Материал: Строительство Мангальского гидроузла

Строительство Мангальского гидроузла

Введение

Целью выполнения курсового проекта является овладение профессиональными и общими компетенциями.

Профессиональные (ПК):

ПК1.1 Участвовать в подготовке и проведении инженерных изысканий.

ПК1.3 Участвовать в разработке проекта организации строительства и составления технологических решений инженерных сооружений.

ПК1.4 Составлять проектно-сметную документацию на строительство инженерных сооружений.

ПК1.5 Использовать системы автоматизированного проектирования инженерных сооружений.

ПК1.6 Анализировать результаты гидравлических расчётов, принимать проектные решения.

ПК1.7 Определять по чертежам вид инженерных сооружений.

ПК1.8 Работать с нормативной документацией ВНиР, ЕНиР, СНиП, ГОСТ.

Общие компетенции (ОК):

ОК1 Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.

ОК2 Организовать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

ОК3 Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.

ОК4 Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.

ОК5 Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности.

ОК11 Обладать экологической, информационной и коммуникативной культурой, а также:

Систематизации и закрепления полученных теоретических знаний и практических умений по общепрофессиональным дисциплинам и профессиональным модулям;

Углубление теоретических знаний в соответствии с заданной темой;

Формирования умений применять теоретические знания при решении поставленных вопросов;

Формирования умений использовать справочную и нормативную документацию;

Развития творческой инициативы, самостоятельности, ответственности и организованности;

Подготовки к государственной итоговой аттестации;

1. Теоретический раздел

.1 Инженерное сооружение, его народно- хозяйственное значение

Мангальский гидроузел расположен на реке Чулым. Гидроузел предназначен для создания подпора в верхнем бьефе для передвижения судоходного транспорта. Мангальский гидроузел образует большое водохранилище, которое тем самым дает возможность увеличить количество транспортных и пассажирских речных перевозок, так как на водохранилищах обеспечиваются стабильные в течение всей навигации гарантированные судоходные глубины.

Построенное в бассейне реки Чулым Мангальское водохранилище создаёт необходимые условия для орошения сельскохозяйственных земель.

При создании Мангальского водохранилища выполняется инженерная защита ценных сельскохозяйственных земель, что заметно снижает возможный ущерб от затоплений. Гидроузел позволяет регулировать и контролировать сток воды, ликвидируя катастрофические наводнения, половодья, сели.

Большие массивы воды в Мангальском водохранилище позволяют более полно разбавлять загрязнения: изымать и переводить в донные отложения вредные ингредиенты (тяжелые металлы, пестициды, нефтепродукты), поступающие в реки со сточными водами промышленных и коммунальных предприятий с сельхоз угодных и урбанизированных территорий.

Качество воды в Мангальском водохранилище выше по показателям прозрачности, цветности, содержания взвешенных веществ и количеству сапрофитных бактерий. Водохранилище, созданное при Мангальском гидроузле комплексного назначения с соблюдением требований санитарных правил, также используется как источник хозяйственно - питьевой воды и водоснабжения.

В Мангальском водохранилище созданы условия для разведения и ловли рыбы, тем самым привлекает туристов и рыболовов.

Мангальское водохранилище является одним из привлекательных мест отдыха: на многих территориях водохранилища благоустроены пляжи, проводятся парусные регаты, дайвинг, теплоходные экскурсии.

1.2 Условия строительства инженерного сооружения

Чулым - река в Сибири, правый приток Оби. Питание преимущественно снеговое. Половодье с мая по июль. Средний расход воды 785 м³/с; наибольший расход в 131 км от устья 8220 м³/с, наименьший - 108 м³/с. Замерзает в начале ноября; вскрывается в конце апреля начале мая, весной часты заторы льда. Средний расход наносов 68 кг/сек, годовой объём стока наносов 2100 тыс.т. Ветры на территории района преобладают юго-западные зимой и летом. На левобережье, в юго-западной части, нередки ветра, дующие с юга. Среднегодовая температура -40С; абсолютная минимальная-5; абсолютная максимальная 32С.

