Телешев В.И., Ватин Н.И., Марчук А.Н….

Производство гидротехнических работ

(учебник для вузов)

Часть 1. Общие вопросы строительства. Земляные и бетонные работы

Под общей редакцией проф., д.т.н. Телешева В.И.

1

Рецензенты:

Кафедра ….

Проектно-изыскательский институт ОАО «ЛенГидроПроект» (гл. инженер института Юркевич Б.Н., начальник отдела производства работ Киселев В.Н.)

К.т.н. В.Г. Радченко – (Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники им. Б.Е. Веденеева)

Телешев В.И., Ватин Н.И., Марчук А.Н., ….

Производство гидротехнических работ. Часть 1. Учебник для вузов. – Москва: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2008. - … с.

ISBN …..

Учебник «Производство гидротехнических работ» отражает специфику основных видов гидротехнических работ, встречающихся при строительстве речных гидротехнических и гидроэнергетических сооружений различного назначения (плотины, дамбы, гидроэлектростанции, каналы, насосные станции и др.).

В первой части учебника даны производство земляных и бетонных работ, а также общие вопросы строительства, связанные с производством работ.

Материал изложен с использованием передового отечественного и мирового уровня. По всем основным работам даны тенденции развития технологий и строительной техники.

Учебник предназначен для студентов, обучающихся по специальности «Гидротехническое строительство» и другим специальностям и специализациям гидротехнической направленности, а также для молодых специалистов проектных и строительных организаций.

Издательство АСВ, 2008-11-30 Телешев В.И. и др., 2008

2

Введение к учебнику «Производство гидротехнических работ»……………………….7 Предисловие к l части учебника……………………………………………………………9

ЧАСТЬ 1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ СТРОИТЕЛЬСТВА. ЗЕМЛЯНЫЕ И

БЕТОННЫЕ РАБОТЫ

РАЗДЕЛ I. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ СТРОИТЕЛЬСТВА

ГЛАВА 1. Общая схема возведения речных гидротехнических сооружений…………11

1.1.Особенности гидротехнического строительства

1.2.Периоды подготовки и строительства гидротехнических сооружений

1.3.Этапы возведения сооружений и пропуска строительных расходов

1.4.Особенности этапов возведения гидроузла и пропуска строительных расходов при различных компоновках основных сооружений

ГЛАВА 2. Производство специальных работ при пропуске строительных расходов..32

2.1.Возведение перемычек

2.2.Осушение котлованов

2.3.Перекрытие русла реки

ГЛАВА 3. Проекты организации строительства и проекты производства работ…..60

3.1.Проекты организации строительства

3.2.Алгоритм составления календарных планов строительства крупных гидротехнических объектов

3.4.Проекты производства работ

3.5.Автоматизация разработки ПОС и ППР

ГЛАВА 4. Строительный транспорт и дороги…………………………………………..72

4.1.Общие положения к выбору типа транспорта

4.2.Автомобильный транспорт

4.3.Другие виды транспорта (Железнодорожный, водный, гидравлический транспорт. Конвейерный транспорт, конвейерные поезда. Трубопроводный контейнерный пневмотранспорт. Подвесные канатные дороги.)

4.4.Строительные дороги.

ГЛАВА 5. Основные положения определения производительности строительных машин………………………………………………………………………………………….97

5.1.Категории производительности строительных машин

5.2.Определение годового режима работы строительных машин

5.3.Определение необходимой общей производительности и числа строительных машин

РАЗДЕЛ II. ПРОИЗВОДСТВО ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ

ГЛАВА 6. Общие вопросы производства земляных работ…………………………….101

6.1.Виды земляных работ и сооружений

6.2.Строительные свойства грунтов

6.3.Определение объемов земляных работ

6.4.Баланс грунтовых масс

3

ГЛАВА 7. Технология производства земляных работ экскаваторами………………118

7.1.Виды одноковшовых экскаваторов (о. э.) и их рабочее оборудование

7.2.Технология производства земляных работ экскаваторами – прямая лопата

7.3.Технология производства работ экскаваторами «обратная лопата»

7.4.Технология производства работ экскаваторами – драглайн 7.5.Технология производства работ экскаватором - грейфером

7.6.Производительность экскаваторов

ГЛАВА 8. Производства земляных работ землеройно-транспортными машинами..135

8.1.Виды землеройно-транспортных машин

8.2.Технология производства земляных работ скреперами

8.3.Технология производства земляных работ бульдозерами

8.4.Производства земляных работ грейдерами

8.5.Производства земляных работ погрузчиками

ГЛАВА 9. Возведение качественных насыпей…………………………………………..153

9.1.Качественные насыпи и состав технологических процессов

9.2.Сущность уплотнения и влияние различных факторов

9.3.Способы уплотнения грунтов

9.4.Особенности возведения неоднородных качественных насыпей

9.5.Определение производительности грунтоуплотняющих машин и параметров потока

ГЛАВА 10. Возведение земляных и каменно-набросных плотин с противофильтрационными элементами из негрунтовых материалов………………..179

10.1.Общие положения

10.2.Плотины с противофильтрационными элементами из асфальтобетона

10.3.Плотины с железобетонными экранами

10.4.Плотины с металлическими противофильтрационными элементами

10.5.Плотины с противофильтрационными элементами из геосинтетических материалов

10.6.Плотины на вечно мерзлом основании с мерзлотными противофильтрационными завесами

10.7.Плотины с завесами возводимыми методом струйной цементации

ГЛАВА 11 Производство земляных работ в зимний период……………………………211

11.1.Особенности земляных работ зимой

11.2.Разработка мерзлых грунтов

11.3.Оттаивание грунтов

11.4.Устройство качественных насыпей в зимний период

ГЛАВА 12 Производство работ средствами гидромеханизации……………………….219

12.1.Сущность гидромеханизации и условия ее применения

12.2.Разработка грунтов гидромониторами

12.3.Разработка грунта земснарядами

12.4.Гидравлический транспорт грунта

12.5.Намыв земляных сооружений

РАЗДЕЛ III. ПРОИЗВОДСТВО БЕТОННЫХ РАБОТ

4

ГЛАВА 13. Бетон гидротехнических сооружений и требования, предъявляемые к нему…………………………………………………………………………………………….236

13.1 Общая классификация бетонов

13.2.Требования к бетонам гидротехнических сооружений

13.3.Зональное расположение марок бетона

ГЛАВА 14. Теоретические основы определения требований к технологии бетонных работ…………………………………………………………………………………………….243

14.1.Температурный режим блоков бетонирования

14.2.Термонапряженное состояние блоков. Причины трещинообразования

14.3.Определение допустимых температурных перепадов

14.4.Факторы, влияющие на величину допустимого перепада температур

14.5.Приближенный метод определения величины необходимого снижения максимальной температуры в блоке по условиям его трещиностойкости

14.6.Принципиальные направления конструктивных и технологических мероприятий по обеспечению трещиностойкости и монолитности бетонных гидротехнических сооружений

14.7.Расчетное обоснование дополнительных мероприятий по регулированию температурного режима в блоках бетонирования в зимний период

ГЛАВА 15. Разрезка сооружений на блоки бетонирования……………………………259

15.1.Основные причины разрезки сооружений постоянными и временными швами

15.2.Основные принципы разрезки сооружений на блоки бетонирования

15.3.Разрезка ярусная «вперевязку» («днепровская»)

15.4.Столбчатая система разрезки

15.5.Секционная система разрезки длинными блоками

15.6.Смешанные системы разрезки

ГЛАВА 16. Омоноличивание временных швов бетонных плотин…………………..277

16.1.Общие положения

16.2.Омоноличивание швов с помощью цементации

16.3.Омоноличивание с помощью объемных замыкающих блоков

ГЛАВА 17. Вспомогательные работы…………………………………………………….286

17.1.Заготовка заполнителей

17.2.Арматурные работы

17.3.Опалубочные работы

ГЛАВА 18. Приготовление бетонной смеси………………………………………………304

18.1.Требования к бетонной смеси

18.2.Технологические схемы бетонных заводов и их оборудование

18.З. Определение производительности бетоносмесителей и бетонных заводов

ГЛАВА 19. Бетонное хозяйство…………………………………………………………….311

19.1.Состав бетонного хозяйства и определение мощности бетонного завода

19.2.Склады заполнителей

19.3.Склады цемента

19.4.Установки для регулирования температуры составляющих бетонной смеси

19.5.Прочие установки и сооружения

ГЛАВА 20. Транспортирование бетонной смеси……………………………………….320

20.1. Выбор транспортной схемы бетонных работ

5

20.2.Выбор типа горизонтального транспорта

20.3.Подача бетонной смеси в блоки бетонирования

20.3.Выбор кранов

20.5.Определение производительности кранов

20.6.Определение комплексной производительности кранов

ГЛАВА 21. Подготовка блоков к бетонированию. Укладка и уплотнение бетонной смеси…………………………………………………………………………………………..352

21.1.Состав мероприятий по подготовке блоков к бетонированию

21.2.Подготовка оснований блоков

21.3.Уплотнение бетонной смеси

21.4.Технологические схемы (способы) укладки бетонной смеси в блоки бетонирования

ГЛАВА 22. Особенности производства бетонных работ в зимнее время…………….364

22.1.Дополнительные требования

22.2.Подготовка блоков к бетонированию

22.3.Приготовление и транспорт бетонной смеси

22.4.Укладка бетонной смеси

ГЛАВА 23. Уход за бетоном и контроль качества бетонных работ……………………371

23.1.Основные требования и мероприятия по уходу за бетоном

23.2.Контроль качества бетона и бетонных работ

ГЛАВА 24. Специальные виды бетонных работ……………………….………………..376

А. Производство сборного железобетона Б. Подводное бетонирование

ГЛАВА 25. Совершенствование технологии бетонных работ при возведении высоких бетонных плотин……………………………………………………………………………391

25.1.Особенности возведения высоких бетонных плотин и совершенствование технологий их бетонирования

25.2.Добавки для бетонов и их эффективность

25.3.Применение литых бетонов в гидротехническом строительстве

ГЛАВА 26. Особенности возведения плотин из укатанного бетона………………….401

26.1.Укатаный бетон и его свойства

26.2.Конструктивно-технологические особенности плотин из укатанного бетона

26.3.Технология приготовления, транспорта и укладки укатанного бетона

26.4.Тенденции совершенствования технологий строительства бетонных плотин из укатанного бетона

Список литературы…………………………………………………………………….412

ПРИЛОЖЕНИЯ……………………………………………………………………416-426

6

Введение к учебнику «Производство гидротехнических работ»

Действующий учебник «Производство гидротехнических работ» под ред. А.Н. Чуракова (МГСУ) был выпущен в 1985 г.

За прошедший период произошли существенные изменения в уровне строительной техники, появились новые высокопроизводительные машины, новые конструктивные решения по гидротехническим сооружениям, что безусловно повлияло на технологию и организацию работ (производство работ), на появление новых технологий.

Задача предлагаемого учебника заключалась в том, чтобы отразить эти изменения и ознакомить студентов с новыми достижениями в этой области.

Поэтому по сравнению с предыдущим учебником в данный учебник включены дополнительные материалы, отражающие эти изменения и достижения.

Предлагаемый учебник написан преподавательскими коллективами двух вузов, выпускающих специалистов по гидротехническим специальностям: Московского архитектурно-строительного института (гидротехнический факультет, кафедра «Производства работ и подземных сооружений») и Санкт-Петербургского политехнического университета (инженерно-строительный факультет, кафедра «Технология, организация и экономика строительства»).

В целом учебник состоит из двух частей:

Часть l – Общие вопросы строительства. Земляные и бетонные работы. Под общей редакцией проф., д.т.н. Телешева В.И.;

Часть ll – Подземные и специальные работы. Под общей редакцией проф., д.т.н. Зерцалова М.Г.

Каждая часть состоит из разделов, глав и параграфов. В методическом плане основным структурным элементом учебника являются главы, которые соответствуют темам лекций (или практических занятий); параграфы определяют конкретные вопросы, рассматриваемые в данной теме. Группы глав, наиболее связанных между собой направлением излагаемого материала, объединены в разделы, что удобно для планирования учебного процесса. В целом содержание учебника соответствует программе дисциплины «Производство гидротехнических работ» для студентов специальности «Гидротехническое строительство».

Ниже дано общее краткое содержание l и ll частей учебника.

Краткое содержание учебника:

ЧАСТЬ 1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ СТРОИТЕЛЬСТВА. ЗЕМЛЯНЫЕ И БЕТОННЫЕ РАБОТЫ

РАЗДЕЛ I. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ СТРОИТЕЛЬСТВА

ГЛАВА 1. Общая схема возведения речных гидротехнических сооружений ГЛАВА 2. Производство специальных работ при пропуске строительных расходов ГЛАВА 3. Проекты организации строительства и проекты производства работ ГЛАВА 4. Транспорт и дороги

ГЛАВА 5. Основные положения определения производительности строительных машин

РАЗДЕЛ II. ПРОИЗВОДСТВО ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ

ГЛАВА 6. Общие вопросы производства земляных работ ГЛАВА 7. Технология производства земляных работ экскаваторами

7

ГЛАВА 8. Производства земляных работ землеройно-транспортными машинами ГЛАВА 9. Возведение качественных насыпей ГЛАВА 10. Возведение земляных и каменно-набросных плотин с

противофильтрационными элементами из негрунтовых материалов ГЛАВА 11 Производство земляных работ в зимний период ГЛАВА 12 Производство работ средствами гидромеханизации

РАЗДЕЛ III. ПРОИЗВОДСТВО БЕТОННЫХ РАБОТ

ГЛАВА 13. Бетон гидротехнических сооружений и требования, предъявляемые к нему ГЛАВА 14. Теоретические основы определения требований к технологии бетонных работ ГЛАВА 15. Разрезка сооружений на блоки бетонирования ГЛАВА 16. Омоноличивание временных швов бетонных плотин ГЛАВА 17. Вспомогательные работы ГЛАВА 18. Приготовление бетонной смеси ГЛАВА 19. Бетонное хозяйство

ГЛАВА 20. Транспортирование бетонной смеси ГЛАВА 21. Подготовка блоков к бетонированию. Укладка и уплотнение бетонной смеси

ГЛАВА 22. Особенности производства бетонных работ в зимнее время ГЛАВА 23. Уход за бетоном и контроль качества бетонных работ ГЛАВА 24. Специальные виды бетонных работ

А. Производство сборного железобетона Б. Подводное бетонирование

ГЛАВА 25. Совершенствование технологии бетонных работ при возведении высоких бетонных плотин ГЛАВА 26. Особенности возведения плотин из укатанного бетона

ЧАСТЬ 2. БУРОВЗРЫВНЫЕ, ПОДЗЕМНЫЕ И СПЕЦИАЛЬНЫЕ РАБОТЫ

РАЗДЕЛ IV. ПРОИЗВОДСТВО БУРОВЗРЫВНЫХ И ПОДЗЕМНЫХ РАБОТ

ГЛАВА 27. Производство открытых буровых работ ГЛАВА 28. Производство взрывных работ

ГЛАВА 29. Возведение грунтового массива на подземные сооружения ГЛАВА 30. Выбор производства работ с учетом инженерно-геологических условий ГЛАВА 31. Проходка подземных выработок в слабых грунтах ГЛАВА 32. Возведение обделок подземных сооружений ГЛАВА 33. Сооружения наклонных и шахтных водоводов

ГЛАВА 34. Строительство подземных машзалов и камерзатворов

РАЗДЕЛ V. СПЕЦИАЛЬНЫЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 35. Свайные и шпунтовые работы ГЛАВА 36. Буровые сваи и «стенки в грунте»

ГЛАВА 37. Искуччтвенное упрочнение и уплотнение грунтов ГЛАВА 38. Гидроизоляционные работы

8

Предисловие к I части учебника

Первая часть учебника, представленная в данном издании, написана в основном преподавателями «технология, организация и экономика строительства» (до недавнего времени «Технология, организация и экономика гидротехнического строительства») Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. В соответствии

собщей структурой учебника эта часть включает три раздела:

−Раздел I – Общие вопросы строительства

−Раздел II – Производство земляных работ

−Раздел III – Производство бетонных работ

Вотличие от действующего учебника и в соответствии с общей задачей учебника, изложенного во введении, в учебник включены многие новые главы, такие как глава 10 «Возведение земляных и каменно-набросных плотин с противофильтрационными элементами из негрунтовых материалов», глава 14 «Теоретические основы определения требований к технологии бетонных работ», глава 24 «Совершенствование технологии бетонных работ при возведении высоких бетонных плотин. Применение укатанного бетона и литого бетона».

Поскольку понятие «производство работ» включает элементы и технологии и организации работ и строительства, то в учебник включен новый раздел «Общие вопросы строительства» с главами 1, 2, 3, 4, 5, отражающие эту связь.

