуванні каналу, що відводить, то його можна замінити відвідним тунелем; вийде береговий водоскид тунельного типу. Тунельні берегові водоскиди мають такі складові частини: підвідний канал, розташований на високих відмітках берегового схилу у верхньому б'єфі, сама водоскидна споруда з затворами і тунель, що відводить ділянкою каналу і водобійним пристроєм.

Глибинні та донні водоскиди розміщуються на позначках, близьких до дна водотоку, на якому зводиться гідровузол. Вони влаштовуються для таких цілей: для пропуску річкової витрати в період будівництва греблі в руслі річки (будівельні водоскиди), а в деяких випадках для пропуску всього або частини скидної витрати. Основні різновиди їх - тунельні та трубчасті водоскиди. Водоскидні тунелі розташовуються в скельних берегових масивах, в обхід греблі, довжина їх становить кілька сотень метрів, розміри поперечного перерізу визначаються витратою, що пропускається. Форма перерізу будівельних водоскидів зазвичай підковоподібна. Інші тунелі, що працюють під великим натиском, мають круглий переріз.

Трубчасті водоскиди розташовуються у гідровузлі залежно від типу греблі. Якщо гребля бетонна (гравітаційна, контрфорсна або аркова), то водоскиди є трубами, що прорізають її тіло від верхнього б'єфу до нижнього і забезпечені затворами. Якщо гребля ґрунтова, то трубчасті водоспуски влаштовують під греблею, заглиблюючи в основу. Вони є баштою, від якої беруть початок сталеві або залізобетонні труби круглого або прямокутного перерізу в залежності від напору. Вони можуть бути одиночними або зібраними в своєрідні "батареї" залежно від витрати. У вхідній та вихідній частині труб розміщують затвори та механізми керування ними.

Затвори та підйомники. Основні затвори служать для регулювання скидних витрат і рівнів води у верхньому б'єфі, а також для пропуску в окремих випадках лісу, льоду, сміття, наносів. Ними можна повністю або частково закривати водопропускні отвори. Конструкція затворів залежить від їхнього розташування; затвори поверхневих отворів, часто великих розмірів, сприймають порівняно невеликий гідростатичний тиск; затвори глибинних отворів, що мають значно менші розміри, відчувають великий гідростатичний тиск. Затвори виготовляють найчастіше зі сталі, при невеликих напорах і прольотах отворів, що перекриваються - з дерева, в низьконапірних невідповідних спорудах з великими прольотами - з тканинних матеріалів (тканинні греблі). Найбільшого поширення в гідротехнічних спорудах набули плоскі затвори, які є металеву конструкціюу вигляді щита, що переміщається у вертикальних пазах бугаїв та засад. Складовими частинами плоского затвора є: водонепроникна обшивка, що сприймає тиск води верхнього б'єфу, далі система балок, ферм і опорних конструкцій, що котяться або ковзають спеціальними рейками, закладеними в пазах. Маса рухомої частини затворів досить суттєва, при великих висотах і прольотах вона перевищує 100 т, що потребує потужних підйомних механізмів. Щоб зменшити підйомне зусилля механізмів, застосовують сегментні затвори, які при підйомі їх та опусканні обертаються навколо шарнірів, зароблених у биках та підвалинах. Такі затвори мають також широке застосування, але їх вартість перевищує вартість плоских затворів.

6. Водоприймачі

гідровузол греблі рівнинний водосховище

Призначення водоприймача. Водоприймачами називають частини водозабірних споруд, основне призначення яких - забір води з водотоку (річки, каналу) або водоймища (озера, водосховища); Дію, для якої вони призначені, можна називати водозабором.

Регулює витрати води зазвичай споживач. Забір води повинен бути забезпечений за будь-якого підпірного рівня - від нормального (НПУ) до найнижчого - рівня мертвогообсягу (УМО).

До функцій водозабірної споруди входить очищення води від домішок та сторонніх тіл.

