6079

30

Общие данные о гидроузле – по разделу 2.1.

Судоходные условия – класс водного пути; характерные уровни воды в бьефах, включая максимальные и минимальные судоходные уровни; судоходные глубины; продолжительность навигации.

Данные о флоте – типы расчётных судов; навигационный грузо- и судооборот на расчётную перспективу.

Основные сооружения гидроузла – характеристика сооружений по

разделу 2.1 в сокращённом объёме.

Судоходный шлюз – по разделу 2.1 с добавлением сведений о сооружениях на подходах к шлюзу.

Объёмы основных работ – даются по шлюзу с подходами; состав работ по

разделу 2.1.

Сроки строительства – продолжительность строительства шлюза; начало судопропуска.

Технико-экономические показатели – время шлюзования; пропускная способность; сметная стоимость шлюза с подходами; показатель стоимости, отнесённый на 1 м3 сливной призмы шлюза; стоимость шлюзования по потерянной воде.

Исходные данные для проектирования формируются согласно разделу

2.1.1. При этом сведения раздела 2.1.1.3 о стоке воды не потребуются. Необходимы дополнительные данные, касающиеся судоходства:

–класс водного пути и класс шлюза;

–максимальные для гидроузла уровни в верхнем и нижнем бьефах соответствующей обеспеченности согласно классу водного пути;

–типы расчётных судов, их главные размеры, водоизмещение, грузоподъёмность. Из этих судов формируются расчётные составы. Должны быть выбраны расчётный состав (судно) по длине, ширине, расчётное судно по осадке, водоизмещению;

–навигационный грузо- и судооборот на расчётную перспективу в соответствии с классом водного пути.

Компоновка шлюза в гидроузле. Приводится состав сооружений и схема гидроузла. Путём технико-экономического сопоставления нескольких вариантов выбирается компоновка в гидроузле судоходного шлюза с сооружениями на подходах. Эта работа выполняется после того, как будут известны число ниток, ступеней и габариты судоходных сооружений. В раздел помещается сводная таблица объёмов работ по шлюзу с подходами.

Судоходный шлюз. Проектирование шлюза ведётся вариантным методом. Рассматриваемые в проекте варианты шлюза могут различаться числом ступеней, конструкцией камеры, голов, системой питания, конструкцией причальных и направляющих сооружений и пр..

Число ступеней и ниток шлюза. Назначается сообразно напору, инженерно-геологическим условиям и в соответствии с грузо- и судопропускной способностью шлюза, удовлетворяющей перспективному грузо- и судообороту.

Габариты камеры. Исходя из размеров расчётных составов (судов) определяется полезная длина, ширина и глубина на королях, в соответствии с

31

чем принимаются стандартные размеры камеры. Назначается подмостовой габарит.

Система питания. Выбор системы питания (головная, распределительная). Схема. Гидравлический расчёт. Гидравлические характеристики.

Камера шлюза. Разработка конструкции камеры сообразно инженерногеологическим условиям, напору, строительным и эксплуатационным требованиям. Поперечный разрез. Статические расчёты камеры. Конструктивные элементы – дренажи, швы с уплотнениями, пришлюзовые площадки и пр..

Головы шлюза. Конструкции верхней и нижней голов с учётом размещения основного оборудования и систем питания. Планы, разрезы. Противофильтрационные преграды у верхней головы – понур, шпунт, шпоры. Мостовые переходы через шлюз. Статические расчёты голов.

Сооружения на подходах к шлюзу. Конструкции пал, причалов,

подходных каналов, оградительных дамб аванпорта. Планы, разрезы. Проверка гидравлических условий в подходных каналах. Статические расчёты сооружений.

Основное оборудование. Рабочие ворота, аварийно-ремонтные и ремонтные заграждения, рабочие и ремонтные затворы водопроводящих галерей, механизмы для маневрирования воротами и затворами, причальные устройства – типы, габаритные размеры, схемы, вес.

Эксплуатационные показатели. Время шлюзования, пропускная способность шлюза, потребность в воде для шлюзований.

Организация строительства и производство работ проектируются применительно к судоходным сооружениям. Рекомендации – в разделах 2.1.4, 2.1.5.