Изложение вопросов производства различных видов работ сопровождается анализом уровня техники отечественных и зарубежных строительных машин. Для этого даются соответствующие сравнительные таблицы.

Для конкретного ознакомления студентов с уровнем отечественной техники приводится краткая выборочная номенклатура отдельных машин.

Главы 1, 2, 5÷12, 13÷19, 21÷27 написаны профессором, доктором технических наук Телешевым В.И. с участием по отдельным темам соответствующих преподавателей и специалистов, а именно:

проф. Белоликов В.Т. - главы 1, 2; доц., к.т.н. Булатов Г.Я. – главы 7, 9; проф., д.т.н. Ватин Н.И. – главы 7; проф., д.т.н. Величкин В.З. – главы 7, 8; доц., к.т.н. Галузин В.М. – главы 5, 7, 8; доц., к.т.н. Комаринский М.В. – главы 13, 18; доц. Колосова Н.Б. – глава 6; ст. преп. Лисков А.А. – главы 8, 11; проф., д.т.н. Митюшин Д.Н. – глава 12; ст. преп. Птухина И.С. – главы 1, 2; ст. преп. Солдатенко Т.Н. – глава 23; зам. начальника ОАО РусГидро Толошинов А.В. - главы 25, 26; магистр технологий Снегирев А.И. – глава 15; бакалавр Головкова Н.В. – глава 6.

Глава 3 «Проекты организации строительства и проекты производства работ» написана проф., д.т.н. Ватиным Н.И.

Глава 4 «Строительный транспорт и дороги» и глава 24А «Производство сборного железобетона» написаны проф., д.т.н. Марчук А.Н. (МГСУ).

Глава 20 «Транспортирование бетонной смеси» написана доц., к.т.н. Комаринским

М.В.

Глава 24 «Подводное бетонирование» написана проф. Карчачиным (МГСУ). Приложения 1, 2 написаны доц., к.т.н. Булатовым Г.Я.

Большую помощь в подборе материалов по зарубежным строительным машинам оказали сотрудники кафедры Строительные и дорожные машины» проф., д.т.н. Шестопалов А.А. и проф., к.т.н. Бадалов Б.Б.

Вподборе материалов для глав 14 и 25, 26 оказали большую помощь сотрудники ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева к.т.н. Радченко В.Г., д.т.н. Дымант А.Н., д.т.н. Гинзбург С.М., к.т.н. Костыля Г.З., к.т.н. Касаткин Ю.Н., ст.н.с. Павчич М.П., д.т.н. Кузнецов В.С.

Ряд полезных советов при подготовке рукописи высказали проф. Боярский В.М., доц., к.т.н. Галузин В.М. и специалисты ОАО «Ленгидропроект» Цвиг А.М., Киселев В.Н., Стадник Д.С., Моденов Н.В., Кузмичев А.П., Нейковский А.Н.

9

Всем им авторы выражают глубокую благодарность за помощь.

Особую благодарность авторы выражают студенту Головковой Н.В. и ассистенту Полухиной Н.В. за неоценимую помощь в подготовке и оформлении материалов учебника к изданию.

10

РАЗДЕЛ I. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ СТРОИТЕЛЬСТВА

ГЛАВА 1. Общая схема возведения речных гидротехнических сооружений

1.1. Особенности гидротехнического строительства

Строительство гидротехнических сооружений имеет по сравнению со строительством других промышленных сооружений ряд существенных особенностей, которые в большой мере влияют на производство работ, очередность и сроки возведения сооружений. Рассмотрим основные из них.

Высокая степень зависимости типа и конструкции основных сооружений гидроузла от местных природных условий (топографических, геологических, гидрологических, климатических), присущих только данному строительству.

Различие в топографических условиях вызывает различие в компоновке сооружений, в размещении производственных баз строительства и их удаленности от районов сосредоточения основных объемов работ.

Различие в инженерно-геологических условиях диктует разнообразие типов сооружений и их конструкций, применение местных материалов, бетона, железобетона и т. д. Это в свою очередь вызывает необходимость проведения разных видов основных работ (бетонных, земляных), применения соответствующей по видам и мощностям строительной техники, возведения нужных подсобных предприятий.

Особенностью строительства гидроузлов в горных районах, кроме того, является необходимость учета таких опасных явлений, как обвалы и оползни, снежные лавины и селевые потоки, являющиеся результатом развития здесь экзогенных геологических процессов. Это вызывает необходимость принятия соответствующих мероприятий по предотвращению этих опасных явлений.

Различия в климатических условиях (от умеренно благоприятных в южных районах страны до особо суровых в северо-восточных районах) вызывают различия, прежде всего в организации труда и быта работающих, для эффективного и качественного ведения работ. Например, в зависимости от климатических условий предусматриваются различные мероприятия по организации зимнего бетонирования, устройству насыпей намывом и сухим способом в зимних условиях и т. п. Климатические условия существенно влияют и на производительность труда работающих.

Разнообразие основных сооружений в составе гидроузла, практическое отсутствие повторяющихся объектов. Эта особенность обусловливает различную технологию возведения объектов и иной, чем на других видах строительства, подход к организации строительства.

Типизация и однотипность конструктивно-технологических решений возможны в основном только внутри каждого отдельного сооружения (однотипные секции плотины, здания ГЭС, однотипные блоки бетонирования, карты отсыпки и т. п.). Отсутствие однотипности сооружений вызывает изменение состава и объемов работ в ходе строительства. В один период могут превалировать земляные работы, в другой — бетонные, в третий — монтажные и т. д.

Необходимость организации пропуска естественных расходов реки (так называемый «пропуск строительных расходов») через створ строящегося гидроузла в течение всего периода строительства. Эта особенность гидротехнического строительства наиболее сильно влияет на очередность строительства основных сооружений, расположенных в русле реки. Поскольку на протяжении всего строительства через створ гидроузла идет определенный водоток, то невозможно развернуть строительство по всему фронту и равномерно возводить все сооружения, а требуется строить гидроузел по частям, предусматривая места для пропуска расходов водотока. Все это требует четкой увязки графика возведения отдельных частей сооружений и

11

последовательности работ с гидрологическими условиями реки и соответствующего выбора схем пропуска строительных расходов на различных этапах строительства.

Отдаленность строящихся гидроузлов от существующих транспортных магистралей, а также от промышленно развитых городов и объектов стройиндустрии. Строящиеся крупные гидроузлы в настоящее время располагаются, как правило, в малообжитых районах Сибири и Дальнего Востока, где отсутствует развитая сеть дорог, линий электропередачи, объектов стройиндустрии. Все это вызывает необходимость строительства новых автодорог, железнодорожных и водных путей, перевалочных баз, создания собственных производственных баз.

Большие общие объемы работ, высокая стоимость и длительные сроки строительства. Эта особенность вызывает, прежде всего «замораживание» капиталовложений. Для уменьшения отрицательного эффекта «замораживания» требуется такая организация и технология строительства, которая обеспечивает ввод первых мощностей объекта (первого агрегата ГЭС, ГАЭС, первого блока насосной станции и т. п.) при недостроенных сооружениях с последующим постепенным наращиванием мощности и достройки плотины до проектной отметки.

Затопление и подтопление территорий, связанное с созданием водохранилищ и оказывающее существенное влияние на экологические условия районов. Это вызывает необходимость организации работ по подготовке ложа водохранилища к заполнению и тесной увязки графика выполнения этих работ с графиком возведения основных сооружений и наполнением водохранилища. Строящиеся в последнее время гидроузлы имеют, как правило, комплексное назначение. Они одновременно решают многие народнохозяйственные задачи, затрагивают и учитывают интересы многих отраслей народного хозяйства, в частности энергетики, водного хозяйства, водного транспорта, рыбного хозяйства, лесного хозяйства, сельского хозяйства и др. Назначение гидроузла диктует определенные требования к очередности и срокам возведения сооружений.

Все рассмотренные особенности вызывают необходимость индивидуального подхода к решению отдельных вопросов производства работ и организации гидротехнического строительства по сравнению с другими видами строительства. Рис. 1.1.-1.4.

12

Рис. 1.1. Строительство Саяно-Шушенской ГЭС с прочно-гравитационной бетонной плотиной

Рис. 1.2. Строительство Бурейской ГЭС с гравитационной бетонной плотиной с использованием укатанного бетона

13

Рис. 1.3. Строительство Вилюйской ГЭС-3 с земляной плотиной

Рис. 1.4. Строительство Саяно-Шушенской ГЭС. Комплекс сооружений бетонного хозяйства.

1.2. Периоды подготовки и строительства гидротехнических сооружений

От возникновения идеи о строительстве какого-либо объекта, особенно крупного гидротехнического сооружения, до окончания строительства этого объекта проходит достаточно длительный период времени, насчитывающий иногда десятки лет. В течение этого времени последовательно решаются задачи, обеспечивающие в конечном итоге строительство объекта в определенной последовательности и в определенные сроки. Как и в любом отдельном технологическом процессе в целом, в подготовке и строительстве гидротехнических сооружений существует определенная очередность выполнения различных работ, обеспечивающая наиболее рациональную организацию и выполнение поставленной цели.

Всоответствии с этим общую продолжительность подготовки и строительства сооружений принято делить на отдельные периоды. В гидротехническом строительстве принято выделять периоды, относящиеся к общей проектной подготовке строительства и к непосредственному строительству.

Впроектной подготовке строительства выделяются: период перспективного (внестадийного) проектирования и период составления проекта.

Впериод перспективного проектирования выявляются возможные пути развития соответствующей отрасли народного хозяйства (например, гидроэнергетики, водного хозяйства) и наиболее эффективная очередность строительства объектов для их реализации. Для первоочередного объекта, намечаемого к строительству, выполняются

14

внестадийные проектные проработки, подтверждающие технико-экономическую целесообразность его строительства.

В период составления проекта осуществляются детальные проектно-изыскательские и исследовательские работы по обоснованию конструктивно-технологических, организационных, экономических и экологических решений по строительству данного объекта. В этот период определяются и утверждаются все основные организационные условия, состав участников, основные ресурсы и сроки строительства, поэтому в решении этих вопросов должны участвовать не только проектные организации, но и будущие строители и эксплуатационники. Этот период нельзя рассматривать только как проектный, а правильнее — как период составления проекта и организационной подготовки строительства.

В периодах, относящихся непосредственно к осуществлению гидротехнического строительства, принято выделять минимум три (хотя в принципе их может быть и больше): подготовительный, основной и заключительный.

Первый период — подготовительный. Главная задача подготовительного периода — подготовка строительства к ведению работ по основным сооружениям. Сюда входит строительство транспортных, энергетических и всех других инженерных коммуникаций, определенной части производственной базы, определенной части жилпоселка и других сооружений, т. е. подготовка всех тылов, обеспечивающая начало ведения основных работ и последующее их развитие необходимыми темпами. По продолжительности этот период охватывает время от начала строительства (открытия титула объекта) до начала работ по возведению основных сооружений (начало земляных работ в котловане основных сооружений, укладка бетона в основные сооружения, отсыпка материала в тело плотины и др.). В этот период должны быть закончены строительством основные объекты производственной базы (бетонное хозяйство, автобазы и др.). Часть сооружений производственной базы может быть построена и позже, т. е. параллельно с началом основных работ, но при условии, если это не сдерживает намеченную интенсивность работ.

Второй период — основной. Главная задача этого периода — возведение основных сооружений в объеме, необходимом для пуска объекта на полную мощность. Практически в этот период должны быть закончены все сооружения объекта, необходимые для его эксплуатации. По продолжительности этот период охватывает время от начала работ в котловане основных сооружений до пуска объекта во временную эксплуатацию. Этот период, как правило, характеризуется высокими темпами строительства. Годовые объемы работ достигают20—25% и более от общего объема.

Третий период — заключительный. Главная задача этого периода — подготовка и сдача объекта в постоянную промышленную эксплуатацию. В этот период заканчиваются все работы по объекту, не включенные во второй период к моменту пуска объекта во временную эксплуатацию. В основном— это доделки по основным сооружениям: отделочные работы, работы по благоустройству территории промзоны и жилпоселка, рекультивационные работы по карьерам строительства, ликвидация временных предприятий строительства и т. п. По продолжительности этот период охватывает время от пуска объекта во временную эксплуатацию до приемки объекта государственной приемочной комиссией в постоянную эксплуатацию.

Для крупных гидроэнергетических и других объектов, имеющих большую мощность с большим количеством агрегатов и длительные сроки наполнения водохранилища, ввод мощностей предусматривается, как правило, последовательно и растягивается на длительный период. В этом случае рационально выделять не три, а четыре периода, разбивая основной период на дополнительные периоды, отражающие пуск первых агрегатов и последующее наращивание мощности объекта до проектной. А именно: первый период — подготовительный; второй—основной по пуску первых агрегатов; третий — основной по наращиванию мощностей до проектной; четвертый —

15

заключительный. Подготовительный и заключительный периоды в этом случае имеют те же самые главные задачи, что и при разбивке на три периода. Главной задачей основного периода по пуску первых агрегатов является выполнение работ в минимальных объемах, необходимых для пуска первых агрегатов ГЭС на промежуточных отметках водохранилища, в том числе возведение сооружения напорного фронта до пусковых отметок первых агрегатов ГЭС, возведение монтажной площадки и здания ГЭС в объемах, необходимых для пуска первых агрегатов, т. е. выполнение пускового комплекса первых агрегатов. При этом должна быть учтена возможность последующего развития работ по другим агрегатам без остановки действующих.

Принятое деление общего срока строительства на отдельные периоды носит несколько условный характер, в связи с тем, что они тесно взаимосвязаны, и при строительстве гидроузлов в соответствии с конкретными условиями часто происходит совмещение работ отдельных периодов и этапов. Однако в целом такое деление более четко определяет главные задачи строительства на данном отрезке времени, а также главные направления в организации и планировании работ.

1.3. Этапы возведения сооружений и пропуска строительных расходов

Общую задачу каждого периода целесообразно разбивать на ряд более частных задач и выделять внутри каждого периода соответствующие этапы. Поскольку масштабы задач для разных строек могут быть различными, то и количество этапов может быть различным. Однако практика гидротехнического строительства выработала подходы к рациональному выделению этапов. Так, в основном периоде для речных гидротехнических сооружений целесообразно выделять минимум пять этапов, связанных с очередностью возведения сооружений с учетом пропуска строительных расходов и наполнения водохранилища.

I этап — возведение сооружений, необходимых для перекрытия русла; II этап — перекрытие русла;

III этап—наращивание сооружений до отметок, необходимых для начала наполнения водохранилища;

IV этап — наполнение водохранилища до отметок пуска первоочередных агрегатов;

V этап—наращивание сооружений и наполнение водохранилища до проектных отметок с последовательным, поочередным пуском всех агрегатов.

Каждому из этих этапов соответствует своя схема пропуска строительных расходов и переход от одного этапа к другому сопровождается соответствующими изменениями этой схемы.

На I этапе основного периода возведение необходимых сооружений осуществляется, как правило, за перемычками, а пропуск строительных расходов производится по естественному руслу реки с различной степенью его стеснения этими перемычками. Внутри котлована строятся сооружения, через которые будут пропускать строительные расходы на последующих этапах строительства. Эти сооружения бывают различных видов в зависимости от компоновки и типов основных сооружений;

Это могут быть как специальные временные сооружения, построенные только для пропуска строительных расходов (каналы, туннели, донные трубы), так и различные отверстия в постоянных бетонных сооружениях (отверстия в виде «гребенки», донные отверстия и т.д.).

В принципе следует стремиться к использованию основных сооружений гидроузла для пропуска строительных расходов, т.е. к совмещению строительных и эксплуатационных водосбросов, при невозможности этого варианта нужно прибегать к устройству специальных временных отверстий в основных сооружениях и только в крайнем случае предусматривать специальные временные сооружения.

Основные мероприятия и виды работ на первом этапе включают:

∙возведение перемычек первой очереди;

16

∙организацию водоотлива и водопонижения в котловане;

∙выемку мягких и скальных грунтов под сооружения;

∙бетонные работы на участках бетонных сооружений;

∙насыпь грунтов на участках земельных сооружений;

∙монтаж гидромеханического оборудования строительных отверстий.

Положение и конструкция перемычек должны быть увязаны с возможным стеснением русла, геологическими условиями основания и наличием местных материалов.

Перемычки относятся к временным сооружениям 4 класса капитальности. Отметки гребня должны соответствовать горизонтам воды при пропуске расчётных расходов 5% обеспеченности. Иногда при особых обоснованиях перемычки относят к 3 классу капитальности с расчетными строительными расходами 3% обеспеченности.

Система водоотлива и водопонижения должна быть увязана со свойствами грунтов основания и перемычек.

