Основы гидротехники — классификация гидротехнических сооружений

Взаимодействие волн и сооружений

При расчете устойчивости и прочности гидротехнических сооружений расчетная обеспечен­ность высоты чередующихся волн переменной высоты для соору­жений с вертикальной напорной гранью и для откосов с креплением бетонными плитами -1%, креплением наброской — 2%; для берегоукрепительных сооружений II класса-1%, III и IV клас­са- 2%. Длину волны принимают в пределах  соответ­ственно максимуму волнового давления.

В Iи II зонах волны, подходящие фронтально к стенке верти­кальной или близкой к вертикальной, при глубине непосредствен­но перед сооружением  преобразуются в стоячие волны (волны, не перемещающиеся в пространстве). Если перед стенкой на участке протяженностью не менее , глубина , то на стенку действуют прибойные волны (III зона).

СНиП 33-01-2003 Гидротехнические сооружения. Основные положения — скачать бесплатно

Система нормативных документов в строительстве

СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ И ПРАВИЛА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ

Основные положения

СНиП 33-01-2003

ИЗДАНИЕ ОФИЦИАЛЬНОЕ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ И ЖИЛИЩНО-КОММУНАЛЬНОМУ КОМПЛЕКСУ

(ГОССТРОЙ РОССИИ)

Москва 2004

ПРЕДИСЛОВИЕ

1 РАЗРАБОТАНЫ ОАО «ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева» с участием ОАО «Институт Гидропроект», ОАО «Ленгидропроект», ОАО «НИИЭС», НТЦ «Энергонадзора», ООО «Гидроспецпроект», ОАО «Институт Теплоэлектропроект», ОАО «Ленморниипроект», ИНПЦ «Союзводпроект», ОАО «Гипроречтранс», ФГУП СПб. «Атомэнергопроект», ФГУП «Центральный НИИ технологии судостроения», ФГУП «Госэкомелиовод», СПб ГПУ, МГСУ

2 ВНЕСЕНЫ Управлением технического нормирования, стандартизации и сертификации в строительстве и ЖКХ Госстроя России

3 ПРИНЯТЫ И ВВЕДЕНЫ В ДЕЙСТВИЕ постановлением Госстроя России от 30 июня 2003 г. № 137

4 ВЗАМЕН СНиП 2.06.01-86

СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ И ПРАВИЛА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ

Основные положения

Hydraulic engineering constructions. Basic principles of designing

Дата введения 2004-01-01

1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящие нормы и правила распространяются на вновь строящиеся и реконструируемые речные и морские гидротехнические сооружения всех видов и классов.

2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

В настоящих нормах и правилах приведены ссылки на следующие нормативные документы:

СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия

https://youtube.com/watch?v=yv6hbVqYyi8

СП 33-101-2003 Определение основных расчетных гидрологических характеристик

Водоподпорные сооружения (плотины)

Плотины — это сооруже­ния, перегораживающие русло реки и создающие в ней подпор во­ды. Материалом для плотин служат бетон и железобетон, дерево, камень и различные грунты; соответственно плотины называются бетонными, железобетонными, деревянными, каменными и грунто­выми. Наиболее распространенными являются плотины бетонные и из грунтовых материалов — песка, супесей, суглинков, глин, гра­вия, галечника и их смесей, а также рваного камня.

Бетонные плотины делят на гравитационные (массивные), контрфорсные и арочные: гравитационные в поперечном разрезе имеют форму треугольника с шириной основания,   равной около 2/3 высоты, или трапеции; низовая грань прямолинейна или криволинейна   (рис.  1.2, а, б);  в

Дюкеры

При строительстве водоемов и прудов различают два типа дюкеров: засыпанные, размещаемые под каналами, водотоками и дорогами, и открытые, прокладываемые по склонам и дну пониженных участков трассы канала.

Первый тип дюкеров изображен на рисунке «Типы дюкеров», обозначенный буквами «а» и «г», а второй тип обозначает буква «д». Дюкер состоит из входного участка, напорных труб и выходного участка. Для уменьшения потерь напора сопряжения труб с входным и выходным участками выполняют плавными.

В открытых дюкерах для обеспечения фильтрационной устойчивости склонов долин на входном и выходном участках следует предусматривать противофильтрационные элементы. Перед входом в дюкер устанавливают решетку для задержания плавающего мусора.