Сметная стоимость строительства рассчитывается для шлюза с подходами по указаниям раздела 2.1.8.

Экономические показатели проекта. Итоги проектирования можно подвести следующими показателями:

–сметная стоимость судоходных сооружений;

–доля капитальных вложений, отнесённых на судоходство, в общей стоимости гидроузла;

–удельная стоимость судоходных сооружений: на 1 т навигационной пропускной способности; на 1 м3 сливной призмы; на 1 м3 бетона.

По величине этих показателей в сравнении с аналогичными показателями построенных шлюзов делается вывод об экономичности выполненного проекта.

Чертежи. На первом листе вычерчивается генплан (схема) гидроузла в масштабе 1 : 2000 – 1 : 10 000 с основными данными. На втором, третьем и четвёртом листах изображаются план шлюза с подходами и продольный разрез, поперечные разрезы по верхнему и нижнему подходам, причалам, палам, головам и камере шлюза в масштабе 1 : 200 – 1 : 500, а также узлы и детали.

План шлюза и продольный приходится делать на сдвоенном листе из-за большой протяжённости судоходных сооружений.

Остальные листы посвящаются организации строительства и производству работ и выполняются по рекомендациям раздела 2.1.

32

2.7. Проект «Причальная набережная»

Проектирование портов, набережных, берегоукреплений в связи с их новым строительством, расширением, реконструкцией, актуально для региона. Ниже рекомендуется примерный состав проекта причальной набережной.

Основные показатели проекта (паспорт набережной) составляется по схеме паспорта гидроузла, приведённой в разделе 2.1, с включением следующих пунктов.

Общие данные – название, местоположение, назначение, тип, класс набережной, грузооборот на расчётную перспективу.

Судоходные условия – класс водного пути; характерные уровни воды, в том числе максимальные и минимальные судоходные уровни; судоходные глубины; продолжительность навигации.

Данные о флоте – типы расчётных судов; их габариты, водоизмещение, грузоподъёмность.

Причальная набережная – отметка территории, длина по кордону, количество причалов, площадь территории, глубина у причалов, площадь акватории, конструкция набережной.

Объёмы основных работ – земляные работы, бетон и железобетон, металлоконструкции, оборудование.

Сроки строительства.

Технико-экономические показатели – пропускная способность; сметная стоимость; удельный показатель стоимости, отнесённый на 1 т годовой пропускной способности.

Исходные данные для проектирования. Назначение причальной набережной. Местоположение. Грузооборот на расчётную перспективу. Природные условия – климат, топография, инженерно-геологические условия и свойства грунтов, гидрологические условия, в том числе характерные судоходные уровни воды. Сведения о судоходстве – класс водного пути, типы расчётных судов, продолжительность навигации.

Компоновка причальной набережной разрабатывается по следующей

схеме.

Определяются основные параметры причальной набережной (порта): категория по суммарному грузообороту, схема перегрузки грузов, пропускная способность причала, количество причалов, длина причального фронта, площадь берегового хозяйства (территории), отметка территории, глубина у причалов, площадь акватории с учётом водных подходов и рейдов.

После определения основных размеров компонуется план причальной набережной. Особое внимание должно быть уделено назначению местоположения кордона. Земляные работы по планировке берега, созданию территории и углублению акватории желательно иметь сбалансированными.

Строительство набережной не должно приводить к ухудшению гидравлики русла реки. Окончательная доработка компоновки набережной целесообразна после того, как будет запроектирована причальной стенки.

В завершении раздела приводится сводная таблица объёмов работ.

33

Причальная стенка. Рассматривается несколько вариантов стенки, целесообразных применительно к данным условиям строительства. Параметры конструкций обосновываются рекомендациями нормативной литературы, опытом строительства, минимально необходимыми расчётами. Основной вариант выбирается в результате технико-экономического сопоставления.

Выбранный основной вариант подвергается подробным расчётам и конструированию. Например, для стенки из одноанкерного железобетонного шпунта выполняются расчёты прочности шпунта и глубины его погружения, общей устойчивости стенки, устойчивости и прочности элементов (анкерной опоры и др.). Разрабатывается конструкция стенки и участков её берегового сопряжения. Подбирается и размещается швартовое и отбойное оборудование. Уточняются объёмы работ.