Источник водоснабжения - грунтовые воды. На левом берегу преобладают равнинные формы. Северная часть левого берега представляет собой холмисто-увалистую равнину, абсолютные высоты которой достигают 300-500 метров. Юго-западная часть левого берега имеет кастовый рельеф. Левобережная территория сложена преимущественно осадочными породами верхнедевонского и нижнее каменноугольного возрастов. Широко распространены глины и суглинки, красноцветные песчаники, известняки органического и химического генезиса, брекчии, аргиллиты.

Правобережная часть района в отличии от левого берега более расчлененная, горы более высокие. Преобладают низкогорья с абсолютными высотами не более 887 метров. Гидроузел находится вблизи от станции Сибирской железной дороги. Доставка грунта, металла, лесоматериалов производится железной дорогой, а доставка оборудования речным и ж/д транспортам. Источник энергоснабжения - дизельная передвижная электростанция АД-150. Посёлок строителей находится на правом берегу. Карьеры расположены на левом берегу в 3км. от створа плотины.

1.3 Охрана окружающей среды в период строительства инженерного сооружения

Гидротехническое строительство, связанное с перераспределением стока, созданием водохранилищ с огромными запасами воды и значительными глубинами, затоплением пахотных угодий и лесов, оказывает влияние на природную среду непосредственно или косвенно. При этом воздействие на окружающую природную среду сказывается как сразу, так и по истечении многих лет.

Основные последствия регулирования стока рек гидроузлами, оказывающих положительное или отрицательное влияние на хозяйственную деятельность и окружающую природу:

изъятие земель под Мангальское водохранилище и строительные площадки для возведения основных сооружений гидроузла, создания строительной базы и переустройства объектов хозяйства и выноса из зоны затопления, а также в связи с береговой переработкой и подтоплением территории выше критического уровня;

ухудшение мелиоративного состояния земель в связи с подтоплением Мангальским водохранилищем;

увеличение продолжительности затопления земель в верхнем бьефе Мангальского гидроузла, особенно в хвостовой части водохранилищ в связи с подпором стока реки;

сокращение частоты и продолжительности затопления пойменных земель в период весеннего половодья на участке, расположенном в нижнем бьефе Мангальского гидроузла;

изменение санитарного состояния реки, физико-химических и медико-биологических свойств воды;

изменение климатических и ландшафтных условий.

Недостаточная проработка мер по охране окружающей среды и отступления от проектных решений в период строительства и эксплуатации приводит не только к огромным материальным убыткам, но и к необратимым экологическим последствиям.

При производстве работ по Мангальскому гидроузлу предприняты следующие меры по охране окружающей среды:

а) Промышленные базы размещены на землях непригодных для сельского хозяйства;

б) Избежание излишних лесовырубок (кроме зоны затопления);

в)Провидение рекультивации земель, возвращаемых в сельскохозяйственный оборот;

г) Прокладка хороших дорог, запрет на проезд по сельскохозяйственным землям, степям, тундре;

д) Устройство, канализации и очистных сооружений, их своевременный ввод в эксплуатацию;

е) Работа на оборотной воде при применении способа гидромеханизации, при очистке и сортировке заполнителей бетона и фильтров;

ж) Ограниченно производство взрывных работ под водой;

з) Устройство фильтров и завес на дымящих производствах;

и) Сбор отработанного масла и остатков нефтепродуктов на автостоянках, в гаражах, на автозаправках;

к) Полив дорог, особенно грунтовых, в летнее время.

2. Практический раздел

.1 Организация работ по строительству инженерного сооружения

Пропуск строительных расходов осуществляется без отвода реки в сторону, при помощи стеснения естественного русла реки.

Отвод воды от котлована основных строительных сооружений обеспечивается путем строительства временных гидротехнических сооружений - перемычек

При строительстве Мангальского гидроузла используется пойменная компоновка. Пойменная компоновка характерна для равнинных рек. Возведение основных сооружений производится в две очереди: первоначально расходы пропускаются по естественному руслу стесненному, перемычками первой очереди. В этом случае сначала в русле сооружают продольную перемычку и от неё возводят верховую и низовую перемычки. Под защитой перемычек первой очереди возводят бетонные сооружения. После готовности бетонных сооружений для пропуска через них расходов воды перемычки разбирают, котлован бетонных сооружений затапливают, русло реки перекрывают перемычками II-ой очереди и насухо возводят русловой участок плотины. Расходы пропускаются через гребенку или донные отверстия.

