ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

Гидротехника и ее задачи. Отрасль науки и техники по использованию водных ресурсов и борьбе с вредными действиями воды при помощи специальных сооружений, устройств и оборудования называется гидротехникой, а различные сооружения, которые необходимы для проведения водохозяйственных мероприятий, называются гидротехническими.

Цель гидротехники — выбор и обоснование водохозяйственных мероприятий, а также изыскания, проектирование, возведение, эксплуатация и исследование гидротехнических сооружений. Вследствие этого она тесно связана со многими другими отраслями науки и техники и в первую очередь с гидрологией, так как для правильного использования естественных водных ресурсов необходимо знать их режим, выполнять, водохозяйственные расчеты, решать вопросы, связанные с регулированием жидкого и твердого стока, определять размеры водохранилищ, уровни воды в них и т. п.

Не менее тесную связь гидротехника имеет с гидравликой, которая изучает законы движения русловых и подземных потоков и тем самым позволяет выяснить картину взаимодействия водного потока и сооружения.

Кроме того, гидротехника связана с целым рядом строительных наук — геодезией, геологией и гидрогеологией, механикой грунтов, сопротивлением материалов, строительной механикой, организацией и технологией строительного производства и др., которые дают сведения, необходимые для правильного выбора месторасположения сооружений, выбора материала конструкций, метода расчета, прочности и устойчивости, обоснования приемов организации и производства работ, выбора строительных машин и механизмов с учетом существующих прогрессивных и индустриальных методов возведений гидротехнических сооружений.

Особенности и условия работы гидротехнических сооружений. В отличие от сооружений промышленного и гражданского строительства гидротехнические сооружения постоянно связаны с водой, находящейся в покое или в движении, соленой или пресной, которая оказывает на них различные механические, физико-химические и биологические воздействия.

Гидродинамическое давление воды проявляется в виде удара струй, льдин и плавающих тел, движущихся с большой скоростью; в виде ветровых волн; гидравлического удара; давления фильтрационного потока, образующегося под гидротехническими сооружениями. Кроме того, в районах, подверженных землетрясениям, гидродинамическое давление возникает и в результате действия сейсмических сил и др.

Физико-химическое воздействие воды проявляется также во многих видах: истирание поверхностей вооружений потоком, особенно при наличии в воде наносов; коррозия металлических элементов; разрушение бетона под действием агрессивных вод или периодического замерзания и оттаивания воды в трещинах; кавитация, образующаяся в зонах вакуума при обтекании сооружения потоком с большими скоростями; механическая или химическая суффозия грунта под гидротехническими сооружениями, возникающая под воздействием фильтрационного потока, и др.

Гидротехническое строительство оказывает большое влияние на экономику значительных территорий. Гидростроители во многом являются пионерами освоения малообжитых районов страны, строителями новых городов, путей сообщения и различных предприятий, которые впоследствие служат базой для промышленного развития многих прилегающих районов. Подпор воды от крупного гидротехническое сооружения распространяется на большие расстояния, иногда на сотни километровв вверх по реке, при этом затопляются огромные площади земель, на подготовку которых к затоплению затрачиваются большие средства!

Водоподпорные сооружения удерживают огромные запасы воды. В случае аварии сооружения в нижнем бьефе образуется волна наполнения большой разрушительной силы, которая может вызвать гибель многих людей и нанести значительный ущерб расположенным ниже населенным районам. Это обстоятельство накладывает особую ответственность на гидротехников при производстве изысканий, проектировании, возведении и эксплуатации гидротехнических сооружений, поэтому указанные работы надо выполнять так, чтобы была исключена возможность аварий.

Возведение гидротехнических сооружений связано с выполнением больших объемов работ, особенно при строительстве крупных оросительных систем, гидроузлов и судоходных каналов большой протяженности.

В связи с создаваемым напором сооружение воспринимает гидростатическое давление воды, стремящееся сдвинуть и опрокинуть его в сторону нижнего бьефа.

В верхнем бьефе подпорных сооружений вследствие увеличения глубин скорости течения уменьшаются. При подходе к водосбросным отверстиям скорости значительно возрастают и могут вызвать размыв дна, во избежание чего приходится устраивать специальное крепление дна — понур.

При прохождении потока через водосбросные и водосливные отверстия скорости достигают максимальной величины и оказывают динамические воздействия на сооружение, усиливающиеся в результате возникающих пульсаций потока.

При выходе потока в нижний бьеф скорости течения также могут быть значительными (10—20 м/сек, а иногда и более). Кинетическая энергия потока, поступающего в нижний бьеф, приводит к размывам дна. В связи с этим необходимо принимать специальные меры по защите сооружения от опасных размывов. Для этого на дно нижнего бьефа укладывают массивную плиту, а за ним устраивают более легкое проницаемое, для воды крепление — рисберму, в пределах которой скорости потока снижаются до величин, безопасных для отводящего русла.

Создание напора вызываете основании сооружения фильтрацию воды. При движении воды в грунте может происходить химическая и механическая суффозии, контактный размыв поверхности грунта по стыку подошвы сооружения с основанием и выпор грунта в зоне выхода фильтрационного потока в нижний бьеф. Эти явления могут привести к возникновению и развитию опасных фильтрационных деформаций грунта и к падению устойчивости сооружения. Для предотвращения возможных деформаций грунта основания необходимо принимать соответствующие меры, которые в основном заключаются в снижении давлений, уменьшении скорости движения путем удлинения путей фильтрации, устройством водонепроницаемого понура, шпунтовых стенок, водобоя, дренажных устройств и др.

Волков И. М., Кононенко П. Ф., Федичкин И. К., Гидротехнические сооружения, М., Колос, 1968