Бетонные части сооружения, необходимые для перекрытия русла и пропуска строительных расходов после перекрытия возводятся полностью. Остальные сооружения возводятся в минимальном объёме, необходимом для создания напорного фронта при перекрытии и пропуске последующего расчётного паводка.

На II этапе в процессе перекрытия русла осуществляется постепенное переключение расходов из естественного русла на сооружения, построенные во время I этапа.

Перекрытие русла включает следующие основные мероприятия и работы:

∙предварительное стеснение русла на участке перекрытия до расчётного прорана;

∙отсыпка каменного банкета в проране (перекрытие прорана);

∙отсыпка фильтров и материала тела перемычки до отметок перекрытия;

∙наращивание перемычки по высоте до отметок, необходимых для пропуска

расчетного строительного расхода (паводка).

Перекрытие русла обычно начинается в осенний период с малыми расходами (сентябрь, октябрь месяцы). В предшествующий период с относительно сниженными меженными расходами производят дополнительное сужение русла путём отсыпки мягких грунтов и горной массы с берегов с оставлением прорана. Перекрытие этого прорана осуществляется обычно отсыпкой горной массы с крупными камнями и бетонными кубами.

На этом этапе очень важным является выбор способа перекрытия. В основном применяется два способа перекрытия: пионерный и фронтальный.

Пионерный способ заключается в постепенной отсыпке каменного банкета в проран с берегов.

Фронтальный способ заключается в одновременной отсыпке банкета по всей ширине прорана со специальных мостов.

Выбор способа зависит от расхода и скоростей при перекрытии, свойств грунтов в основании. Наиболее простой способ – пионерный, но критические скорости потока при этом способе выше, чем при фронтальном, поэтому он применяется при залегании в русле трудно-размываемых грунтов (аллювий, валуны и др.). При наличии в основании сильноразмываемых грунтов (песков) приходится применять фронтальный способ.

Банкет перекрытия отсыпается в пределах будущей перемычки в перекрываемом русле для возможности возведения в русле основных сооружений. Эту перемычку начинают возводить сразу после отсыпки банкета, сначала до отметок перекрытия, а затем на третьем этапе – до проектных отметок, соответствующих расчетным горизонтам верхнего бьефа при пропуске расчетных расходов.

Положение банкета и перемычки зависит от компоновки и конструкции основных сооружений на этом участке. При русловой компоновке с бетонными плотинами в русле банкет располагается с верховой стороны и входит в состав верховой перемычки второй

17

очереди. Для организации основных работ в котловане второй очереди параллельно возводится перемычка с нижнего бьефа.

При компоновках с однородными земляными плотинами в русле без устройства котлована второй очереди банкет перекрытия располагается с низовой стороны в пределах тела плотины с низовой стороны. При компоновках с неоднородными земляными плотинами с устройством котлована второй очереди банкет перекрытия и перемычка располагаются с верховой стороны. Необходимость устройства котлована второй очереди зависит от конструкции плотины.

На третьем этапе производится наращивание всех основных сооружений по всему напорному фронту. Пропуск строительных расходов осуществляется по ранее построенным сооружениям и отверстиям.

При компоновках с бетонными плотинами в русле требуется организация котлована второй очереди со всеми работами как и при организации котлована первой очереди на первом этапе. Возведение перемычек начинается сразу после перекрытия русла и должно быть закончено до наступления весеннего паводка. Высота перемычек и ее объемы должны быть увязаны с возможностью их возведения за этот период. Для этого выполняются специальные технико-экономические расчеты.

При компоновках с земляными плотинами в русле необходимость организации котлована второй очереди зависит от типа и конструкции плотины. При однородных плотинах, и отсутствии специальных сопрягающих устройств с основанием, котлован второй очереди не требуется, и отсыпка плотины ведется прямо в русло.

При неоднородных плотинах и наличии специальных устройств при сопряжении с основанием требуется устройство котлована второй очереди со всеми вытекающими мероприятиями и работами.

Вконце третьего этапа перед началом наполнения водохранилища должны быть выполнены мероприятия и работы для уменьшения и регулирования пропускной способности строительных отверстий в период наполнения водохранилища. По этим отверстиям с ограниченной пропускной способностью и осуществляется пропуск в нижний бьеф расходов при наполнении водохранилища и наращивании сооружений на четвертом этапе.

На четвертом этапе осуществляется наполнение водохранилища, и продолжается возведение сооружений до отметок пуска сооружений первой очереди.

Впериод наполнения водохранилища (IV этап) часть расходов реки должна задерживаться в водохранилище, а через створ гидроузла должны пропускаться только расходы, необходимые для удовлетворения нужд тех отраслей народного хозяйства, предприятия которых расположены ниже гидроузла. На этом этапе пропуск строительных расходов осуществляется через регулируемые отверстия с уменьшенной пропускной способностью. Для низконапорных сооружений это могут быть отверстия с их постепенным поочередным перекрытием и заделкой. Для высоконапорных гидроузлов предусматривается перестройка больших отверстий, расположенных на низких отметках у основания плотины, на малые с пониженной пропускной способностью или предусматривается устройство новых отверстий на высоких отметках в несколько ярусов. Эти отверстия включаются в работу по мере наполнения водохранилища и во всех случаях оборудуются затворами для регулирования пропускной способности.

Вконце четвертого этапа осуществляется пуск агрегатов первой очереди и построенные сооружения принимаются во временную эксплуатацию.

На пятом этапе происходит наращивание всех сооружений до проектных отметок, дальнейшее наполнение водохранилища и поочередный пуск всех агрегатов ГЭС.

Таким образом, для любых компоновок и принятых схем очередности возведения сооружений и пропуска строительных расходов можно выделить 5 четко выраженных этапов строительства и связанных с ними изменений уровня воды верхнего бьефа от начала работ по основным сооружениям до наполнения водохранилища (рис. 1.5).

18

Рис. 1.5. Этапы возведения сооружений и пропуска строительных расходов в основной период строительства

I, II, III, IV, V—этапы; 1 – уровни воды в, реке в естественных условиях при пропуске расчетного расхода; 2 – уровни воды в верхнем бьефе в период строительства после перекрытия русла; 3 – рост отметок верха сооружений напорного фронта

Некоторые примеры схем пропуска строительных расходов (II – III этапы) на построенных гидроузлах приводятся в табл.1.1.

1.4. Особенности этапов возведения гидроузла и пропуска строительных расходов при различных компоновках основных сооружений

19

Существенное влияние на схему пропуска строительных расходов на различных этапах строительства и на организацию строительства в целом оказывает компоновка основных сооружений. Различают три основных типа компоновки: русловую, пойменную и береговую или деривационную.

Русловая компоновка. При русловой компоновке все бетонные сооружения гидроузла (плотина, здание ГЭС) располагаются в естественном русле реки. Этот тип характерен для рек, не имеющих поймы и протекающих в относительно сжатых руслах, в скальных или малоразмываемых берегах. Такая компоновка свойственна в основном высоконапорным гидроузлам с бетонными плотинами.

Для пропуска строительных расходов при таких компоновках используются в основном так называемые донные отверстия.

При плотинах высотой более 150 м отверстия располагаются в 2 яруса по высоте. Принципиальные схемы этапов возведения сооружений и пропуска строительных

расходов при этой компоновке приведены на рис. 1.6.

Рис. 1.6. Этапы возведения сооружений и пропуск строительных расходов при русловой компоновке

20

(продольный разрез по оси плотины; разрезы по секциям плотины: А—А— по водосливной секции, Б—Б — по секции станционной плотины и зданию ГЭС с агрегатами II очереди, В—В — по секции станционной плотины и зданию ГЭС с агрегатами I очереди; плановые схемы этапов) 1—секции плотины; 2—большие донные отверстия I очереди; 3— бетонная пробка; 4—малые донные отверстия II очереди с затворами для регулирования уровней и расходов в период наполнения водохранилища; 5—раздельный устой; 6 — продольная перемычка 1 очереди: 7 — временный водоприемник агрегатов I очереди: 8— постоянные водоприемники ГЭС; 9—постоянные водосбросные отверстия: 10 — выштрабленная подводная часть здания ГЭС; 11—подводная часть здания ГЭС: 12—шатер здания ГЭС; 13—верховая и низовая поперечная перемычки I очереди; 14 — котлован I очереди; 15—банкет перекрытия: 16—проран в русле реки; 17—проран в перемычках I очереди; 18—котлован II очереди; 19—перемычки II очереди; I,II,III,IV,V – этапы возведения сооружений

Основной особенностью такой компоновки является двухочередная схема возведения сооружений.

Сначала на первом этапе строятся перемычки первой очереди, и создается котлован первой очереди. При этом продольная перемычка располагается практически в русле, значительно стесняет русло, поэтому ее положение и конструкция требуют соответствующего обоснования.

В этом котловане возводится часть плотины с донными отверстиями, необходимыми для перекрытия и пропуска строительных расходов на последующих этапах.

После перекрытия русла строятся перемычки второй очереди и создается котлован второй очереди. В этом котловане сначала строятся прискальные части плотины и станционного узла, а затем осуществляется наращивание всех напорных сооружений по всему напорному фронту.

Рис. 1.6.а. Зейская ГЭС. Этап № 1. Возведение сооружений, необходимых для перекрытия русла. Подготовка к затоплению котлована первой очереди.

21

На II этапе осуществляется перекрытие русла реки и постепенное переключение расходов через построенные временные отверстия в плотине. Особое внимание здесь должно уделяться тщательной разборке перемычек 1-й очереди в подводящем и отводящем каналах водопропускных отверстий (для уменьшения перепадов и скоростей при перекрытии русла). После перекрытия осуществляется возведение перемычек 2-й очереди и откачка котлована 2-й очереди.

Рис. 1.6.б. Зейская ГЭС. Этап № 2. Перекрытие р. Зеи 13 октября 1972 г.

На III этапе осуществляется наращивание бетонных сооружений по всему напорному фронту до отметок, необходимых для начала наполнения водохранилища. Пропуск строительных расходов на этом этапе осуществляется через различные донные отверстия, выполненные в теле плотины. Отверстия оборудуются необходимыми затворами и подъемными механизмами. Существенной особенностью этого этапа при русловой компоновке является необходимость устройства перемычек и котлована 2-й очереди для возможности возведения бетонных сооружений на участке перекрытия русла. Другой особенностью является то, что на этом этапе, как правило, выполняются основные объемы бетонных работ. Именно на этом этапе по всей ширине створа реки на большую высоту возводятся основные сооружения напорного фронта; основные объемы бетонных работ выполняются и по зданию ГЭС. В связи с этим данный этап является наиболее продолжительным.

С целью уменьшения объемов работ, выполняемых к пуску первых агрегатов, напорные бетонные сооружения на этом и последующих этапах, как правило, выполняются с выштрабленным профилем.

22

Рис. 1.6.в. Зейская ГЭС. Этап № 3. Наращивание по всему фронту для начала наполнения водохранилища

На IV этапе осуществляются наполнение водохранилища до отметок пуска первых агрегатов ГЭС и пуск этих агрегатов. Параллельно с наполнением водохранилища осуществляются наращивание фронта бетонных сооружений, возведение здания ГЭС и монтаж агрегатов. Для обеспечения наполнения водохранилища пропуск строительных расходов в этот период осуществляется через отверстия с пониженной пропускной способностью. С этой целью отверстия III этапа оборудуются затворами, способными регулировать расходы в период наполнения водохранилища и перекрывать эти отверстия при наполненном водохранилище.

При невозможности устройства таких затворов (при больших размерах отверстии и напорах) большие донные отверстия III этапа перестраиваются на малые отверстия и снабжаются соответствующими затворами. Такие решения осуществлены, например, на строительстве гидроузлов Красноярской, Зейской и других ГЭС с бетонными плотинами высотой 100—150 м. При больших напорах приходится устраивать донные отверстия в несколько ярусов, закрывая постепенно нижние ярусы отверстий и подключая для пропуска расходов верхние ярусы по мере наполнения водохранилища. Для пропуска строительных расходов и их регулирования в периоды переключения расходов с одного яруса на другой предусматриваются специальные отверстия небольшого сечения с затворами и оборудованием, рассчитанными на большие напоры. Такое решение осуществлено на строительстве Саяно-Шушенской ГЭС с арочногравитационной плотиной высотой 240 м, Нурекской, Рогунской и других ГЭС.

23

Рис. 1.6.г. Зейская ГЭС. Этап № 4. Возведение сооружений до отметок пуска первого агрегата

На V этапе осуществляется достройка сооружений до проектных отметок и поочередный пуск всех агрегатов на полную мощность. Пропуск необходимых расходов через створ гидроузла в этот период осуществляется уже через работающие агрегаты ГЭС. При необходимости и в период паводков к ним подключаются те же временные отверстия, что и на IV этапе. Последние постепенно закрываются и заделываются, а пропуск расходов переключается на постоянные водосбросные отверстия по мере их готовности и наполнения водохранилища. Объемы работ этого этапа соответствуют разности объемов работ, выполненных к пуску первых агрегатов, и объемов работ в целом. При пуске ГЭС на промежуточных отметках водохранилища и выштрабленном профиле плотины эта разница может быть очень существенной и превышать 50%. Так, на строительстве Зейской ГЭС к пуску первых агрегатов было выполнено 50% объема бетонных работ по плотине и освоено 48% капиталовложений. На строительстве Саяно-Шушенской ГЭС, соответственно 33 и 42,4%. Продолжительность V этапа зависит от объемов выполняемых работ, возможных сроков наполнения водохранилища и потребностей энергосистемы в наращивании мощностей. При больших объемах водохранилищ, достигающих одного объема годового стока реки и более, сроки их наполнения растягиваются на несколько лет. Так, объем водохранилища Зейской ГЭС составляет приблизительно 3 объема годового стока реки и на его наполнение потребовалось 5 лет.

24

Рис. 1.6.д. Зейская ГЭС. Этап № 5. Возведение сооружений до проектных отметок

Пойменная компоновка. При пойменной компоновке основные бетонные сооружения (водосливная плотина здание ГЭС, водозаборы, шлюз и др.) обычно располагаются в пойме на одном или обоих берегах, а в русле реки располагается глухая земляная плотина. Эта компоновка свойственна в основном низконапорным гидроузлам на реках, протекающих в легкоразмываемых мягких грунтах.

Для пропуска строительных расходов при этой компоновке обычно используются выштрабление пролетов водосливной плотины (так называемая «гребенка») и другие различные отверстия в плотине и в здании ГЭС.

Принципиальные схемы этапов возведения сооружений и пропуска строительных расходов при этой компоновке даны на рис. 1.7.

25

берегах. В связи с этим на I этапе до перекрытия русла выполняется основная часть работ по основным сооружениям, что делает этот этап наиболее продолжительным.

На II этапе осуществляется перекрытие русла и переключение пропуска воды с естественного русла на отверстия, построенные на первом этапе.

На III этапе осуществляется возведение руслового участка плотины и наращивание напорных бетонных сооружений и здания ГЭС. Особенностью этого этапа является то, что для возведения руслового участка плотины, как правило, не требуется устройства перемычек и котлована 2-й очереди. Земляные плотины, обычно намывного типа, на русловом участке возводятся способом гидромеханизации с первоначальным намывом грунта в году. Пропуск строительных расходов на этом этапе осуществляется через те же отверстия, что и при перекрытии русла. Для пропуска паводковых расходов используются дополнительно все другие постоянные и временные отверстия в здании ГЭС. При наличии в составе гидроузла судопропускных сооружений они также могут быть использованы для пропуска расчетного паводка.

На IV этапе осуществляются наполнение водохранилища и пуск первоочередных агрегатов. Особенностью этого этапа для пойменной компоновки является то, что водохранилища для низконапорных ГЭС обычно имеют небольшой объем и для их наполнения требуется очень короткое время.. Наполнение водохранилища при схеме пропуска расходов через гребенку обеспечивается постепенным поочередным закрытием отверстий гребенки и наращиванием отметки порога до постоянной в несколько приемов.. Количество этапов перекрытия «гребенки» и шаг ее наращивания определяются гидравлическими расчетами в соответствии с заданными темпами наполнения водохранилища и расходами реки.

На V этапе осуществляются достройка сооружений до проектных отметок и поочередный пуск всех остальных агрегатов на полную мощность.

Береговая или деривационная компоновка. При этой компоновке бетонные сооружения (здание ГЭС, водосброс) располагаются обычно на берегах или бортах долины, а русло реки перекрывается земляной или каменно-набросной плотиной. Принципиальные схемы этапов возведения сооружений и пропуска строительных расходов показаны на рис. 1.8.

27

Рис. 1. 8. Этапы возведения сооружений и пропуска строительных расходов при береговой или деривационной компоновке (продольный разрез по оси плотины; разрезы по сооружениям: А—А — разрез по каменно-набросной плотине; Б—Б — разрез по строительному тоннелю: I – V - плановые схемы этапов).

