Способы перекрытия русел рек

Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

Перекрытие русла реки

Способы перекрытия и области их применения

Перекрытие русла реки при строительстве речного гидроузла является одним из сложных этапов работ в общей схеме пропуска строительных расходов. Сущность процесса перекрытия заключается в переключении расходов воды в реке на заранее подготовленный на I этапе водоотводящий тракт (различные отверстия, туннели, каналы) путем постепенного или мгновенного завала русла различного рода материалами (песчаногравелистой смесью, горной массой, сортировочным камнем, специальными бетонными элементами (кубами, тетраядрами и др.), (рис. 2.13).

Перекрытие русла осуществляется следующими способами (рис. 2.14): фронтальной отсыпкой каменного банкета в текущую воду (фронтальный способ); пионерной отсыпкой каменного банкета в текущую воду (пионерный способ); намывом песчано-гравийного грунта средствами гидромеханизации (намывной способ); мгновенным обрушением в русло земляных или горных масс (способ направленного взрыва); прочими специальными способами (сбрасыванием крупных бетонных массивов или их опрокидыванием, затоплением плавучих конструкций, забивкой шпунтовых рядов, погружением плетневых или соломенных тюфяков и т. д.).

Наиболее распространенными способами перекрытия русла реки являются фронтальный и пионерный способы отсыпки каменного банкета в воду. Сложность перекрытия при применении этих способов зависит в основном от двух факторов: максимальной скорости потока в проране У макс и максимальной удельной мощности потока




Таким образом, максимальные скорости при фронтальном перекрытии значительно ниже, чем при пионерном (при одинаковых конечных перепадах DZKOH ). Поэтому он имеет преимущество для применения при перекрытии рек, у которых в русле залегают легкоразмываемые грунты. Но его применение усложняется необходимостью устройства моста через проран для отсыпки банкета. При применении пионерного способа перекрытия, наоборот, утяжеляются гидравлические условия в русле, но упрощаются организация и производство работ, не требуется устройства моста.

Выбор способа перекрытия в принципе должен осуществляться на основе техникоэкономического сравнения вариантов.

Наибольшее влияние на выбор способа перекрытия оказывают природные геологические и гидрологические условия в створе перекрытия. От гидрологических

Сроки перекрытия русла приурочиваются к меженным периодам и обычно устанавливаются в конце судоходного периода в осенне-зимние месяцы.

Расчеты перекрытия русла

Обоснование варианта перекрытия русла должно сопровождаться рядом соответствующих расчетов.

В целом гидравлические и иные расчеты для обоснования перекрытия русла включают в себя: определение допустимого предварительного стеснения русла реки до раскрытия перемычек; определение конечного перепада на банкете Акон; контроль за изменением гидравлических характеристик потока (расхода Q, перепадов AZ, скоростей в проране, полной и удельной мощностей потока N и N°) в проране и на сооружениях в процессе перекрытия; определение крупности камня, необходимого для закрытия прорана на разных стадиях; определение объема камня различной крупности.

Все эти расчеты выполняются с использованием законов гидравлики и программ на ЭВМ.

Организация работ по перекрытию русла

Перекрытие русла можно разбить на следующие стадии: подготовительную, предварительного стеснения русла, перекрытия прорана и заключительную.

На подготовительной стадии осуществляются работы по организации складов материалов, по устройству дорог (а при необходимости и мостов) от складов к створу перекрытия, по подготовке транспортных и погрузочных средств, по устройству освещения района перекрытия, по организации гидрологической службы и другие работы, обеспечивающие успешное и своевременное перекрытие русла. Эти работы выполняются за 1—2 мес. до перекрытия прорана параллельно с основными работами по возведению сооружений в котловане 1-й очереди.

Предварительное стеснение русла предусматривает сужение перекрываемого русла до допустимых по условиям судоходства и размыва русла с сохранением расчетного прорана. Это стеснение русла при всех способах перекрытия осуществляется пионерной отсыпкой каменного банкета с берегов (с одного или двух) или намывом песчаногравелистого грунта.

