Пропуск строительных расходов

Строительство узлов гидротехнических сооружений неизбежно сопряжено с пропуском расходов воды, проходящих по водотоку, в условиях нарушения естественного режима потока вследствие его стеснения, а в некоторых случаях резкого изменения направления. Только в редких случаях возведения водохранилищных узлов можно обойтись без пропуска расходов воды и все работы вести «насухо». Этот случай встречается при сооружении земляных плотин на балках, на которых летом обычно не бывает воды. Во всех остальных случаях на период строительства земляной плотины приходится иметь дело с расходами воды, проходящими по водотоку, и изолировать возводимые сооружения узла от речного потока.

Расходы воды, пропускаемые через створ гидроузла в период их возведения, обычно называют расходами строительного периода, или проще строительными расходами. Расход, на который ведется расчет сооружений предназначенных для пропуска потока воды в строительный период, называется расчетным строительным расходом.

Строительные расходы вычисляют по методам гидрологии, так же, как и при проектировании земляных плотин, когда определяются размеры водосбросных отверстий. Разница здесь только в установлении расчетной обеспеченности, процент которой при определении расчетных строительных расходов принимается большим. На пропуск расходов строительного периода оказывают влияние:

а) гидрологический режим водотока;

б) геологические условия, от которых зависит устойчивость русла при размыве;

в) возможность затопления котлованов сооружения узла на период пропуска паводка и сложность ликвидации последствий затопления;

г) типы перемычек;

д) сроки строительства.

Расчетные максимальные строительные расходы определяют для периода половодья и значительно реже для условий дождевых паводков. Во всех случаях, когда нет уверенности в явном превышении одного расхода относительно другого, гидрологические расчеты выполняют для обоих случаев и большую величину расхода принимают за расчетную.

Обычная обеспеченность строительных расходов составляет 5-20% и устанавливается по нормативным документам в зависимости от класса капитальности сооружений и гидрологических условий.

Наряду с установлением максимальных строительных расходов полезно иметь график изменения расходов по месяцам, построенный на основе кривых обеспеченности.

Наличие таких графиков позволяет в календарном плане строительства предусмотреть отдельные виды работ в те периоды года, когда режим пропускаемых расходов наиболее благоприятен для этого.

Выбор способа пропуска строительных расходов зависит от величины этих расходов, сроков возведения сооружений узла и топографических условий. Только учет всех факторов, влияющих на пропуск строительных расходов, позволит наметить технически правильные и экономически обоснованные решения.

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 распространенный, применяют в следующих случаях: при благоприятных топографических условиях, когда в верхнем бьефе имеются понижения, способные вместить сток воды за время возведения плотины, и при строительстве плотин с малым объемом насыпи и возможности 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 сособа является использование емкости самого водохранилища, но в этом случае работы по возведению плотины должны опережать подъем уровня воды в нем.

Применяя метод аккумуляции, следует иметь в виду, что работы по устройству водосбросного тракта выполняют в первую очередь и оканчивают к моменту подъема уровня воды в водохранилище до отметки порога сбросного сооружения.

Наращивание плотин с опережением подъема уровня воды в водохранилище можно значительно ускорить, если вместо всего профиля земляной плотины возводить только верховую часть его, а затем под прикрытием ее, как перемычки, выполнять остальную часть до проектного очертания  (рис. 113).

Пропуск строительных расходов транзитом может быть осуществлен одним из следующих методов: по основному руслу водотока; по обводному каналу; через законченные водоспускные и водосбросные сооружения; по лоткам,

Рис. 113. Возведение плотины при аккумуляции воды
в верхнем бьефе:
1 - первый этап возведения;  2 - второй этап возведения.

уложенным через котлованы сооружения; по тоннелям.

С точки зрения производства работы пропуск строительных расходов через основное русло водотока или обводной канал наиболее удобен. В этом случае котлованы возводимых сооружений ничем не стеснены и вся строительная площадка (при условии ее осушения) 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.

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 (рис. 114, а). В результате возведения перемычек образуется замкнутое пространство для котлована сооружений узла; воду из него откачивают водоотливными средствами, затем приступают к подготовительным работам по котловану.

Закончив строительные работы по узлу, участок занимаемый обводным каналом или руслом реки в створе плотины, закрывают перемычкой, под прикрытием которой и возводят плотину. По мере наполнения водохранилища лишняя вода сбрасывается через водосбросные сооружения.


