Пропуск строительных расходов
Расходы воды, пропускаемые через створ гидроузла в период его возведения, обычно называют расходами строительного периода или строительными расходами [3].
Выбор способа пропусков строительных расходов зависит от величины этих расходов, сроков возведения сооружений узла и топографических условий. Основным методом возведения насыпных плотин является метод возведения «насухо», когда все строительные процессы ведут в осушенном котловане и строительные расходы пропускают, минуя строящиеся сооружения, или аккумулируют в верхнем бьефе.
Способ аккумуляции строительных расходов как ограниченно рас пространенный применяют в следующих случаях [20]:
• при благоприятных топографических условиях, когда в верхнем бьефе имеется понижение, способное вместить сток за время возведения плотины; • при строительстве плотин с малым объемом насыпи и возможностью ее наращивания до поднятия уровня воды в водохранилище.
При благоприятных топографических условиях аккумуляции воды выше створа плотины предшествуют работы по устройству верховой перемычки, за пределами которой и происходит накопление воды. В таких случаях плотины возводят после пропуска весеннего паводка под прикрытием перемычки. Разновидностью этого способа является использование емкости самого водохранилища, но в этом случае работы по возведению плотины должны опережать подъем уровня воды в нем.
Пропуск строительных расходов транзитом может осуществляться одним из следующих методов [8, 9]:
• по основному руслу водотока;
• по обводному каналу;
• через законченные водопропускные и водосбросные сооружения; • по лоткам, уложенным через котлованы сооружения;
• по туннелям.
Наиболее удобен пропуск строительных расходов через основное русло водотока или обводной канал. В этом случае котлованы возводимых сооружений ничем не стеснены и вся строительная площадка (при условии осушения ее) используется для работы. Пригодны эти методы при сравнительно большой длине плотины, если русло реки или обводной канал занимают незначительную часть длины плотины, а также если по руслу проходят повышенные расходы воды [20, 22].
Работы по устройству обводного канала начинают сразу же после пропуска весеннего паводка, когда установятся низкие уровни воды в водотоке. После пуска воды по обводному каналу основное русло перекрывают верховой и низовой перемычками, которые располагают вблизи участков входа и выхода обводного канала. В результате возведения перемычек образуется замкнутое пространство для котлована сооружений узла. Воду из него откачивают водоотливными средствами, а затем приступают к подготовительным работам по котловану.
Закончив строительные работы по узлу, участок в створе плотины, занимаемый обводным каналом или руслом реки, закрывают перемычкой, под прикрытием которой и возводят плотину. По мере наполнения водохранилища лишняя вода сбрасывается через водосбросные сооружения.
Пропуск строительных расходов через водоспускные или водосбросные сооружения является своего рода разновидностью способа с устройством обводного канала. В этом случае вначале вне основного русла возводят одно из указанных сооружений, после чего строят подводящий и отводящий каналы. Далее русло реки выше и ниже плотины перекрывают перемычками, а расходы водотока пропускают через законченные сооружения. Под защитой перемычек, как и в предыдущем случае, возводят грунтовую плотину. Отметку гребня верховой перемычки назначают исходя из отметки порога водоспускного сооружения и глубины воды в подводящем канале с учетом возможного подпора перед перемычкой [10, 11].
На водотоках с небольшими расходами применяют способ пропуска строительных расходов через трубы, уложенные в основании плотины до ее возведения. В этом случае плотину возводят на всей длине, включая и участок над трубой. После строительства всех сооружений узла трубы остаются в теле плотины, а входные и выходные отверстия их закрывают самоопускающимися шандорами. Если трубы имеют большое сечение, их заполняют грунтом, а затем заделывают входные отверстия.
В тех случаях, когда это возможно, эксплуатационные водопропускные сооружения следует использовать для пропуска строительных расходов. Например, если конструкцией гидроузла предусмотрен водоспуск, то его используют в качестве сооружения для пропуска строительных расходов.
Пропуск строительного расхода с помощью лотка (рисунок 73) обычно осуществляется при строительстве небольших сооружений на реках с малыми расходами воды [20].
