Правила строительства гидротехнических объектов

Гидротехнические сооружения: что это такое, общие нормы при проектировании и расчете

Вода – это источник жизни. Но несмотря на то что испокон веков поселенцы селились возле рек и озер, они не переставали опасаться силы потока. Наводнения, половодья, изменения русла и другие природные напасти могут за один раз изменить всю привычную жизнь. Чтобы «одомашнить» воду необходимо строить плотины и другие заградительные конструкции. В этой статье мы расскажем про гидротехнические сооружения – что это такое и что относится к таким объектам.

Для чего устанавливают гидросооружения

Ответить на этот вопрос поможет СП 58.13330.2012 и СНиП 33-01-2003 – это основные документы, которые регламентируют все проектные и строительные работы. В разделе «Термины» свода правил есть указание на то, что такое водные конструкции. Они могут принадлежать к разным группам, в зависимости от чего будут помогать исполнять одну из следующих целей:

• Охрана водных ресурсов от негативного воздействия людей и их жизнедеятельности.
• Предотвращение влияния загрязненных вод на окружающую среду.
• Защита от разрушений берегов.
• Хранение жидких отходов после производства или сельского хозяйства.
• Для причаливания судов и купания населения.
• Сообщение с производством – подача воды из водоема и сброс использованной жидкости.

Таких целей множество. Фактически любое сооружение, которое находится частично или полностью на водном ресурсе естественного или искусственного заглубления, считается гидросооружением. Чаще всего, когда используется, например, речная вода на производстве, то комплексы мер и задач не сходятся на одной, производственной. Также обязательными являются охранительные функции гидротехники, которые компенсируют вред, нанесенный водоему.

Моделирование гидротехнических сооружений в PLAXIS

Из-за обилия конструкций, которые можно отнести к этой категории, трудно дать четкую классификацию всех построек. Мы выделим основные черты, а затем приведем примеры проектов гидротехнических сооружений.

Проектирование построек невозможно без качественного софта. Компания «ЗВСОФТ» предлагает многофункциональный САПР ZWCAD. Его возможности также можно расширить, если установить модули – ИНЖКАД и Geonium. Эти программные продукты позволяют автоматизировать процесс создания проекта и сопутствующей документации.

3D-моделирование и визуализация, поддержка внешних приложений, интерфейсов .Net/VBA/ZRX и все возможности стандартной версии

Проектирование в ZWCAD наружных инженерных сетей : водоснабжения, канализации, газоснабжения, теплоснабжения.

Автоматизация проектно-изыскательских работ в ZWCAD. Модули Топоплан, Генплан, Сети, Трассы, Сечения, Геомодель

Временная и постоянная гидротехника

Среди тех гидросооружений, которые работают круглосуточно, выделяют основные и второстепенные объекты. К первым относятся все конструкции, поломка которых повлечет за собой сбой работы крупных предприятий. Это может быть привязка водопровода, оросительной системы, перекрытие судоходной реки без такого рода дамб, и прочее.

Презентационный фильм «МРТС — Строительство гидротехнических сооружений»

Второй сорт построек обычно не влияет на производство или иной процесс, а только его регулируют. Однако из-за поломки не произойдет полной остановки работы.

Кроме перечисленных, есть временные гидроузлы. Это техника, которая устанавливается на определенный период, например, на время проведения ремонтных работ на основном гидросооружении.

Разновидности гидротехнических сооружений в зависимости от взаимодействия с водным ресурсом

Большинство конструкций представляет собой преграду, которая делает уровень между двумя водными потоками различным. Перепад обеспечивает силу напора, а участок между двумя дамбами может использоваться как водохранилище. Рассмотрим классификацию по признаку обращения с рекой.

Водоподпорные

Такие заграждения выстраиваются наперекор руслу. Они предназначены для того, чтобы перегородить течение, за счет чего добиться искусственного перепада уровней. Это несоответствие объему воды и нормальному течению приводит к появлению напора. Таким механизмом пользуются станции, которые используют гидротехническое сооружение как объект энергетики. Сила воды в напоре преобразуется в энергию.