Организация строительства и производство работ проектируются исходя из условия привлечения к строительству набережной специализированной организации, имеющей собственную промышленную базу. Рекомендации – в разделах 2.1.4, 2.1.5.

Сметная стоимость строительства рассчитывается по рекомендациям

раздела 2.1.8.

Итоговым экономическим показателем может быть выведена стоимость, отнесённая на 1 т навигационной пропускной способности причальной набережной.

Чертежи. Примерное содержание их следующее: 1 – план набережной (порта) в масштабе 1 : 1 000 – 1 : 2 000, технико-экономические показатели; 2, 3, 4 – варианты набережной стенки, сопоставительная таблица их показателей, варианты набережной стенки, сопоставительная таблица их показателей, основной вариант набережной – фасад, характерные сечения причальной стенки, её примыканий, береговых креплений (в масштабе 1 : 100 – 1 : 200), элементы, узлы, детали набережной; 5, 6 – чертежи по организации строительства и производству работ (см. раздел 2.1).

2.8. Проект «Накопитель отходов промышленного производства»

Золоотвалы ТЭС, хвосто-, шламохранилища и другие накопители отходов промышленных предприятий причисляются к гидротехническим объектам. Проекты накопителей являются, обычно, результатом участия студентов в реальном проектировании. Ниже приведён примерный состав проекта.

Паспорт накопителя отходов составляется по следующей схеме (раздел

2.1).

Общие сведения – наименование предприятия, местонахождение, назначение накопителя (вид складируемых отходов и их класс), тип накопителя, состав основных сооружений, проектный срок эксплуатации.

Ограждающие дамбы – тип, материал, грунты основания, длина, отметка гребня, максимальная высота, ширина гребня, наличие проезда по гребню, заложение откосов, противофильтрационные устройства, дренажи.

Водоотводящие сооружения – тип, количество, пропускная способность.

34

Насосная осветлённой воды – тип, габариты, производительность по воде, характеристики оборудования.

Сведения о состоянии накопителя – год начала эксплуатации, данные о произведённом наращивании, современное состояние, решения настоящего проекта.

Экономические показатели – сметная стоимость; удельный показатель стоимости 1 м3 ёмкости отвала, эксплуатационные затраты.

Следующие разделы проекта рассмотрены в данном пособии на примере золоотвала ТЭС.

Исходные данные для проектирования должны включать:

–сведения о тепловой электростанции – её значение для энергоснабжения региона, мощность, род сжигаемого топлива, его потребление, выход золы и шлака, их состав, способ золошлакоудаления;

–сведения о природных условиях района размещения золоотвала – климатическая характеристика, материалы топографических, инженерногеологических, гидрогеологических изысканий, гидрологические данные по близлежащим водотокам и водоёмам, наличие местных строительных материалов (см. разделы 2.1.1.2 – 2.1.1.6).

Компоновка золоотвала. В данном разделе проекта проводится расчёт необходимой ёмкости золоотвала, выбирается его тип, назначается класс, определяется состав сооружений. Это даёт возможность разработать в первом приближении компоновку золоотвала. Выбранный вариант компоновки может быть детально уточнён после разработки основных сооружений золоотвала. Раздел завершается сводной таблицей объёмов основных работ по золоотвалу.

Основные сооружения. Проектируются:

отстойный пруд золоотвала – положение в плане, уровни воды, профили надводного и подводного откосов, способ намыва, длина пути осветления золошлаковой пульпы, площадь пруда;

ограждающие дамбы золоотвала – грунтовые или из золошлаковых материалов – тип, поперечные профили, конструкции. Рассматриваются варианты. Выполняются обосновывающие фильтрационные и статические расчёты, подбор обратных фильтров дренажей и пр.;

водоотводящие сооружения – предназначаются для сброса осветлённой воды из отстойного пруда, проектируются чаще всего в составе водосбросных колодцев и отводящих коллекторов, конструкции обосновываются необходимыми расчётами;

насосная станция – необходима в случае, если проектом предусматривается возврат осветлённой воды в систем гидрозолоудаления, обычно даётся привязка типового проекта.

