Основи гідротехніки і гідроенергетики (стр. 2 из 5)

Греблі з грунтових матеріалів класифікуються за матеріалом тіла греблі, типом протифільтраційних пристроїв, умов спорудження [1, с.61]. Тип греблі необхідно вибирати в залежності від топографічних і інженерно-геологічних умов основи і берегів, гідрологічних і кліматичних умов району будівництва, значення напору води, наявності грунтових

Рис.1. 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 державний університет; 13 – Інгурська

Рис.2. Гребля з однорідного грунту:

1 - гребля; 2- поверхня фільтруючої води; 3 – кріплення укосу

дерном; 4 – дренаж; 5 – зворотній фільтр; 6 – зуб; 7 – водопроникний грунт; 8 – водонепроникний грунт; 9 – кріплення укосу каменем; 10 – водовідбійний парапет

будівельних матеріалів, сейсмічності району, загальної схеми організації будівництва і виконання робіт, особливостей пропуску води в період будівництва, строків введення в експлуатацію.

Основні типи земляних насипних гребель – це однорідні і неоднорідні греблі. Неоднорідні греблі можуть мати різні протифільтраційні пристрої (екран, ядро, діафрагма) [1, с.64…66].

Земляна гребля, правильно запроектована і побудована, має бути: 1) стійка (як і її основа) при всіх можливих умовах роботи [1, с.67…74].

При проектуванні гребель виконують необхідні фільтраційні і статичні розрахунки [1, с.75…90].

Крім земляних насипних гребель можуть застосовуватись інші типи гребель з грунтових матеріалів : намивні греблі; греблі з крупноуламкових грунтів [1, с.90…100].

При глухих греблях для пропуску надлишкових повеневих вод, корисних попусків води з водосховища, а також спуску води з метою часткового або повного спорожнення водосховища, влаштовуються водопропускні споруди [1, с.104…117].

4. Греблі бетонні і залізобетонні

Бетонні греблі на скельних основах будуються глухими і водоскидними. Здатність скельної основи сприймати значні навантаження і практична нестислість скельних порід допускають будівництво на них гребель будь-яких напорів [1, с.133…136]. Найбільш міцними і водостійкими породами є скельні: вивержені, осадові і метаморфічні. Напівскельні відрізняються меншою міцністю, значною деформативністю, зниженням опору зсуву.

Основним матеріалом для будівництва сучасних гравітаційних гребель є бетон, іноді частково армований. Міцність бетону залежить від його складу – марки і кількості цементу, характеру заповнювача, а також від віку бетону і умов твердіння.

За конструкцією бетонні греблі діляться на гравітаційні, контрфорсні і аркові. [1, 2].

Гравітаційні греблі при дії на них основних сил гідростатичного тиску забезпечують достатній опір зсуву, в основному дякуючи великій власній вазі.

Як показують розрахунки, стійкість і відсутність розтягуючих напружень на верховій грані забезпечується в тому випадку, коли відношення ширини її в основі до висоти В/Н складає 0,7…0,8 для скельних грунтів, біля 1,0 для піщаних і 1,3 для глинистих. Для боротьби з фільтрацією води в основі греблі влаштовують цементаційні завіси, забивають шпунтові ряди (в нескельних основах)ю Для підвищення стійкості греблі передбачають дренажі, влаштовують порожнини, що знижують протитиск тощо.

Рис.3. Бетонні греблі:

а) гравітаційні; б) контрфорсні; в) аркові; 1 – зуб; 2 – цементаційна завіса; 3 – дренаж; 4 – температурні шви; 5 – ущільнення швів; 6 – плита перекриття; 7 – контрфорс

Контрфорсні греблі складаються з ряду контрфорсів, форма яких в бічному фасаді близька до трапеції, розміщених на визначеній віддалі один від одного, на контрфорси опираються напірні перекриття, що сприймають навантаження зі сторони верхнього б'єфу. В свою чергу контрфорси передають навантаження на основу. Різновидності контрфорсних гребель: масивно-контрфорсні, з плоскими перекриттями, багатоаркові. Контрфорсні греблі потребують менших об'ємів бетону, ніж гравітаційні, але затрати на підвищення якості бетону, арматуру і ускладнення виробництва робіт роблять їх за економічними показниками достатньо близькими.

Аркові греблі, криволінійні в плані з випуклістю в сторону верхнього б'єфу, чинять опір дії гідростатичного тиску та інших горизонтальних навантажень зсуву в основному за рахунок їх упору в береги ущелини (або в стояни). При зведенні аркових гребель обов’язковою вимогою є присутність достатньо міцних і малодеформативних скельних порід в берегових примиканнях греблі; для таких гребель звичайно відношення L/H<5, але може бути і більше. Ці греблі не потребують подібно гравітаційним значної ваги бетонної кладки. Відношення В/Н коливається в них в межах 0,1…0,4, і тому вони економічніше гравітаційних гребель. Радіуси кривизни арочних елементів збільшуються знизу вверх.

