Введение к работе
Актуальность проблемы. Министерством водного хозяйства Королевства Непал и его энергетической компанией в настоящее время осуществляется возведение значительного количества речных гидроузлов с гидроэлектростанциями малой и средней мощности ( от 1 до 50 Мвт) и подпорными сооружениями, представляющими собой грунтовые плотины. До середины 1992 года в Непапе частному сектору не разрешалось строительство гидроузлов с гидроэлектростанцией мощностью более 100кВт. Только благодаря более открытой политике Правительства Королевства Непал, в конце 1992 года к строительству гидроузлов начали допускаться частные лица. В результате такой политики Правительства сейчас в Непале частными компаниями строится несколько гидроузлов с гидроэлектростанциями мощностью от 10 до 40 Мвт. Правительство дало этим компаниям гарантию на возмещение их затрат на строительство и возврат денег 8 валюте.
Королевство Непал весьма богато водными ресурсами. На его территорию выпадает большое количество осадков (до 2600 мм в год);его речная сеть имеет много непересыхающих рек, текущих с Гималайских гор. Все это способствует формированию здесь весьма благоприятных условий для строительства речных гидроузлов. В общей сложности по территории Непала протекает более 6 тысяч рек. Наиболее крупными из них являются: Сун-коси, Гандаки, Карнали, Марсянгди, Мачакали и т.д.
Главной проблемой реконструируемых и строящихся гидроузлов Непала являются сокрушительные многоводные летние паводки формирующиеся в период с июня по сентябрь за счет муссонов. Для пропуска паводковых вод на гидроузлах Королевства приходиться возводить новые резервные или эксплуатировать уже существующие стационарные водосбросы , представляющие собой открытые и закрытые сооружения, стоимость которых за счет многих объективных причин часто
превосходит стоимость гидроэлектростанции вместе с
водоподпорной плотиной . Последняя в Непале традиционно возводится из местных дешевых строительных материалов. В связи с отмеченным, а так же в связи с: отсутствием развитой сети автомобильных асфальтированных дорог ; дефицитом искусственных строительных материалов - цемента, металла арматуры, и др.; нехваткой квалифицированной рабочей силы , гидротехника этой страны нуждается в разработке новьих технических решений водосбросных сооружений , в которык рационально сочетались бы требования . наиболее, полного использования в первую очередь местных грунтовых материалов.
Помимо этого в мировой гидротехнике сегодня доминирует тенденция обращать особое внимание на проблемы охраны окружающей, среды. Хорошо известно, что отрицательные последствия строительства речных гидроузлов особенно сильно проявляются на равнинных участках рек; пр>и этом подтапливаются и затапливаются обширные территории, ранее находившиеся в сельскохозяйственном использовании, происходит интенсивный подъем грунтовых вод, изменяется климат района строительства, существенно трансформируется видовой состав флоры, и фауны, и т.п. На горно-предгорны'х участках рек отмеченные последствия менее значительны, а на горных - практически отсутствуют. В связи со всем этим строительство малых и средних гидроузлов на горных рекаїх Гималаев является весьма предпочтительным и перспективным. Однако и на них необходимо всемерно стремиться к сокращению ущерба, наносимого окружающей среде.
В наиболее полной мере этим требованиям отвечает принципиально новый тип водосбросного сооружения -грунтовая водосливная плотина. Идею такого подхода нельзя называть совсем новой. В мировой и российской гидротехнике уже давно существуют небольшие грунтовые водосливные плотины , омываемые потоком поверхности которых защищены каменной наброской , армосетками , габионами .монолитным или сборным железобетоном. Однако такие сооруженш
5 являются единичными , отсутствуют достаточно обоснованные пределы применимости того или иного типа защитного крепления , ограничена высота сооружений , в процессе эксплуатации грунтовых водосливных плотин нередки аварийные ситуации , известны случаи частичного или полного разрушения этих сооружений . Задания на конструктивные и технологические разработки пропуска больших масс воды и льда поверх грунтовых сооружений уже много лет входят составной частью в важнейшую научно-техническую проблему гидроэнергетики-
Большой вклад в разработку технических решений
таких плотин внесли российские ученые - Н.П. Пузыревский,
СВ. Избаш, П.И. Гордиенко, В.М. Ля'тхер, Ю.П.
