Особенности гидротехнических сооружений
Гидротехнические сооружения имеют ряд особенностей, в связи с чем они значительно отличаются от других инженерных сооружений.
1. Воздействие воды на сооружение. При проектировании учитывают воздействие воды на сооружение: а) механическое (давление воды покоящейся и движущейся); б) физикохимическое (ржавление стали, выщелачивание бетона, истирание материала сооружения наносами); в) биологическое (гниение дерева, истачи иание дерева морской шашелью и т. п.). В связи с наличием воды гидросооружение может подвергаться давлению льда (в зимних условиях), а также давлению наносов, отложившихся перед сооружением.2. Влияние гидросооружения на прилегающий район. При строительстве плотины, например на реке, в верхнем бьефе плотины поднимается уровень воды. Вызванный плотиной подпор распространяется вверх по течению реки на большое расстояние. При этом происходит затопление берегов реки, а также подъем уровня грунтовых вод в берегах и их заболачивание (при непринятии соответствующих мер) и т. п. Строя обычное промышленное или гражданское сооружение, мы в большинстве случаев интересуемся только той точкой местности, в которой располагается данное сооружение. Что касается достаточно крупного гидротехнического сооружения, то при его строительстве приходится интересоваться экономикой, транспортом, энергетикой, сельским хозяйством, промышленностью и окружающим его районом.
3. Ответственность гидросооружений. Последствия аварии гидросооружения могут быть исключительно велики. Это обстоятельство заставляет считать гидросооружения весьма ответственными, в результате в расчеты вводятся относительно большие коэффициенты надежности (а следовательно, увеличивается стоимость этих сооружений).
4. Строительные условия. Гидросооружения имеют свою специфику: а) необходимость в период строительства пропускать через створ гидроузла большие расходы воды (особенно во время паводков в реке); б) иногда работа под водой; в) строительство часто в необжитых районах, что осложняет организацию строительных работ; г) необходимость выполнять громадные объемы земляных работ, что требует применения исключительно мощной техники. В ряде случаев строительство выполняется с расчетом ввести в эксплуатацию ГЭС при условии, когда строительные и монтажные работы по гидроузлу не полностью закончены. Это обстоятельство также налагает свой отпечаток на строительные условия гидроузла в целом.
5. Индивидуальность гидросооружений. В отличие от других инженерных сооружений размеры, компоновка, типы отдельных частей и т. п. гидротехнического сооружения существенно зависят от местных условий: топографии местности, гидрологических условий, геологического строения основания и т. п. Такого рода местные условия очень часто определяют тип и конструкцию проектируемого гидросооружения. Так как отмеченные местные условия всюду различны, то относительно крупные гидросооружения всегда оригинальны, не поддаются стандартизации и не могут проектироваться, следуя тем или другим шаблонам. Каждое новое гидросооружение требует индивидуального проекта. Только сравнительно мелкие гидросооружения и некоторые отдельные части крупных гидросооружений удается стандартизировать.
6. Стоимость гидротехнических сооружений. Единовременные капитальные затраты на строительство гидротехнического сооружения относительно большие, а ежегодные расходы по эксплуатации этого сооружения низкие. Благодаря этому большие капитальные затраты, связанные с созданием того или другого гидросооружения, быстро окупаются экономией эксплуатационных расходов. § В.4. Наука «Гидротехника»
На рис. В.1...В.З показаны упрощенные безмасштабные схемы некоторых комплексов гидротехнических сооружений. На рис. В.4 для примера даны поперечные сечения различных плотин.
Наука о проектировании такого рода сооружений называется гидротехникой. Наука «Гидротехника» должна обеспечить инженеров соответствующими сведениями, на основе которых они могли бы наиболее рационально решать чисто практические вопросы, относящиеся к проектированию гидротехнических сооружений.
Говоря о гидротехнике как о науке, в ней следует различать два разных направления: 1) в гидротехнике обобщаются данные ряда так называемых общетехнических наук, при этом в гидротехнике приходится приводить различные расчеты, позволяющие решать относительно сложные задачи, рассмотрение которых требует знания конструкции сооружения и условий его работы; 2) в гидротехнике приводится материал, освоение которого способствует эффективному осуществлению основной инженерной работы: творческому обобщению опыта гидротехнического строительства, использованию имеющегося расчетного аппарата, развитию чисто конструкторских способностей, позволяющих Рис. В.З. Простейшая схема закрытой учитывать специфику местных осушительной сети: условий и в результате состав сооружений, которые являлись бы наиболее рентабельными в данном конкретном случае.
Гидротехника охватывает изучение как общих, так и специальных гидросооружений.
В данном учебном пособии «Гидротехнические сооружения» освещаются только общие гидротехнические сооружения — плотины (разного вида) с соответствующими приплотинными сооружениями; специальные гидротехнические сооружения наряду с так назы нлсмыми общими водохозяйственными вопросами должны, как пра нило, изучаться в отмеченных выше профилирующих курсах («Использование водной энергии», «Водные пути и порты», «Инженерные мелиорации» и др.).
На примере гидротехнического сооружения в виде плотины весьма удобно пояснить почти все общие гидротехнические принципы проектирования любых специальных гидросооружений.