10476

21

Рисунок 4.8 – Схемы основных видов сезонно-действующих охлаждающих устройств:

а – воздушное с принудительной циркуляцией; б – жидкостное с естественной циркуляцией хладоносителя; в – то же, с принудительной циркуляцией хладоносителя; г – парожидкост- ное

22

5. ВОДОПРОПУСКНЫЕ СООРУЖЕНИЯ

Конструкции водосбросных и водоприемных сооружений, располагаемых на основаниях, сложенных вечномерзлыми грунтами, и условия сопряжения бьефов должны назначаться с учетом температуры грунтов основания и изме-

нения их физико-механических свойств в процессе возможного оттаивания.

Выбор принципа строительства водопропускных и водоприемных соору-

жений следует производить:

для водосбросов, располагаемых в составе плотины, так же как для самой плотины;

для береговых водосбросов - на основе технико-экономического сопо-

ставления вариантов.

При осуществлении принципа I должны предусматриваться специальные теплоизоляционные и противофильтрационные мероприятия.

При проектировании талых земляных плотин на нескальных основаниях водоприемные, водопропускные и водозаборные сооружения следует, как пра-

вило, располагать в берегах, в стороне от плотины. В случаях, когда указанные сооружения проектируются в теле плотины, их следует располагать на участках створа, характеризуемых наименьшей сжимаемостью грунтов (в пределах подруслового талика).

При проектировании мерзлых грунтовых плотин водоприемные, водо-

пропускные и водозаборные сооружения следует располагать в берегах, в сто-

роне от плотины. При расположении указанных сооружений на льдонасыщен-

ных грунтах необходимо обеспечить водонепроницаемость и теплоизоляцию сооружения с тем, чтобы предотвратить возможность оттаивания грунтов осно-

вания.

5.1. Водосбросы при талых плотинах

Эксплуатационные водосбросы при талых плотинах устраивают обычно в виде открытых быстротоков в берегах (рис. 5.1, 5.2).

23

Рисунок 5.1 - Эксплуатационный водосброс (быстроток) Вилюйского гидроузла на р. Вилюй, расположенный на правом берегу

Рисунок 5.2 - Эксплуатационный водосброс (быстроток) Колымского гидроузла на р. Колыме

24

5.2. Водосбросы при мерзлых плотинах

Водосбросы при мерзлых плотинах являются наиболее слабым местом в

напорном фронте гидроузлов (рис. 5.3).

Рисунок 5.3 - Принципиальная схема бетонного водосброса при мерзлой пло- тине:

+ - +- - зоны различного температурного состояния; 1 – основной ряд охлаждающих сква- жин; 2 – водобойный ряд охлаждающих скважин

Особенности конструкции бетонного водосброса при мерзлой плотине

[7]:

1.Водосброс целесообразно располагать вне тела плотины (берегового

типа).

2.Водосброс должен пропускать через себя воду в возможно более ко-

роткий срок, чтоб избежать прогревания конструкции.

3. Лучше устраивать водосброс автоматического действия: нет утечки че-

рез затвор, нет трудностей в эксплуатации.

4. Бетонный массив водосброса следует располагать в зоне постоянно мерзлого грунта. Чтобы обеспечить это, с верховой стороны следует отсыпать упорную призму, служащую теплоизолятором. В этой призме следует распола-

гать границу раздела зоны талого и мерзлого грунта.

5. Для промораживания бетонного массива и основания следует преду-

сматривать замораживающую систему.

25

6. В нижнем бьефе (на водобое) не должна находиться вода при нерабо-

тающем водосбросе во избежание оттаивания основания (водобой проектирует-

ся с уклоном).

7. Замораживающие завесы плотины и водосброса должны сопрягаться между собой.

26

6. ГИДРОУЗЛЫ НА ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЕ

Выбор типа и створа плотины и компоновка гидроузла определяются мерзлотно-инженерно-гидрогеологическими условиями створа, наличием мест-

ных строительных материалов, прогнозом теплового влияния водохранилища на мерзлоту и другими факторами.

Земляные и каменно-земляные плотины по принципу строительства и температурному режиму тела плотины подразделяются на мерзлые и талые. В

мерзлых плотинах к моменту наполнения водохранилища центральная часть должна находиться в промороженном состоянии. Талая плотина может воспри-

нимать напор воды водохранилища, когда противофильтрационные элементы находятся в талом состоянии. В мерзлых плотинах фильтрация не допускается;

талые плотины, кроме плотин с пленочными противофильтрационными устройствами, проектируются фильтрующими.

Плотины из местных материалов и водосбросы низконапорных гидро-

узлов систем водоснабжения надлежит проектировать по одному из двух прин-

ципов использования основания — с сохранением его в мерзлом состоянии (I

принцип) и с допущением оттаивания основания под противофильтрационным устройством плотины (II принцип).

При строительстве по первому принципу должно быть предусмотрено со-

хранение отрицательных температур в вечномерзлых грунтах основания мерз-

лой плотины и водосброса и в береговых примыканиях или понижение темпе-

ратуры мерзлого основания путем дополнительного охлаж дения в зоне контак-

та с наиболее ответственной центральной частью профиля плотины. При этом неизбежно происходит оттаивание основания верхового клина, деформирова-

ние которого вследствие 9 осадки оттаивающих грунтов не должно приводить к потере общей устойчивости сооружения.

