ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Процесс создания и использования гидротехнических сооружений состоит из четырех основных этапов:
1) изыскания получение данных о природных условиях района и места расположения сооружений: о рельефе местности, геологическом строении, гидрологических условиях водотока, климатических особенностях района, об экономикопроизводственных, социальных и других условиях;2) проектирование на основе данных изысканий и поставленной водохозяйственной задачи установление: будущего водного режима объекта, основных типов и размеров сооружений, необходимых строительных материалов, методов строительства, необходимого оборудования; составление схем и конструктивных чертежей, определение экономических показателей объекта строительства, прогноз социальных и экологических последствий строительства;
3) строительство организация и производство строительных работ по возведению сооружений: подготовка территории, закупка строительных машин, механизмов и оборудования, проведение всех требуемых работ, монтаж оборудования, демонтаж строительного оборудования и временных устройств и сдача объекта в эксплуатацию;
4) эксплуатация строящегося и сданного в эксплуатацию объекта управление его работой с учетом требований, заложенных в проекте, надзор за состоянием сооружений и оборудования, текущий и капитальный ремонты сооружений.
В настоящем курсе в основном излагается второй этап проектирование гидросооружений с учетом назначения объекта, данных изысканий, условий строительства и эксплуатации.
Стадии проектирования. Последовательность проектирования гидротехнических сооружений, как и любых других сооружений, ведется на основе Инструкции о порядке разработки, согласования, утверждения и составе проектной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений (СНиП 11 0195, Минстрой России, 1995 г.) и выполняется в три стадии.
Стадия обоснований инвестиций (ОИ). На этапе ОИ в соответствии с задачами и требованиями социального заказа определяют хозяйственную целесообразность и экономическую эффективность строительства объекта, его основные конструктивные параметры, экологическую приемлемость нарушений в окружающей природной среде, социальные аспекты строительства и эксплуатации объекта, устанавливают стоимость строительства, выполняют разработку схемы комплексного использования водотока или его участка. Обоснования инвестиций проходят государственную (и общественную) экологическую экспертизу и государственную строительную экспертизу.
При наличии положительных заключений строительных и экологических экспертиз на Обоснования инвестиций приступают к разработке основного проектного документа техникоэкономического обоснования (ТЭО) или проекта строительства. На стадии ТЭО уточняют параметры проектируемого водохозяйственного объекта и его основных сооружений, их конструкции, объемы работ, требуемых строительных материалов и оборудования, необходимых материальных и социальных ресурсов.
На основании утвержденного в установленном порядке ТЭО (проекта) строительства разрабатывается рабочая документация. Проектная организация на этой стадии выполняет детальные чертежи сооружений и их элементов с учетом возможных изменений в проекте. Эти изменения могут вноситься, например, после вскрытия котлована под основание сооружения и уточнения геологического строения основания.
Для технически и экологически сложных объектов и при особых природных условиях строительства по решению заказчика (инвестора) или заключению государственной экспертизы по рассматриваемому проекту одновременно с разработкой рабочей документации и строительством выполняются дополнительные углубленные проработки проектных решений, экспериментальные исследования по отдельным объектам, конструкциям.
Перечисленные стадии проектирования применяют для всех значительных и ответственных сооружений. Для объектов менее значимых число стадий может быть уменьшено, тогда вторая и третья стадии объединяются в так называемый рабочий проект, или после утверждения Обоснования инвестиций разрабатывается только рабочая документация.
На стадии выполнения рабочей документации проектная организация разрабатывает «Основные положения правил использования водных ресурсов водохранилища», которые регламентируют управление режимом водохранилищ и «Правила эксплуатации основных сооружений гидроузла», регламентирующие режимы эксплуатации, виды и периодичность натурных наблюдений и состоянием сооружений, критерии их безопасности, а также объемы и срои текущих и капитальных ремонтов сооружений.
Состав проекта. После утверждения Обоснований инвестиций на строительство объекта на основе данных изысканий и исследований и в соответствии с целями водохозяйственного объекта разрабатывается его проект. Проект на строительство предприятий, зданий и сооружений производственного назначения состоит из следующих разделов: общая пояснительная записка; генеральный план и транспорт; технологические решения; организация и условия труда работников. Управление производством и предприятием; архитектурностроительные решения; инженерное оборудование, сети и системы; организация строительства; охрана окружающей среды; инженернотехнические мероприятия гражданской обороны. Мероприятия по предупреждению чрезвычайных ситуаций; сметная документация; эффективность инвестиций.
