CC BY
63
УДК 622.271
П. А. Пак, А. С. Иванов
НАМЫВ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ ИЗ РАЗНОЗЕРНИСТОГО ГРУНТА
Семинар № 12
Федеральное государственное предприятие «Специализированный трест «Энергогидромеханизация» Минэнерго России с 1946 г. является одной из крупнейших в России специализированных организаций по комплексному производству и проектированию земляных гидромеханизированных работ в различных областях строительства: энергетическом, гидротехническом, мелиоративном, гражданском, в производстве подводнотехнических работ, при проведении гидромеханизированных работ при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом. Всего за время деятельности треста разработано около 4 млрд. м3 различных грунтов во всех регионах бывшего СССР и за рубежом.
Развитие гидромеханизации в гидротехническом строительстве определилось характером и масштабами работ по намыву пойменных и русловых грунтовых плотин, устройству котлованов под здание ГЭС, водорослевых плотин, шлюзов, прокладке временных и постоянных судоходных каналов, подводящих и отводящих каналов с укладкой грунта по возможности в деловые насыпи - ограждающие перемычки, площадки под размещение баз строительства и т.п. Развитие гидроэнергетики потребовало организации и технологического обеспечения намыва русловых и пойменных плотин средствами гидромеханизации в различных регионах страны (на р. Волга, Кама, Свирь, Днепре, Сырдарье), которые отличались различными природно-климатическими условиями и, соответственно, различными проектными решениями.
Уникальной по своему характеру была выполнена работа по строительству самой высокой в мире намывной земляной плотины Мин-гечаурской ГЭС. Высота плотины в русле составила 81 м. Намыв плотины с необходимым качеством строительства удалось осуществить, применив принципиальную новую технологию безэстакадной укладки грунта, что позволило
увеличить производительность труда в 2,5-3 раза и привело к значительной экономии материалов. Для укладки очень мелкого материала, содержащего большое количество пыли и глины, применялся также разработанный в тресте на строительстве Горьковской ГЭС (1952-56) способ низкоопорного намыва.
На самых больших на Волге стройках Волжской ГЭС им. Ленина (Куйбышевской) и Волгоградского гидроузла (Сталинградской ГЭС) способом гидромеханизации было выполнено соответственно 109 и 122 млн. м3 земляных работ, намыты крупнейшие по объемы земляные плотины, достигнуты высочайшие показатели интенсивности земляных работ: 35 млн. м3 в год, 5,5 млн. м3 в месяц и 310 тыс. м3 в сутки.
Начиная с этих строек, способ гидромеханизации становится универсальным: он использовался на множестве различных объектах с объемами работ от десяти тысяч до многих миллионов кубометров. Доля гидромеханизированных работ в общем объеме земляных работ на волжских и камских гидроэлектростанциях составила 65-80 %, на днепровских - 7580 %, а позднее она еще выросла, составив, к примеру, на строительстве Чебоксарской ГЭС - 85 %, Киевской ГЭС - почти 90 %.
Во второй половине 90-х годов XX столетия гидромеханизационные работы в гидротехническом строительстве использовались практически во всех регионах страны, в том числе на Мингечаурской, Верхнесвирьской, Кайраккумской, Новосибирской Каунасской, трех волжских и двух камских ГЭС, на площадках Саратовской и Нижнекамской ГЭС, Кременчугской ГЭС, на Днепродзержинской ГЭС и Киевской ГЭС. Технологические особенности земляных сооружений, возведенных на Днепродзержинской и Киевской ГЭС, характеризуются весьма протяженным напорным фронтом, который составил на первом гидроузле 35,5 км, на втором - 48,2 км. Общая длина намытых на Киевской ГЭС плотин и дамб со-
ставила 58,9 км. На Кременчугской, Днепродзержинской и Киевской ГЭС способом гидромеханизации было выполнено до 70 млн. м3 земляных работ, что составляло от 80-90 % от всего объема.
Разработка новых технологических решений гидромеханизированных работ в гидростроительстве была направлена на повышение экономической эффективности намыва и расширение диапазона используемых грунтов. Так при строительстве Братской ГЭС был осуществлен намыв пойменной плотины из мелкого однородного песка, что оказалось более чем на треть экономичнее экскаваторной разработки и дальнейшего автотранспорта. Гидромеханиза-ционные технологии позволили возводить намывные плотины ГЭС в сейсмичных районах, таких как земляная плотина Головной ГЭС на р. Вахш, возведенная из мелких пылеватых песков и супесей, и плотины Капчагайской ГЭС на р. Или.
Особенности строительства на гидроузлах способствовали разработке новых технических и организационных решений гидромеханизированных работ.