Рис.  114. Схемы пропуска строительных расходов транзитом:
а -через обводной канал; б - через трубы, уложенные в основании плотины; в - через туннель в обход плотины;  1 - русло водотока; 2 -контур плотины; 3 -обводной канал; 4 - поперечные перемычки; 5 - трубы;  6 – туннель

Методы пропуска строительных расходов по основному руслу или через обводной канал не требуют высоких перемычек, причем естественный режим водотока мало изменяется и подпор, создаваемый перемычками, получается незначительным. Наиболее сложна работа по закрытию прорана, так как перемычку здесь устраивают в условиях быстро текущей воды.

Пропуск строительных расходов через водоспускные или водосбросные сооружения является своего рода разновидностью способа с устройством обводного канала. В этом случае вначале возводят вне основного русла одно из указанных сооружение, после чего строят подводящий и отводящий каналы к ним, затем русло реки выше и ниже плотины перекрывают перемычками, а расходы водотока пропускают через законченные сооружения. Под защитой перемычек, как и в предыдущем случае, возводят земляную плотину. Отметку гребня верховой перемычки назначают, исходя из отметки порога водоспускного или водосбросного сооружения и глубины воды в подводящем канале, с учетом возможного подпора перед перемычкой.

На водотоках с небольшими расходами находит применение способ пропуска строительных расходов через трубы, уложенные в основании плотин до их возведения (рис. 114,б). В этом случае плотину возводят на всей длине, включая и участок над трубой. После выполнения 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 выходные отверстия.

В тех случаях, когда расходы водотока незначительны и строительство водохранилищного узла предусматривается в послепаводковые периоды, строительные расходы можно пропускать по лоткам. Для этого устраивают верховую и низовую перемычки и из подпертого бьефа верховой перемычки воду по лоткам, уложенным на эстакаду или подмостки, направляют за низовую перемычку. Сечение лотка подбирают на основе гидравлического расчета, исходя из пропуска максимального расчетного строительного расхода, наблюдаемого в период возведения плотины. Достоинством этого способа является простота и быстрота осуществления. Затруднение вызывает только перестановка лотка в процессе укладки грунта в тело плотины.

Строительные расходы пропускают через тоннели (рис. 114,в) на горных реках с узкими ущельями, где другие способы затруднены или невозможны. После окончания строительных работ по узлу тоннели обычно используют как составную часть водосбросных или водозаборных сооружений.

Пропуск строительных расходов, как это видно из изложенного, сопряжен с возведением перемычек, которые необходимы как для ограждения котлованов, так 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 отдельных случаях, когда русло перекрываемого водотока земляной плотиной имеет ограниченную ширину, можно устраивать только поперечные перемычки. Такие перемычки пригодны для аккумулирования стока в верхнем бьефе.

В гидротехнической практике перемычки отличают как по материалу, так и по конструкции. Они бывают земляные, набросные, сипайные и карабурные, свайные или 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 отдельных элементов перемычек. Перемычки, особенно грунтовые, целесообразно вводить в состав поперечного профиля и рассматривать их как составную часть тела плотины.

Поперечные перемычки обычно выполняют из грунта, и рассматривают как временные земляные плотины небольшой высоты. Такие перемычки можно возводить на любом основании с   использованием  любого   грунта, в том числе и грунта из котлованов сооружений.

Продольные перемычки чаще выполняют обжатого профиля из-за ограничения площади под основание. Работают они в условиях воздействия продольных течений и сжатия потока, текущего между перемычками. Указанные обстоятельства приводят к подмыву основания у перемычек, на что приходится обращать особое внимание и принимать специально защитные меры. Некоторые примеры конструктивного решения перемычек приведены на рисунке 115.


Рис. 115. Типы перемычек:
а - земляная; б - из каменной наброски; в - двухрядная шпунтовая; г - ряжевая; д - бетонная; е - ячеистая; 1 - песчаный грунт; 2 - камень (укладывают после откачки воды из котлована); 3 - слой гравия или щебня с песком; 4 - наброска из камня; 5 - металлическая стяжка; 6 - парные схватки; 7 - подкос; 8 - деревянный шпунт; 9 - суглинистая отсыпка; 10 - трубка для взрывания перемычки