Организация и производство работ. Строительство золоотвала ведётся, как правило, специализированной организацией, имеющей собственную промышленную базу. С учётом её возможностей проектируется очерёдность строительства, календарный план, технология производства основных видов работ (см. разделы 2.1.4, 2.1.5).

Охрана окружающей среды при строительстве золоотвала и особенно в эксплуатационный период имеет решающее значение, в связи с чем данному

35

вопросу в проекте золоотвала должно быть уделено соответствующее внимание

(см. раздел 2.1.6).

Актуальна разработка мероприятий по предупреждению чрезвычайных ситуаций на золоотвале (раздел 2.1.7).

Сметная стоимость строительства рассчитывается согласно указаниям раздела 2.1.8 с использованием ЕРЕР.

Итоговым экономическим показателем выводится стоимость 1 м3 ёмкости отвала. По данным МоТЭП, ВНИПИэнергопром и других проектных организаций значение этого показателя, не превосходящее 0,1 руб/м3 в ценах 1984 года, считается удовлетворительным.

Чертежи. На них изображаются, например: 1) план золоотвала, 2, 3, 4 – отстойный пруд, ограждающие дамбы, дренажные и водоотводящие сооружения, элементы, узлы, детали и др.; 5, 6 – чертежи по организации строительства и производству работ. Некоторые рекомендации по содержанию чертежей можно извлечь из раздела 2.1.

2.9. Проект «Инженерная защита территории от затопления и подтопления»

Объектами проектирования могут являться сооружения инженерной защиты от затопления водами водоёмов и водотоков и подтопления грунтовыми водами территорий населённых пунктов, промышленных, транспортных, энергетических и коммунально-бытовых объектов, месторождений полезных ископаемых и горных выработок, сельскохозяйственных и лесных угодий, природных ландшафтов. Ниже рассмотрен примерный состав проекта инженерной защиты городской территории от затопления и подтопления.

Основные показатели проекта (паспорт инженерной защиты)

компонуется по схеме паспорта гидроузла, приведённой в разделе 2.1, с включением следующих пунктов.

Общие данные – название города, возраст, перспективы развития; местоположение, назначение, площадь защищаемой территории.

Характерные уровни воды – максимальные и минимальные уровни воды в водоёме (водохранилище) и в водотоке.

Дамбы обвалования – тип, материал, грунты основания, протяжённость дамб, отметка гребня, максимальная высота, ширина гребня, наличие проезда по гребню, заложение откосов, противофильтрационные и дренажные устройства.

Защитный дренаж – схема, тип, размеры.

Насосная станция – тип, габариты, производительность по отводу ливневых и дренажных вод.

Экономические показатели – сметная стоимость, эксплуатационные затраты.

Исходные данные для проектирования должны содержать:

–общие сведения о городе – расположение, численность населения, профилирующие отрасли промышленности, существующая и перспективная планировка с зонированием территории на промышленную и селитебную;

–природные условия территории – климат, рельеф, геологическое строение, гидрогеологические условия, гидрологические данные по водоёмам

36

водотокам, наличие местных строительных материалов (см. разделы 2.1.1.2 –

2.1.1.6);

–техногенные условия территории – функциональное зонирование территории по её организации и назначению, например, селитебная, промышленная и коммунально-складская зоны, зоны предприятий местной и пищевой промышленности, внешнего транспорта, прибрежная зона отдыха;

–характеристика водообеспечения территории – норма водопотребления, расчёт утечек из сетей водоснабжения, теплотрасс, сетей водоотведения;

–подтопление городской территории – расчёт подтопления под влиянием факторов природного и техногенного происхождения, оценка инфильтрационного питания подземных вод в условиях техногенных воздействия.

Компоновка инженерной защиты. В данном разделе выбрать на основании технико-экономического сопоставления вариантов общую схему инженерной защиты территории, включающую защиту территории от затопления и подтопления. Выбранный вариант компоновки детализируется после разработки мероприятий по инженерной защите территории. Раздел завершается сводной таблицей объёмов основных работ.

Сооружения и мероприятия инженерной защиты. В состав инженерной защиты территории могут входить следующие сооружения и мероприятия.

Обвалование оградительной дамбой. Рассматриваются варианты.