Еще одна функция водоподпорной конструкции – создавать искусственные затоны, водохранилища. Нижним и верхним бьефом называются две точки с максимальной разницей в уровнях. Такие постройки обеспечивают контроль за климатическими изменениями, которые могут нарушить инфраструктуру целого города, если произойдет затопление. Поэтому такие дамбы считаются самыми опасными в случае неправильного проектирования или строительства, дальнейшего обслуживания.

Они же являются самыми необходимыми. Такая искусственная преграда дает возможность строить дома вдоль русла реки, не опасаясь наводнений и прочих напастей.

Водозаборные

Из названия уже понятно, что функция таких конструкций – руководить потоком. Не только забирать кубометры воды, но и перемещать их по определенным территориям, запуская в шлюзы и отводя от определенного русла. Такая система используется в судоходстве, когда нужно поставить на мель или, напротив, вывести из порта загруженное судно.

Небольшие водозаборы регулируют и выводят излишки жидкости из водохранилищ и других искусственных водных систем. Это небольшие клапаны, которые имеют отверстия в ниже располагающиеся стоки.

Кроме того, основное назначение водозаборных гидросооружений – поставлять необходимые объемы прохладной речной влаги на заводы и крупные предприятия. Кубометры необходимы для охлаждения, фильтрации или иных функций. Ряд производств производит вторичную фильтрацию и выводит жидкость обратно в водоканал. Для иных целей требуется только расход, например, для орошения.

Полив крупных сельскохозяйственных угодий требует больших запасов воды. Вместе с тем осуществляется еще одна функция – очистка от льдов, мусора и иных примесей. На таких заборных пунктах устанавливается более крупная или мелкая фильтрация, которая убирает ненужные элементы.

Водозабор может осуществляться:

• с поверхности реки или озера – это легко в проектировании гидросооружения, но часто бывает неэффективно из-за поверхностных загрязнений, которые требуют более тщательной очистки;
• с глубины – уровень забора проходит значительно ниже поверхности, это труднее в строительстве, но это снимает необходимость строить защиту от наледи, а также гарантирует, что подача влаги будет осуществляться даже в засушливые периоды, когда уровень воды сильно падает;
• со дна – это самый устойчивый и монументальный вариант, который долго прослужит, но его особенность в мощности конструкции (сопротивление давлению водной массы) и глубокой фильтрации от ила; а также становится более затруднительным проводить ремонтные работы и техническое обслуживание.

Крупные предприятия чаще всего делают разноуровневый водозабор. Так трубы с насосами устанавливаются на разных расстояниях, что дает постоянный напор.

По способу забора также есть различные конфигурации систем:

• Береговые. Они монтируются на крутом, обрывистом берегу с выносом передней стенки на землю. Крупные, массивные железобетонные полукольца делают обрыв пригодным для эксплуатации. Из бетонной стены выходят на определенном уровне трубы, которые предназначены для откачки жидкости.
• Русловые. Это также системы, которые находятся на берегу реки, но в отличие от предыдущих они менее монументальные и затратные, не требуют таких крупных сооружений. Они располагаются на пологих берегах, а оголовок выносится в русло.
• Плавучие. Такие островки находятся на баржах. На них вмонтированы насосы, они качают воду с поверхности и отправляют ее по трубопроводу на берег.
• Ковшовые. В такой конструкции есть ковш, то есть крупный резервуар на большое количество литров, который опускается и поднимается. При этом переливается влага.

Все их можно совмещать с насосным оборудованием, подводить к ним водопроводы.

Регуляционные или выправительные конструкции

Их предназначают для искусственного вмешательства в направление течения реки, то есть они меняют русло. Строения называют струенаправляющими. Они возводятся в несколько этапов – регулируются берега, ширина реки, затем, при необходимости, глубина. Этого можно достичь путем выстилания дна на определенном участке.

Ограничители и струенаправители формируют поток и его скорость в уже подготовленных рамках. Так поддерживается оптимальный уровень фарватера, водоем не выходит из своего места, а ближайшее производство может воспользоваться водным ресурсом.

Для строительства водозаборных конструкций или дамб, которые обеспечивают направленный поток высокой мощности, иногда требуется правильно подвести русло. Для этого по предыдущей схеме обустраиваются берега и дно.