1—русло реки; 2—плотина; 3—строительные тоннели; 4—временный напорный трубопровод первого пускового агрегата ГЭС; 5 — постоянные водоводы агрегатов ГЭС; 6 -банкет перекрытия и верховая перемычка; 7—низовая перемычка плотины; 8—упорные призмы плотины; 9—ядро плотины; 10—верховой портал строительного тоннеля; 11— низовой портал строительного тоннеля; 12 — бетонная пробка; 13—донное отверстие II очереди с затворами для регулирования уровня и расходов в период наполнения водохранилища; 14—эксплуатационный водосброс; 15 - перемычка верховых порталов строительного тоннеля; 16—перемычка низовых порталов строительного тоннеля и здания ГЭС; 17 — временный водоприемник первого пускового агрегата ГЭС; 18 — подземная ГЭС; 19—отводящие тоннели ГЭС; 20—постоянные водоприемники агрегатов ГЭС.

Для пропуска строительных расходов при этой компоновке обычно предусматривают тоннели в скальных берегах или донные трубы вдоль одного из берегов.

Первые схемы применяются обычно при узких створах (Токтогульский, Рогунский и другие гидроузлы), вторые—при относительно широких створах (Мингечаурский и

28

Колымский гидроузлы). Как те, так и другие могут быть временными, предназначенными только для пропуска строительных расходов, или постоянными, совмещенными с эксплуатационными водосбросными сооружениями. При относительно широких створах применяется схема с траншеями, выполненными в берегах (Вилюйская ГЭС).

На первом этапе для строительства этих сооружений возводятся перемычки, как правило, мало стесняющие русло.

Особенностью II этапа—перекрытия русла при таких компоновках является то, что русло реки перекрывается банкетом полностью на всю ширину, и для возведения основных сооружений (плотины) в русле реки не требуется устройства продольных перемычек.

На III этапе пропуск строительных расходов осуществляется через построенные туннели или донные трубы. В основном русле реки, полностью перекрытом перемычками, возводится плотина. При возведении каменно-набросной плотины для строительства сопрягающихся с основанием элементов (зуба, галерей, ядра и т. д.) обычно требуется устройство котлована, для чего строятся верховая и низовая перемычки. Для уменьшения общей стоимости сооружений эти перемычки по возможности должны входить в верховую и низовую призмы плотины. При больших расчетных паводковых расходах для их пропуска могут применяться схемы с переливом через русловую плотину. В этих случаях строительные туннели или трубы и траншеи рассчитываются на пропуск только меженных расходов, а максимальные паводковые расходы пропускаются как через туннели, так и переливом через плотину. Наращивание плотины по высоте осуществляется в межпаводковые периоды. Для предотвращения размыва тела плотины при переливе через нее воды устраивается соответствующее крепление поверхности плотины, подвергающейся воздействию потока.

На IV и V этапах пропуск строительных расходов осуществляется через поочередно перекрываемые отверстия III этапа. Для уменьшения их пропускной способности и возможности их регулирования применяются решения, подобные тем, которые описаны при рассмотрении русловой компоновки. При одноярусном расположении туннелей большие сечения переоборудуются на малые путем устройства в туннелях бетонной пробки с соответствующими малыми отверстиями и высоконапорными затворами. При напорах более 100—150 м туннели устраиваются в несколько ярусов. Продолжительность IV и V этапов и объемы работ по основным сооружениям зависят, так же как и в русловой компоновке от параметров водохранилища, мощности водотока и потребностей народного хозяйства в наращивании мощностей.

Бесперемычные схемы возведения сооружений

Устройство перемычек и котлованов для возведения основных сооружений и сооружений для пропуска строительных расходов осложняет строительство в целом, увеличивает его стоимость и сроки. Стоимость сооружений для пропуска строительных расходов иногда превышает 10% стоимости основных сооружений, поэтому там, где это возможно, применяют бесперемычные способы возведения сооружений и пропуска строительных расходов, что может дать значительный эффект. Для возведения в русле подводных частей бетонных сооружений применяют кессоны, опускные колодцы и наплавные конструкции. Кессоны изготавливаются на берегу и на плаву доставляются к месту установки. Форма и размеры кессонов зависят от конструкции возводимых сооружений. Опускные колодцы применяются лишь в грунтах, допускающих их разработку подводным способом (главным образом гидромеханизацией).

Впоследнее время получает распространение метод возведения бетонных сооружений

спомощью наплавных конструкций. При этом способе готовые ячеистые железобетонные секции сооружения (плотины, здания ГЭС и др.) изготавливают насухо в специальных котлованах на берегу реки или водного бассейна. Затем котлован затапливают, конструкции всплывают и их на плаву транспортируют к месту установки. На месте установки плавучие секции постепенно осаживают на основание, которое заранее выравнивают черпанием или отсыпкой постели. В СССР этот способ, например, был

29

применен с успехом при строительстве Кислогубской приливной электростанции (ПЭС) и на строительстве защитных сооружений Ленинграда.

Земляные и каменно-набросные плотины также могут быть возведены без перемычек. Для плотин на малофильтрующем основании в этом случае применяют отсыпку банкета в текущую воду и затем присыпку или намыв тела плотины. Для каменно-набросных плотин на сильнофильтрующем основании возможна предварительная отсыпка в воду насыпи с последующим возведением на ней галерей и выполнением цементации их основания. При благоприятных топографических и геологических условиях возможно строительство грунтовой плотины мгновенным завалом русла грунтом с помощью направленного взрыва (плотины Медео и Байпазинской ГЭС).

Выбор варианта схемы пропуска строительных расходов

Выбор варианта пропуска строительных расходов происходит при комплексном учете всех особенностей гидротехнического строительства.

Должны быть уточнены условия пропуска паводков, льда, требования других потребителей и отраслей народного хозяйства.

Обычно составляются несколько проектных вариантов. Окончательный вариант, уточняемый по лабораторным исследованиям, должен обеспечивать: наибольшую надежность и простоту схемы пропуска строительных расходов (пропуска воды, льда, судов), минимальную стоимость работ.

Сделать однозначный выбор не всегда легко, так как, например, минимальный по объемам работ и стоимости водоотводящий тракт (туннель, канал) обычно требует устройства более высоких и дорогих перемычек, часто усложняет перекрытие русел и удорожает его. Для определения минимальной стоимости сооружений, необходимых для

пропуска строительных расходов, строят графики S = f ( Z), S = f (ωT ) (рис. 1.10).

Схема пропуска строительных расходов разрабатывается в проекте организации строительства на стадии ТЭО и стадии проекта. В дальнейшем отдельные элементы ее уточняются в ППР на стадии рабочей документации и в ходе строительства в соответствии с фактическими условиями.

30

Рис. 1.10. Графики и схемы к технико-экономическому выбору варианта пропуска строительных расходов (S — стоимость сооружений для пропуска строительных расходов;

Hп — высота перемычек; ωТ — площадь сечения туннеля; Z — перепад между горизонтами верхнего и нижнего бьефов)

1—график åS = f ( Z) ; 2—зона оптимальных значений Z(ωT , H п ) ; 3 — стоимость водосбросных сооружений; 4 — стоимость перемычек; 5 — стоимость перекрытия русла; 6

— верховая перемычка; 7—плотина; 8—низовая перемычка; 9 — водоотводящее сооружение (туннель).

Современные тенденции в выборе схем пропуска строительных расходов заключаются в стремлении: использовать для пропуска строительных расходов постоянные сооружения; свести к минимуму или исключить полностью специальные временные затворы для пропуска строительных расходов через бетонные сооружения и использовать эксплуатационное оборудование; использовать вышележащие водохранилища для снижения расходов строительного периода и особенно расходов при перекрытии русла; уменьшить размеры дорогостоящих специальных водопропускных отверстий (например, туннелей) за счет частичного сброса расходов через затапливаемые перемычки и недостроенные сооружения; использовать бесперемычные способы возведения сооружений и пропуска строительных расходов.

31

ГЛАВА 2. Производство специальных работ при пропуске строительных расходов^

2.1. Возведение перемычек

Перемычками называются временные напорные сооружения, предназначенные для ограждения котлованов от затопления их водой в период возведения гидротехнических сооружений или их ремонта.

Основные требования к перемычкам обусловливаются их назначением и временным характером. Как напорные сооружения перемычки являются плотинами и к ним предъявляются соответствующие требования с точки зрения устойчивости, прочности, водопроницаемости и защиты от воздействия потока воды. Как временные сооружения перемычки относятся к IV классу капитальности (в отдельных случаях к III) с соответствующим снижением коэффициентов запаса. Как сооружения разбираемые перемычки должны удовлетворять требованию легкости разборки.

В зависимости от условий возведения и работы перемычки подразделяются на речные и морские.

Речные перемычки принято различать в основном по двум признакам: по местоположению в русле реки относительно оси водотока и по конструкции и материалам. По первому признаку различают продольные, верховые поперечные и низовые поперечные перемычки (Рис.2.1.).

Рис. 2.1. Расположение перемычек и их элементов

I—продольная перемычка; 2—верховая поперечная перемычка; 3—низовая поперечная перемычка; 4—корень перемычки; 5 — верховой оголовок продольной перемычки; б— низовой оголовок продольной перемычки; 7—шпора

Обычно перемычки не допускают перелива через гребень. Однако, иногда применяют так называемые затопляемые перемычки, допускающие перелив через гребень перемычки при пропуске максимального расхода. Для возможности безопасного перелива воды через гребень затопляемых перемычек последние должны иметь соответствующую конструкцию и крепления гребня и откосов.

Плановые и высотные отметки перемычек определяются исходя из основных требований к ним применительно к конкретным условиям работы и местоположению.

Расчеты устойчивости, прочности и водопроницаемости выполняются по методам и формулам для подобного типа плотин с учетом временного характера перемычек (пониженного класса сооружений).

______________________________________________________________________________

^Подробное изложение этой темы дано в учебнике: В.И. Телешев «Организация, планирование и управление гидротехническим строительством» Учебник для ВУЗов – М.; Стройиздат,1989 – 416стр: илл.

32

Большое значение для безопасной эксплуатации перемычек имеет их правильное плановое расположение, которое позволяет добиться плавного сужения потока, избежать размывов перемычки и русла реки. Плановое расположение перемычек определяется условиями возможного сужения русла реки, размерами и формами сооружений и котлованов под них, допустимым приближением перемычек к основным сооружениям.

Для крупных сооружений плановое положение перемычек обычно уточняется лабораторными исследованиями. Наиболее ответственными являются продольные перемычки, а в них верховой и низовой оголовки. Верховой оголовок выполняется ряжевым или из металлического шпунта и предназначается для обеспечения плавного обтекания продольной перемычки.

Выбор типа перемычки

Тип перемычки выбирается на основе технико-экономического сравнения вариантов. При прочих равных условиях предпочтение отдается вариантам с максимальным использованием местных строительных материалов при минимальных затратах материальных и трудовых ресурсов.

Для уменьшения общей стоимости сооружений необходимо при выборе типа перемычек стремиться к включению перемычек в состав основных сооружений (земляных плотин, дамб) или к использованию отдельных частей основных сооружений в качестве перемычек (например, секций бетонных плотин, раздельных стенок).

Существенное влияние на тип перемычек оказывают компоновки гидроузлов и соответствующие им схемы пропуска строительных расходов.

Для пойменных компоновок характерно расположение перемычек в основном на пойме. В этом случае, как правило, стеснение русла не очень значительное. По конструкции эти перемычки могут быть самыми разнообразными в зависимости от наличия местных строительных материалов.

Для русловых компоновок характерно значительное сужение русла реки перемычками и двухочередное возведение бетонных сооружений в русле. Продольные перемычки подвергаются сильному размывающему воздействию потока воды, воздействию льда, а их размеры существенно влияют на степень сужения русла реки, поэтому продольные перемычки должны иметь возможно меньшие размеры поперечного профиля. Этим требованиям в наибольшей степени удовлетворяют ряжевые, шпунтовые и бетонные перемычки. Поперечные перемычки не стесняют русла реки, поэтому их, как правило, устраивают земляными различных конструкций в зависимости от наличия местных строительных материалов.

Для береговых и деривационных компоновок характерно расположение водосбросных сооружений для пропуска строительных расходов в берегах (туннели, донные трубы, траншеи). Перемычки для их возведения, как правило, мало стесняют русло, поэтому выполняются земляными. На II этапе перекрытие русла обычно осуществляется по всей его ширине, поэтому и перемычки возводятся сплошными, перекрывающими все русло. Их конструкция зависит от грунтов основания и конструкции плотины. Необходимо стремиться к тому, чтобы эти поперечные перемычки максимально входили в профиль плотины.

Перемычки из местных строительных материалов (земляные, каменно-земляные, каменно-набросные) являются наиболее распространенными, их конструкции подобны конструкциям плотин (Рис.2.2.). Главным преимуществом перемычек этого типа является их относительная дешевизна по сравнению с другими. Кроме того, эти перемычки допускают полную механизацию работ по их возведению, легко разбираются и могут применяться при любых напорах и высоте. В то же время им присущи такие недостатки, как большая ширина по основанию (распластанность) и недопустимость перелива через гребень. При необходимости последний недостаток возможно избежать путём применения специальной водосливной перемычки, в которой предусматривается соответствующее

33

крепление поверхности перемычки вдоль водосливного тракта. Такое решение было реализовано, например, на строительстве Хантайской ГЭС (рис. 2.2.а).

.

Рис. 2.2. Типы перемычек а) однородные, б), г) с грунтовым ядром, в) с грунтовым экраном, д) с экраном из

полиэтиленовых материалов, е) с диафрагмой.

Рис. 2.2.а. Водосливная перемычка Усть-Хантайской ГЭС смешанной конструкции 1 – ряж, 2 – бетонная плита, 3 – бетонный массив, 4 – бетонная масса, 5, 6 - негабариты

Ряжевые перемычки выполняют из ряжей. Ряж—это старинная гидротехническая конструкция из деревянных бревен или брусьев в виде клеток, заполненных грунтом. Преимуществом ряжевых перемычек является то, что они мало стесняют русло, хорошо противостоят воздействию больших скоростей воды и льда, допускают перелив через гребень.

Применяется два типа ряжевых перемычек: широкие и узкие (рис. 2.3). Широкие ряжи имеют ширину по основанию не менее 1,1 их высоты и обладают самостоятельной устойчивостью. Узкие ряжи имеют меньшую ширину по основанию (но не менее 0,66 их

34

высоты) и для обеспечения устойчивости на сдвиг имеют присыпки сыпучим грунтом с одной или с двух сторон

Рис. 2.3. Ряжевые перемычки (а—с широким ряжем, б—с узким ряжем)

1—шпунт; 2—ряж; 3—фильтрующие грунты основания, допускающие забивку шпунта; 4—водоупор; 5 — присыпка грунтом с нижнего бьефа; 6—фильтрующее основание, не допускающее забивки шпунта (наличие валунов); 7— противофильтрационная завеса; 8—присыпка трудно размываемым грунтом с верхнего бьефа (камень, горная масса)

Для обеспечения водонепроницаемости перемычек на напорной стороне ряжа устраивается обшивка из деревянного или металлического шпунта или устраиваются завесы различного типа.

Ряжевые перемычки могут возводиться как в летний, так и в зимний периоды. Организация и порядок работ в летний период обычно следующие: нижние части ряжа собираются на берегу на стапелях или плашкоуте (длина отдельных ряжей, изготовляемых на стапелях, обычно 25—35 м); затем ряжи спускаются на воду, буксируются к месту установки и осаживаются на дно. Посадка ряжей на дно осуществляется путем засыпки грунтом части ячеек ряжа.

В зимний период сборка нижних частей ряжа обычно проводится на льду над местом установки ряжа или рядом с ним. Далее создается майна, производится подготовка основания и постепенная посадка ряжа на дно.

Шпунтовые перемычки выполняются из деревянных или металлических шпунтов, расположенных в один (однорядные) или в два (двухрядные) ряда (рис. 2.4).

35

Рис. 2.4. Шпунтовые перемычки (а — однорядная без присыпки, б — однорядная с присыпкой, в — двухрядная (деревянная) с присыпкой

1—шпунт деревянный; 2—подкосы; 3—шпунт металлический; 4 — продольные крепления; 5—поперечные стяжки; 6—стяжные муфты

Работы по возведению шпунтовых перемычек выполняются в следующей последовательности: вначале по контуру перемычки через определенные расстояния забиваются отдельные шпунты (так называемые маячные сваи) и на них крепятся с двух сторон направляющие, образуя щель для последующей установки шпунтовых рядов. Шпунтовые ряды набираются и забиваются постепенно ступенями плавучими или сухопутными копрами или другими средствами погружения.