Так при возведении русловых плотин Каневской ГЭС (1968-72) и Астраханского водо-делителя (1968-73) было осуществлено безбан-кетное перекрытие русел Днепра и Волги путем намыва в текущую воду. В сложных климатических условиях (перепад температур до 90 °С) намылась земляная плотина Усть-Илимской ГЭС на р. Ангара. Технологии максимального стеснения русла до судоходного прорана путем намыва с резким сокращением отсыпок каменных материалов были применимы на перекрытии р. Камы (Нижнекамская ГЭС) и р. Волги (Чебоксарская ГЭС).
На Чебоксарской ГЭС было осуществлено перекрытие русла Волги и замыв прорана в осенне-зимних условиях по совершенно новой технологии, обеспечившей необходимое качество земляной плотины. Объем плотины, намытой из мелкозернистых песков, составил около 8 млн. м3 грунта, длина ее русловой части - 930 м, пойменной - 2375 м.
В конце 70-х начале 80-х годов в энергетическом строительстве все большее место стали занимать намыв ограждающих и водоподъемных плотин водохранилищ-охлади-телей атомных электростанций, при этом неоднократно реализовывались решения, разработанные и проверенные при возведении земляных сооружений ГЭС и ТЭС.
В течение 20 лет на 16 атомных станциях как введенных в эксплуатацию, так и законсервированных на разных этапах строительства, были возведены дамбы водохранилищ-охладителей, разработаны каналы, намыты площади и т.д., в том числе Армянской, Бала-ковской, Башкирской, Запорожской, Калининской, Костромской, Крымской, Курской, Нововоронежской, Ровенской, Ростовской, Смоленской, Татарской , Хмельницкой, Чернобыльской АЭС и Воронежской АТЭЦ.
Применение гидромеханизации в атомной энергетике позволяло выполнять значительные объемы земляных работ при сооружении прудов-охладителей, сокращать сроки строительства объектов, возводить ограждающие и струенаправляющие дамбы с устойчивыми волногасящими профилями, что в ряде случаев позволяло полностью отказаться от крепления откосов и подготовки основания дамб и существенно снизить стоимость строительства. Объемы гидромеханизированных работ на строительстве Курской АЭС (I очередь) составили более 36 млн. м3, Балаковской АЭС - более 30 млн. м3, Чернобыльской АЭС (II очередь) - около 30 млн. м3, Хмельницкой АЭС -20 млн. м3 и т.д.
Работы на каждом объеме в связи со специфичностью условий потребовали разработки новых технологий строительства, в том числе и методов гидромеханизации. Так, для участков плотин на слабом основании Нововоронежской АЭС потребовалось провести предварительное обжатие основания намывом подушки грунта. На Курской АЭС была полностью изменена конструкция плотин с принятием волногасящего профиля, и были максимально сокращены дренажные устройства за счет прокладки вдоль плотины дренажного канала-карьера. При строительстве Балаковской АЭС карьеры для намыва ограждающей дамбы располагались в акватории Саратовского водохранилища далеко от берега. Для защиты от штормов, выводящих из строя земснаряды и их трубопроводные и энергоснабжающие коммуникации, была разработана и внедрена система и технология защиты от волнения земснарядов и коммуникаций путем опережающего намыва на акватории защитных дамб с пляжными волноустойчивыми откосами. На завершающем этапе работ эти дамбы разбирались и использовались как резервы грунта, что позволило также сократить количество перекачивающих станций.
Особенно значительная экономия средств была достигнута при строительстве Запорожской АЭС. Здесь по первоначальному проекту до начала намывных работ предлагалось отсыпать каменный банкет длиной 6 км и объемом 1,7 млн. м3, ограждающий земляную плотину водохранилища-охладителя от акватории Каховского моря. Разработанная новая технология заменила отсыпку банкета на намывную плотину с обоими волногасящими откосами. За 7 лет земснарядами 350-50Л было выполнено около 40 млн. м3 по разработке грунта. Реальная экономия от работ гидромеханизации составила 30 млн. руб. Для сопоставления масштаба цен скажем, что годовая программа строительно-монтажных работ всего треста в то время составляла около 110 -120 млн. руб.
Ряд новых технических решений был реализован при намыве ограждающей и струенаправляющей дамб водохранилищ, I и II очереди Чернобыльской АЭС и строительстве дамбы водохранилища других сооружений Хмельницкой АЭС. В обоих случаях было организовано производство работ с максимальным использованием кругооборота воды для экологической защиты окружающей среды
При строительстве и при расширении более чем 80 тепловых электростанций, гидромеханизацией выполнялись работы по расчистке, водоциркуляционных трактов, устройству каналов водоснабжения, намыву плотин и дамб водохранилищ, выемке ковшей водозаборов, намыву площадок под главные и вспомогательные корпуса, дноуглублению на водохранилищах, намыву дамб золо- и шлакоотвалов, пылеподавление и др.