В состав проекта гидротехнического сооружения обязательно входят решения вопросов, специфичных для гидротехнических сооружений:
1) разработка будущего гидрологического и водохозяйственного режима сооружения (установление расчетных уровней и расходов воды в бьефах, пределов их колебаний, отметок зоны затоплений, объема водохранилища и др.);2) гидравлические и фильтрационные расчеты, обосновывающие формы и размеры водосбросных и противофильтрационных устройств сооружений;
3) статические и динамические расчеты прочности и устойчивости запроектированных сооружений и их оснований;
4) разработка проекта натурных наблюдений за работой гидросооружений в процессе строительства и эксплуатации с перечнем критериев безопасности, сценариев потенциально возможных аварий и определение зон их влияния и др.;
5) декларация безопасности гидротехнического сооружения, утвержденная в органах надзора за безопасностью гидротехнических сооружений.
Гидротехнические сооружения относятся к сложным природнотехническим системам, проектирование которых связано с рассмотрением громадного числа условий, связей и вариантов возможного решения проектной задачи. Проектирование гидротехнических сооружений базируется на знаниях инженерностроительных наук (теоретическая и строительная механика, механика грунтов, строительные материалы, сопротивление материалов, строительные конструкции, производство строительных работ и др.), наук о воде (физика, химия, гидравлика, гидрология), а также наук об окружающей среде (инженерная геология, климатология, инженерная экология). Научноинформационное пространство, в котором приходится вести решений задач проектирования гидросооружений, слишком велико, чтобы в нем могли разобраться лишь инженерыгидротехники. Им необходима помощь специалистов многих научных направлений (см, §§5.3, 5.4), а также требуется применение методов, обеспечивающих сбор и обработку необходимой для проектирования информации и выработку оптимальных решений [25].
Теоретический анализ является основным методом гидротехники, так как основан на выявленных в течение многих столетий практики закономерностях и зависимостях, позволяющих проектировать гидросооружения в короткие сроки с минимальными затратами. Как всякая наука, гидротехника стремится решать свои задачи на «кончике пера» (теоретически), однако сложность поставленных практикой задач, сложные природноклиматические и геологические условия районов строительства, появление новых конструкций, материалов и технологий вызывает необходимость широкого использования эвристических подходов и экспериментальных методов.
Лабораторные модельные исследования играют важную роль в гидротехнике и применяются для экспериментальной проверки теоретических разработок в тех случаях, когда подобная разработка исследуемых проблем несовершенна или отсутствует. Сюда относятся гидравлические, фильтрационные, статические и динамические исследования на моделях сооружений («моделирование»), уточнение физикомеханических свойств строительных материалов (см. гл. 33) и др.
Натурные исследования проводятся на гидросооружениях с целью контроля их эксплуатационного состояния, проверки теоретических концепции, заложенных в них при проектировании, и для накопления натурных данных, необходимых для разработки новых теорий (см. гл. 31 и 32).
Творческий процесс решения проектноконструкторских задач в гидротехнике можно представить в виде такой последовательности: разработка технического задания и его анализ; на этом этапе важно иметь в виду, что правильная и четкая постановка творческой инженерной задачи это половина успеха в ее решении; эскизное проектирование разработка вариантов решения проектной задачи; техническое проектирование выбор и тщательная проработка выбранного оптимального варианта, формулировка технического задания на разработку и исследования частных сложных задач; рабочее проектирование окончательная проработка выбранного варианта конструкции сооружения, его отдельных узлов и элементов, оформление всей рабочей документации для строительства и эксплуатации.
Задачи инженерного проектирования сооружений и конструкций носят творческий эвристический характер и, как правило, решаются итерационным путем, т.е. совершается несколько попыток приближения к искомому идеалу на основе анализа и синтеза полученных промежуточных решений, с использованием методов оптимизации.
Единичный метод конструирования применяется для проектирования не очень ответственных сооружений при наличии четких условий (геологических, экономических, технологических и др.), определяющих выбор конструктивного решения. С целью экономии времени и средств рассматривается единственный вариант, а конструирование ведется на основе аналогий или повторения известных решений на базе знаний специалиста, ведущего проект.
Вариантное проектирование предусматривает разработку нескольких возможных решений поставленной задачи, их техникоэкономическое сравнение и применяется на всех стадиях проектирования. Метод позволяет найти наиболее выгодное решение в сравнительно узком диапазоне изменения условий. Развитие теории оптимизации, позволяющей получать наилучшие решения на основе алгоритмов отыскания экстремума целевой функции при изменении в широких пределах исходных данных, привело к формированию метода оптимизации гидросооружений (см. гл. 19).
