Проектирование бетонной гравитационной плотины

При значительном удалении строительной площадки от населенного пункта приходится предусматривать системы временного водоснабжения. Источником водоснабжения могут служить поверхностные и подземные воды, причем подземным источникам следует отдать предпочтение, так как они в редких случаях требуют улучшения качества воды. Однако подземные воды по своему качеству могут оказаться неприменимыми для технологических целей, так как они весьма сильно минерализованы и могут оказаться агрессивными по отношению к бетону. В этих случаях приходится прибегать к раздельной системе водоснабжения и для технологических целей использовать поверхностные источники воды.

Противопожарный водопровод, как правило, объединяют с хозяйственно-питьевым водопроводом. Весьма часто приходится строить временные водозаборные сооружения, даже при строительстве и последующем использовании постоянных водозаборных сооружений, для нужд строительной площадки.

Для временных водозаборных сооружений применяют передвижные насосные установки и станции, расположенные на понтонах, сваях или железобетонных плитах.

Основными требованиями к  схемам, типам и конструкциям временных  систем водоснабжения являются: максимальное использование существующих систем водоснабжения; простота строительства и наименьшие эксплуатационные расходы; возможность быстрого демонтажа и повторного использования оборудования и материалов на других объектах.

 

2.6 Электроснабжение  строительства.

 

Электроэнергия поступает от действующих сетей с использованием постоянных сооружений энергетического хозяйства (линий электропередач, трансформаторных подстанций). Временными источниками электроснабжения являются передвижные электростанции, энергопоезда. Они используются в глубинных районах и в начальный период строительства.

При проведении расчетов можно  ориентировочно принимать мощность источников электроэнергии, расходуемой на электронагрев 1 м³ бетона в зимних условиях, которая в зависимости от массивности конструкций и температуры наружного воздуха составляет 4 - 7 кВт, а для обогрева 1 м³ кирпичной кладки - 3 кВт.

Для внутреннего освещения  на 100м² площади помещений требуются следующие мощности, кВт: конторы - 1 - 1,5; бытовых помещений - 1 - 1,2; мастерских - 1,3 - 1,8; складов закрытых - 0,3 - 0,5; складов открытых (площадки) - 0,08 - 0,12. Для наружного освещения мест производства работ на 1000 м² площади необходимы следующие мощности, кВт: на земляных, каменных работах - 0,5 - 0,8; на бетонных и железобетонных - 1 - 1,2; на монтажных - 2 - 2,4.

Величину нагрузок электродвигателей  строительных машин принимают по паспортам с учетом коэффициента одновременности их работы и коэффициента мощности. Потребную мощность электроэнергии на технологические нужды (электросварку, электропрогрев бетона в зимних условиях и т. п.) определяют для каждого вида работ на основе расчетов или по справочным данным. Величину потребной мощности по отдельным объектам и видам работ заносят в специальную таблицу. Проводку временных, силовых, осветительных, телефонных и радиотрансляционных сетей к строительным объектам выполняют на деревянных и металлических опорах, высота которых должна обеспечить нормальную работу крупногабаритных машин (краны, экскаваторы и т. п.).

 

2.7 Бытовое  обеспечение строительной площадки.

 

Одним из резервов повышения  уровня производительности труда, улучшения  качества работ и создания благоприятного морально-психологического климата в коллективах является создание хороших бытовых условий па монтажных площадках, обеспечение строителей необходимыми санитарно-бытовыми помещениями и горячим питанием.

Временные здания административного, бытового и производственного назначения возводят на строительной площадке в первую очередь. К ним относят конторы, проходные, помещения для отдыха и приема пищи, душевые, туалетные, закрытые склады, навесы. Эти помещения должны быть инвентарными, передвижными фургонами заводского изготовления. Площадь бытовых помещений на строительной площадке зависит от количества работающих в смену и определяется в соответствии с нормативными данными. Нормы расчета площадей помещений приведены в таблице 2.