При строительстве по II принципу допускается: повышение отрицатель-

ных температур вечномерзлых грунтов основания; оттаивание основания в пе-

риод эксплуатации под действием тепла водохранилища и фильтрации.

27

Во всех случаях, когда после оттаивания основание остается достаточно надежным, следует проектировать талую плотину. Такая плотина более проста в эксплуатации и, 10 в отличие от мерзлой, не требует затрат на оборудование и эксплуатацию охлаждающих устройств.

Талые плотины целесообразно проектировать на основаниях типа «а» и «б» (см. п. 2.6). На основаниях типа «в», «г» и «д» применение талых плотин требует сложного комплекса мероприятий по предварительному оттаиванию и уплотнению или замене термопросадочных льдистых слоев основания.

При явной технико-экономической нецелесообразности предпостроечно-

го оттаивания льдистого основания, теряющего несущую способность или про-

тивофильтрационные свойства при оттаивании, следует проектировать мерзлую плотину по первому принципу строительства (с сохранением мерзлоты в осно-

вании).

Мерзлую плотину следует проектировать на мерзлом основании любого типа при условии, что трещины мерзлой скалы полностью заполнены льдом или нефильтрующим грунтом, при мощности подруслового талика до 10 м и при отсутствии слоев несцементированных льдом сыпучемерзлых рыхлых от-

ложений; предварительное промораживание и последующее поддерживание талика в мерзлом состоянии является обязательным условием устойчивости мерзлой плотины.

Возведение мерзлых плотин с промораживаемой центральной частью без предварительного промораживания талика допускается при условии, что ско-

рость фильтрации в талике не превышает 0,1 м/ч, что обеспечивает возмож-

ность постепенного промораживания плотины и основания замораживающими устройствами после возведения плотины.

Створ плотины должен выбираться возможно ближе к объекту водоснаб-

жения и на достаточном удалении от источников загрязнения в течение расчет-

ного периода эксплуатации водохранилища и с учетом перспективы хозяй-

ственного освоения района.

28

При выборе створа плотины необходимо учитывать, что: а) солифлюкци-

онные склоны после нарушения их естественого термического состояния ха-

рактеризуются прогрессирующим течением значительных масс оттаивающего грунта в водохранилище, значительно сокращающих его объем и загрязняющих воду; б) сооружения, расположенные на берегах водохранилища, могут дефор-

мироваться вследствие термоэрозионной переработки берегов, вытаивания по-

гребенного льда, значительной просадочности грунта при оттаивании и ускоре-

ния солифлюкционных процессов после создания водохранилища.

При проектировании талых плотин особых требований к компоновке с другими сооружениями гидроузла не предъявляется.

При проектировании плотины мерзлого типа необходимо, чтобы водо-

проводящие устройства не пересекали тела плотины. Водозаборы, водосбросы и водоспуски должны располагаться за пределами тела плотины. При устрой-

стве водосбросных сооружений в обход плотины рекомендуется между ними и плотиной оставлять массив естественного мерзлого грунта длиной не менее 20

м, защитив его от протаивания со стороны водосброса и верхнего бьефа.

Ниже приведены компоновки гидроузлов, учитывающие названные усло-

вия (рис. 6.1 - 6.5).

Рисунок 6.1 - План гидроузла на р. Ирелях

29

Рисунок 6.2 - Гидроузел с быстротоком:

1 – глухая мерзлая плотина; 2 − водосброс; 3 – здание ГЭС; 4 – водоприемник; 5 – турбинные трубопроводы; 6 – отводящий канал ГЭС; 7 – подводящий канал; 8 – автодорога; 9 – засыпка русла; 10 – мерзлотная завеса; 11 – сваи; 12 − положение верхней границы мерзлоты при эксплуатации

Одним из уникальных объектов зоны мерзлоты является строящееся Усит-Среднеканская ГЭС (рис. ) в Магаданской области. Возводится в чрезвы-

чайно сложных природных условиях: толщина вечной мерзлоты в месте ее рас-

положения достигает 300 м, а температура воздуха зимой снижается до −60 °С.

Проектная мощностью станции 570 МВт, гарантированная мощность 132

МВт; расчетный напор составляет 58 м

30

Рисунок 6.3 - Гидроузел с боковым водосбросом:

1 – глухая мерзлая плотина; 2 – подводящий канал; 3 – водоприемник; 4 – турбинные трубо- проводы; 5 – здание ГЭС;; 6 – отводящий канал ГЭС; 7 – водослив; 8 – быстроток; 9 – мерз- лотная завеса; 10 – сваи

При разработке проекта строительства с учетом сложнейших природно-

климатических условий были приняты особые инженерные решения. Так, на участке тектонических нарушений (протяженностью до 100 м) в основании бе-

тонных сооружений напорного фронта была сооружена противофильтрацион-

ная цементационная завеса глубиной 25 м. На участках с вечномерзлыми грун-

тами до обустройства завесы предварительно было выполнено электрооттаива-

ние мерзлых пород. Разработанные проектировщиками решения обеспечивают надежность оснований станции, строящейся и эксплуатирующийся в условиях широкого распространения многолетнемерзлых грунтов.