По мощности различают регуляционные конструкции двух типов:

• постоянные – многоярусные установки по полному выправлению русла, кривизны и скорости потока;
• временные – более легкие устройства, которые скорее помогают реке найти более оптимальный изгиб, чем меняют ее.

Первые состоят из крупных дамб, плотин, запруд, валов. В случае необходимости могут также подключить насосную станцию. Такой комплексный подход практически полностью дает взять контроль над стихией в человеческие руки.

Вторые же – это легкие насыпи, укрепления берегов. Такие меры скорее предохраняют от неправильного течения, немного изменяют направление.

Оросительные системы

Среди водозаборных отдельно стоят конструкции ирригационные. Расчет гидротехнического сооружения по орошению определенных участков делается еще на период решения о расположении водоема, так как для этих целей часто искусственно выкапываются пруды, а также делаются запруды из русла ближайшей реки. Если гидросооружение располагается на естественном водном ресурсе, то различают два типа:

• бесплотинные – когда для отвода воды выбирается оптимальный изгиб, чтобы течение не мутило жидкость;
• плотинные – строится специальная дамба, которая направляет русло и перекрывает его, образуя напор.

Водопропускные системы

Это конструкции, которые освобождают замкнутые водохранилища от излишков дождевых осадков. Когда их становится слишком много, то жидкость перетекает через гребень линейного сооружения. При достижении более обширного спектра целей могут быть налажены автоматизированные процессы – открытие и закрытие клапана водосброса.

ГТС специального назначения

• рыболовные;
• гидроэнергетические;
• судоходные;
• мелиоративные;
• отстойники для жидких отходов.

Общие нормы и основные положения проектирования и строительства гидротехнических сооружений (ГТС)

Все требования представлены в документах:

• СП 58.13330.2012;
• СНиП 33-01-2003.

Они обеспечивают безопасность и техническое регулирование построек. Основаниями являются законопроекты N 117-ФЗ «О безопасности гидротехнических сооружений», N 184-ФЗ «О техническом регулировании» и N 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений». Также ссылки осуществляются на правила и ГОСТы по строительству:

• СП 14.13330.2011 «Строительство в сейсмических районах»;
• СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия»;
• СНиП 2.05.03-84 «Мосты и трубы»;
• СНиП 2.06.07-87 «Подпорные стены, судоходные шлюзы, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения»;
• СНиП 2.06.15-85 «Инженерная защита территорий от затопления и подтопления»;
• ГОСТ 19185-73 «Гидротехника. Основные понятия. Термины и определения»;
• ГОСТ 26775-97 «Габариты подмостовые судоходных пролетов мостов на внутренних водных путях» и другие.

Основные положения проектирования ГТС

При составлении проекта нужно учитывать:

• схему градостроительства и инженерной застройки;
• технические показатели сооружения в зависимости от назначения;
• результаты проектных изысканий: геологических, экологических, сейсмических, гидрологических, метеорологических и других;
• возможность проведения тех или иных методов работ, строительства в определенных условиях;
• влияние на окружающую среду и население, уровень загрязнения вод и прочее;
• интенсивность эксплуатации;
• материалы для строительства – железобетон, трубы и пр.;
• необходимость использования насосного оборудования, а значит, подведение электричества.

Так как количество разновидностей ГТС очень большое, то нельзя выделить типовой проект и привести условия его разработки. Все проектные решения будут применяться в зависимости от задач, целей и назначения.

Источник

Проектирование гидротехнических сооружений: нормативная база, этапы, ошибки

Проектирование гидротехнических сооружений является одной из наиболее сложных инженерных задач. Проектировщикам приходится иметь дело с постоянно изменяемыми условиями эксплуатации будущего объекта и учитывать множество факторов и переменных, способных повлиять на целостность и безопасность конструкции.

Плотины, дамбы, тоннели, водосбросы, набережные – лишь небольшая часть объектов, которые относятся к данной сфере проектно-изыскательных работ. В нашем материале описаны требования, нормативные документы, этапы проектирования, основные ошибки и пути их решения.

Гидротехнические сооружения: строительство, проектирование, назначение

Проектирование гидротехнических сооружений – совокупность мероприятий по разработке объектов производственного, военного или гражданского назначения на естественных или искусственных водоемах или рядом с ними. Следует отметить, что такие конструкции относятся к искусственным водным объектам.