Нормы расчета  площадей временных зданий и сооружений

на строительной площадке

                                                                                                                                         Таблица 2

Временное здание или сооружение	Показатель для  расчета необходимой площади	Потребная площадь, м2
Конторы	На одного сотрудника На одного производителя  работ	5 - 6 25
Проходные	Площадь одной проходной	5 - 6
Гардеробные комнаты с  умывальником	На одного работающего	0,35
Помещения для принятия пищи	То же	0,3
Помещения для обогрева	На одного работающего	0,25
Сушилка для одежды	То же	0,3 - 0,15
Душевая	На один рожок	0,3
Санузлы канализационные	На одного работающего На один унитаз	0,015 2,5 - 3,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава III. Проектные работы.

3.1 Общая характеристика  плотины. Выбор типа.

 

Конструктивно гравитационные плотины представляют собой бетонные стены, глухие или допускающие пропуск воды через них - водосбросные.

Бетонные гравитационные плотины широко распространены во всем мире благодаря простоте конструкции и способов их возведения, надежности их при любой их высоте, в любых природных условиях, в том числе и суровых зимних.

Название свое гравитационные - эти плотины получили от слова gravitas, что значит «тяжесть», потому что действию на них основных сил - горизонтальному давлению воды

они сопротивляются благодаря своему весу, создающему силы сопротивления их сдвигу по основанию.

Как строительный материал бетон, и тем более железобетон, значительно дороже (иногда в десятки раз), чем грунт и камень. Однако бетонные плотины широко распространены в мировой практике. Плотина, построенная из бетона, обладающего высокой прочностью и сопротивляемостью размывающему действию фильтрационного потока (фильтрационной прочностью), при одних и тех же нагрузках имеет более обжатый профиль, а значит, и меньший объем материала, чем фунтовая или каменная плотина.

Но в то же время бетонные массивные гравитационные плотины, будучи простыми по конструкции и выполнению, обладают рядом недостатков.

Поэтому ряд обстоятельств  привел к необходимости изыскания  способов улучшения плотин массивного гравитационного типа путем «облегчения» и удешевления их, что достигается следующими мерами:

I) снижением фильтрационного противодавления по подошве плотины до минимума: это привело к появлению плотин с расширенными поперечными швами и плотин с полостями у основания; 2) снятием растягивающих напряжений в бетоне тела плотины путем искусственного сжатия бетонной кладки и прижатия ее к основанию; это привело к заанкеренным плотинам с напряженными анкерами, обжимающими плотину у напорной ее грани; 3) заменой бетона во внутренней части плотины более дешевым местным материалом - песком, щебнем, гравием, галькой и др., плотины с загруженными полостями: 4) размещением во внутренней части плотины машинного зала ГЭС.

Гравитационные  плотины «классического» типа являются вообще самыми дорогими по сравнению с другими типами плотин, поэтому следует, как правило, применять их как водосборные и избегать глухих, заменяя последние грунтовыми плотинами. Необходимо обязательно сравнивать вариант «классической» плотины с вариантами облегченных для данных местных природных условий. Опыт последних лет показывает, что плотины «классического» типа оказываются приемлемыми в суровых (северных) климатических условиях, на реках многоводных, с тяжелыми ледоходами и т. п.: в иных же условиях они обычно уступают по затратам другим типам плотин.

На реке Ангара отсутствует такое явление, как  ледоход. На ней, начиная от Байкала  и заканчивая впадением в Енисей, т.е. на протяжении 1826 км. падение реки составляет около 380 м. Скорость течения воды так велика, что река не замерзает во многих местах даже в самые сильные морозы, В связи с этим предпочтение отдается гравитационной плотине «облегченного типа» - с расширенными швами.

 

3.2 Выбор места для плотины.

 

Район строительства  плотины устанавливается при  разработке схемы использования  данной реки. Выбор створа, положение на нем плотины делается при компоновке всего гидроузла, окончательное же местоположение и отметка подошвы плотины определяются главным образом геологическими условиями.

При рассмотрении вариантов местоположения плотины  надо стремиться к тому, чтобы низовая  ее часть располагалась на более жестких породах, чем верховая, чтобы водонепроницаемые наклонные слои пород оказались бы в верхнем бьефе; при горизонтальной или слабо наклоненной к горизонту слоистости подошву плотины располагать на жестком слое достаточной толщины, Вообще же отметку заложения подошвы надо выбирать путем технико-экономического сравнения вариантов разного заложения ее с учетом возможности укрепления цементацией менее монолитной, но более высоко расположенной зоны основания.