Определение отметки верховой перемычки первой очереди

Чтобы определить отметку верховой перемычки первой очереди, необходимо определить перед сжатым сечением образующийся перепад Ƶ. Зная Ƶ определяется нужная высота перемычек. Для этого вычерчивается продольный разрез плотины и отмечается отметка строительного расхода Qстр. это максимальный расход при половодье и наводнении.

Подпор Ƶ определяется по формуле

Ƶ=(1/φ2)*(Uсж2/2g)-Uо2/2g м; (1)

Где: φ - коэффициент = от 0,85 до 0,95берётся тем выше, чем меньше стеснение русла.сж - скорость течения реки в сжатом русле;о- скорость течения реки в бытовом русле;- коэффициент ускорение свободного падения = 9,81.

U_о.=Q_стр/_о (2)

Где: Qстр - строительный расход реки = 2000 м3/сек;

_о - площадь сечения реки бытового русла при строительном расходе реки.

Где: _сж - площадь сечения сжатого русла реки с учетом Ƶ

При Ƶ = 0 м:

_о = ω1+ω2+ω3+ω4+ω5+ω6+ω7 +ω8+ω9+ω10+ω11

ω1=3*70=210 м2

ω2= 5,5*80=440 м2

ω3= 4,5*65=292,5 м2

ω4= (30*65):2*2=95 м2

ω5= (2+20):2=11м2

ω6= 2*275=550 м2

ω7= (1,5*12,5) 2=351,5 м2

ω8= 1,5*21,5=322,5м2

ωо = 210+440+292,5+95+11+550+351,5+322,5+258,5=2539,75м2
= Qстр/ωо = м/с=2000/2539,75=0,78 м/ссж=Qстр/ωcж= м/ссж=2000/1794,95=1,2м/с

Ƶ=(1/0,952)*(1,22/2*9,81) - 0,782/2*9,81=0,050 м

При Ƶ = 0,5 м

ω 1=5*45=225 м2

ω2= 2*45=90 м2

ω3= 2+20/2=11 м2

ω4=2,5*275=687,5 м2

ω5=(2*12,5) 2=625 м2

ω6=2*215=430 м2

ω7=4,5*115/2=285,75 м2

ωсж =225+90+11+687,5+625+430+259,75=2327,3м2=0,78 м/ссж=Qстр/ωcж= м/ссж=2000/2327,3=0,85м/с

Ƶ=(1/0,952)*(0,852/2*9,81) - 0,782/2*9,81=0,013 м

При Ƶ = 1 м.

ω 1=55*4,5=235,7 м2

ω2= 2*45=90 м2

ω3= 2+20/2=11 м2

ω4=3*275=725 м2

ω5=(2,5*12,5) 2=746,5 м2

ω6=2,5*215=537,5 м2

ω7=4,5*115/2=258,75м2

ωсж =255,7+90+11+725+746,5+537,5+258,75=2604,45м2=0,78 м/ссж=Qстр/ωcж= м/ссж=2000/2604,45=0,76 м/с

Ƶ=(1/0,952)*(0,762/2*9,81) - 0,782/2*9,81=0,0024 м

Ƶ = 0.69 м.

Определяется отметка низовой перемычки первой очереди:

↓низ.п.=↓Qстр+a; (4)

Где: а - запас равный 1 м;

↓Qстр - отметка строительного расхода 222,000.

↓низ.п.= 222,000+1= 223,000

Определяется высота низовой перемычки первой очереди:

Высота низовой перемычки определяется, уровень воды (H) в нижнем бьефе при пропуске расчетного строительного расходаQстр по кривой расходов с некоторым запасом.

Нн.п.=↓низ.п-↓осн.н.п; (5)

Где: ↓осн.н.п. - отметка основания перемычки 215,000

Нн.п = 223,000-215,000=8 м

Определяется отметка верховой перемычки первой очереди:

↓верх.п.=↓Qстр+Ƶ+а; (6)

а=1м.