Данные объекты в зависимости от функционального назначения могут быть постоянными или временными.

Ко второму типу гидротехнических сооружений относят конструкции, которые предназначены для решения определенных задач на период строительства или реконструкции объектов постоянного типа.

В свою очередь второй вид конструкций можно классифицировать на основные и второстепенные сооружения.

Основные строения гидротехнического назначения выполняют важную роль, поскольку при их неисправности или уничтожении нарушается подача водоснабжения, прекращается полив, возможно затопление близлежащих территорий, останавливается работа электростанции, снижается количество судоходства, порты прекращают функционировать. Также более масштабное влияние сооружения оказывают на компании, занимающиеся добычей нефти, поскольку возрастает опасность выброса топлива. Подобное происходит и с газодобывающими предприятиями, что грозит оказать негативное воздействие как на природу, так и на людей.

Говоря о второстепенных гидротехнических сооружениях, стоит отметить, что их поломка или уничтожение не становится причиной описанных выше негативных последствий.

Что входит в перечень ГТС основного типа:

• постройки для пропуска рыбы, являющиеся частью напорного фронта;
• накопительные резервуары канализации;
• различные трубопроводы;
• части напорного фронта – подпорные стены и мостовые устои;
• искусственные водотоки, хозяйственные каналы для судоходства и комплексных гидродинамических систем, строения на них (водоводы, ливневые спуски, напорные водопроводы и т.п.);
• перегораживающая плотина;
• защитные уравнительные емкости, напорные резервуары;
• ГТС на тепловых и атомных электростанциях;
• туннели;
• строения для сбора и приема воды;
• заградительные дамбы и насосные станции;
• сооружения выброса и спуска воды;
• строения, созданные для ограждения, регуляции и укрепления берега не на территории порта;
• сооружения ГЭС и ГАЭС;
• постройки на территории организаций или жилых пунктов, которые являются частью инженерной защиты;
• все ГТС, относящиеся к средствам навигации;
• строения гидротехнического назначения, защищающие санитарные участки, сельскохозяйственные угодья, культурные и природные объекты, а также складские помещения;
• гидротехника для нефтегазопромышленных комплексов;
• портовые объекты гидротехнического назначения, относящиеся к основным (пирсы, переправы, организации по ремонту и строительству судов);
• сооружения, цель которых – обеспечение безопасного судоходства (плотины и шлюзы);
• защитные дамбы, которые обеспечивают безопасную эксплуатацию котлованов золоотвала и других отходов жизнедеятельности предприятий сельского хозяйства и промышленности.

Что входит в перечень гидротехнических сооружений второстепенного типа:

• сооружения для укрепления берегов в портах;
• установки для ледозащиты;
• постройки рыбозащиты;
• стены разделения;
• отдельные причалы служебного назначения;
• не являющиеся элементами напорного фронта подпорные стены и мостовые устои;
• установки для лесосплава (например, спуска бревен), которые не были указаны в списке основных сооружений выше.

Основное предназначение гидротехнических сооружений состоит в целесообразном расходовании воды, охране водных ресурсов, защите ее от сточных загрязнений, оказывающих негативное воздействие на экосистему.

Нормативная база проектирования гидротехнических сооружений

Перед началом работ исполнитель должен знать правила и стандарты по использованию гидротехники, эксплуатационные особенности задания, выполняя проектирование и расчеты гидротехнических сооружений. Основными законодательными актами, регулирующими разработку проекта и само строительство, являются федеральный закон, строительные нормы и правила (СП).

Какие требования действуют в отношении проектирования гидротехнических сооружений (СП и другие нормативные акты):

• СП 2.06.15-85, где прописаны правила по защите земельных участков от затопления;
• СП 2.06.01-86, в котором указаны все важные положения, касающиеся разработки проекта;
• СП 2.06.07-87 для описания правил по установке подпорных стен, строений рыбопропускного и защитного назначения;
• СП 2.02.02-85, в котором содержатся сведения о проектировании оснований ГТС;
• СП 2.06.08-87 с указанием правил по работе с бетонными и ж/б постройками;
• ФЗ № 117 определяет мероприятия, проводимые для сохранения безопасности при возведении и использовании ГТС;
• Свод Правил 32-103-97 по разработке проекта защитных строений на морском берегу;
• СП 3.07.01-85, где прописаны основные положения относительно ГТС речного типа;
• СП 33-01-2003 содержит главные нормы по гидротехническим сооружениям.