Проектируются тип, поперечные профили, продольный профиль, конструкция дамбы. Выполняются обосновывающие фильтрационные и статические расчёты.

Защита от притока поверхностных вод со стороны водораздела.

Устраиваются нагорные каналы или лотки – трассирование, поперечные профили, конструкции, гидравлический расчёт. На тех участках, где уклоны местности становятся особенно значительными, например, на сбросных участках, проектируются перепады и быстротоки.

Организованный сбор и отвод поверхностных вод на защищаемой территории – вертикальная планировка местности, устройство открытой или закрытой водосточной сети.

Устройство защитного дренажа – схема и тип дренажа, определяемые на основании фильтрационных расчётов и технико-экономического сравнения вариантов с учётом эксплуатационных затрат. Фильтрационные расчёты – прогноз положения уровня грунтовых вод на защищаемой территории в целях установления целесообразности осуществления тех или иных защитных мероприятий, определение рационального расположения дренажа, его типа, заглубления и длины, при которых обеспечивается требуемое понижение уровня грунтовых вод, определение расходов дренажных вод, подлежащих сбросу или перекачке. Проектирование дренажа в плане и в вертикальной плоскости. Гидравлический расчёт защитного дренажа. Расчёт фильтрующей обсыпки и водоприёмных отверстий дренажных труб. Сооружения на дренаже (смотровые

иперепадные колодцы, выпуски и пр.).

Перекачка поверхностных и дренажных вод за пределы защищаемой территории – определение параметров насосной станции. В целях удешевления

37

строительства и эксплуатации обычно устраивается общая насосная станция для обслуживания дренажной и водосточной сетей.

Организация и производство работ. Строительство защитных сооружений ведётся, как правило, специализированной организацией, имеющей собственную промышленную базу. С учётом её возможностей проектируется очерёдность строительства, календарный план, технология производства основных видов работ (см. разделы 2.1.4, 2.1.5).

Охрана окружающей среды является главной функцией инженерной защиты. Данный вопрос в проекте должен получить исчерпывающую разработку

(раздел 2.1.6).

Сметная стоимость строительства рассчитывается согласно указаниям раздела 2.1.8 с использованием ЕРЕР.

Чертежи. На них изображаются, например: 1) общая схема инженерной защиты городской территории, 2 – 4) план сооружений инженерной защиты, оградительные дамбы, нагорные каналы, защитный дренаж, узлы, детали и др.; 5), 6) – чертежи по организации строительства и производству работ. По содержанию чертежей можно следовать рекомендациям раздела 2.1.

3.Некоторые особенности проектирования

3.1.Проектирование реконструкции и (или) восстановления

гидротехнических объектов

Гидротехнические сооружения обладают высокой надёжностью. Так, период нормальной эксплуатации плотин длится 50 – 60 лет и более, только затем начинается период старения, характерный ростом числа повреждений и аварий. Наиболее частым повреждениям и авариям подвержены сооружения малых гидроузлов, накопители жидких отходов ТЭС и промышленных предприятий, берегоукрепления. Капитальный ремонт сооружений состоит в замене и усилении конструкций, в снижении степени их износа. Реконструкция заключается в коренном переустройстве сооружений с целью увеличения надёжности или функциональных параметров, например, повышения напора. Восстановление касается разрушенных сооружений.

Для студента оптимальным является участвовать в обследовании технического состояния сооружения, по результатам которого затем выполняется проект ремонта, реконструкции или восстановления.

Вчасти объёма и содержания проектов реконструкции и восстановления можно придерживаться рекомендаций по проектированию нового строительства аналогичных объектов (раздел 2).

Приступая к работе, необходимо:

– разобраться с имеющимися проектными материалами, установить соответствие сооружений проектным решениям;

– выяснить причины разрушений, оценить техническое состояние сооружений;

– наметить задачи по их реконструкции или восстановлению.

Впроцессе проектирования следует стремиться:

38

–максимально использовать сохранившиеся конструкции, применить местные материалы;

–повысить надёжность сооружений, приведя их параметры в соответствие

сдействующими нормативными правовыми актами;

–улучшить эксплуатационные показатели объекта, например, для гидроузла – повысить напор, предусмотреть расчистку водохранилища от донных отложений.