Для улучшения условий перекрытия при легкоразмываемых грунтах в русле предусматривается предварительное крепление дна малоразмываемым грунтом (как правило, горной массой или камнем) путем отсыпки этого грунта с плавсредств. Крепление осуществляется по всей ширине прорана на 5—10 м вверх и на 50—100 м вниз по течению от оси банкета в зависимости от грунтов основания и условий их размыва при стеснении русла.

Во избежание последующего размыва толщина крепления должна быть не менее 3 диаметров отсыпаемого камня. Параллельно с этими работами на данной стадии осуществляются подготовка всего водоотводящего тракта в котловане 1-й очереди и обжатие перемычек.

Перекрытие прорана русла—наиболее ответственный момент во всем этапе перекрытия и, начинается с разборки перемычек 1-й очереди, затопления котлована и переключения части расхода из русла на водосбросные сооружения. При этом особое внимание здесь следует уделить тщательности разборки перемычек до проектных размеров. При недостаточной разборке перемычек общий перепад при перекрытии может значительно превышать основной расчетный перепад на сооружении, что усложняет перекрытие.

После раскрытия перемычек часть расходов переключается на водосбросные сооружения, расходы, перепады и скорости в русле падают, что дает возможность начинать перекрытие прорана тем же материалом, который использовался в банкете при предварительном стеснении (обычно—горная масса). Так как скорость в проране после начала отсыпки постепенно увеличивается по мере сужения прорана и увеличения перепада, для отсыпки на разных стадиях перекрытия должен в принципе применяться материал разной крупности. Однако на практике чаще всего применяют два вида материалов. На начальном этапе применяется горная масса, а на заключительном— крупный камень (негабариты) и различные бетонные элементы (кубы, тетраэдры, железобетонные ежи и др.). Чем выше перепад при перекрытии и удельные мощности потоков, тем в принципе крупнее должны быть отсыпаемые элементы.

Читайте также:  Со дна реки поднимается воздушный пузырек

При перекрытии рек со слаборазмываемыми и неразмываемыми руслами перепады достигают значительных величин. Так, при пионерном перекрытии Ангары в створе Усть- Илимской ГЭС максимальный перепад достигал 3,82 м при расходе 2970 м3А и удельной мощности потока 900 кВт. Для перекрытия прорана на последнем этапе здесь применялись связки негабаритов общей массой до 25 т. При перекрытии р. Чирчик (Чарвакская ГЭС) перепад достигал 4,2 м, а рек Вилюй (Вилюйская ГЭС) и Нарын (Токтогульская ГЭС), соответственно, 5 и 7,32 м. На Чарвакской ГЭС применялся крупный камень до 1 м, негабариты и бетонные массивы до 10 т, на Вилюйской ГЭС — крупноглыбовый камень массой до 25 т, а на Токтогульской ГЭС — бетонные тетраэдры массой 10 т и каменные глыбы до 25 т.

Для уменьшения перепадов и скоростей в проране при пионерном способе возможно применять двухбанкетные схемы перекрытия, рассредоточивая общий перепад на два банкета.

При фронтальном способе дополнительным элементом организации перекрытия прорана является необходимость устройства транспортных коммуникаций для возможности отсыпки материала одновременно по всей ширине прорана. Обычно для этих целей устраиваются наплавные мосты (рис. 2.18). Иногда применяются канатные дороги, кабель-краны и стационарные мосты. Отсыпка материалов с мостов осуществляется с помощью автосамосвалов с торцевой или бортовой разгрузкой, для чего они специально должны быть подготовлены. Ширина мостов должна обеспечивать свободное маневрирование транспортом при разгрузке камня. При торцевой разгрузке автосамосвалов грузоподъемностью 5—15 т она составляет 18—20 м, при бортовой разгрузке—10—12 м. Отсыпка должна производиться равномерно по всей ширине прорана во избежание неравномерности размыва русла, поэтому отсыпка с мостов требует непрерывной организации промеров отсыпаемых слоев и четкого регулирования движения машин к местам отсыпки по результатам промеров. Интенсивность отсыпки при перекрытии больших рек доходит до 1000—1300 м/ч (Волжская им. XXII съезда КПСС, Саратовская, Красноярская ГЭС), а количество рейсов автомашин—до 360 в час (Саратовская ГЭС).


