Классификация гидросооружений

Классификация гидросооружений

По условиям использования гтс делятся на постоянные и временные. Постоянные сооружения используются при эксплуатации объекта неограниченное время, временные - лишь в период строительства или ремонта (перемычки, ограждающие стенки и дамбы, строительные тоннели и т.д.). Постоянные гтс подразделяются на основные и второстепенные.

К основным относятся сооружения, ремонт или авария которых приводят к полной остановке работы объекта либо существенно снижают эффект его действия. К второстепенным – сооружения и их отдельные части, прекращение работы которых не приводит за собой столь тяжелых последствий.

В число основных сооружений входят: плотины, дамбы, водосбросы, водозаборы, насосные станции, шлюзы и т.д. К второстепенным относятся: берегоукрепительные сооружения, ремонтные затворы, льдозащитные сооружения, причалы для не основных грузов и т.д.

Все постоянные гтс делятся на четыре класса, где класс устанавливается от последствий при их авариях или нарушениях их эксплуатации.

Классы водоподпорных гтс в зависимости от их высоты, типа основания и последствия аварии.

Таблица 1

Водоподпорные сооружения	Грунты основания	Высота сооружения, м, определяющая класс сооружения
		1                    2                   3                 4
Плотины из грунтовых материалов	1. Скальные	> 100    70- 100       25 – 70    < 25
	2. Песч., крупнообл., глинистые в  твердом и полутвер. состоянии	>  75      35 – 75      15-  35     < 15
	3. Глинист. водонасыщ.	> 50       25 – 50      15 – 25     < 15
Плотины ж\б, бет. и сооружения, участвующие в создании подпорного фронта	1. Скальные	>  100     60 – 100    25 – 60    < 25
	2. Песчаные, крупн., глин.	>   50      25 – 50      10 – 25    < 10
	3. Глинист. водо-насыщенные	>   25      20 -  25      10 – 20    < 10

Если аварии сооружений повлекут за собой последствия катастрофического характера для расположенных ниже по течению городов, пром. предприятий, транспортных магистралей и т.д. то класс сооружений можно повышать на единицу и наоборот.

Класс объектов гидротехнического строительства в зависимости от последствий нарушения их эксплуатации

Объекты гидротехнического строительства	Класс сооружений
	основных	второстепенных
ГЭС млн. квт	I	III
> 1,5
< 1,5	II- IV	III- IV
Cооружения речных портов с грузооборотом в  тыс. услов. тонн
> 3000	II	III
101- 499	II	III
< 100	III	IV
Речные гидроузлы и магистральные каналы
Оросительная система
> 400 тыс. га	II	III
Мелиоративная  система
51- 400 тыс. га	III	IV
< 50     тыс. га	IV	IV

Временные сооружения при надлежащем обосновании допускается относить к IV классу, если авария повлечет за собой катастрофические последствия или вызвать задержку строительства сооружений I-III класса. Перемычки и строительные туннели при надлежащем обосновании допускается относить к III классу.

Действующие силы и нагрузки.

Общие сведения о нагрузках, воздействиях и их сочетаниях.

При проектировании строительных конструкций и оснований зданий и сооружений различают постоянные и временные (длительные, кратковременные и особые) нагрузки и воздействия (температурные, влажностные, сейсмические и др.) Постоянными считают нагрузки, которые в своих нормативных и более высоких  значениях действуют при строительстве и эксплуатации сооружения постоянно. Временными считают нагрузки, которые в отдельные периоды эксплуатации могут отсутствовать. При строительстве гтс кроме обычных нагрузок и воздействий необходимо дополнительно учитывать следующие:

Постоянные - гидростатическое, фильтрационное и поровое давление воды, а также противодавление в расчетных сечениях при НПУ и нормальной работе противофильтрационных и дренажных устройств; вес технологического оборудования;

Временные длительные - дополнительное давление грунта (сверх основного), возникающее вследствие деформаций основании и конструкций или от температурных воздействий, и  давление отложившихся наносов;

Кратковременные - нагрузки от судов, ледовые и волновые нагрузки, нагрузки от подъемных, перегрузочных и транспортных устройств и др. механизмов, нагрузки от плавающих тел, от гидроудара в период нормальной эксплуатации, пульсационные нагрузки в напорных и безнапорных трубопроводах;

Особые – дополнительное гидростатическое и поровое давление  воды, а также противодавление в расчетных сечениях и строительных швах и ж\б конструкциях при форсированном подпорном уровне, температурно-влажностные воздействия, доп. фильтрационное давление воды, возникающее в результате нарушений работы противофильтрационных и дренажных устройств, ледовые нагрузки при прорыве затворов и зимних пропусках воды в нижний бьеф.

При расчетах гтс различают основные и особые сочетания нагрузок и воздействий, для которых, в зависимости от класса сооружения, установлены мин. допустимые коэфф. запаса. Основное сочетание нагрузок состоит из постоянных, длительных и кратковременных нагрузок. Особое сочетание нагрузок состоит из постоянных, длительных, отдельных кратковременных и одной из особых нагрузок.

Нагрузки и воздействия следует принимать в наиболее неблагоприятных,  но возможных сочетаниях  отдельно в строительный и эксплуатационный  периоды.

Основные расчетные положения

Расчеты гтс и их оснований следует проводить по методу предельных состояний. В соответствии с этим методом не допускается наступление предельных состояний в сооружениях и основаниях как в период его возведения, так и в период его эксплуатации. Возможность наступления предельного состояния оценивают путем сопоставления значений усилий, раскрытия трещин и т.п. с их предельными значениями, установленными в соответствующих нормативных документах. Согласно СНИПу  различают две группы предельных состояний:

1 по потере несущей способности или по непригодности к эксплуатации - потеря устойчивости; разрушение сооружения, обусловленного хрупким, пластичным или усталостным разрушением самого сооружения или основания, состояния, при котором возникает необходимость прекращения эксплуатации вследствие опасных подвижек сооружения или основания, ползучести, чрезмерного раскрытия трещин.