Методы проектирования гидротехнических сооружений

Рассмотрим основные методы, которые используют при разработке проекта ГТС. Они разные, но каждый используется при определенной ситуации, чтобы добиться наилучшего и наиболее точного результата.

Начнем с самого простого – метод аналогий и повторения решений. Однако ему можно доверять при соответствующем использовании. Суть способа в принятии решений и действий, которые уже были использованы в аналогичных условиях ранее.

Важным достоинством описанного метода является его помощь в создание шаблонных схем для сооружений и их элементов, которые часто встречаются в системе. Но и здесь может поджидать опасность, поскольку, как показывает практика, каждый случай в гидростроительстве по-своему уникален. Более того, вы можете поддаться влиянию консерватизма, забыв об инновациях.

Следующий прием более распространен – метод теоретических исследований. Не допускает экспериментального пути, однако помогает определить важные закономерности, чтобы вычислить главные параметры устройства ГТС.

Один из самых эффективных экспериментальный лабораторный метод нашел широкое применение в области гидротехники. Прием активно используется при работе с сооружениями, поскольку помогает отыскать верное оптимальное решение при отсутствии теоретических сведений. В данном экспериментальном методе собраны два типа работ.

При первом (общем) моделировании опытным путем доказывают или перепроверяют теоретические данные. Другим (лабораторным) способом конструкции представляют собой геометрические сооружения, в которых изначально установлены искажения. На них затем происходят измерения необходимых параметров (скорость, уровень давления и т.п.).

Более естественный прием, который используют непосредственно на сооружениях гидротехники, находящихся в стадии постройки или эксплуатации. Экспериментальный натурный метод похож на описанный выше, но имеет существенное отличие: исследования не происходят в лабораторных условиях, а осуществляют на настоящих сооружениях. Благодаря использованию этого приема можно убедиться в точности данных проекта, полученных теоретическим путем, а также накопить дополнительные знания в области.

Если конструкции эксплуатировались не один раз и были выявлены особые статистические закономерности, то используется метод обобщения. Именно статистический метод подходит в данной ситуации и может успешно применяться. Однако важно понимать, что с помощью этого способа можно увидеть прошлую картину ГТС. Чтобы прием был успешным, необходимо помнить о последующем развитии области и будущих инновациях.

И последний метод вариантного проектирования, суть которого состоит в изучении экономических и технических данных нескольких оптимальных вариантов. В результате выбирают наиболее рациональное решение из всех представленных.

3 этапа проектирования гидротехнических сооружений

Проектирование представляет собой комплексную работу, состоящую из множества шагов. Сведения, полученные при инженерных изысканиях, являются необходимой опорой при разработке проекта. Какую информацию получает исполнитель из исследований:

• данные о почве и рельефе;
• особенности состава подземных вод;
• геологические сведения;
• прочие данные (экономика территории, развитие инфраструктуры).

Первый этап

В самом начале важно проанализировать рациональность работ, оценить достоинства и недостатки запланированного строительства, особенности объектов, экономическую целесообразность. Нужно определить:

• прогнозируемые последствия, которые возникнут при использовании водного сооружения, природных ресурсов, социального окружения;
• воздействие на природу и сельское хозяйство;
• мероприятия по восстановлению территории.

Чтобы грамотно рассчитать целесообразность и эффективность гидротехнических сооружений, нужно в приоритет поставить следующие экономические данные: общее время окупаемости проекта, себестоимость полученного 1 м 3 воды или 1 кВт ч энергии, расходы на комплекс инженерных изысканий, количество эксплуатационных издержек, величину расходов для поддержания рабочего состояния объекта и т.п.

Помимо прочего, важно помнить о свойствах сооружаемого здания: возможность проводить контроль, пригодность к быстрому ремонту, стойкость. Первый признак заключается в способности мониторить, находить поломки и проблемы в короткие сроки. Второй означает, что при необходимости ГТС удобен для ремонта и реконструкции. Что касается стойкости или живучести, имеется в виду способность сооружения поддерживать рабочее состояние даже в моменты повышенных нагрузок.