Рисунок 73 - Пропуск строительных расходов лотком (по Мамонтовой, 2012)
Для этой цели устраивают верховую и низовую перемычки и отводят воду из верхнего бьефа в нижний по лотку, уложенному на эстакаду или подмостки. Из пространства, огражденного перемычками, воду откачивают насосами. В процессе укладки тела плотины лоток переставляют. По окончании строительства перемычки и лоток разбирают.
Сечение лотка подбирают на основе гидравлического расчета исходя из пропуска максимального расчетного строительного расхода, наблюдаемого в период возведения плотины. Достоинства способа - простота и быстрота осуществления. Затруднение вызывает перестановка лотка в процессе укладки грунта в тело плотины.
Строительные расходы пропускают через туннели на горных реках с узкими ущельями, где другие способы затруднены или невозможны. После окончания строительных работ по узлу туннели обычно используют как составную часть водосбросных и водозаборных сооружений (рисунок 74).
1 - контур плотины; 2 - русло водотока; 3 - поперечные перемычки; 4 - туннель.
Рисунок 74 - Схема пропуска строительных расходов транзитом через туннель в обход плотины (по Мамонтовой, 2012)
Строительство гидроузла может быть выполнено за один или два года. При одногодичном сроке строительство должно быть закончено к началу весеннего паводка следующего года, так как живое сечение реки, суженное вдвое, не сможет пропустить весенний расход. Постройка осуществляется в две очереди (рисунок 75), если сооружение занимает всю ширину реки, при значительном расходе воды и невозможности устройства обводного канала.
В этом случае перемычками первой очереди перекрывают часть русла реки возле одного из берегов, и расход воды пропускают через оставшуюся часть русла. После того, как под защитой перемычек первой очереди будет построена первая часть сооружения, устраивают перемычки второй очереди для второй части сооружения, и расход воды пропускают через готовую часть сооружения. В зависимости от объема работ постройку плотины таким способом можно выполнить за один или два года.
Рисунок 75 - Пропуск строительных расходов при строительстве гидросооружений в две очереди (по Мамонтовой, 2012)
Пропуск строительных расходов сопряжен с возведением перемычек, которые необходимы для ограждения котлованов и для направления потока воды в заданном направлении.
В зависимости от местоположения перемычки делятся на продольные и поперечные, а последние, в свою очередь, могут быть верховыми и низовыми, смотря по тому, выше или ниже створа плотины их возводят. В гидротехнической практике перемычки различают по материалу и по конструкции. Они бывают грунтовые, набросные, сипайные и карабурные, свайные, шпунтовые, ряжевые, бетонные, ячеистые и др.
При выборе типа перемычки учитывают срок ее работы, высоту, грунтовые условия основания, наличие тех или иных материалов и специфику местных условий, а также возможность разборки и повторного применения ее отдельных элементов. Перемычки, особенно грунтовые, целесообразно вводить в состав поперечного профиля и рассматривать как составную часть тела плотины.
Осушение котлованов плотин. При возведении грунтовых плотин, как правило, требуется осушение котлованов. Это ответственная работа, от которой в значительной степени зависит успех других строительных работ, а также эксплуатационная устойчивость грунтовых сооружений. Особенно это относится к участкам плотины, перекрывающим русловую часть водотока [15].
Насыпные плотины с искусственным уплотнением грунта можно возводить только в сухом котловане. Работы по водоотливу, производимые при помощи насосных установок, разделяются на два этапа:
1) первичная откачка воды из котлована;
2) водоотлив для поддержания котлована сухим, пока в нем возводится насыпь.
Поступление воды в котлован плотины происходит за счет стока по верхностных вод и фильтрации через ограждающие перемычки, а также через боковые поверхности и дно котлована. Для предотвращения этого применяют систему перехватывающих устройств в виде нагорных канав, банкетов, размещаемых по склону на отметках, близких к отметке гребня плотины. Дождевые осадки, поступающие непосредственно в котлован, в пределах огражденного перемычками пространства собирают системой открытых каналов и откачивают насосами [19].
Котлованы грунтовых плотин осушают при помощи открытого или грунтового водоотлива - местного искусственного понижения уровня грунтовых вод посредством откачки воды из глубоких колодцев.