Так же как при пионерном способе, на начальном этапе для отсыпки используется горная масса, а на конечном—негабариты и бетонные элементы. Так, на перекрытиях русел при строительстве Камской и Воткинской ГЭС с перепадами, соответственно, 1,4 и 1 м применялись бетонные кубы массой до 5 т, Волжских ГЭС с перепадами до 2 м— бетонные тетраэдры массой до 10 т, а Горьковской ГЭС с перепадом 0,9 м—бетонные кубы массой до 5 т и железобетонные ежи массой 0,6 т.

На заключительной стадии после непосредственного перекрытия прорана осуществляют досыпку банкета до проектного профиля требуемой конструкции. Банкет перекрытия входит обычно в состав низового дренажного банкета плотины с соответствующими фильтрами и располагается на его месте.

В случае наличия котлована 2-й очереди банкет перекрытия, как правило, входит в состав будущей поперечной верховой перемычки и располагается на ее месте. В этом случае сразу после перекрытия осуществляется возведение этой перемычки до отметок, соответствующих уровню воды при перекрытии, а в дальнейшем (к паводку) до отметок, соответствующих пропуску расчетного строительного расхода. Параллельно возводится низовая поперечная перемычка.

Так как перекрытие осуществляется обычно поздней осенью, очень важно на этом этапе быстро и своевременно организовать котлован 2-й очереди и до наступления холодов осуществить его откачку и выемку рыхлых грунтов. В противном случае разработка насыщенных песчано-гравелистых грунтов после их промерзания значительно усложнит и удорожит разработку котлована в зимних условиях.

Примером перекрытия крупных рек в последний период является перекрытие р. Янцзы на строительстве гидроузла «Три ущелья» в Китае. Перекрытие реки было осуществлено в ноябре 1997 г. И происходило при условиях, которых не знала практика мирового гидростроительства.

Одним из существенных особенностей перекрытия в створе гидроузла является большая глубина реки; максимальная глубина достигала 60 м, что усложнило производство работ. Проект перекрытия предусматривал одновременное стеснение русла с обоих берегов реки с использованием самосвалов грузоподъемностью 44 — 77 т. Ширина перемычки (банкета) поверху составляла 30 м, что дало возможность одновременной работы трёх самосвалов параллельно. В результате была достигнута интенсивность отсыпки породы 194 000 куб.м/сут, или 17 100 куб.м/ч. Всего в проран было отсыпано 208 000 куб.м скальной породы. Ширина прорана 40 м, глубина 60 м.

Фактический расход реки при перекрытии составил 11 600 куб.м/с, максимальный перепад 0,66 м, максимальная скорость течения 4,22 м/с. Пропуск расходов при перекрытии осуществлялся через 23 донных водосброса сечением 79 м в водосливных секциях плотины. В целом плотина рассчитана на пропуск в период эксплуатации расхода 0,1 % равного 116 000 куб.м/с с проверкой на пропуск расхода 0,01 %. Общая длина водосливных секций плотины 483 м. В плотине расположено 23 донных водосброса сечением 79 м и 22 поверхностных водосброса при ширине пролета 8 м.

Источник

Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

Приемы перекрытия русл рек в период строительства гидроузла

Перекрытие реки в зависимости от местных условий и вида запроектированного гидроузла может, осуществляться различными способами.

Прием перекрытия русла реки с помощью наброски камня в текущую воду. Для перекрытия русла реки используют не только камень, но и специально приготовленные бетонные кубы, бетонные пирамиды, железобетонные каркасы и т. п. Однако далее мы буде_м говорить только о наброске камня.


Перекрытие реки банкетом из каменной наброски осуществляют в меженный летний период, когда расходы воды в реке малы и льда нет. Общая схема такого перекрытия показана на рис. 26.2, где 1—1 — ось строящейся плотины, 3—3— ось банкета, образуемого наброской камня в текущую воду, 2—2 — ось временного моста.