Определённую проектом стоимость работ по реконструкции или восстановлению желательно сравнить с балансовой стоимостью объекта.

3.2. Проектирование гидроузлов в условиях вечной мерзлоты

Примерно половина территории нашей страны подвержена влиянию сурового климата и занята вечной мерзлотой. Природные условия севера накладывают особенности на гидротехнические сооружения.

Эти особенности учитываются при проектировании.

Проект гидроузла составляется по указаниям соответствующих разделов пособия.

При подборе исходных данных дополнительно требуются сведения о геокриологических (мерзлотных) условиях участка основных сооружений – мерзлотная карта с характеристикой вечномёрзлой толщи пород, мерзлотногеологический и температурный разрез по створу, теплофизические свойства пород разреза и карьерных грунтов: льдистость, объёмная теплоёмкость, теплопроводность, теплота таяния-замерзания, относительная осадка при оттаиванию

Тип сооружений гидроузла выбирается с учётом мерзлотно-геологических условий створа. Предпочтительны плотины из местных грунтовых материалов. В крупных гидроузлах, основывающихся на скальных породах, применяются талые плотины как в средних широтах. Для малых гидроузлов, строящихся вблизи потребителей воды, характерны мёрзлые дисперсные грунты в основании, снижающие несущую способность при оттаивании. При таких обстоятельствах проектируются мёрзлые плотины с искусственным замораживанием. Преимуществом пользуются открытые водосбросы, т.к. эксплуатация и ремонт закрытых водосбросов затруднены.

Конструкции сооружений напорного фронта, кроме обычных расчётов, должны быть обоснованы расчётами температурного режима.

Компоновка гидроузла разрабатывается с учётом обеспечения проектного температурного режима сооружений в период эксплуатации. Например, поддержание плотины в мёрзлом состоянии требует удаления берегового водосброса от её примыкания. Приплотинное здание ГЭС также следует удалить от низового откоса мёрзлой плотины.

При проектировании северных ГЭС возникает проблема с полыньёй в нижнем бьефе, которая по зимам достигает длины в десятки километров. Для обоснования проекта может потребоваться прогноз длины полыньи.

39

Особенности природных условий севера должны учитываться при проектировании организации строительства, производства работ и определении сметной стоимости гидроузла.

3.3. Применение ЭВМ для автоматизации расчётов и проектирования

Сообразно наличию в университете компьютерных программ и их освоению в процессе теоретического обучения по образовательной программе, студенты, разрабатывающие ВКР, имеют возможность проектирование и трудоёмкие расчёты выполнять с использованием универсальных и специализированных программно-вычислительных комплексов и систем автоматизированного проектирования, демонстрируя приобретённые навыки.

Библиотека компьютерных программ со временем пополняется.

3.4.Рекомендации по проведению научных исследований

Впериод проектирования студентам предоставляется возможность выполнять научные исследования теоретического или экспериментального характера, в том числе в составе хоздоговорных, госбюджетных, инициативных НИР, ведущихся в университете. Для этого они могут работать в компьютерном классе и лабораториях кафедры гидротехнических и транспортных сооружений

идругих кафедр.

Вкачестве исследовательских тем из области гидротехники можно рекомендовать:

– поиск и анализ научно-технической информации, отечественного и зарубежного опыта по тематике проектирования;

– лабораторные гидравлические исследования гидротехнических сооружений;

– разработку элементов САПР гидроэнергетических и водохозяйственных объектов;

– теоретические исследования температурного (температурнофильтрационного) режима гидротехнических сооружений;

– разработку мероприятий по предотвращению нежелательных последствий создания водохранилищ, в т.ч. в условиях севера;

– технико-экономическое обоснование комплексного, в том числе энергетического, использования водных ресурсов малых рек;

– исследования по оптимизации конструкций гидротехнических сооружений с учётом производства работ;

– исследования конструкций накопителей отходов ТЭС и промышленных предприятий для защиты окружающей среды;

– натурное обследование водоёмов и водотоков на предмет их защиты от загрязнения и истощения;

– создание демонстрационных установок и моделей гидротехнических сооружений.

Возможны и другие темы работ научно-исследовательского характера, созвучные с темами ВКР.