Ячеистые перемычки представляют собой замкнутую систему ячеек, набираемых из плоских металлических шпунтов с заполнением этих ячеек песчаным или каменным грунтом. Они отличаются большой жесткостью и достаточной устойчивостью. В зависимости от формы ячеек и соединения их между собой различают три типа ячеистых перемычек: цилиндрические, сегментные и цилиндрические со взаимно пересекающимися диафрагмами (комбинированные) (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Ячеистые перемычки (а — цилиндрические, б — сегментные, в — цилиндрические со взаимно пересекающимися диафрагмами)

Преимуществом всех ячеистых перемычек являются малое стеснение русла, хорошая сопротивляемость воздействию больших скоростей воды и льда. При прочих равных условиях они надежнее, менее трудоемки и более дешевы, чем ряжевые. Недостатками их являются большой расход металла и невозможность предварительной сборки и установки в текущую воду.

Ячеистые перемычки выполняют аналогично шпунтовым. Перед забивкой шпунта ячейки собирают на специальных шаблонах с замыканием замков. Основным механизмом для набора и установки шпунтов в шаблоны является сухопутный башенный кран, передвигающийся пионерно с берега по ранее сделанным ячейкам или сбоку по временной эстакаде или земляной дамбе. Плавучие краны применяются реже из-за опасности навала при волнении. Для забивки шпунта применяют пневматические молоты двойного действия, а в песчаных грунтах—вибромолоты. Засыпка ячеек сыпучим грунтом осуществляется грейферами, ленточными транспортерами или пионерно с берега автомашинами, а также путем замыва средствами гидромеханизации.

Бетонные перемычки выполняются из бетона в виде плотин, как правило, с анкеровкой в основание. Возводятся эти перемычки насухо под защитой вспомогательных (локальных) перемычек в меженный период или методом подводного бетонирования.

36

Преимуществами бетонных перемычек является минимально возможная ширина по основанию. Недостатки — большая стоимость, сложность возведения и разборки. Область применения таких перемычек ограничивается особо сложными условиями пропуска строительных расходов, где другие типы перемычек не могут быть применены. Необходимо стремиться к тому, чтобы бетонные перемычки не разбирались, а использовались в будущем в составе основных сооружений или в качестве различных частей основных бетонных сооружений.

Разновидностью бетонных перемычек являются перемычки из сборных железобетонных элементов: наплавные из массивов-гигантов, из железобетонных труб большого диаметра (1,5—9 м), из железобетонных шпал и т. д. Наплавные перемычки из массивов-гигантов (железобетонных ящиков) широко используются при строительстве в морских акваториях и на судоходных реках при условии неоднократного их использования.

Разборка перемычек

После возведения сооружений в котловане под защитой перемычек котлован затапливают, а перемычки, как правило, разбирают. В обязательном порядке разборке подвергаются те части перемычек, которые мешают дальнейшему ходу строительства или эксплуатации сооружений.

Разборка земляных перемычек вначале достаточно легко осуществляется экскаваторами, а затем—грейферами из-под воды или земснарядами (песчаные грунты). При благоприятных условиях (песчаные перемычки) возможно использовать саморазмыв перемычек в период перекрытия русла повышенными скоростями воды.

Особенно тщательно должна осуществляться разборка перемычек на трассах подводящих и отводящих каналов водосбросных сооружений и ГЭС. Недостаточная разборка перемычек на трассах водосбросных сооружений строительного периода ведет к увеличению перепада при перекрытии и усложнению перекрытия. Недостаточная разборка низовых перемычек котлованов ГЭС увеличивает потери в отводящем канале и уменьшает напоры на ГЭС.

2.2. Осушение котлованов

Способы осушения котлованов и области их применения

Котлованы под гидротехнические сооружения как правило находятся в условиях постоянного притока фильтрационных расходов через перемычки из реки и грунтовых вод. Для выполнения строительно-монтажных работ насухо приходится проводить комплекс мероприятий по осушению котлованов, включающий откачку воды из котлована и поддержание его в осушенном состоянии. При этом одними из основных требований при откачке и осушении являются обеспечение устойчивости откосов перемычек и котлована и сохранение естественной плотности грунтов в основании будущих сооружений. Именно эти требования в конечном итоге определяют способы осушения котлованов и последовательность выполнения мероприятий при их осуществлении.

В гидротехническом строительстве применяются в основном два способа осушения котлованов: способ открытого водоотлива и способ грунтового водопонижения.

37

значение Jдоп = 0.4 ; при E=10—20 Jдоп = 0,2 , а при Е>20 Jдоп = 0,1 . По данным ВОДГЕО, разрушающий градиент для несвязных грунтов близок по своему значению

величине = γ гр −1, гдеγ гр — плотность твердой фазы грунта. Дно котлована также находится под неблагоприятным воздействием гидродинамических сил фильтрационного потока, так как эти силы направлены вверх, что может вызвать разуплотнение грунтов основания против их естественной плотности или даже к выпору этих грунтов. При открытом водоотливе необходимо иметь в виду эти отрицательные воздействия, оценивать их и принимать соответствующие меры по исключению опасных последствий.

Рис. 2.7. Гидродинамическое воздействие фильтрационного потока на откосы и дно котлована при разных способах осушения котлована (а — открытого водоотлива, б — грунтового водопонижения)

1—уровень воды в реке; 2—перемычка; 3—откос котлована; 4—дно котлована; 5— уровень грунтовых вод в основании котлована; 6—кривая депрессии; 7 — гидродинамическая сетка движения грунтового потока; 8— линии тока и направление движения потока; 9—скважина грунтового водопонижения; 10—направление движения воды при осушении откосов и основания котлована; 11—водоупор, 12 – водосборная канава.

При грунтовом водопонижении, при откачке воды из отдельных скважин (колодцев) вокруг скважин образуется воронка понижения, или депрессии. В нижней своей части скважины оборудуются фильтрами, через которые вода поступает внутрь и оттуда уже откачивается теми или иными средствами. Таким образом, система грунтового

водопонижения представляет собой систему скважин, расположенных в грунте вне контура осушаемого котлована и оборудованных различными типами водопонизительных насосных установок. При этом способе имеется возможность так расположить скважины и выбрать их заглубление, что кривые депрессии фильтрационного потока будут располагаться внутри грунта, нигде не выклиниваясь на откосы котлована.

39

Больше того, градиенты напора в этом случае направлены не на разуплотнение и разрушение откосов и дна котлована, а наоборот, на их уплотнение (на этом принципе основан гидродинамический способ уплотнения грунтов). Грунты на откосах котлована при этом способе находятся в осушенном состоянии, что также увеличивает их устойчивость.

Наиболее простым и дешевым с точки зрения организации самой системы осушения является открытый водоотлив, не требующий другого оборудования, кроме обычных центробежных насосов.

Открытый водоотлив рационально применять для осушения котлованов, сложенных скальными, полускальными, гравийно-галечниковыми грунтами и плотными глинами, не вызывающих сомнений в части устойчивости откосов и целостности основания выемки при высачивании фильтрационного потока. Грунтовое водопонижение рационально применять для осушения котлованов, сложенных песчаными, супесчаными и другими подобными грунтами, легко подверженными суффозионным явлениям.

В случае осушения глинистых грунтов (супесей, суглинков), когда изложенные способы могут оказаться недостаточно эффективными из-за слабой водоотдачи этих грунтов, приходится прибегать к специальным способам водопонижения, например к способу электроосушения, при котором для интенсификации водоотдачи грунта используются процессы, связанные с воздействием электрического тока на воду и грунт.

Для решения конкретных вопросов, связанных с осушением котлована, разрабатывается соответствующий проект производства работ.

Первоначальная откачка воды из котлована

Для начала работ в котловане, огражденном перемычками, прежде всего, требуется откачать воду из этого котлована. Организация работ по первоначальной откачке котлована зависит от принятой схемы производства работ по выемке грунтов из котлована.

При разработке котлована сухоройными машинами первоначальная откачка воды производится открытым водоотливом из пространства, огражденного перемычками. Откачка осуществляется в основном центробежными насосами, легко приспосабливаемыми к работе при переменном режиме. В зависимости от глубины откачки насосы располагаются стационарно (на перемычке, бровке откоса и т. д.) или наплаву (на понтонах). Устанавливаются не менее двух насосов с обязательным наличием резервного.

Суммарный объем воды, откачиваемой из котлована, в основном слагается из первоначального геометрического объема воды в огражденном перемычками пространстве и дополнительного объема воды, поступающего за счет фильтрации через перемычки и их основание, через дно и откосы котлована и за счет поверхностного стока. Объем воды, дополнительно поступающей в котлован, определяется расчетами, однако определить его точно очень трудно. Практика строительства показывает, что объем первоначальной откачки котлована обычно превышает 2—3-кратную величину первоначального объема, что часто и принимают при отсутствии данных для более точных расчетов.

Продолжительность откачки котлована определяется допустимой интенсивностью откачки, которая зависит от устойчивости откосов перемычки и котлована при снижении уровней воды и суффозионной устойчивости грунтов в этих откосах. Допустимая интенсивность откачки на начальном этапе составляет, м/сут: 0,5—0,8—в котлованах из скальных и крупнозернистых грунтов; 0,3—0,4—в котлованах из среднезернистых песков; 0,15—0,2 — в котлованах из мелкозернистых грунтов. В дальнейшем по мере откачки происходят некоторое уплотнение грунтов тела перемычек и откосов котлована, их дополнительная кольматация и уменьшение фильтрационных расходов, что позволяет увеличить интенсивность понижения воды в котлованах из средне зернистых и крупнозернистых грунтов до 1—1,5 м/сут.

Интенсивность откачки снижают иногда и на конечном этапе при наличии опасности разрыхления грунтов основания фильтрационным потоком снизу, например, при залегании

40

в основании грунтов, малоустойчивых против суффозии (супеси, мелкозернистые или заиленные пески). Опасность разрушения основания может быть и при наличии напорных вод в водоносном горизонте ниже дна основания. Для предотвращения разрушения основания в случае наличия напорных вод ниже основания необходимо до разработки котлована снизить напор в водоносном горизонте до безопасной величины при помощи глубинных водопонизительных установок или разгрузочных скважин.

Первоначальная откачка котлована продолжается несколько дней и даже недель в зависимости от объема и глубины воды в котловане. Сроки откачки должны быть тесно увязаны с гидрологическими и климатическими условиями района, схемой разработки котлована.

Организация открытого водоотлива

Для поддержания котлована в осушенном состоянии при открытом водоотливе на дне котлована по его периметру устраивается открытый дренаж в виде полых или заполненных сильно фильтрующими материалами водосбросных канав, перехватывающих фильтрующую воду и отводящих ее к водосборным колодцам (зумпфам), из которых вода откачивается насосами за пределы котлована (рис. 2.8). Дренажные канавы и зумпфы располагаются, как правило, за пределами контура основания возводимых бетонных или других сооружений.

Рис. 2.8. Осушение котлована способом открытого водоотлива (а — план, б — разрез) 1—насосные установки; 2—приямки (зумпфы); 3 – водосборные канавки; 4 – котлован, 5

– перемычки; 6 – нагорная канава, 7 – уровень воды, 8 – поверхность грунта.

Все элементы открытого водоотлива выполняются сразу после первоначальной откачки котлована с последующим заглублением их по мере разработки и заглубления котлована.

Для открытого водоотлива наибольшее распространение получили насосы серии Д- одноступенчатые с рабочим колесом двухстороннего входа воды в колесо для подачи воды от 380 до 12500 м 3 /ч при напоре от 105 до 1370 кН/м 3 (10,5-137м водяного столба) (старое обозначение насосов НДв, НДс, НДн). Общая мощность и потребное количество насосных установок обычно меньше, чем при первоначальной откачке, и устанавливается расчетами

В течение всего периода водоотлива необходимо постоянное наблюдение за состоянием перемычек и откосов котлована, особенно в период прохождения паводков. В случае обнаружения сосредоточенных выходов мутной воды необходимо принимать срочные профилактические меры в виде отсыпки кольматирующего материала с напорной стороны, присыпки обратных фильтров с низовой стороны перемычек или даже откосов

41

котлована и др. Сосредоточенные пути фильтрации особенно часто имеют место при ряжевых перемычках. Противофильтрационные элементы перемычек должны находиться в надлежащем состоянии, что способствует уменьшению фильтрационных расходов и снижению стоимости водоотлива.

Очень важным требованием при организации водоотлива является обеспечение надежности его работы. Затопление котлована — чрезвычайный случай — и должны быть приняты все меры для его исключения. Для обеспечения надежности работы водоотлива предусматривается резервирование мощности насосов и источников их питания.

Организация грунтового водопонижения

Основными элементами грунтового водопонижения являются фильтровые скважины (колодцы) и водопонизительные насосные установки (см. рис. 2.9). Скважины (колодцы) располагаются по контуру осушаемого котлована или вдоль осушаемого участка вне его пределов. Плановое положение скважин относительно перемычек и дна котлована, их глубина определяются по результатам фильтрационных расчетов из условия обеспечения требуемой производительности и снижения уровня грунтовых вод.

Метод грунтового водопонижения является гибким в том отношении, что позволяет за счет изменения расстояния между скважинами осуществлять водопонижение в самых разнообразных по проницаемости грунтах.

Рис. 2.9. Осушение котлована иглофильтровыми установками (а – план, б – разрез) 1—иглофильтры; 2— насосная установка; 3 — сбросной трубопровод; 4—перемычка;

5—кривая депрессии.

Способы устройства и оборудования самих скважин и возможная их глубина зависят от типа применяемой водопонизительной установки. В гидротехническом строительстве применяются в основном четыре типа водопонизительных установок: иглофильтровые установки мелкого понижения; иглофильтровые установки глубокого понижения; глубинные водопонизительные установки в виде фильтровых колодцев с глубинными насосами; установки электроосушения.

Выбор типа водопонизительной установки должен учитывать ряд факторов, в том числе: глубину и площадь осушаемой территории, условия залегания грунтов и их фильтрационные свойства, условия разработки грунтов в котловане.

42

Водопонизительные иглофильтровые установки мелкого понижения (Рис. 2.9.а) состоят из комплекта часто расположенных иглофильтров, погруженных в грунт и присоединенных к насосу через общий всасывающий коллектор. Иглофильтр представляет собой колону из стальных труб малого диаметра длиной до 10 м, состоящих из надфильтровой части, фильтрового звена и наконечника с шаровым клапаном и с учетом потерь напора позволяет снижать уровень воды на 4-5 м. При глубине понижения более 4 —5 м легкие иглофильтры, возможно, устанавливать в несколько ярусов. (2-3 яруса или же переходить к водопонизительным установкам глубокого водопонижения). Число иглофильтров в комплекте от 40 до 150 шт., шаг между иглофильтрами 0,75 м, длина фильтрового звена 1 м, длина коллектора от 60 до 100 м. При больших длинах фронта водопонижения применяется несколько комплектов иглофильтров. Иглофильтры погружаются в грунт в собранном виде под действием собственного веса с помощью напорной струи воды, размывающей грунт под наконечником.

Рис. 2.9.а. Иглофильтровые установки: а) мелкого водопонижения, б) глубокого водопонижения

1 – всасывающий коллектор, 2 – вентиль, 3 – надфильтровая труба, 4 – гибкое соединение иглофильтра со всасывающим коллектором, 5 – фильтровое звено, 6 – шаровой клапан, 7 – фильтрующая засыпка, 8 – глиняный замок, 9 – эжектор,диффузор с насадкой, 10 – наружная труба, труба от насоса, 11 – водоотводящая труба, 12 – кривая депрессии.

Характеристики легких иглофильтровых установок привелены в табл. 2.1.

43

44

После прекращения водоотливных работ иглофильтры могут быть извлечены и использоваться в других местах. Извлечение иглофильтров производится при помощи кранов, талей или в легких грунтах—вручную.

Рис. 2.10. Установка иглофильтров (а — двухъярусная, б — в комплекте с открытым водоотливом, в — в комплекте с глубинными установками)

Наиболее эффективно применение иглофильтров в песчаных, песчано-гравелистых и супесчаных грунтах с коэффициентом фильтрации от 1 до 100 м/сут.

Основными достоинствами иглофильтровых установок мелкого понижения являются простота их конструкции и компактность, малая трудоемкость их установки и монтажа, быстрота действия при снижении уровня грунтовых вод, обусловленная частым расположением иглофильтров. К недостаткам следует отнести необходимость тщательной герметизации системы, высокую энергоемкость и малый коэффициент полезного действия.

Иглофильтровые установки глубокого понижения (эжекторные иглофильтровые установки) (Рис. 2.9.а) в принципе состоят из тех же элементов, что и легкие установки, но в них для увеличения глубины понижения грунтовых вод вместо обычных легких иглофильтров применяются эжекторные иглофильтры. Эжекторный иглофильтр отличается от легкого наличием внутри иглофильтра второй колонны труб эжекторного водоподъемника и несколько большими размерами.