 

3.3  Разрезка плотины швами.

В реальных условиях создать плотину в виде монолитного  бетонного бруса треугольного профиля  невозможно по многим причинам, и в частности технологическим: для получения монолитного тела бетонирование необходимо вести непрерывно по всему фронту с высокой интенсивностью, что требует большой концентрации сил и средств и экономически нецелесообразно. Поэтому для одновременного бетонирования выделяют относительно небольшие объемы - блоки, разделенные между собой горизонтальными и вертикальными швами.

Немонолитность  бетонных плотин также вызывается неравномерностью осадок основания. Это очевидно, когда основание по длине плотины сложено породами разной деформированности (см. рис. 1, а). В этом случае  в бетоне, на границах пластов основания появятся концентрации напряжений, вызывающие образование трещин. Но и на однородном деформируемом основании осадки плотины - бруса - неравномерны, поэтому вблизи основания должны появиться растягивающие напряжения, а значит, и трещины. И, наконец, появление трещин возможно в местах резкого изменения высоты плотины (точки e, f, g на рис. 1, а) в примыканиях к берегам. Нагрузки на основание от веса конструкции и его осадки справа и слева от этих точек сильно отличаются.

 

 

 Рис  1.  Размещение швов плотины.

 а – появление трещин  в зонах неравномерных осадок  основания; б – размещение  постоянных швов гравитационной  плотины; 1 – трещины; 2 – границы  пластов с разными модулями  упругости Е; 3 – контур дневной  поверхности; 4 – контур врезки  плотины; 5 – температурные швы; 6 – осадочные швы;  e, f, g – точки резкого перелома рельефа основания; d – границы пластов.

Другая причина  появления в бетоне трещин - температурные  напряжения. Как известно, твердение бетона сопровождается выделением тепла и повышением температуры забетонированного массива, иногда на десятки градусов. Если его основание жесткое и малодеформируемое, то в начальный период твердения расширение массива будет происходить относительно свободно, так как бетон на этом этапе обладает высокой пластичностью, которая со временем уменьшается. Набрав прочность, блок начинает остывать, стремясь уменьшиться в размерах. При этом сопротивление основания вызывает в нем растягивающие напряжения и развитие вертикальных трещин. Но и в массивах, не имеющих жесткой заделки, возможно появление температурных трещин. Схватываясь, массив увеличивается в размерах, поскольку тепло экзотермии приводит к возрастанию температуры бетона. Со временем поверхностный слой, теряя пластические свойства и остывая до температуры, близкой к температуре окружающей среды, стремится сократиться в размерах, как бы обжимая центральную, более горячую зону. Получается так, как если бы мы пытались натянуть на себя тесную рубашку: не обладая достаточной прочностью, она обязательно разорвется. Трещинообразование в поверхностном слое тем интенсивнее, чем больше разница температур, внутри массива и на его поверхности.

Вероятность появления  трещин по всем рассмотренным причинам возрастает с размерами бетонируемой конструкции. Сквозные вертикальные трещины не возникают при горизонтальных размерах блока бетонирования 10...25 м. По условиям предотвращения поверхностного трещинообразования эти размеры должны быть существенно (в 2...3 раза) меньшими. Опасность трещинообразования снижается и с уменьшением температуры разогрева бетона, а главное с уменьшением перепада температур между центральной зоной конструкции и окружающей средой.

Итак, поскольку построить абсолютно монолитное сооружение невозможно в силу указанных причин, а появление трещин вызывает опасную фильтрацию через бетон и снижает надежность конструкции, остается разбить плотину на такие блоки, размеры которых позволили бы предотвратить образование любых трещин. В результате реальное сооружение - конструкция, выполненная из монолитных блоков, отделенных друг от друга швами - искусственно организованными трещинами, снабженными уплотнениями устройствами для предотвращения сквозной фильтрации.