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.
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.
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.