Эжекторные установки, применяемые в гидротехническом строительстве (ЭИ-2,5, ЭИ- 4, ЭИ-6), имеют производительность от 3,6 до 36 м 3 /ч, количество иглофильтров в установке от 16 до 40, высота подъема воды эжектором 17-24 м. Расстояние между иглофильтрами не нормировано и устанавливается расчетами. Обычно оно колеблется от 5 до 15 м. Длина фильтрового звена 3-6 м. Характеристики эжекторных установок приведены в табл. 2.1.

45

Максимальная рациональная глубина понижения уровня грунтовых вод с помощью этих установок составляет до 20 м. Для обеспечения более глубокого понижения они могут быть устроены в два яруса и более, как и легкие иглофильтры.

Эжекторные установки имеют практически те же положительные качества, что и легкие иглофильтры. Существенными недостатками их являются: большой расход рабочей воды в водоструйном насосе и большой расход энергии, низкий коэффициент полезного действия и громоздкость установки из-за наличия водоструйного насоса.

Водопонизительные глубинные установки в виде фильтровых скважин, оборудованных артезианскими погружными насосами (Рис. 2.10.а,б) являются наиболее мощными. Водопонизительная установка из системы скважин, оборудованных артезианскими насосами, предназначена для понижения уровня грунтовых вод в котловане или для сеятия избыточного пьезометрического напора водоносного горизонта, залегающего под дном котлована. Водопонизительная установка из скважин состоит из следующих основных частей: 1) скважин, прпобуренных тем или иным способом; 2) артезианских насосов; 3) сбросного трубопровода; 4) водосборного коллектора и насосной станции перекачки (в случае необходимости). В табл. 2.2. приведены технические характеристики некоторых артезианских погружных насосов. Для откачки воды из скважин применяют насосы с погружным электродвигателем. Они применяются для понижения уровня грунтовых вод на глубину более 20 м в сложных гидрогеологических условиях, при больших размерах котлованов, больших дебитах воды и длительных сроках работ в котловане (рис. 2.10.а). Погружной артезианский насос типа АПТ или GVYK редставляет собой насосный агрегат, состоящий из секционного центробежного насоса и электродвигателя, валы которых соединены жесткой муфтой. Электродвигатель расположен внизу, насосный узел – над ним. Вода в него поступает через нижний всасывающий корпус, соединяющий насос с электродвигателем, а подается на поверхность через напорный сплав труб, на котором насос опускается в скважину.

Рис. 2.10.а.б. Водопонизительные глубинные установки: а) с электродвигателем наверху, б) с электродвигателем на забое.

46

1 – фильтровое звено, 2 – электродвигатель, 3 – надфильтровая труба, 4 – скважина, 5 – насос, 6

– трубопровод.

Таблица 2.2. Технические характеристики артезианских погружных насосов.

Насосы марки 12СП-18х11, предназначенные для подачи воды температурой до 20° С

из скважин диаметром не менее 325 мм.

Насосы типа ЭЦВ являются серией погружных насосов, котрые применяются для откачки воды из артезианских скважин. Основные узлы агрегата (насос, жлектродвигатель с кабелем и напорный трубопровод) расположены в скважине, а опорная плита с напорным коленом и станция управления электродвигателем – над скважиной. Насосы типа ЭЦВ – центробежные, многоступенчатые, секционные, вертикальные, с закрытыми лопастными колесами одностороннего хода.

По конструкции фильтровой колодец представляет собой колонну стальных труб большого диаметра (до 450 мм) с фильтровым звеном в нижней части. Длина фильтрового звена устанавливается в зависимости от условий работы и составляет обычно 5—15м.

47

Рис. 2.10.а. Схема организации осушения нескального котлована Чебоксарской ГЭС:

1 – контур здания ГЭС, 2 - поперечные перемычки, 3 - скважины грунтового водопопонижения с глубинными насосами, 4 - постоянные насосные открытого водоотлива, 5 - водосброрная траншея по дну реки, 6 - временные насосы открытого водоотлива, 7 – местная завеса из иглофильтров, 8 - фильтровая пригрузка из щебня

Для откачки воды из скважин применяются глубинные артезианские насосы, отличительной особенностью которых является возможность размещения рабочего органа (насоса) в скважине под уровнем горизонта грунтовых вод. Это позволяет обеспечить в принципе любую глубину откачки и подъема воды из скважины.

Технические характеристики артезианских погружных насосов приведены в табл. 2.1. Установки электроосушения применяются для осушения котлованов в коллоидных

грунтах с коэффициентом фильтрации менее 0,1—0,05 м/сут, слабо отдающих воду, где применение других видов водопонижения не дает эффекта (Рис. 2.11.).

Электроосушение грунтов основано на том свойстве, что при воздействии электрического тока на грунт на поверхности раздела твердой фазы с жидкой средой возникает разность потенциалов, причем вода принимает положительный заряд и движется к отрицательному электроду (электроосмос), а частицы грунта получают противоположный заряд и отжимаются от электрода одинакового с ним знака (электрофорез).

Для обоснования решений, принимаемых по осушению котлованов, необходимо в общем случае выполнить ряд расчетов, в том числе: притока воды в котлован при открытом водоотливе, подлежащей откачке на разных стадиях разработки котлована; объема воды при первоначальной откачке котлована; производительности средств откачки и их количества; приточности воды в котлован при грунтовом водопонижении; водоприемной способности скважин, их количества; расстояния между ними и глубины заложения.

48

Рис. 2.11. Электроосушение грунтов 1 — иглофильтры; 2 — металлические стержни; 3—коллектор; 4— генератор

постоянного тока; 5— насосная установка; 6 — кривая депрессии

Определение приточности воды в котлован производится по формулам, известным из теории фильтрации и приводимым в специальной литературе для различных расчетных случаев. В общем случае точное решение этой задачи в пространственных условиях достаточно сложно, поэтому чаще всего используются приближенные расчеты.

Для предварительного выбора способа водопонижения при различных условиях можно воспользоваться следующей таблицей:

49

Сокращение стоимости осушения котлованов

Наиболее простым способом осушения котлованов является открытый водоотлив, но область его применения ограничена в основном котлованами в скальных и плотных грунтах. В котлованах, сложенных мягкими грунтами, наиболее распространенным способом осушения является грунтовое водопонижение. Однако стоимость и объемы работ по монтажу и эксплуатации систем водопонижения значительны. Так, стоимость грунтового водопонижения достигает 5% стоимости строительно-монтажных работ по гидроузлу в целом. Наибольшие затраты по водоотливу связаны с эксплуатацией водопонизительных систем. Они составляют от 60 до 90% общих расходов на водопонижение. В связи с этим изыскание резервов сокращения стоимости осушения котлованов должно идти, прежде всего, по пути снижения эксплуатационных расходов. Решение этой задачи осуществляется в настоящее время по следующим основным направлениям: интенсификация водоотбора и повышение водозахватной способности водопонизительных средств; уменьшение общего расхода откачиваемой воды; выбор рациональных схем водоотлива и водопонижения на разных этапах в увязке с графиком и технологией производства работ в котловане; автоматизация системы водоотлива и водопонижения.

С целью интенсификации водоотбора разработаны и применяются горизонтальные дрены-фильтры в откосах котлованов, лучевые водозаборы, скважины с увеличенной входной поверхностью фильтрации (с уширенным основанием) (рис. 2.12). Экономия эксплуатационных затрат получается в этом случае за счет укрупнения насосов и уменьшения их числа.

50

Уменьшение общего расхода откачиваемой воды может быть обеспечено за счет максимального использования, где это только возможно, способа открытого водоотлива. Анализ расчетов показывает, что наименьший приток фильтрационных вод при прочих равных условиях имеет место при открытом водоотливе.

Рис. 2.12. Применение горизонтальных дрен (а — в комплекте с открытым водоотливом; б — в комплекте с иглофильтрами, в — в шахтном колодце)

1—горизонтальная дрена; 2—траншея открытого водоотлива; 3—насосная установка; 4 —кривая депрессии; 5—иглофильтр; 6—водосбросной коллектор; 7—дно котлована; 8— шахтный колодец

Эффективное снижение общего расхода откачиваемой воды может быть достигнуто за счет устройства и надлежащего содержания различных противофильтрационных завес в теле и основании перемычек (инъецируемых завес, стенок, экранов, понуров, кольматажа и др.). Существенное снижение расходов на водоотлив и водопонижение может быть достигнуто и за счет рационального проектирования этих систем в увязке с календарным графиком земляных работ в котловане.

Для сокращения сроков эксплуатации водопонизительных установок необходимо предусматривать максимально быструю разработку котлована, используя для этого современные мощные средства механизации. При наличии мощного водоносного слоя и соответствующих грунтов наилучшее решение даст подводная разработка земснарядами, выполняемая без водопонижения. Значительное снижение мощности водопонизительных установок и сокращение сроков их эксплуатации может быть достигнуто также путем форсирования работ по укладке бетона на нижних отметках и своевременной засыпки пазух по мере возведения сооружений.

Одним из путей снижения расходов в процессе эксплуатации выполненных систем водоотлива и водопонижения являются автоматизация работы этих систем. Автоматизация позволяет установить рациональный и экономичный режим эксплуатации всей системы и позволяет существенно сократить затраты на обслуживание и электроэнергию (до 40-60%).

2.3. Перекрытие русла реки

Способы перекрытия и области их применения

Перекрытие русла реки при строительстве речного гидроузла является одним из сложных этапов работ в общей схеме пропуска строительных расходов. Сущность процесса перекрытия заключается в переключении расходов воды в реке на заранее подготовленный на I этапе водоотводящий тракт (различные отверстия, туннели, каналы) путем постепенного или мгновенного завала русла различного рода материалами (песчаногравелистой смесью, горной массой, сортировочным камнем, специальными бетонными элементами (кубами, тетраядрами и др.), (рис. 2.13).

51

Рис. 2.13. Общая схема перекрытия русла 1—каменный банкет; 2—проран; 3 — предварительное стеснение русла; 4—контур

земляной плотины; 5 — подводящий канал; 6— прорезь в верховой перемычке; 7— земляная плотина; 8—водосбросные отверстия строительного периода; 9—прорезь в низовой перемычке

Перекрытие русла осуществляется следующими способами (рис. 2.14): фронтальной отсыпкой каменного банкета в текущую воду (фронтальный способ); пионерной отсыпкой каменного банкета в текущую воду (пионерный способ); намывом песчано-гравийного грунта средствами гидромеханизации (намывной способ); мгновенным обрушением в русло земляных или горных масс (способ направленного взрыва); прочими специальными способами (сбрасыванием крупных бетонных массивов или их опрокидыванием, затоплением плавучих конструкций, забивкой шпунтовых рядов, погружением плетневых или соломенных тюфяков и т. д.).

Наиболее распространенными способами перекрытия русла реки являются фронтальный и пионерный способы отсыпки каменного банкета в воду. Сложность перекрытия при применении этих способов зависит в основном от двух факторов: максимальной скорости потока в проране Умакс и максимальной удельной мощности потока

52

N0 = qγ в g Z ,

где Q — общий расход через проран; q — удельный расход в проране; γ в —плотность

жидкости (воды); Z —перепад уровня воды в проране.

Именно различием гидровлических условий и соответствующих им максимальных скоростей и отличаются эти способы.

Рис. 2.14. Перекрытие русла реки (а—фронтальным способом, б—пионерным способом; в — намывным способом, г — методом направленного взрыва, д — бетонными массивами)

1—банкет предварительного стеснения русла; 2— проран; 3 — речной поток; 4— отсыпаемый материал; 5 — автосамосвал; б—мост; 7 — ряжевые устои; 8— подача грунта гидротранспортом; 9— намываемые слои; 10 — взрываемый скальный склон реки; 11— направленный разлет материала; 12—площадка для изготовления бетонного массива; 13— бетонный массив до опрокидывания, 14 — бетонный массив после опрокидывания

При фронтальном перекрытии выявлены четыре характерные конфигурации каменного банкета по мере увеличения перепада на банкете и увеличения скорости потока (рис. 2.15). При этом следует различать три характерных перепада на банкете: критический

53

Рис.2.15. Стадии формирования банкета и гидравлические условия при фронтальном способе перекрытия

I — каменный банкет; 2 — противофильтрационный экран

Zвых = (0,85 − 0,95) Zкон .

Изменение перепадов, скоростей, расходов и мощности потока при фронтальном перекрытии можно наглядно представить в виде интегрального графика (рис. 2.16).

При пионерном перекрытии различают две стадии: водослива и быстротока, или шлейфообразования.

Рис. 2.16. График изменения гидравлических характеристик потока в проране при фронтальном способе перекрытия

Максимальная скорость и максимальные удельные мощности при пионерном перекрытии наблюдаются при смыкании откосов банкета по дну. При этом достигается

для пионерного перекрытия можно принимать

Zкр ≈ 0,95 Zкон

54

Рис. 2.17. Изменения гидравлических характеристик при перекрытии реки пионерным способом

Z крф −критический перепад при фронтальном перекрытии; Z крп − критический перепад при пионерном перекрытии; Vкрф − критическая скорость при фронтальном перекрытии; Vкрп − критическая скорость при пионерном перекрытии; Qвт −расход по водоотводящему тракту; Qпр −расход через проран; Z п −конечный перепад

Таким образом, максимальные скорости при фронтальном перекрытии значительно

ниже, чем при пионерном (при одинаковых конечных перепадах Zкон ). Поэтому он имеет преимущество для применения при перекрытии рек, у которых в русле залегают легкоразмываемые грунты. Но его применение усложняется необходимостью устройства моста через проран для отсыпки банкета. При применении пионерного способа перекрытия, наоборот, утяжеляются гидравлические условия в русле, но упрощаются организация и производство работ, не требуется устройства моста.

Выбор способа перекрытия в принципе должен осуществляться на основе техникоэкономического сравнения вариантов.

Наибольшее влияние на выбор способа перекрытия оказывают природные геологические и гидрологические условия в створе перекрытия. От гидрологических

условий зависит также выбор величины расчетного расхода перекрытия Qрасч и сроков перекрытия русла.

Сроки перекрытия русла приурочиваются к меженным периодам и обычно устанавливаются в конце судоходного периода в осенне-зимние месяцы.

Расчеты перекрытия русла

Обоснование варианта перекрытия русла должно сопровождаться рядом соответствующих расчетов.

Вцелом гидравлические и иные расчеты для обоснования перекрытия русла включают

всебя: определение допустимого предварительного стеснения русла реки до раскрытия

55

перемычек; определение конечного перепада на банкете Zкон ; контроль за изменением гидравлических характеристик потока (расхода Q, перепадов Z , скоростей в проране,

полной и удельной мощностей потока N и N0 ) в проране и на сооружениях в процессе перекрытия; определение крупности камня, необходимого для закрытия прорана на разных стадиях; определение объема камня различной крупности.

Все эти расчеты выполняются с использованием законов гидравлики и программ на ЭВМ.

Организация работ по перекрытию русла

Перекрытие русла можно разбить на следующие стадии: подготовительную, предварительного стеснения русла, перекрытия прорана и заключительную.

На подготовительной стадии осуществляются работы по организации складов материалов, по устройству дорог (а при необходимости и мостов) от складов к створу перекрытия, по подготовке транспортных и погрузочных средств, по устройству освещения района перекрытия, по организации гидрологической службы и другие работы, обеспечивающие успешное и своевременное перекрытие русла. Эти работы выполняются за 1—2 мес. до перекрытия прорана параллельно с основными работами по возведению сооружений в котловане 1-й очереди.

Предварительное стеснение русла предусматривает сужение перекрываемого русла до допустимых по условиям судоходства и размыва русла с сохранением расчетного прорана. Это стеснение русла при всех способах перекрытия осуществляется пионерной отсыпкой каменного банкета с берегов (с одного или двух) или намывом песчаногравелистого грунта.

Для улучшения условий перекрытия при легкоразмываемых грунтах в русле предусматривается предварительное крепление дна малоразмываемым грунтом (как правило, горной массой или камнем) путем отсыпки этого грунта с плавсредств. Крепление осуществляется по всей ширине прорана на 5—10 м вверх и на 50—100 м вниз по течению от оси банкета в зависимости от грунтов основания и условий их размыва при стеснении русла.

Во избежание последующего размыва толщина крепления должна быть не менее 3 диаметров отсыпаемого камня. Параллельно с этими работами на данной стадии осуществляются подготовка всего водоотводящего тракта в котловане 1-й очереди и обжатие перемычек.

Перекрытие прорана русла—наиболее ответственный момент во всем этапе перекрытия и, начинается с разборки перемычек 1-й очереди, затопления котлована и переключения части расхода из русла на водосбросные сооружения. При этом особое внимание здесь следует уделить тщательности разборки перемычек до проектных размеров. При недостаточной разборке перемычек общий перепад при перекрытии может значительно превышать основной расчетный перепад на сооружении, что усложняет перекрытие.