Работы по перекрытию реки упомянутым банкетом ведут в определенной последовательности: 1) в обход места, где предполагают сооружать плотину 2, устраивают деривационный канал 6. Входной порог 1 этого канала располагают на уровне (или немного ниже) естественного уровня 5 воды в реке (в межень). В некоторых случаях вместо специально построенного канала 6 удается использовать те или другие отверстия в уже построенной бетонной части плотины, судоходный шлюз и т.п.; 2) далее по оси 3—3 от берегов пионерным способом отсыпают на полную высоту (установленную расчетом) каменно набросной банкет 4. По мере все большего и большего стеснения русла соответствующими частями банкета ширина b прорана между ними уменьшается.

Читайте также:  Мост через реку обва

С уменьшением ширины b прорана уровень воды перед банкетом повышается и скорость v в проране увеличивается; поэтому дно реки в проране может начать размываться; при наличии такого размыва объем камня, идущего на образование банкета, должен увеличиваться, что нежелательно. Если попытаться устраивать банкет в зимних условиях, то при подъеме уровня воды перед банкетом лед верхнего бьефа взломается и возникнет ледоход, что нежелательно; поэтому в зимних условиях реку перекрывать банкетом избегают; 3) доведя ширину прорана b до допустимого значения, при котором скорость v в проране максимальна, отсыпку банкета пионерным способом прекращают и переходят к закрытию прорана фронтальным способом.

При фронтальной наброске камня в проран поступают следующим образом: а) по оси 2—2 (рис. 26.3) сооружают временный мост; б) далее.с этого моста по всей ширине прорана сбрасывают камень, например, из самосвалов. Эту наброску ведут до тех пор, пока гребень банкета не выйдет из воды, причем вся вода реки будет полностью поступать в обходную деривацию.

Вопрос о фронтальном перекрытии потока каменной наброской имеет свою теорию; эта теория позволяет, в частности, устанавливать необходимый объем камня, который следует запасти для отсыпки банкета, а также крупность его, которая оказывается различной на разных этапах наброски. Достаточно часто, особенно при наличии скального основания, оказывается возможным возвести весь банкет пионерным способом, вовсе не прибегая к фронтальной наброске камня. В этом случае мы избавляемся от необходимости сооружать дорогостоящий временный мост.

На рис. 26.4 показан общий вид перекрытия каменной наброской в текущую воду р. Зеи при сооружении Зейской ГЭС.

2. Прием водосливных отверстий с переменным порогом (прием «гребенки»). Предположим, что тем или иным способом в русле реки были построены (рис. 26.5): а) фундаментная часть плотины, возведенная до отметки временного порога (до VBp. пор), и б) быки плотины на полную высоту. Что касается водосливных участков плотины, то считаем, что они еще не возведены. Задача заключается в том, чтобы в меженный период (при строительном расходе) забетонировать продеты между быками при одновременном пропуске строительного расхода через недостроенную плотину, т. е. через так называемую гребенку.

Эту задачу (называемую задачей «закрытия гребенки») решают следующим образом: одни недостроенные отверстия перекрывают затворами и под защитой их бетонируют данные отверстия; в это время через другие недостроенные отверстия пропускают строительный расход. Положим, что число недостроенных отверстий равно п. Разбиваем все недостроенные отверстия на ряд одинаковых секций (групп отверстий); положим, что каждая секция (группа) содержит k отверстий. При этом число отдельных секций оказывается равным riQ—n/k. Число k может быть принято равным 2, 3, 4 и т.д. Все выделенные секции недостроенныхотверстий бетонируют одинаково, каждую секцию обслуживает один затвор. .

Рассмотрим для примера одну секцию, состоящую из трех (k = 3) отверстий (рис. 26.6). После двух начальных положений затвора, при которых высоту бетонирования за затвором назначают несколько неполной (рис. 26.6, а), дальнейшее бетонирование секции осуществляют, как показано на рис. 26.6, б, в, г. В данном случае (при k = 3) получают трехступенчатую гребенку. Высота h называется шагом гребенки. После каждой перестановки затвора уровень воды верхнего бьефа поднимается; высота слоя бетонирования за затвором равна kh = 3h. Исключение здесь составляют только две «начальные» установки затвора (рис. 26.6, а).