Правдивей, И.С. Румянцев, а также Д.Р. Пауледж из США. Тело такого сооружения может быть возведено практически из любого местного грунта, а гребень и низовой откос защищаются от размыва специальным креплением из бетона, камня иди армирующих сеток. Анализ современного опыта проектирования и строительства таких сооружений показал , что их технико-экономические характеристики существенно превосходят аналогичные показатели традиционных водосбросов Внедрение переливных грунтовых плотин в практику гидротехнического строительства Королевства Непал позволило бы получить его водному хозяйству весьма значительный экономический и природоохранный эффект.
В последнее десятилетие а мировой гидротехнике для крепления низовых откосов водосливных плотин начали широко применять укатанные бетоны. В России, США, Китае, Франции, Испании и др. странах наблюдается их широкое внедрение в практику гидротехнического строительства. По экономичности такого типа крепления во многом превосходят крепления традиционных конструкций. Технология возведения низового откоса с креплением из укатанного бетона принципиально не отличается от технологии возведения укатываемого грунтового откоса. Простота конструкции и высокая устойчивость креплений
.6 . .
из укатанного бетона позволит пропускать через сооружения значительно большие расходы, а также уменьшить площадь поперечного сечения тела плотины.
Равным образом широкое применение находят крепления низового откоса водосливной грунтовой плотины с использованием армирующих сеток. Использование таких креплений позволяет решить одновременно несколько задач: например, сразу же в несколько раз увеличивается пропускная способность водосливной грунтовой плотины, резко снижаются затраты на возведение плотины , так как при этом используются местные строительные материалы и создаются благоприятные условия гашения избыточной энергии потока в нижнем бьефе, благодаря поверхностному режиму сопряжение бьефов.
Цель работы заключается в том, чтобы на осноеіє результатов модельных гидравлических исследований осуществить дальнейшее совершенствование конструкций и методов расчетного обоснования креплений низовых откосов из укатанного бетона или с армирующими сетками, выявить основные закономерности процесса сопряжения бьефов за переливными грунтовыми плотинами.
Для достижения намеченной цели в рамках настоящей аттестационной работы было предусмотрено решить следующие задачи:
- исследовать гидравлические условия работы
низового откоса
переливной грунтовой плотины, закрепленного каменной наброской с целью повышения его устойчивости и сохранения поверхностного режима в нижнем бьефе во всем диапазоне пропуска паводка;
- экспериментально рассмотреть возможность
применения укатанного бетона в качестве крепления
водосливной части переливной грунтовой плотины;
экспериментально рассмотреть возможность применения армосетки в качестве крепления водосливной части переливной грунтовой плотины;
разработать конструктивное решение кониевой части подошвы водосливного откоса переливной грунтовой плотины.
При постановке и решении ряда поставленных задач автор диссертации получил ценные советы от доктора технических наук, профессора В.М. Дятхера, которому он считает своим долгом принести искреннюю благодарность.
Научная новизна и практическая ценность диссертации.
В результате проведения указанных выше исследований получены следующие научные результаты:
- подтверждена техническая и экономическая
целесообразность строительства переливных
грунтовых плотин (ПГП) при условии создания
соответствующего крепления их низового откоса;
- получены привдипиально новые научные
данные, подтверждающие эффективность и
экономичность крепления низового откоса,
выполненного из укатанного бетона;
получены новые данные, подтверждающие эффективность и экономичность крепления низового откоса с использованием армосеток;
уточнены соотношения конструкции носка и уровней воды для сохранения поверхностного режима в нижнем бьефе. Апробация и практическая ценность полученных результатов.
Основные результаты проведенных в рамках настоящей работы исследований неоднократно докладывались на заседаниях кафедры гидротехнических сооружений МГУП, на научных конференциях и семинарах в МГУП и МГСУ ( 1992...1998Г.Г.).
Полученные в рамках работы результаты ориентированы на использование в практике проектирования и строительства переливных грунтовых плотин гидроузлов различного назначения на реках Королевства Непал. Внедрение полученных результатов в практику гидротехнического строительства Непала позволит не только повысить обоснованность и надежность работы таких сооружении, но и сократить их стоимость и сроки строительства.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы и. приложения. Текст диссертаци и изложен на 84 страницах машинописи, иллюстрирован 57 рисунками и 5 таблицами. Список использованных литературнькх источников насчитывает 96 наименований, из них 16 зарубежных авторов. Приложение состоит из текста изложенного на 5 стр., и включая 1 рисунок.