После раскрытия перемычек часть расходов переключается на водосбросные сооружения, расходы, перепады и скорости в русле падают, что дает возможность начинать перекрытие прорана тем же материалом, который использовался в банкете при предварительном стеснении (обычно—горная масса). Так как скорость в проране после начала отсыпки постепенно увеличивается по мере сужения прорана и увеличения перепада, для отсыпки на разных стадиях перекрытия должен в принципе применяться материал разной крупности. Однако на практике чаще всего применяют два вида материалов. На начальном этапе применяется горная масса, а на заключительном— крупный камень (негабариты) и различные бетонные элементы (кубы, тетраэдры, железобетонные ежи и др.). Чем выше перепад при перекрытии и удельные мощности потоков, тем в принципе крупнее должны быть отсыпаемые элементы.

56

При перекрытии рек со слаборазмываемыми и неразмываемыми руслами перепады достигают значительных величин. Так, при пионерном перекрытии Ангары в створе УстьИлимской ГЭС максимальный перепад достигал 3,82 м при расходе 2970 м3^ и удельной мощности потока 900 кВт. Для перекрытия прорана на последнем этапе здесь применялись связки негабаритов общей массой до 25 т. При перекрытии р. Чирчик (Чарвакская ГЭС) перепад достигал 4,2 м, а рек Вилюй (Вилюйская ГЭС) и Нарын (Токтогульская ГЭС), соответственно, 5 и 7,32 м. На Чарвакской ГЭС применялся крупный камень до 1 м, негабариты и бетонные массивы до 10 т, на Вилюйской ГЭС — крупноглыбовый камень массой до 25 т, а на Токтогульской ГЭС — бетонные тетраэдры массой 10 т и каменные глыбы до 25 т.

Для уменьшения перепадов и скоростей в проране при пионерном способе возможно применять двухбанкетные схемы перекрытия, рассредоточивая общий перепад на два банкета.

При фронтальном способе дополнительным элементом организации перекрытия прорана является необходимость устройства транспортных коммуникаций для возможности отсыпки материала одновременно по всей ширине прорана. Обычно для этих целей устраиваются наплавные мосты (рис. 2.18). Иногда применяются канатные дороги, кабель-краны и стационарные мосты. Отсыпка материалов с мостов осуществляется с помощью автосамосвалов с торцевой или бортовой разгрузкой, для чего они специально должны быть подготовлены. Ширина мостов должна обеспечивать свободное маневрирование транспортом при разгрузке камня. При торцевой разгрузке автосамосвалов грузоподъемностью 5—15 т она составляет 18—20 м, при бортовой разгрузке—10—12 м. Отсыпка должна производиться равномерно по всей ширине прорана во избежание неравномерности размыва русла, поэтому отсыпка с мостов требует непрерывной организации промеров отсыпаемых слоев и четкого регулирования движения машин к местам отсыпки по результатам промеров. Интенсивность отсыпки при перекрытии больших рек доходит до 1000—1300 м/ч (Волжская им. XXII съезда КПСС, Саратовская, Красноярская ГЭС), а количество рейсов автомашин—до 360 в час (Саратовская ГЭС).

57

Рис. 2.18. Организация работ при фронтальном способе перекрытия 1 – понтонный мост, 2 – баржи, 3 - ряжи или анкеры, 4 – ряжевые устои, 5 – тросы для

расчалки барж, 6 – схема движения автосамосвалов, 7 – плотина, 8 – низовой банкет плотины

Так же как при пионерном способе, на начальном этапе для отсыпки используется горная масса, а на конечном—негабариты и бетонные элементы. Так, на перекрытиях русел при строительстве Камской и Воткинской ГЭС с перепадами, соответственно, 1,4 и 1 м применялись бетонные кубы массой до 5 т, Волжских ГЭС с перепадами до 2 м— бетонные тетраэдры массой до 10 т, а Горьковской ГЭС с перепадом 0,9 м—бетонные кубы массой до 5 т и железобетонные ежи массой 0,6 т.

На заключительной стадии после непосредственного перекрытия прорана осуществляют досыпку банкета до проектного профиля требуемой конструкции. Банкет перекрытия входит обычно в состав низового дренажного банкета плотины с соответствующими фильтрами и располагается на его месте.

В случае наличия котлована 2-й очереди банкет перекрытия, как правило, входит в состав будущей поперечной верховой перемычки и располагается на ее месте. В этом случае сразу после перекрытия осуществляется возведение этой перемычки до отметок, соответствующих уровню воды при перекрытии, а в дальнейшем (к паводку) до отметок, соответствующих пропуску расчетного строительного расхода. Параллельно возводится низовая поперечная перемычка.

Так как перекрытие осуществляется обычно поздней осенью, очень важно на этом этапе быстро и своевременно организовать котлован 2-й очереди и до наступления холодов осуществить его откачку и выемку рыхлых грунтов. В противном случае разработка насыщенных песчано-гравелистых грунтов после их промерзания значительно усложнит и удорожит разработку котлована в зимних условиях.

Примером перекрытия крупных рек в последний период является перекрытие р. Янцзы на строительстве гидроузла «Три ущелья» в Китае. Перекрытие реки было осуществлено в ноябре 1997 г. И происходило при условиях, которых не знала практика мирового гидростроительства.

Одним из существенных особенностей перекрытия в створе гидроузла является большая глубина реки; максимальная глубина достигала 60 м, что усложнило производство работ. Проект перекрытия предусматривал одновременное стеснение русла с обоих берегов реки с использованием самосвалов грузоподъемностью 44 – 77 т. Ширина перемычки (банкета) поверху составляла 30 м, что дало возможность одновременной работы трёх самосвалов параллельно. В результате была достигнута интенсивность отсыпки породы 194 000 куб.м/сут, или 17 100 куб.м/ч. Всего в проран было отсыпано 208 000 куб.м скальной породы. Ширина прорана 40 м, глубина 60 м.

Фактический расход реки при перекрытии составил 11 600 куб.м/с, максимальный перепад 0,66 м, максимальная скорость течения 4,22 м/с. Пропуск расходов при перекрытии осуществлялся через 23 донных водосброса сечением 7*9 м в водосливных секциях плотины. В целом плотина рассчитана на пропуск в период эксплуатации расхода 0,1 % равного 116 000 куб.м/с с проверкой на пропуск расхода 0,01 %. Общая длина

58

водосливных секций плотины 483 м. В плотине расположено 23 донных водосброса сечением 7*9 м и 22 поверхностных водосброса при ширине пролета 8 м.

59

ГЛАВА 3. Проекты организации строительства и проекты производства работ

3.1. Проекты организации строительства

Строительство объектов должно осуществляться в полном соответствии с разработанной документацией по организации строительства и производству работ.

Проект организации строительства (ПОС) комплекса сооружений разрабатывается на стадии проекта (рабочего проекта) в качестве его самостоятельного раздела и служит для увязки применяемых объемно-планировочных и конструктивных решений с требованиями организации строительства и технологии строительного производства. Он является основой для решения вопросов организационно-технической подготовки строительства, планирования капитальных вложений, организации всего комплекса работ.

Исходными материалами для разработки ПОС служат ТЭО (ТЭР) задание на проектирование, технические решения, принятые в других частях проекта, данные инженерных и технико-экономических изысканий, документы согласований проекта с местными и строительными организациями в области обеспечения строительства материально-техническими ресурсами, рабочей силой, жильем и культурно-бытовыми зданиями, а также другие данные, касающиеся специфики данного строительства.

Главнейшими вопросами, подлежащими решению в проекте организации строительства по гидроузлу являются:

∙определение возможных источников получения необходимых для строительства

материалов, поставляемых промышленностью (лес, цемент, металл и т.п.); выбор наивыгоднейших путей и средств транспорта для доставки этих материалов на стройку;

∙определение потребностей строительства в различных видах энергии (электроэнергии, паре, сжатом воздухе и др.), воде, тепле; выбор их источников;

∙определение карьеров добычи нерудных материалов (песка, гравия, щебня,

камня, глины, суглинков и т.д.) для изготовления бетона, а также для земляных сооружений; составление технологических схем разработки карьеров и доставки материалов к местам переработки и укладки в сооружения;

∙определение состава и мощности подсобных предприятий и сооружений,

необходимых для обслуживания строительства: бетонных и обогатительных установок арматурных и деревообрабатывающих заводов или мастерских, помещений для стоянки, обслуживания и ремонтов автотранспорта и других транспортных средств, ремонтно-механических мастерских, складов, административных и бытовых помещений и т.п.; рациональное их взаимоположение и проектирование каждого подсобного предприятия;

∙определение численности рабочих и служащих строительства, состава жилых поселков для расселения строительных и эксплуатационных кадров;

∙составление генерального плана строительного хозяйства (стройгенплана),

проектирование внутриплощадных транспортных коммуникаций и инженерных сетей. Объекты промплощадок, жилья района основных работ, карьеров должны располагаться на минимальных расстояниях друг от друга с целью сокращения коммуникаций;

∙составление последовательной схемы пропуска строительных расходов реки на

различных этапах возведения гидроузла и проектирование временных сооружений (перемычек, строительных траншей, туннелей и т.п.), обеспечивающих возможность возведения русловых и пойменных частей основных сооружений;

∙определение потребных ресурсов для строительства гидроузлов (материалов, конструкций, рабочей силы, средств механизации и транспорта); составление

60

календарного графика потребности в этих ресурсах с распределением ее по периодам строительства и пусковым комплексам;

∙установление последовательности ведения всех видов работ, способов производства и технологических схем этих работ;

∙составление календарного плана строительства гидроузла и графика

финансирования строительства с распределением капиталовложений и объемов работ по основным и вспомогательным сооружениям, периодам строительства и пусковым комплексам;

∙составление комплексного укрупненного сетевого графика для сложных

объектов (дополнительно к календарному графику), отражающий взаимосвязи между всеми участниками строительства и сроками выполнения работ по отдельным сооружениям и комплексам.

Приведенный краткий перечень вопросов показывает, насколько широка и разнообразна эта проектная работа, требующая участия многих специалистов (инженеровгидротехников, строителей, горняков, обогатителей, транспортников, технологов, механиков, монтажников, сантехников, сметчиков, экономистов), которые, действуя в постоянной взаимосвязи, должны создать единый комплекс организации строительства планируемого объекта.

Некоторая корректировка в перечисленные выше вопросы, решаемые в ПОС, может быть внесена при изменении конкретной организации и технологии строительства данного объекта. Так в современных условиях при организации строительства на основе тендерных торгов проектирование промышленных баз строительства может быть (по конкретной ситуации) менее актуальной задачей. Заказчик, как правило, должен организовывать площадки с инженерной инфроструктурой, с железнодорожными и автодорожными путями, подъездами, причалами, а строительство объектов производственных баз должны решать подрядные организации, выигрывшие торги и решающие, как строить. В частности, бетонные заводы могут устанавливаться передвижными или стациолнарными, также как и дробильно-сортировочное хозяйство в разведанных карьерах. Подрядчики работают на основании технологических правил по конечному каменному продукту, и какая база необходима им для этого, определяют они сами.

При решении вопросов, связанных с жилпоселками, должно быть выделено количество постоянных и вахтовых рабочих и, соответственно, выделены площадки под временные и вахтовые поселки, определена инженерная инжроструктура. Подрядчик, выигрывший тендер, сам определяет тип и количество временного жилья;

Нормативным документом для составления ПОС служит СНиП 3.01.01.85 «Организация строительного производства». Утверждается ПОС в составе проекта гидротехнического сооружения.

3.2. Алгоритм составления календарных планов строительства крупных гидротехнических объектов

Объекты гидротехнического строительства, гидроузлы с высотой плотины более 50 м. и объекты, возводимые в горных местностях с высотой над уровнем моря 1500 м и более не имеют нормативов сроков строительства. Продолжительность их строительства определяются в проектах организации строительства на основе общих положений, изложенных выше.

Одним из основных элементов этой работы является составление календарных планов. Строго обоснованного общего алгоритма составления планов, еще нет. В различных проектных организациях применяются различные подходы, в зависимости от опыта и эрудиции составителя. Ниже изложена последовательность (алгоритм) составления календарных платов, которая возможна к использованию составителя любого уровня квалификации, в т.ч. студентами. В независимости от опыта составляющего, отдельные позиции в последовательности работ могут быть опущены или решены параллельно с другими.

61

Рис. 6.6. Предварительный календарный график

62

Рекомендуется следующая последовательность работ по формированию календарного плана:

1.Намечаются характерные этапы основных сооружений, на основе анализа особенностей конкретных условий, принципов и рекомендаций, указанных выше.

2.Устанавливается максимально необходимая конструктивная готовность каждого сооружения на каждом этапе и анализируется их технологичность. Все сооружения и в плане

ипо высоте разбиваются на части, возводимые в различные этапы. Возможность и степень выштрабления профиля плотин и других сооружений на различных этапах и к пуску первых агрегатов устанавливается на основе расчетов прочности, с учетом последовательности возведения сооружений и конструктивно-технологических особенностей.

3.Определяются соответствующие минимальные объемы основных определяющих видов работ по каждому этапу.

4.Осуществляется последовательное составление и оптимизация самого графика в несколько стадий:

I стадия – составление предварительного укрупненного линейного календарного плана, с установлением общего срока строительства на основе установления продолжительностей отдельных этапов строительства (рис. 6.6).

П стадия – установление резервов времени выполнения отдельных видов работ на основе использования более сложных моделей, в частности сетевой (рис. 6.7)..

Рис. 6.7. Принципиальный сетевой график при пойменной компановке гидроузла

Ш стадия – оптимизация календарного плана по различным ресурсам, на основе использования резервного времени, установленных на П этапе (рис. 6.8).

63

Рис. 6.8. Приемы оптимизации календарного графика (а – исходная линейная модель, б - сдвижка работы в пределах имеющихся резервов, в – изменение продолжительности (интенсивности) работы в пределах резервов времени, г – разбивка сроков продолжительности выполнения работы на отдельные части)

Ниже приведено краткое содержание и последовательность работ на каждой стадии.

Первая стадия – составление предварительного укрупненного графика.

В начале составления плана обычно еще не известны сроки строительства, интенсивности работ, ресурсы. Поэтому продолжительность отдельных этапов определяется по объемам основных определяющих для данного этапа видов работ и возможным интенсивностям их выполнения, устанавливаемых на основе передового опыта объектов-аналогов или на основе предварительного рассмотрения конкретной технологии и механизации этих работ. Календарные сроки этапов увязываются с гидрологическим режимом реки. При этом учитывается влияние различных иных условий на продолжительность и сроки этапов (сроки перекрытия русла, возведения перемычек, наполнения водохранилища и др.).

Различные варианты продолжительности отдельных этапов составят различные варианты общей продолжительности основного периода строительства и, соответственно, различные варианты ПОС. При этом

этапа.

По установленным таким образом продолжительностям отдельных этапов и объемам основных определяющих работ, определяются осредненные интенсивности работ по сооружениям и в целом по гидроузлу для различных этапов. При этом средняя интенсивность на К-том этапе j-го вида работ, на i-ом сооружении будет равна

минимальные объемы работ, необходимые к выполнению на данном этапе; Тk – общая продолжительность данных этапов К; Tijk - возможная задержка с началом выполнения

данного вида работ i на сооружении j по организационно-производственным, климатическим и иным условиям. (Например, земляные работы в котловане могут начаться после подготовки части котлована, монтажные работы – после монтажа крана и т.д.).

64

Общая средняя интенсивность по гидроузлу i –ой работы на этапе К будет равна

j=1

где m – число сооружений.

Причем суммирование выполняется по сооружениям, на которых данные работы ведутся одновременно.

По результатам расчетов строятся соответствующие графики средних интенсивностей различных видов работ на каждом этапе по сооружениям и по гидроузлу в целом. При этом наибольший интерес по каждому виду работ представляют максимальные средние интенсивности, которые определяют расчетную интенсивность для определения производительности комплекса технических средств, выполняющих данный вид работы на данном сооружении или в целом на гидроузле.

В первом приближении расчетную интенсивность работ можно определить по формуле:

Iip = Iik * Kнер ,

где I ik - максимальная интенсивность работ на этапе К;

К– номер этапа с максимальной интенсивностью данного вида работ;

Кнер – коэффициенты неравномерности ведения работ на сооружении и в целом по

гидроузлу (годовой, сезонный, месячный), зависящие от конкретных условий работ и расчетного периода для определения потребности в ресурсах. Эти коэффициенты в первом приближении принимаются по аналогам или путем рассмотрения конкретных условий данного вида работ.