В дюкерах шахтного типа необходимо в колодцах предусматривать отстойники для осаждения и задержания наносов с целью последующего их удаления. Скорость в трубе дюкера выбирают исходя из условий незаиляемости (обычно 1,5-3 м/с). Материал труб — бетон, железобетон, асбестоцемент, металл, пластик и др.

Воздействие аэрации на сооружения

При проектирова­нии сооружений, пропускаю­щих поток, с большими скоро­стями, решается ряд вопросов, связанных с аэрацией потока, т. е. захватом воздуха потоком. Захват воздуха происходит че­рез свободную поверхность при ее разрушении турбулент­ными возмущениями, поверхностными водоворотами, возни­кающими, например, при исте­чении воды из-под затвора, в гидравлическом прыжке, при обтекании элементов сооруже­ния, а также свободными стру­ями (рис. 2.5). Захват воздуха через свободную поверхность потока называют самоаэра­цией.

Отрицательное воздействие аэрации на сооружение заклю­чается, например, в «разбуха­нии» потока; которое требует для незамкнутых водопропуск­ных (водосбросных) сооруже­ний увеличения высоты бортов, ограничивающих  поток,  а для замкнутых — высоты водовода; заполнение сечения водовода водовоздушной смесью приводит к падению его пропускной способ­ности, нарушению устойчивости движения.

Сертификация оператора «Северного потока — 2»

В то же время компания «Нафтогаз Украины» подала заявку на участие в сертификации оператора «Северного потока — 2».

«Нафтогаз» как национальная компания, возглавляющая борьбу за энергетическую безопасность Украины, отстаивает национальные интересы, подала заявку на участие в процессе сертификации оператора «Северного потока — 2» перед немецким регулятором — Федеральным агентством немецких сетей», — заявил глава компании Юрий Витренко на пресс-конференции.

По его словам, газопровод не может быть сертифицирован, поскольку «не обеспечено его полное соответствие европейскому законодательству», а также из-за «неконкурентных действий «Газпрома».

Глава «Нафтогаза» также отметил, что оценка решения по сертификации газопровода может занять у Еврокомиссии до четырёх месяцев.

«В соответствии с планом и проектными требованиями нитка наполнена так называемым техническим газом в объёме приблизительно 177 млн куб. м, что обеспечивает уровень давления 103 бар в газопроводе», — говорится в сообщении.

Отмечается, что достигнутого уровня давления достаточно, чтобы в дальнейшем начать транспортировку газа. При этом на второй нитке «Северного потока — 2» проведение пусконаладочных работ продолжается.

Напомним, строительство «Северного потока — 2» было окончательно завершено 10 сентября. Газовая магистраль идёт из России в Германию через Балтийское море и исключительные экономические зоны и территориальные воды ФРГ, Дании, РФ, Финляндии и Швеции.

Эксперт Финансового университета при правительстве России Игорь Юшков, ведущий аналитик Фонда национальной энергетической безопасности, назвал действия «Нафтогаза» в сложившейся ситуации диверсией.

Также на russian.rt.com
В ФРГ рассказали о выполнении «Газпромом» обязательств по поставкам газа в Европу

По его мнению, украинская компания собирается участвовать в сертификации не для того, чтобы выяснить, соответствует ли газопровод необходимым требованиям Евросоюза.

Польская компания подала аналогичную заявку, её удовлетворили, но при этом никакого влияния и решающего голоса она не получила.

«По сути, вас будут информировать, какие решения будут приняты. Вполне возможно, что (украинская сторона. — RT) в лучшем случае будет в таком положении, в худшем — ей откажут, потому что она недавно работает по европейским нормам и в принципе Украина — не член Евросоюза», — заключил Юшков.

Основные задачи гидротехнических сооружений и гидротехники

Для того чтобы использовать водные ресурсы, необходимо строить инженерные сооружения с соответствующим механическим обору­дованием. Такие инженерные сооружения называют гидротехниче­скими, а прикладную науку, занимающуюся общей их теорией, воп­росами проектирования, строительства и эксплуатации, — гидротех­никой. Гидротехникой же называется и соответствующая область техники.

Основная задача гидротехники и гидротехнических сооружений заключается в том, чтобы существующий естественный режим вод­ного объекта — реки, озера, моря, подземных вод — приспособить, изменить, преобразовать для целесообразного и экономичного во­дохозяйственного использования и для защиты окружающей среды от вредного воздействия вод.

Вторая задача гидротехники — создание искусственных водных потоков и водоемов, когда естественных вод недостаточно или они отсутствуют.