Для неглубоких котлованов под грунтовые плотины проще и эко номичнее применять открытый водоотлив в виде открытых каналов или дренажных устройств, перехватывающих грунтовый поток. Можно применять стационарные установки с размещением насосов на перемычках или специальных площадках на уровне перемычек.
При более глубоких котлованах переходят к установкам с перемещением насосов на опускающейся раме-косяке или к передвижным установкам на понтонах, изменяющих свою высоту с изменением уровня воды в котловане.
При осушении котлована открытым водоотливом по его внешнему периметру устраивают открытые водоотводные канавы. Вода, поступающая в эти канавы, стекает к водосборным колодцам, откуда ее насосами откачивают за пределы котлована.
При большой площади котлована такие канавы не обеспечивают отвод воды со всей поверхности. Необходимо устраивать дополнительную сеть более мелких собирательных канав, вода из которых поступает в основную осушительную сеть.
Водосборные колодцы для удобства устройства и очистки должны иметь размер в плане не менее 1,5x1,5 м. Дно их заглубляют ниже водосборных канав не менее чем на 1-2 м, что устанавливается из условия полного затопления сетки водоприемного шланга при наинизшем уровне грунтовых вод в котловане. Стенки колодца крепят деревянными или металлическими шпунтовыми сваями, а в неоплывающих грунтах можно устраивать колодезный сруб или заборку из пластин за сваями. Дно колодца укрепляют отсыпкой из щебня, чтобы предупредить захват частиц грунта при откачке вследствие подсоса. В грунтах по боковым поверхностям колодца и по дну следует укладывать обратные фильтры.
Водоотводные каналы в устойчивых грунтах выполняют трапецеи дального сечения без крепления дна и стенок, в неустойчивых грунтах стенки крепят, поэтому сечение канала выбирают прямоугольное.
Начальный объем котлована, подлежащий осушению, определяюткак произведение площади территории, огражденной перемычками, на глубину, равную разности отметок уровня воды в водотоке и дна котлована. Этот объем, разделенный на время в секундах, определит расход, а с учетом высоты перекачки - и мощность водоотливных средств.
При глубоких котлованах с большой площадью, когда их борта и дно сложены из водоносных грунтов, а осушение открытым водоотливом становится затруднительным, - применяют грунтовой водоотлив. По внешнему периметру котлована вне пределов контура плотины закладывают глубокие скважины, в нижнюю часть которых устанавливают фильтры. На дно скважин опускают глубинные насосы, которые откачивают поступающую через фильтры грунтовую воду. В результате непрерывной откачки воды из всех скважин уровень грунтовых вод в котловане опустится ниже отметки его дна и продержится в течение всего периода строительных работ. При грунтовом водоотливе уровень воды понижается по сферической поверхности во все стороны от места расположения скважины. Грунтовой водоотлив наряду с полным осушением котлована по всей поверхности предохраняет грунты основания от разрыхления, а откосы - от оплывания и сползания.
В настоящее время для искусственного понижения уровня грунтовых вод в котлованах гидротехнических сооружений широко используют иглофильтровые установки, работающих по принципу глубоких скважин (рисунок 76). Иглофильтровые установки мелкого понижения (вакуумные) представляют собой линейную систему часто расположенных фильтровых колодцев малого диаметра, погружаемых методом подмыва по контуру котлована. При помощи одноярусных иглофильтровых установок уровень грунтовых вод у скважин можно понизить до 5-6 м. При двухъярусном расположении глубина понижения увеличивается в 1,5 раза и более. Наряду с раздельным способом осушения котлованов применяют и комбинированный способ. Так, для проницаемых оснований грунтовых плотин, прорезаемых до водоупора зубом, котлован осушают открытым водоотливом, а для траншей под зуб - иглофильтровыми установками.
а - одноярусная; б - двухъярусная; 1 - иглофильтр; 2 - дно котлована;
3 - уровень грунтовых вод.
Рисунок 76 - Иглофильтровые установки для понижения уровня грунтовых вод (по Мамонтовой, 2012)