По предварительно установленной расчетной интенсивности определяются потребности в машинах и мощности объектов производственной базы. На основе этих данных определяются объемы работ по производственной базе и , с учетом объемов работ по сооружению постоянных подъездных путей и линии электропередачи, решается вопрос о продолжительности подготовительного периода. При этом продолжительности строительства отдельных предприятий пром базы определяются по действующим нормам, а очередность их строительства выбирается так, чтобы была обеспечена возможность в кротчайшие сроки приступить к выполнению работ основного периода. В первом приближении продолжительность подготовительного периода определяется по максимальной нормативной продолжительности строительства отдельных объектов производственной базы и вне площадных работ, необходимых для обеспечения начала работ по основным сооружениям.

Общая продолжительность строительства будет определяться как

основного и заключительного периодов строительства.

Продолжительность заключительного периода строительства зависит в основном от продолжительности наполнения водохранилища до проектных отметок, от объемов работ по отделке сооружений и благоустройству территории. Этот период должен быть максимально сокращен.

Вторая стадия – определение резервов времени.

На второй стадии устанавливаются возможные резервы времени. Для этого обычно используются сетевые модели. Номенклатура работ включенных в сетевой график обычно увеличивается по сравнению с номенклатурой предварительного графика. Сетевым

65

графиком определяются последовательность и взаимосвязи между работами, состав работ критической зоны и значения резервов времени для некритических работ.

Продолжительность ведения отдельных видов работ определяется здесь на основе использования общих ресурсов для их выполнения, определенных на 1 стадии по предварительному линейному календарному плану (выбранных мощностей машин, объектов производственной базы и т.д.) и нормативных документов.

Третья стадия – оптимизация календарного графика.

На третьей стадии осуществляется оптимизация календарного плана по различным ресурсам. Для этого можно использовать или каландаризирванный сетевой график или линейный график, трансформированный из сетевого. Удобнее всего последний вариант. Оптимизация календарного плана выполняется на основе анализа графиков изменения выбранного критерия. Критериями оптимизации могут быть сроки выполнения работ суммарные интенсивности ведения отдельных работ по гидроузлу, графики движения рабочей силы, распределение капиталовложений по годам строительства и др. Эти графики не должны иметь резких пиков и провалов. С точки зрения капиталовложений целесообразно на каждом из этапов строительства выполнить лишь безусловно необходимый минимум работ, перенося выполнение остальных объемов на последующие этапы, что уменьшает омертвление капиталовложений. Для оптимизации графиков используют те резервы в выполнении работ, которые были определены на П этапе. Возможные пути использования резервов показаны на рис. 6.7.

Врезультате оптимизации уточняются первоначально назначенные интенсивности ведения работ, сроки их выполнения, потребности в ресурсах. Как правило, одной итерации оказывается недостаточно и корректировки выполняются несколько раз.

Вобщем – задача оптимизации календарного плана является многокритериальной, многовариантной. Точного математического описания она не имеет. В процессе оптимизации с большим или меньшим успехом используются различные эвристические алгоритмы, позволяющие в итоге получить приемлемый календарный план.

При наличии нескольких вариантов ПОС и соответственно сроков строительства подобные планы составляются для каждого варианта и окончательный выбор варианта осуществляется на основе выбранного критерия.

3.4.Проекты производства работ

Проекты производства работ (ППР) составляются на стадии разработки рабочих чертежей на основе решений, принятых в проекте организации строительства, и служат руководством для непосредственного ведения строительно-монтажных работ по отдельным сооружениям, учета, контроля и оперативного планирования строительного производства.

ППР разрабатываются по решению строительной организации и в зависимости от сложности объекта составляется на возведение сооружения в целом, его отдельных частей или на выполнение отдельных сложных работ.

Проекты производства работ могут разрабатываться самими генеральными подрядными и субподрядными строительно-монтажными организациями (на выполняемые ими работы), проектными организациями по заказу генеральной подрядной или субподрядной строительно-монтажной организации. При этом проект производства работ может выполнять как та же проектная организация, которая выполняла проект возводимого сооружения, так и любая другая проектная организация по выбору строительной организации. Затраты на разработку проекта производства работ в этих случаях относятся на себестоимость работ, выполняемых строительными организациями.

Однако в ряде случаев проектные организации должны разрабатывать элементы проекта производства работ в составе рабочей документации на гидротехническое сооружение. Эта обязанность проектных организаций возникает при строительстве особо сложных сооружений либо сооружений с особо сложными методами производства работ. Проектировщик в составе рабочей документации должен разрабатывать рабочие чертежи

66

на специальные вспомогательные приспособления, устройства и установки и т.п. Кроме того, проектная организация при проектировании гидротехнического сооружения должна рассматривать возможность и технико-экономическую целесообразность унификации методов производства строительно-монтажных работ; условий и методов производства.

Исходными материалами для разработки проекта производства работ служат: задание на разработку, выдаваемое строительной организацией как заказчиком проекта производства работ; проект организации строительства; рабочая проектная документация; условия поставки конструкций, готовых изделий, материалов и оборудования; условий использования строительных машин и транспортных средств; обеспеченность рабочими кадрами строителей по основным профессиям.

Общий состав и содержание проектов производства работ и формы основных документов определены в СНиП 3.01.01.-85* «Организация строительного производства».

Состав и степень детализации проекта производства работ устанавливаются самой строительной организацией, исходя из специфики и объема выполняемых работ.

Основными элементами состава проекта производства работ являются:

-пояснительная записка;

-календарный план;

-строительный генплан;

-графики поступления на объект строительных конструкций и материалов;

-графики движения рабочих кадров и строительных машин;

-технологические карты;

-решения по производству геодезических работ;

-решения по технике безопасности;

-мероприятия по выполнению работ вахтовым методом;

-решение по прокладке временных сетей.

Пояснительная записка должна содержать: обоснование всех решений по производству работ, потребность в энергетических ресурсах; потребность в мобильных (инвентарных) зданиях и сооружениях; технико-экономические показатели, включая объемы и продолжительность выполнения строительно-монтажных работ, а также их себестоимость в сопоставлении со сметной, уровень механизации и затраты труда на 1 м³ объема, 1 м² площади здания, на единицу физических объемов работ или иной показатель, принятый для определения производительности труда.

Календарный план производства работ по объекту или комплексный сетевой график устанавливают последовательность и сроки выполнения работ с максимально возможным их совмещением.

Строительный генеральный план должен содержать: границы строительной площадки; действующие и временные сети и коммуникации; постоянные и временные дороги, схемы движения и установки средств транспорта и механизмов; размещения постоянных, строящихся и временных зданий и сооружений, расположения знаков геодезической разбивочной основы; размещения источников и средств энергообеспечения; расположение помещений для санитарно-бытового обслуживания строителей; расположение зон выполнения работ повышенной опасности.

Графики поступления на объект строительных конструкций, изделий, материалов и оборудования содержат данные о поступлении этих ресурсов по каждой подрядной бригаде

Графики движения рабочих кадров по объекту и основных строительных машин по объекту разрабатывают с учетом своевременного выполнения каждой бригадой поручаемого ей комплекса работ.

Технологические карты (схемы) на выполнение отдельных видов работ включают схемы операционного контроля качества, описание методов производства работ, указание трудозатрат и потребности в материалах, машинах, оснастке, приспособлениях и

67

средствах защиты работающих, а также последовательность демонтажных работ при реконструкции зданий и сооружений.

Решения по производству геодезических работ включают схемы размещения знаков для выполнения геодезических построений и измерений, а также указания о необходимой точности и технических средствах геодезического контроля выполнения строительномонтажных работ.

Решение по технике безопасности разрабатывается в соответствии СНиП II. «Безопасность труда в строительстве. Часть 1. Общие требования» и с учетом СНиП 12- 04-2002 «Безопасность труда в строительстве. Часть 2. Строительное производство и СП 12-136-2002 «Безопасность труда в строительстве. Решения по охране труда и промышленной безопасности в проектах организации строительства и проектах производства работ». Осуществление работ без ППР, содержащих указанные решения, не допускается.

Мероприятия по вахтовому методу разрабатываются для тех строек, где этот метод применяется. Вахтовый метод – особая форма осуществления трудового процесса вне места постоянного проживания работников, когда не может быть обеспечено ежедневное их возвращение к месту постоянного проживания. Этот метод применяется при значительном удалении места работы от места нахождения работодателя в целях сокращения сроков строительства, ремонта или реконструкции объектов в необжитых, отдаленных районах или районах с особыми природными условиями. Работники, привлекаемые к работам вахтовым методом, в период нахождения на объекте производства работ проживают в специально создаваемых работодателем вахтовых поселках. Мероприятия включают графики работ, режимы труда и отдыха и составы комплектов оснащения бригад.

В проекте производства работ освещаются также решения по прокладке временных сетей водо-, тепло- и энергоснабжения и освещения (в том числе аварийного) строительной площадки и рабочих мест. При необходимости разрабатываются рабочие чертежи подводки сетей от источников питания. Приводятся перечни технологического инвентаря и монтажной оснастки. Производится выбор грузозахватных приспособлений в зависимости от типа груза, типа грузоподъемных кранов с учетом графика их грузоподъемности, а также схемы строповки или кантовки грузов.

При разработке проектов производства работ по ряду гидротехнических сооружений необходимо учитывать особенности гидротехнического строительства и вытекающие особенности выполнения отдельных работ. Особенно это относится к комплексам работ, связанных с пропуском строительных расходов.

Схемы пропуска строительных расходов реки (воды и льда) через недостроенные постоянные, а также через временные речные гидротехнические сооружения разрабатываются в проекте организации строительства и должны уточняться в проекте производства работ с учетом конкретных условий в период строительства.

3.4. Автоматизация разработки ПОС и ППР

Разработка ПОС и ППР – трудоемкий процессы, выполняемые специалистами высокой квалификации.

Облегчить разработку ПОС и ППР, повысить его качество и сократить сроки разработки можно только на основе применения информационных технологий.

Автоматизация разработки ПОС

Задача автоматизации разработки ПОС должна ставиться и решаться как часть общей задачи управления инвестиционно-строительным проектом в целом и как часть задачи автоматизации разработки документации в проектной организации. В идеале разработка ПОС, как одного из разделов проекта гидротехнического сооружения, должна быть полностью интегрирована в BIM-технологию проектирования. Эта технология (называемая также технологией «информационного моделирования здания»)

68

подразумевает наличие единой информационной модели проектируемого объекта, включающей в себя информацию о всех его параметрах. Это информация об объемнопланировочных и конструктивных решениях, о работах и материалах, о потребных ресурсах и т.п. Проектная документация в традиционном виде (чертежи на бумажных носителях, табличная и текстовая документация) формируется только на конечной стадии проектирования. BIM-технология предполагает наличие единого или группы взаимоувязанных программных продуктов, обеспечивающих выполнение всех разделов и этапов проектирования. Примером таких продуктов являются совместное использование программ Allplan и SCAD. При этом обеспечивается выполнение всех конструкторских и расчетных задач и формирование данных об объемах материалов и работ. По этим данным разрабатывается сметная документация и календарный план.

Для разработки календарных планов используются программные продукты, позволяющие рассчитать временные, ресурсные и стоимостные оценки для комплекса работ. Очень важно, чтобы выбранное программное обеспечение удовлетворяло требованиям команды проекта и обеспечивало полную и качественную поддержку и повышение эффективности процессов управления проектами в компании.

В данный момент на рынке информационных систем управления проектами наиболее распространенными являются такие программные продукты, как Microsoft Office Project, Spider Project, Primavera, Open Plan. Все эти программные средства позволяют построить сетевую модель выполнения проекта, контролировать ход производства работ и подготавливать различные отчеты по реализуемому или планируемому проекту.

Microsoft Office Project (MS Project) можно отнести к программному продукту недорогой части современного рынка информационных систем управления проектами. Отличительной особенностью программы является ее простота и привычный пользовательский интерфейс, характерный для всех программных продуктов серии Microsoft Office. MS Project обеспечивает обмен проектной информацией между участниками проекта. Представляются возможности по планированию графика работ, отслеживанию их выполнения и анализу информации по портфелю проектов и отдельным проектам. В целом, Microsoft Project используется в качестве инструмента планирования и контроля небольших проектов пользователями-непрофессионалами в управлении проектами.

Более мощной и профессиональной системой управления проектами является Primavera. Основным звеном в Primavera является модуль Primavera Project Management. В каждой современной организации есть огромное количество текущей работы, которая никак не документируется и не отслеживается, как работа по тому или иному проекту. В отличие от других Primavera разработана для поддержания и хранения больших объемов стандартной и дополнительной информации по проектам и ресурсам. Основной особенностью данной системы управления проектами является ее интеграция с другими программными продуктами, непосредственно используемыми в процедуре создания и реализации проектного продукта.

Однако существующие программные средства не обеспечивают в рамках единой BIMтехнологии разработки всей организационно-технологической схемы строительства, и учета ряда специальных условий и решений.

Для решения этих задач существует, к сожалению, только один инструмент - программный комплекс «ГЕКТОР: ПРОЕКТИРОВЩИК – СТРОИТЕЛЬ» (Режим доступа: [http://www.gektor.biz/garm.html/ 14.05.2007]). По каждому разделу ПОС приводятся нормативно-методические документы со средствами поиска и анализа; излагаются требования к составу и содержанию исходной информации для проектирования ПОС, предоставляются средства выпуска расчетной, графической и текстовой документации. ГЕКТОР выполнен как надстройка над распространенным средством графического проектирования AutoCAD. И именно это является основным недостатком ГЕКТОРа. Использование языка описания графических примитивов (отрезок, дуга…), лежащего в

69

основе AutoCAD, вместо языка описания объектов (стена, перекрытие…) затрудняет интеграцию ГЕКТОРа в BIM-технологии проектирования. Надо отметить, что компания Autodesk Inc, являющаяся разработчиком AutoCAD, последнее время активно продвигает на рынок автоматизации строительного проектирования отнюдь не AutoCAD, а свою новую разработку - Autodesk Revit Architecture, являющуюся примером BIM-технологии проектирования.

Автоматизация разработки ППР

Полностью автоматизировать разработку ППР еще не удалось. Особенно гидротехнических объектов являются индивидуальные конструктивные и технологические решения практически для каждого объекта, вызванные как различием природных условий, так и конструктивными производственными параметрами. Поэтому автоматизация разработки ППР началась для объектов гражданского и промышленного строительства, где унификация решений имеется в большей степени. Однако в комплексе объектов и работ и в гидротехническом строительстве присутствуют отдельные элементы, где вполне могут быть применены средства, разработанные для гражданского и промышленного строительства. И здесь выбор сводится к применению уже упомянутого программного комплекса «ГЕКТОР: ПРОЕКТИРОВЩИК – СТРОИТЕЛЬ». Он обепечивает выполнение элементов ППР:

∙Календарный план производства строительно-монтажных работ;

∙Строительный генеральный план в составе ППР;

∙Решения по обеспечению строительства, графики поступления и движения ресурсов;

∙Технология производства работ;

∙Геодезические работы;

∙Решения по технике безопасности, по охране труда и окружающей среды;

∙Пояснительная записка.

Пользователь может редактировать все полученные графические и текстовые документы средствами AutoCad и MS Word.

Для целей обучения ценно, что комплекс содержит примеры выполненных проектов производства работ.

В комплекс включена нормативно-методическая и справочная база для разработки ППР. Например, в базе, наряду с нормативными документами, представлены более 70 типов грузоподъемных кранов вместе с графиками их грузоподъемности, схемы строповок грузов и грузозахватных приспособлений, каталожные листы временных инвентарных зданий, технологические схемы выполнения различных работ на строительной площадке, рекомендуемые схемы складирования строительных конструкций, изделий и материалов, сведения по осветительным приборам и т.д.

Технологические схемы строительно-монтажных работ разрабатываются согласно правилам и нормам технологии и организации выполнения конкретных работ. Описаны подготовительные мероприятия, методы выбора грузоподъемных средств и монтажной оснастки, требования к установке строительных лесов и примеры их размещения, регламент производственного контроля качества работ, включая входной, операционный и приемочный контроль. Изложены способы определения потребности в материалах, изделиях и конструкциях, машинах и оборудовании, технологической оснастке, инструменте, инвентаре и приспособлениях. Приводятся требования к транспортированию, складированию и хранению изделий и материалов, меры по технике безопасности и охране труда, экологической и пожарной безопасности и др.

Модули программного комплекса обеспечивают решение наиболее важных и трудоемких задач организационно–технологического проектирования: выбор грузоподъемного механизма; расчет потребности в инвентарных административнобытовых зданиях; формирование технологических схем; автоматизированное

70

проектирование котлованов; выбор эффективного варианта использования землеройной и транспортной техники; расчет водопонижения котлованов и траншей; автоматизированный выбор грузозахватных приспособлений; расчет и автоматизированный подбор осветительного оборудования; расчет нагрузок и расхода электроэнергии на строительно-монтажных работах, расчет потребности в складских площадках.

Базы данных программного комплекса открыты, их могут пополнять пользователи программного комплекса или по их запросу - разработчик.

71