При двухступенчатой гребенке (k — 2) выделяют пролеты (рис. 26.7) четные и нечетные. Когда четные пролеты перекрывают затворами, вода проходит через нечетные пролеты, и наоборот. Если глубина нижнего бьефа велика, то помимо верховых затворов предусматривают еще низовые затворы, защищающие бетонируемые пролеты от подтопления их со стороны нижнего бьефа. Каждый пролет при пропуске через него воды работает обычно, как водослив с широким порогом (часто как неподтопленный).

Исходя из элементарных соображений, можно получить (для случая неподтопленного водослива) следующие формулы, дающие Связь между элементами гребенки:



Пользуясь приведенными формулами, можно.решать различные задачи, например: а) задаваясь п и к, найти шаг гребенки h; б) задаваясь h и k, найти п, а следовательно, и ширину водосливного фронта гребенки, равную nb.

При проектировании гребенки следует устанавливать следующие размеры. Кроме того, приходится интересоваться необходимым числом затворов, а также количеством перестановок затворов в процессе бетонирования гребенки.

Можно наметить много вариантов решения отмеченных вопросов. При выборе наиболее рационального варианта учитывают, например, что с увеличением k (при заданных п и Ь) уменьшается h, причем уменьшается также высота затворов и число затворов; вместе с тем увеличивается количество перестановок затворов.


Дополнительные указания к проектированию гребенки. Обычно число k назначают равным 2 и 3. Шаг гребенки принимают часто равным А= 1,0. 1,5 м. Высоту слоя бетонирования за затворами, равную kh, увязывают с принятой высотой блоков бетонирования. Затворы, под защитой которых производят бетонирование и которые в процессе производства работ переставляют из одного отверстия в другое, принимают обычно плоские металлические; по контуру этих затворов предусматривают соответствующее уп

Перестановку затворов осуществляют после того, как бетонная смесь, уложенная под их защитой, схватилась и бетон достаточно отвердел.

Читайте также:  Средства от мошки на реке

Высоту затворов принимают равной h3=kd, где d — запас над высотой слоя бетонирования (например, d—0,5 м). Пролеты, перекрываемые затворами, делают обычно 15. 20 м. Если пролет между соседними быками более указанного размера, то в промежутке между соседними быками устраивают промежуточные строительные быки, которые в дальнейшем входят в тело Плотины.

В случае невысокой плотины, чтобы уменьшить число перестановок затвора, можно иногда назначить высоту затвора равной высоте всей бетонируемой плотины: Однако при этом надо иметь в виду, что напор Н на водосливах полностью забетонированных отверстий, получающийся при пропуске через них строительного расхода, в период окончания бетонирования последних пролетов может оказаться излишне большим.

Вместо металлических затворов применяют железобетонные шандоры, которые могут быть использованы как опалубка и оставлены в теле плотины. Если верховая грань плотины вертикальна, то для затворов или железобетонных шандор предусматривают в быках один ряд вертикальных пазов. Если же верховая грань плотины наклонная (рис. 26.8), то в быках приходится устраивать несколько рядов вертикальных пазов («строительных пазов»).

Принимаемые параметры гребенки иногда влияют на выбор ширины эксплуатационных отверстий плотины, а также на расположение деформационных швов.

3. Прием водоспускных отверстий или водосливных отверстий с постоянным порогом и сопоставление этого приема с приемом гребенки. Для пропуска строительного расхода можно использовать не водосливные, а водоспускные отверстия (рис. 26.9) или водосливные отверстия, но с постоянным порогом. Здесь различают: а) временные водопропускные отверстия в теле плотины или в других сооружениях; эти отверстия устраивают специально для пропуска строительных расходов; после возведения плотины такие отверстия закрывают (при малых расходах в реке), например, шандорами и затеет заделывают; б) эксплуатационные водопропускные отверстия; здесь имеется, в Еиду использование для пропуска строительного расхода уже построенных водоспусков плотин, различных промывных отверстий, турбинных камер (до установки в них турбин, причем камер иногда недостроенных) и т.п.