Третья задача, специальная — создание установок или сооруже­ний для специальных нужд отдельных видов водного хозяйства, например судоходных шлюзов, зданий гидроэлектростанций, насос­ных станций, рыбоводных систем и т. п.

Основания гидросооружений

Свойства основания и берегов за­висят от геологического строения и имеют исключительно важное значение для надежности гидротехнических сооружений. Особенно важно знание свойств пород, складывающих основа­ние: их прочность, деформативность, степень трещиноватости, во­достойкость, положение и качество подземных вод и пр

Особенно важно знание свойств пород, складывающих основа­ние: их прочность, деформативность, степень трещиноватости, во­достойкость, положение и качество подземных вод и пр. Основаниями сооружений могут быть скальные породы, извер­женные и осадочные, и нескальные — слои песчаные, гравелистые, супесчаные, суглинки, глины и различные их сочетания

Скальные основания допускают строительство на них сооружений почти лю­бых напоров; нескальные, более слабые, позволяют возводить на них только сооружения средних и низких напоров (до 10-30 м), за исключением грунтовых плотин, высота которых может в этих слу­чаях достигать 100 м и более

Основаниями сооружений могут быть скальные породы, извер­женные и осадочные, и нескальные — слои песчаные, гравелистые, супесчаные, суглинки, глины и различные их сочетания. Скальные основания допускают строительство на них сооружений почти лю­бых напоров; нескальные, более слабые, позволяют возводить на них только сооружения средних и низких напоров (до 10-30 м), за исключением грунтовых плотин, высота которых может в этих слу­чаях достигать 100 м и более.

Водопроводящие

Водопроводящие конструкции состоят из водозаборов, водосбросов, водоспусков и каналов. Это гидротехнические сооружения, служащие для переброски воды в заданные пункты. Отдельного внимания заслуживают водозаборные системы, которые берут воду из водоема и поставляют ее на объекты гидроэнергетики, водоснабжения или ирригации. Их задача – обеспечение пропуска воды в водовод в установленном объеме, количестве и качестве соответственно графику водопотребления. В зависимости от места водозаборное сооружение может быть:

• поверхностным: забор воды осуществляется на уровне свободной поверхности;
• глубинным: забор воды производится под уровнем свободной поверхности;
• донным: вода забирается с самого низкого участка водотока;
• ярусным: при таком сооружении забор осуществляется с нескольких уровней воды – это зависит от ее уровня в самом водоеме и от ее качества на разной глубине.

Чаще всего монтируются на реках водозаборные гидротехнические сооружения. Фото показывает, что такие конструкции могут быть высокими и низкими.

Специального назначения (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

В числе гидросооружений специального назначения можно выделить: гидроэнергетические, конструкции орошения, осушения, системы мелиорации и сооружения водного транспорта. Рассмотрим эти конструкции подробнее:

• Гидроэнергетические сооружения бывают встроенными, русловыми, приплотинными или деривационными. Такие системы состоят из водоприемных сооружений, напорных трубопроводов, турбин с генераторами, отводящих трубопроводов и разного типа затворов. ГЭС нужны для преобразования энергии потока воды в электрическую.
• Водного транспорта: данные системы состоят из шлюзов, судоподъемников, портовых сооружений, которые монтируются на реках, каналах с различным уровнем воды в них.
• Мелиоративные: данные системы позволяют продумать мероприятия, направленные на коренное улучшение земель. В рамках мелиорации производится осушение и орошение территорий. С помощью осушительной системы отводятся излишки влаги, а оросительная система обеспечивает своевременное обводнение территории. Осушительные системы могут быть горизонтальными или вертикальными.
• Рыбопропускные: данные гидротехнические сооружения обеспечивают пропуск рыбы из нижнего уровня воды в верхний главным образом при ее нерестовой миграции. Такие системы бывают двух типов: первые предполагают самостоятельный проход рыбы через специальные рыбоходы, вторые – посредством специальных рыбоходных шлюзов и рыбоподъемников.
• Отстойники: они представляют собой специальные накопители, куда собираются отходы производства и промышленные стоки.

В некоторых случаях общие и специальные сооружения комбинируются, например система водосброса помещается в здание ГЭС. Подобные комплексные системы называются узлами гидротехнических сооружений.