↓верх.п= 222,000+0,7+1= ↓223,7

Определяется высота верховой перемычки первой очереди:

Нверх.п.=↓верх.п-↓осн.п; (7)

Нверх.п=223,7-215,000 = 8,7 м

После расчета возводятся перемычки. Перемычки возводятся из залегающего гравийно-песчаного грунта. Конструкция перемычек: верховой откос 1:3; низовой откос 1:2.25.Ширина гребня стандартная 4 метра. Ширина основания верховой перемычки 50 м; низовой 46 м.

Строительство водосливных частей плотины завершается методом «гребенки» или «донных» отверстий, что определяется расчётом. Для этого в пазы плотины монтируются строительные затворы, из пространства между ними и откачивают воду и бетонируют водосливную часть. Строительные расходы пропускается через оставленные открытые пролеты.

Производится расчет перемычек второй очереди при пропуске расходов методом «гребенки.

= 3√(Qстр2/(m2*bc2*2g* Ϭn2)); (8)

Где: m - коэффициент расхода водослива с широким порогом 0,35;с - сумма длин пролетов между бычками (открытые 6 из 8);

Ϭn- коэффициент подтопления. Первоначально принимается равный 1;

Н - максимальная глубина воды в ВБ.

= 3√(20002/(0,352*576*2*9,81* 12))= 14,23 м

Уточняется коэффициент подтопления:

Ϭn зависит от отношения глубины hп, которое определяется по уровню воды в нижнем бъефе, к максимальной глубине воды в ВБ. См.ПЗ лист

/H= 2/14,02= 0,14

при hп/H = 0,14 Ϭn=1

Определяется отметка гребня верховой перемычки второй очереди:

↓гр.в.п.= ↓порога+ Н+ а (значение должно быть выше Qстр); (9)

Где: ↓порога - отметка порога фундамента 222,000.

↓гр.в.п.= 222,000 +14,23+0.5=236,73

Определяется высота верховой перемычки второй очереди:

Нв.п.= ↓гр.в.п.- ↓дна.р; (10)

Нв.п.= 236,73 - 217,000 = 19,73 м

↓низ.п.= ↓Qстр + a (11)

↓низ.п. = 222,000 + 1 = 223,000

Определяется высота низовой перемычки второй очереди:

Нн.п.= ↓низ.п - ↓осн.н.п (12)

Нн.п. = 223,000 - 217,000 = 6 м

Расчет перемычек второй очереди при пропуске расходов донных отверстий:

Н= Qстр2/(μ2*ω2**2g); (13)

Где: μ - коэффициент расхода, определяется по графику в зависимости от отношения L/ d;

ω - суммарная площадь всех донных отверстий.

Диаметр отверстия принимается 5м.

ω = (π*d2)/4*n; (14)

ω= (3.14*52)/4*8=157 м2

μ= L*d

Где: L - длина водосбросной плотины по основанию;- диаметр отверстия.

μ = 11,5/5=2,3 →μ= 0,8

Н= 20002/(0,352*576*2*9,81)= 11,1 м

Определяется отметка гребня верховой перемычки второй очереди:

↓гр.в.п.= ↓порога+1/2d+H+a; (15)

↓гр.в.п.= 222,000+1/2*5+11,1+0.5=237,6

Определяется высота верховой перемычки второй очереди:

Нв.п.= ↓гр.в.п.- ↓дна.р; (16)

Нв.п. = 237,6- 217,000= 20,6 м

Определяется отметка низовой перемычки второй очереди:

↓низ.п.= ↓Qстр + a; (17)

↓низ.п. = 222,000 + 0,5 = 222,500

Определяется высота низовой перемычки второй очереди:

Нн.п.= ↓низ.п - ↓осн.н.п; (18)

Нн.п. = 222,500 - 217,000 = 5,5 м

Высота верховой перемычки при пропуске строительных расходов методом гребенки 19,2 м, низовой 9м. Высота верховой перемычки при пропуске строительных расходов через донные отверстия 32,8м, низовой 8,5м. Принимается пропуск строительных расходов методом «гребенки».