В некоторых случаях комбинируют временные и эксплуатаци онные отверстия. Все эти отверстия рассчитывают по правилам гидравлики.

После закрытия рассматриваемых водопропускных отверстий верхний бьеф начинает наполняться водой и уровень воды в нем поднимается, причем напор на плотине соответственно растет; рас . тет также и гидростатическое давление, действующее на плотину.

В период наполнения водой верхнего бьефа поступление воды в нижний бьеф может прекратиться и расход в нем может снизиться до нуля. Такое положение часто недопустимо. Поэтому, перекрывая данные отверстия, обычно предусматривают сброс воды в нижний бьеф некоторого минимально допустимого расхода воды, который иногда называют санитарным расходом.

Недостатки приема гребенки и достоинства приема водопропускных отверстий с постоянным порогом. В случае гребенки необходимо иметь большое количество металлических затворов. Кроме того, при использовании метода гребенки строительные работы осложняются постоянной перестановкой затвора (или установкой шандор). В случае водопропускных отверстий с постоянным порогом все эти отрицательные моменты отпадают.


Достоинства приема гребенки и недостатки приема водопропускных отверстий с постоянным порогом. В случае гребенки уровень воды в верхнем бьефе поднимается медленно и находится все время в руках строителей: при возникновении какоголибо аварийного положения подъем уровня можно приостановить. В случае же отверстий с постоянным порогом подъем уровня воды в верхнем бьефе не может регулироваться строителем: после закрытия водопропускных отверстий уже нельзя будет приостановить этот подъем. Кроме того, прием водопропускных отверстий с постоянным порогом имеет еще следующие недостатки: а) при протекании воды с большими скоростями через напорные водоспускные бтвер стия может возникнуть нежелательная вибрация сооружения; б) в связи с большими скоростями могут возникнуть затруднения при закрытии напорных отверстий; в) в водопропускные отверстия могут попадать плавающие тела и застревать в них, что усложнит закрытие отверстий.

4. Прием перекрытия русла реки с помощью кессонов (или опускных колодцев). В реке в соответствующих местах по оси плотины с помощью кессонов можно возвести отдельные быки, между которыми будет проходить строительный расход. Если Зтот расход мал, причем основание плотины достаточно хорошее, то, перекрывая Тот или другой Пролет, получившийся между быками, невысокими перемычками, можно под защитой этих перемычек забетонировать рассматриваемый пролет на полную высоту. В это время строительный расход будет проходить через соседние пролеты.

Если этот расход велик и основание требует устройства относительно глубокого котлована, то идут на сооружение кессонов кольцевой формы (рис. 26.10). Каждый кессон представляет собой часть (секцию) плотины, в состав которой входят два полубыка, которые соединяются двумя продольными бетонными стенками 1. Внутри кессона имеется пространство 5, в пределах которого в дальнейшем откапывают соответствующий котлован. После преграждения реки или ее части кессонами (создающими своеобразную перемычку, включаемую затем в тело плотины) строительный расход проходит между полубыками 3, причем вода переливается через пороги 2 стенок 1. Далее в пределах отдельных кессонных секций устанавливают плоские затворы 4. Под защитой этих затворов и выполняют соответствующие строительные работы в котловане 5 данной секции плотины.

При использовании рассматриваемого приема приходится специально анализировать вопрос о пропуске строительного расхода при бетонировании последних секций плотины (когда все остальные секции уже забетонированы на полную высоту). Кессоны сооружают обычно не у места их установки, а в стороне и затем наплаву транспортируют к месту установки. Данный прием имеет тот существенный недостаток, что швы ab («прогалы») между отдельными кессонами могут получаться неправильной формы. При этом уплотнять эти швы будет трудно. На одной из построенных ГЭС ширина таких «прогалов» составила 1,0 м, причем разрабатывались специальные методы бетонирования их.

Источник

Поделиться с друзьями
Байкал24