Гидротехника и охрана окружающей среды

Еще на этапе проектирования вместе с декларацией безопасности составляется отчет о мероприятиях, которые в процессе эксплуатации должны будут привести к улучшению окружающей экологической обстановки. Изначально оценивается ситуация в условиях естественной природной среды, а в дальнейшем разработчики делают комплексную поправку на поддержание защиты природных объектов уже после реализации проекта. В частности, разрабатываются биотехнические мероприятия, направленные на защиту населения от аварий на гидротехнических сооружениях и создание условий по нейтрализации отрицательных эксплуатационных факторов.

Особое внимание уделяется влиянию строительных конструкций и оборудования на гидрологические ресурсы. Например, в водохранилищах подготавливаются специальные ложа для хранения или отведения жидких отходов

На каждом объекте также содержатся технические средства по ликвидации источников химических опасных или просто грязных веществ. Для постоянного мониторинга экологического фона инфраструктура гидротехнических сооружений дополняется измерительными приборами, которые фиксируют биологические и химические показатели водной и воздушной сред. К основным характеристикам такого рода можно отнести цветность, насыщенность кислородом, концентрацию определенных элементов, санитарные показатели и т. д.

Общее понятие о гидротехнических сооружениях и классификация

Инженерным сооружением принято называть сооружение хозяйственного назначения, которое прочно, устойчиво должно выполнять свои функции и рентабельно в экономическом отношении.

Помимо инженерных сооружений (хозяйственного назначения) имеются сооружения фортификационные, из области искусства (памятники) и т. п. Различают инженерные сооружения гражданские, промышленные, сельскохозяйственные и транспортные. Кроме того, выделяют группу особых сооружений — гидротехнических.

Гидротехническим сооружением называют инженерное сооружение, построенное с целью решения тех или других водохозяйственных задач. В этом случае приходится решать два вопроса: 1) в каких географических местах страны следует строить гидротехнические сооружения и 2) назначение гидротехнического сооружения в определенном районе. При этом устанавливают главнейшие параметры рассматриваемого гидросооружения, выбирают конструкции этого сооружения и определяют его размеры, осуществляют строительство данного сооружения в соответствии с составленным проектом.

Все гидротехнические сооружения делят на две категории: 1) общие гидротехнические сооружения, применяемые в двух или нескольких различных отраслях водного хозяйства; 2) специальные гидротехнические сооружения, используемые только в одной отрасли водного хозяйства.

В свою очередь, общие гидросооружения по своему целевому назначению делят на следующие виды: 1) водоподпорные, создающие подпор воды, например, в русле реки (сюда относятся плотины и некоторые дамбы, работающие как плотины); 2) водопроводящие, т. е. искусственные русла (каналы, туннели, лотки, трубопроводы); 3) регуляционные, устраиваемые с целью регулирования режима водного потока, защиты дна и берегов его от размыва и т. п.

Специальные гидросооружения различают по отраслям водного хозяйства: 1) гидроэнергетические (здания ГЭС, уравнительные резервуары, строящиеся при ГЭС, и т. п.); 2) гидросооружения йодного транспорта (судоходные шлюзы, судоподъемники, пристани, набережные, маяки, лесосплавные лотки и т. п.); 3) гидросооружения водоснабжения и канализации (особые водоприемники, каптажи, насосные станции, очистные сооружения и т. п.); 4) гидросооружения для целей инженерных мелиораций, т. е. гидромелиоративные сооружения (особые водоприемники, шлюзырегуляторы, дренажные устройства и т. п.); 5) сооружения рыбного хозяйства (рыбоходы, рыбоводные пруды и т. п.).

Наиболее важным типом общего гидросооружения является плотина с водопропускными и другими устройствами, создаваемыми при ней.

В связи с комплексностью решения водохозяйственных проблем и по целому ряду других соображений очень часто некоторые перечисленные выше гидросооружения приходится группировать в соответствующие комплексы. Такие комплексы гидросооружений называют гидроузлами. Особенно сложными бывают речные гидроузлы на равнинных реках; в них обычно входят плотина, здание ГЭС, судоходный шлюз, тот или другой водозабор (например, для орошения земель) и т. д.

Силы гидродинамического давления

На обтекаемые потоком элементы сооружения действуют силы, слагающиеся из касатель­ных и нормальных напряжений. Касательные напряжения направ­лены в сторону течения и практически ощутимы только при весьма больших скоростях. Нормальные напряжения (давление) обусловлены весом жидкости и изменением направления течения (скоро­сти) при набегании потока на элементы конструкций, при изменении направления течения твердыми границами русла, при встрече с со­оружением волн, свободных струй и др. При срыве вихрей с тела, обтекаемого жидкостью, появляется сила, возбуждающая колеба­ния. При изменении во времени скорости движения жидкости в на­порном водоводе (например, в процессе открытия или закрытия водовода) возникает гидравлический удар.