2 по непригодности к нормальной эксплуатации - состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию сооружений и оснований или снижающие их долговечность и требующие проведения ремонтных работ (недопустимые перемещения, трещины и т. п.).

По предельным состояниям первой группы производят расчеты прочности и устойчивости гтс, их конструкций и оснований; по предельным состояниям второй группы – расчеты перемещений, раскрытия трещин, местной прочности оснований и устойчивости естественных склонов.

Оценку наступления предельных состояний первой группы следует выполнять исходя из условия:

nc Np < (m/kн) R,

где nc - коэф. сочетания нагрузок ; для основного сочетания нагрузок = 1, для особого = 0,9, для сочетания нагрузок в период строительства - 0,95, Np= расчетное значение обобщенного силового воздействия, определяемого с учетом коэфф. перегрузки n; m - коэф. условий работы; kн - коэф. надежности; R – расчетное значение обобщенной несущей способности сооружения или его конструкций и основания, определяемое с учетом коэф. безопасности по материалам или грунтам, который вводят в виде делителя к нормативным значениям; kн – зависит  от класса сооружения и >1,1; при расчетах по 2 группе предельных состояний он принимается 1,0.

Расчеты устойчивости гтс

Откосы плотин из грунтовых материалов.

Расчеты устойчивости откосов, экрана и защитного слоя плотин выполняют для основного и особого сочетания нагрузок, действующих в строительный период и при всех возможных случаях эксплуат. периодов.

Устойчивость на сдвиг.

Различают схемы плоского, смешанного и глубинного сдвигов сооружения.

Указанные схемы возможны как при поступательной форме сдвига, так и при сдвиге с поворотом в плане.

А. Схема плоского сдвига

Производится при однородных основаниях из крупнообломочных, песчаных, твердых и полутвердых глинистых грунтов, а также из пластичных, туго- и мягкопластичных глинистых грунтов, имеющих коэф. сдвига tg ψ > 0,45 и коэф. степени консолидации cv.>4, если удовлетворяется условие

Ơmax /Bγ <Б ,

где γ - уд. вес грунта основания, принимаемый с учетом взвешивания, если основание расположено ниже уровня грунтовых вод; Б- безразмерный критерий равный 1,0 для плотных песков и 3 - для прочих грунтов. Расчетные значения поверхностей сдвига принимаются согласно схемам.

При поступательной форме сдвига расчетное значение предельного сопротивления сдвигу R=P tgφ + m1 Eп.н. + F c и Np = Tв + Еа.в - Тн; где Р - сумма вертикальных сил с учетом противодавления; m1- коэф. условий работы, который принимается равным 0,7.

Б. Схема смешанного сдвига

Расчеты по этой схеме для сооружений на однородных основаниях производится во всех случаях, когда не соблюдается начальное условие. Сопротивление основания сдвигу складывается из сопротивлений сдвигу с выпором. Тогда сила  предельного сопротивления сдвигу определяют по формуле:

Rсм = (σср tgφ + c) B2 L + τпр В1L, где σср= Р/(BL), а В2= ширина участка подошвы сооружения, на котором происходит плоский сдвиг, а В1- ширина участка подошвы сооружения, на котором происходит сдвиг с выпором, определяемая в зависимости от σср;  τпр - касат. напряжение на участке сдвига с выпором.

В. Схема глубинного сдвига

Глубинный сдвиг возможен, если сооружение, расположенное на однородном или неоднородном основании несет только вертикальную нагрузку.

Расчет устойчивости сооружения по этой схеме производят пользуясь аналитическими и графическими методами теории предельного равновесия либо методами круглоцилиндрических поверхностей скольжения.

Компоновка сооружений в речных гидроузлах

При проектировании речных гидроузлов исходят из комплексного использования стока реки, в том числе энергетики, водоснабжения, ирригации, водного транспорта,  рыбного хозяйства и др. В связи с этим в состав гидроузла наряду с подпорными сооружениями и водосливами включают в том или ином сочетании специальные гтс, такие как гидроэлектростанцию, водозабор, судоходный шлюз, рыбозащитное устройство и т. п. При заданном составе сооружений гидроузла на их компоновку существенное влияние оказывают такие факторы, как топография и геологические условия в створе гидроузла, водность реки, напор, условия строительства отдельных сооружений, расположение потребителей, дорог, условия эксплуатации сооружений гидроузла и др.

Топографические и геологические условия

Топографические условия на участке расположения створа должны обеспечивать минимальную длину фронта напорных сооружений без значительного затопления и подтопления прилежащих к водохранилищу промышленных и с/х территорий. Важно наличие вблизи створа жилого поселка и подсобных помещений. Рельеф местности должен позволять строительство необходимой сети дорог. Геологическое строение основания и берегов должно быть благоприятным в отношении как несущей способности пород, так и их фильтрационных свойств.

Условия строительства

Рациональная компоновка гидроузла должна обеспечивать : компактное расположение бет. сооружений во избежании большого числа их сопряжений с грунтовыми сооружениями; концентрацию б/хоз-ва; надежный пропуск строит. расходов в течение всего строительства; макс. использование местных строительных материалов без нарушения окружающей среды; возможность возведения гидроузла в минимальные сроки с минимальным использованием дефицитных строительных материалов и максимальным использованием совершенных методов возведения и совершенного оборудования; доступность сооружений для подвоза стройматериалов и оборудования.