В каждом случае решались новые технологические задачи, связанные со специфическими условиями строительства. Так, на строительстве Нарвской ГРЭС выемка заторфован-ных грунтов на территории, непроходимой для строительной техники, производилась в любое время года; на Ермаковской и Томь-Усинской ГРЭС - выемка каналов осуществлялась в тяжелых галечниковых грунтах с валунами; на водохранилище Ириклинской ГРЭС - в открытом водоеме с частыми штормами - проводилось углубление водоподводящего канала до 25 м.
На ряде объектов строительства тепловых электростанций очень тяжелые грунтовые условия потребовали произ-водства незначительных по объему земляных подводных работ, где земснарядам необходимо было
разработать тяжелые суглинистые и глинистые грунты, засоренные валунами (на Бурштыр-ской, Добротворской, Конаковской, Костромской, Лукомльской ГРЭС).
Применение гидромеханизации при строительстве ГРЭС и ТЭЦ позволяет выполнить в сжатые сроки большие объемы земляных работ (до 90 % от общего объема) при сооружения каналов и котлованов, создании прудов-охладителей и шламоотвалов и др.
Намывное возведение дамб золо- и шлакоотвалов ГРЭС и ТЭЦ и их периодическое наращивание в ходе эксплуатации отвалов, а также необходимость перекачки золошлаковой массы из одних секций золоотвалов в более дальние потребовало разработки специальных методов гидромеханизированных работ.
Строительство крупнейших тепловых электростанций в северных регионах страны (Нижневартовская, Сургутская ГРЭС-2, Уренгойская ГРЭС и др.) поставило задачу применения гидромеханизации в заболоченной тундре. В этих условиях средствами гидромеханизации осуществлялся намыв всех видов оснований, включая промплощадки под здания ГРЭС, поселки и сооружения инфраструктуры, а также создание сооружений водохранилищ-охладителей и каналов водоциркуляционного тракта.
При применении технологий и средств гидромеханизации в мелиорации и водном хозяйстве решались масштабные задачи по перемещению сотен млн. м3 грунтовых масс в различных регионах страны. Сопряженной задачей гидромеханизации является разработка обводненных песчано-гравий-ных месторождений.
В ряде случаев при строительстве объектов гидроэнергетике намыв плотин производился из песчано-гравийного материала.
В мировой практике применяются различные конструкции намывных плотин. В США обязательным элементом намывных плотин является центральная зона из глинистых грунтов.
Отечественные гидротехнические сооружения возводятся как из однородных песчаных грунтов с провидением различных противо-фильтрационных мероприятий, так и из неоднородных песчано-гравийных грунтов с центральной зоной из мелкого песка, а также с центральной ядерной зоной из супесчаносуглинистых грунтов на скальных и водоупорных основаниях.
Кроме этих технологических решений в ФГУП «Энергогидромеханизация», разработана и реализована на практике новая конструкция каменно-набросной плотины, так называемой «каменно-песчаная» плотины, водоупорность которой обеспечивается за счет заполнения песком пространства между камнями, образующими скелет плотины. Заполнение этих пустот пор песком осуществлялось средствами гидромеханизации. Такая плотина с боковыми призмами из каменной наброски, замытой песком, возведена советскими специалистами при строительстве Асуанской ГЭС на р. Нил в Египте. Эта технология получила свое развитие при проектировании и строительстве песчано-гравийной плотины Тишринского гидроузла на р. Ефрат в Сирии.
Тело плотины было сформировано из грунта, состоящего на 70 % из гравия и на 30 % из песка. Устойчивость плотины обеспечивалась
равномерным заполнением межгравийного пространства. Особенностью использования данного метода являлась необходимость обеспечения сегрегации грунта при намыве под воду, поскольку в русловой части глубина реки Ефрат доходила до 15 метров. Практика подводного намыва показала, что, несмотря на наличие обширных экспериментальных и теоретических работ по выявлению физической сущности подводного и наводного намыва, влиянию горно-геологических особенностей строительства плотин и характеристик намываемого грунта, постоянно требуется индивидуальный подход при проектировании технологий их возведения. В связи с этим продолжают оставаться актуальными исследования процессов фракционирования грунтов при подводном намыве и разработка инженерных методов расчета этого процесса в различных условиях.
— Коротко об авторах --------------------
ПакП.А. - ФГУП «Энергогидромеханизация». Иванов А. С. - ФГУП «ВИЭМС».
ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИИ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
СИБИРСКИЙ ГОС ^ДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УН ЧВЕРСИТЕТ
ГОРНОСТАЕВ
Василий
Иванович
Обоснование параметров технологии разработки мощных пологих пластов с управляемыми разрушением и выпуском угля подкровельной толщи в подсечной слой
25.00.20
25.00.22
к.т.н.
© В.Ф. Хныкин, 2004
УДК 622.271 В. Ф. Хныкин