При возможном затоплении участка возводят заградительные сооружения (дамбы) ниже по реке после подпорного объекта. Чтобы уменьшить вероятность возникновения проблем или снизить уровень аварийности на гидротехнических узлах, на объекте хранят техническое оборудование и природные нерудные материалы. Для создания безопасных рабочих условий для сотрудников устанавливают систему оповещения, создают схему эвакуации.

Второй этап

Как только экспертиза завершилась положительно, переходят ко второму этапу. Здесь происходит разработка технического проекта. В отличие от прочих сооружений гидротехнические обладают определенными исключительными признаками. Поскольку ГТС постоянно находятся под влиянием водной среды, любая аварийная или техногенная ситуация грозит опасностью не только для производства, но и людей. В связи с этим работать над техническими документами необходимо исключительно внимательно и детально.

В процессе технико-экономического обоснования определяют основные данные и размещение главных строений. На сегодняшний день можно использовать не только классические технические приемы, но и уникальные за счет единообразия ресурсов.

При разработке проекта ГТС необходимо выяснить:

• параметры и объемы противофильтрационных приборов и водосливов;
• способность восстанавливать устойчивую работу при малых и значительных возмущениях режима;
• параметры безопасной жизнедеятельности с учетом потенциальных угроз;
• закономерные колебания режимов (гидрологического и водохозяйственного).

Какие факторы ТЭП необходимо учитывать при рассмотрении всех вариантов гидротехнических сооружений:

• переформатирование берегов водных объектов;
• параметры защиты участка от негативных геологических явлений;
• трансформацию факторов деятельности рыболовных хозяйств, судоходных предприятий, портов, перемещения лесных грузов;
• создание водохозяйственного прогноза, используя данные об изменениях гидрологических элементов в верхних и нижних бьефах;
• возможность потопа, заболачивания или подтопления участка;
• влияние оросительных сооружений и сетей водоснабжения на работу ГТС в жилых пунктах;

• внешний вид и архитектурный стиль сооружений, которые построены вдоль водных объектов.

Третий этап

Как только технический проект получил утверждение, начинается создание рабочей документации. В ней подробно описывают схемы и чертежи строений, все детали, а также включают окончательный вариант генерального плана. Госнадзор подтверждает декларацию безопасности гидротехнических сооружений, которая является главным документом.

Основные ошибки проектирования гидротехнических сооружений и пути их решения

Основные сложности и ошибки при проектировании самостоятельно (своими руками)

Решения проектировщиков

Отсутствие согласований проектной документации по санитарно-защитной зоне (СЗЗ)

Исследования фактической ситуации, разработка тех. задания на проектирование СЗЗ. Если требуется, разработка и согласование проектной документации по СЗЗ.

Отсутствие измерительного оборудования и точных данных по необходимой производительности.

Поиск всех требуемых данных, выполнение расчетов их анализ по заданию заказчика. Для этих мероприятий могут применяться временно установленные приборы учета.

Отсутствие необходимой документации на право использования земли.

Помощь в сборе и оформлении документов, а также, в случае необходимости, включение их в состав тех. задания на проектирование.

Отсутствие должной точности при подготовке тех. задания: проектирование осуществляется без учета необходимых исследований и перечисленной выше документации.

Исследование фактической ситуации и составление грамотного тех. задания.

Неточный расчет сметы, базирующейся на коммерческих предложениях непрофильных компаний, без учета требований тех. условий, данных обследования зданий и сооружений и др.

Расчет стоимости проектно-исследовательских мероприятий на основании данных базовых справочников.

Анализ, исследования, расчеты и составление проектной документации осуществляют разные организации, что увеличивает сроки работ и приводит к появлению дополнительных задач.

Проектные работы выполняет организация, которая имеет квалифицированных специалистов с опытом работы в данной сфере, что позволяет оперативно выполнить весь объем необходимых исследовательских и расчетных мероприятий. Такое предприятие имеет допуски СРО как на формирование проекта, так и на проведение изыскательских процедур.

Источник