В складі гідровузла, крім глухої греблі, велике значення мають водоскиди – пристрої для скидання надлишкових повеневих вод та пропуску витрат води іншого призначення [1, 2].

Рис.4. Бетонні греблі з різними типами водопропускних отворів:

а – поверхневий отвір з затвором; б – глибинний; в – поверхневий отвір з трампліном; г – глибинний і донний; д – поверхневий з гасителями в нижньому б'єфі

Водоскидні отвори можуть бути влаштовані в руслі або на заплаві річки, тоді споруда прийме вигляд водозливної греблі. Водоскид може бути влаштований незалежно від греблі у вигляді спеціальної споруди, розміщеної на береговому схилі, тоді його називають береговим водоскидом.

Як в тілі греблі, так і на береговому схилі, водоскидні отвори можуть бути розміщені близько до відмітки гребеня греблі або глибоко під рівнем верхнього б'єфу. Перші називаються поверхневими, другі – глибинними або донними водоскидами.

Поверхневі отвори водоскидних гребель можуть бути відкритими (без затворів), але звичайно вони мають затвори, що регулюють рівень води верхнього б'єфу. Для попередження переповнення водосховища затвори відкривають частково або повністю, не допускаючи підвищення рівня води вище нормального підпірного (НПР). Для покращення умов пропуску води через греблю їй надають плавне закруглення. Вся довжина водоскидного фронту ділиться биками на ряд отворів. Бики, крім того, сприймають тиск води від затворів, також служать опорами мостів, призначених для обслуговування підйомних механізмів, затворів і транспортного зв'язку між берегами.

Вода, що скидається через греблю, має великий запас потенційної енергії, що переходить в кінетичну. Боротьба з руйнівною енергією потоку, що скидається через греблю,проводиться різними способами. За водоскидною греблею на водобійній масивній бетонній плиті влаштовують гасителі енергії у вигляді окремих бетонних масивів шашок, пірсів або залізобетонних балок, що розміщуються поперек потоку. Ділянка русла біля підошви водозливу поглиблюється, що створює водобійний колодязь. Часто для зменшення глибини колодязя на виході з нього додатково влаштовується водобійна стінка.

Іноді в нижньому б'єфі водоскидної греблі організують поверхневий режим шляхом влаштування в нижній частині водозливу уступи і носка, зриваючись з якого з великою швидкістю, потік концентрується біля поверхні, а під ним створюється валець з помірними зворотними швидкостями біля дна.

В греблях значного напору уступ роблять високим, так що носок підвищується над рівнем нижнього б'єфу як трамплін, і потік, зриваючись з нього, відлітає повітрям на значну віддаль, де його руйнівна робота в руслі безпечна для споруд. За водозливними греблями на нескельних основах після водобою влаштовують рисберму – укріплена водопроникна ділянка русла річки.

Берегові водоскиди розміщують в гідровузлах з греблями з грунтових матеріалів, що не допускають пропуску витрат води через їх гребінь, а також в гідровузлах з бетонними греблями в вузьких ущелинах, де русло зайнято при гребельною будівлею ГЕС. Це можуть бути поверхневі водоскиди, тунельні, трубчаті, глибинні та донні.

Регульовані водоскиди мають затвори, конструкції яких залежать від їх місцеположення (рис.5). Затвори поверхневих отворів, часто великих розмірів, сприймають порівняно невеликий гідростатичний тиск; затвори глибинних отворів, маючи значно менші розміри, сприймають великий тиск. Матеріал затворі в основному сталь, лише при невеликих напорах можливе використання дерева. Найбільш розповсюджені плоскі затвори у вигляді металевого щита, що переміщується в вертикальних пазах биків і стоянів. Вага рухомої частини досить значна, може перевищувати 100 т, що потребує потужних підйомних механізмів. Щоб зменшити підйомне зусилля, застосовують сегментні затвори, що повертаються навколо шарнірів.

Рис.5. Затвори гідротехнічних споруд:

а – плоский; б – сегментний; в – пальцевий; г – клапанний; д – секторний; е – шандорний; ж – даховидний; з – з поворотними фермами; і з поворотними рамами

Існує велика кількість і інших типів затворів.

Ремонтні затвори встановлюються в спеціальних пазах, щоб оглядати і ремонтувати основні затвори. Найпростіші з них – шандори (балки або щити малої висоти).