Конструкції водоприймача. Конструкція та обладнання водоприймача значною мірою залежать від типу гідровузла та від виду водоводу напірний або безнапірний. Тому опис конструкцій та обладнання водоприймачів та їх роботи можливе лише окремо для кожного типу. Розміри водоприймача характеризуються габаритами його вхідного перерізу, де розташовуються решітки, що сорозатримують (часто їх називають сороудерживающими). Для полегшення очищення решіток та зменшення втрат напору на решітках швидкості течії на вході приймаються трохи більше 1,0 м/с. Площа входу водоприймачів великих турбінів вимірюється сотнями квадратних метрів.

Водоприймач цього типу, індивідуальний для кожної турбіни, являє собою прямокутний отвір в масиві греблі, що поступово звужується і переходить в круглий переріз турбінного водоводу.

Верхня частина входу закривається залізобетонною стінкою - забралом, опущеним нижче УМО. Забрало сприймає тиск льоду, затримує предмети, що плавають. У передній частині входу водоприймач встановлюється решітка 1 зі стрижнів смугової сталі для затримання зваженого у воді сміття, що може пошкодити турбіну. В процесі експлуатації накопичується у водоприймача і на решітці сміття забирається механічними граблями, грейфером, так як при засміченні решітки істотно зросте її опір перебігу води.

За ґратами в биках влаштовуються пази для установки 3 затвора і припинення подачі води в турбінний водовід. Щоб мати можливість утримувати у справності та ремонтувати затвор швидкодіючий, попереду нього влаштовуються пази 2 для ремонтного затвора. Потрапити до затвора для огляду та ремонту можна через оглядовий люк 6.Ремонтний затвор простіше, від нього не вимагають швидкодії, він опускається не в потік, а в спокійну воду. За затвором влаштовується повітропровід 7 - труба для подачі в турбінний водовід повітря, що заміщає воду, що йде через турбіну у разі закриття водоприймача аварійно-ремонтним затвором. Для зручності експлуатації над водоприймачем зводиться будівля, обладнана монтажним мостовим краном. У сприятливих кліматичних умовах будівлю не будують та застосовують монтажний кран портального типу.

Основний затвор регулює витрати води відповідно до графіка водоспоживання. Рух затвора здійснюється за допомогою гідроприводу.

При малих коливаннях рівня верхнього б'єфу водозабірну споруду мають у своєму розпорядженні на високих відмітках берега, це так званий поверхневий береговий водоприймач. При великому діапазоні експлуатаційних рівнів водосховища необхідно влаштовувати глибинний береговий водоприймач, маючи його трохи нижче УМО.

7. Водоводи

Призначення водоводів. Вода, що надійшла до водоприймача і очищена від домішок, повинна залишатися споживачеві відповідно до графіка споживання. Одна з основних вимог до водоводів (напірних та безнапірних) - водонепроникність їх стінок. Вода не повинна губитися шляхом, і ці втрати не повинні заболочувати прилеглу територію. Для гідроелектростанції необхідно також, щоб потенційна енергія потоку якомога менше губилася на шляху, ухил його вільної або п'єзометричної поверхні був невеликий. Для цього стінки водоводу повинні бути гладкими, характеризуватись малим опором течії. Гладкі стінки потрібні водоводам і зрошувальних систем та систем водопостачання - чим вище буде підведена вода, тим легше забезпечити її самопливну подачу споживачам, тим менші витрати енергії на роботу насосних станцій. Тільки для судноплавних каналів шорсткість стінок не має значення, оскільки швидкості в них малі або рівні нулю.

Стінки водоводів не повинні розмиватися швидкостями течії та хвилюванням (хвилі виникають, наприклад, під час руху суден каналами).

Розміри поперечного перерізу водоводу визначаються з урахуванням техніко-економічних розрахунків. Тип та конструкцію водоводу також визначають на основі техніко-економічних зіставлень. Залежно від призначення водоводу, його розмірів, природних умов та умов будівництва та експлуатації як водовод можуть застосовуватися канали, лотки, трубопроводи, тунелі. Перші два типи – безнапірні, третій – напірний; тунель може бути напірним і безнапірним (якщо він не заповнений водою доверху). Найчастіше оптимальне рішення досягається послідовним поєднанням ділянок водоводу різного типу.