Силу гидродинамического давления на конструкцию в потоке, например на опору (гаситель, стойка), определяют по формуле

Регуляционные

Регуляционные гидротехнические сооружения — это что? По-другому их называют выправительными конструкциями, так как они позволяют регулировать течение рек. Достичь этого можно с помощью строительства струенаправляющих и ограничивающих сооружений в самом русле и по берегам водоема. Благодаря таким системам происходит формирование речного потока так, чтобы он двигался с относительно невысокой скоростью и тем самым поддерживал фарватер с заранее установленными минимальными значениями ширины, глубины и кривизны. Пользуются популярностью эти гидротехнические сооружения, виды и классификация которых следующие:

• капитальные конструкции, входящие в состав генеральных систем для регулирования рек и направленные на длительное использование;
• легкие конструкции, которые иначе называются временными и используются в основном на реках малого и среднего объема.

Силы гидростатического и гидродинамического давления. Кавитация и аэрация

Силы гидростатического давления целесообразно определять, раскладывая их на горизонтальную и вертикальную составляющие. Горизонтальную   составляющую W₁,  W₂ силы    гидростатического давления обычно вычисляют по эпюре горизонтальной составляю­щей давления, представленного в метрах водяного столба (рис. 2.1). Вертикальная составляющая W₃, W₄ равна весу воды в объеме «тела давления», заключенного между напорной поверхностью сооружения и вертикальной плоскостью, проведенной через нижнюю образующую этой поверхности до пересечения со свободной поверхностью воды.

Часть тела давления, заполненная водой, дает силу, направленную вниз, как это показано на рис. 2.1 (тело дав­ления аbс и а’b’с’), незаполненная водой — вверх. Точка приложения сил определяется положением центра тяжести эпюры давления.

Реконструкция гидротехнических сооружений

Процессы устаревания конструкций и повышение требований к функциональному и силовому потенциалу объекта неизбежно приводят к необходимости модернизации. Как правило, основные рабочие модули и агрегаты подвергаются реконструкции без прекращения их работы. Впрочем, это будет зависеть от характера планируемых изменений. В каждом случае проводится обследование гидротехнических сооружений на предмет возможностей для реконструкции. Конечными целями может выступать повышение надежности основания объекта, увеличение пропускной способности, наращивание мощностей насосного оборудования и т. д. После этого реализуются конкретные операции, связанные с изменениями технико-эксплуатационных свойств сооружения. Достигаются поставленные задачи путем укрепления грунтов, замены стройматериалов и добавления новых конструкционных элементов.

Расследование ЧС, аварий, инцидентов

По факту любой ЧС обязательно проводится техническое расследование. Ответственна за нее специальная комиссия. В нее входят:

• Лица от территориального органа самоуправления;
• Лица от страховщика;
• Собственник, его представители или лицо от эксплуатирующей компании;
• Другие лица на основании законов РФ.

Дополнительно к проведению процедуры при необходимости привлекаются сторонние экспертные организации.

В результате расследования формируется акт с причинами и важными моментами, касающимися ЧС, а также с описанием характера и величины ущерба, ставшими следствием аварии или инцидента.

Надежность работы сооружений и их оснований

На гидросоору­жение (плотину) действуют многочисленные силы: давления вод­ного потока, фильтрационное противодавление, давление отложив­шихся наносов, сила веса самого сооружения и другие возможные нагрузки. Все эти силы, будучи суммированы, могут быть представ­лены двумя составляющими — горизонтальной Q и вертикаль­ной V.

Эти силы передаются в конечном счете основанию сооружения и изменяют естественное напряженное состояние основания, быв­шее до постройки сооружения, причем в худшую сторону. Так, рас­тут сжимающие и касательные напряжения, могут появиться рас­тягивающие напряжения, а в результате всего развиваются дефор­мации основания и возможные перемещения (сдвиги, наклоны и т. п., в скальных основаниях — трещины).

Это может оказаться недопустимым по условиям эксплуатации сооружения, поэтому для надежного существования и работы сооружения необходимо, что­бы его основание, помимо должной сопротивляемости гидродина­мическим и фильтрационным воздействиям потока и другим нагрузкам, обладало достаточной прочностью или несущей способ­ностью. Для арочных плотин такими свойствами должны обладать и берега, в которые упираются арки.