Найпростішим і найдешевшим типом водоводу є зазвичай канал. Канали поширені у всіх галузях гідротехнічного будівництва. Трасу каналу бажано прокладати на плані так, щоб вода в ньому знаходилася у виїмці, висота гребель була невелика. Форма перерізу - трапецеїдальна (іноді складнішого обрису), крутість укосів визначається їх стійкістю; ґрунт не повинен обповзати.

У скельному ґрунті переріз каналу наближається до прямокутного. Ширина перерізу каналу більша за його глибину, щоб зменшити втрати води на фільтрацію з каналу, збільшити швидкість течії і знизити опір течії, тобто. ухил поверхні, дно і укоси каналу покривають облицюванням найчастіше бетонним або залізобетонним. Під облицюванням укладається шар крупнозернистого ґрунту (гравію) як дренаж.

Тунель - найдорожчий тип водоводу для одиницю його довжини. Якщо тунель прокладається в слабких, нескельних грунтах, його вартість особливо зростає. У зв'язку з цим його можна віддати перевагу поверхневим типам деривації тільки в тому випадку, якщо він значно коротший, дозволяє спрямувати трасу або якщо береговий схил, по якому може бути прокладена траса, малопридатний для поверхневої деривації - сильно пересічений рельєф, велика крутість, зсуви, лавини .

Розміщено на Allbest.ru

...

Подібні документи

Класифікація промислових гідротехнічних споруд. Проектування гідротехнічних споруд. Вплив різних факторівна якість будівництва. Сучасні матеріалидля будівництва. Заходи, що забезпечують необхідну якість води.

реферат, доданий 21.03.2012

Поняття про гармонізацію – системну методологію проектування гідроспоруд. Основні принципи та методологія інженерних розрахунків. Імовірнісний метод розрахунку гідротехнічних споруд. Розв'язання гідротехнічних завдань у імовірнісній підстановці.

реферат, доданий 11.01.2014

Класифікація гідротехнічних споруд та їх застосування. Розвідувальне та експлуатаційне буріння. Острівні споруди, платформи для глибини понад 50 м. Конструкції систем підводного видобутку. Досвід експлуатації кригостійких нафтогазопромислових споруд.

реферат, доданий 12.02.2012

Компонування гідровузла, вибір питомої витрати. Проектування водобійного колодязя. Вибір числа та ширини прольотів греблі. Конструювання водозливного профілю. Влаштування та застосування плоских затворів. Технічна безпека гідротехнічних споруд.

курсова робота , доданий 29.07.2012

Характеристика району зведення гідровузла. Вибір основних розмірів профілю гребель. Визначення позначки гребеня у глибоководній зоні. Укоси, берми та дренажні пристрої. Фільтраційний розрахунок ґрунтової греблі. Проектування водовипускної споруди.

курсова робота , доданий 25.04.2015

Фізико-географічні умови формування стоку. Водні об'єкти Краснодарського краю: річки, озера, лимани, водосховища. Забруднення водних об'єктів. Проблема нецентралізованих джерел водопостачання Сучасний стан гідротехнічних споруд.

дипломна робота , доданий 20.07.2015

Географічне розташування Березовського водосховища. Інженерно-геологічні та гідрогеологічні умови ділянки реконструкції. Визначення обсягів земляних робітта організація будівництва проектованих споруд при реконструкції водосховища

курсова робота , доданий 25.01.2015

Розрахунок магістрального каналу гідротехнічної споруди, визначення рівномірного руху рідини за формулою Шезі. Визначення каналу гідравлічно найвигіднішого перерізу, глибин для заданих витрат. Обчислення багатоступінчастого перепаду.

курсова робота , доданий 12.07.2009

Трасування лінійних споруд. Цілі інженерно-геодезичних вишукувань для лінійних споруд. Геодезичні роботи при проектуванні лінійних комунікацій та при прокладанні трас споруд. Встановлення положення автодороги у поздовжньому профілі.

контрольна робота , доданий 31.05.2014

Гідрологічні властивості району проектування. Визначення корисного, форсованого та мертвого обсягів водосховища. Вибір створу греблі, траси водопропускних споруд. Побудова плану та поперечного профілю греблі. Розрахунок вхідного оголовка.