ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ ГИДРОУЗЛОВ
Глава седьмая
ИНЖЕНЕРНЫЕ ИЗЫСКАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ
Общие положения
Отличительной особенностью гидротехнических сооружений является большая зависимость их типов, размеров и конструкций от природных условий — рельефа местности, ее геологического строения и гидрологического режима водотока. Для изучения природных условий строительства гидротехнических сооружений на значительных площадях выполняются инженерные изыскания, имеющие весьма сложные задачи, которые можно успешно решать только используя научные достижения, передовой опыт и мощные технические средства. Высокие требования, предъявляемые гидротехническим строительством к освещению природных условий, способствовали тому, что гидротехнические изыскания заняли ведущую роль по многим вопросам инженерных изысканий в строительстве.
Затраты на изыскания обычно бывают равны затратам на проектные работы и составляют в среднем около 2% стоимости строительства сооружений. Соотношение стоимости отдельных видов изысканий выражается следующими данными: топографо-геодезические 16, инженерно-геологические 73 и гидрологические 11%.
При проведении изысканий используются материалы Мингео СССР, ГУГК и Госкомгидромета СССР, а также других организаций.
Важным условием эффективного выполнения изысканий является их тесная связь с проектированием. На основании имеющихся материалов о природных условиях проводятся обычно предварительные проектные проработки, служащие основанием для оптимального назначения вариантов и выдачи обоснованного технического задания на проведение изыскательских работ. По мере углубления проектных разработок и выявления природных особенностей участков будущего строительства или зоны водохранилища производится корректировка общего направления и детальности изыскательских работ.
Задачи изысканий зависят от стадий проектирования. При составлении предварительной схемы комплексного использования водотока задача изысканий — обоснование разбивки реки на бьефы и выбор первоочередного объекта строительства. При составлении обосновывающих материалов к схемам развития и размещения отраслей народного хозяйства и отраслей промышленности и схемам развития и размещения производительных сил по экономическим районам и союзным республикам — анализ природных условий конкурирующих створов для выбора одного из них, условий создания водохранилищ и обеспеченности местными строительными материалами. Задачей изысканий на стадии проекта гидроузла является обоснование окончательного выбора нормального подпорного уровня (НПУ), местоположения и типов сооружений, а также основных компоновочных и конструктивных решений, состава мероприятий по подготовке зоны водохранилища и нижнего бьефа, способов производства строительных работ и размещения карьеров местных строительных материалов. Задачи изысканий на стадии рабочей документации — обоснование необходимой детализации проектных решений и проведение наблюдений за деформациями оснований, сейсмическими явлениями, режимом реки, а также подготовка документации по строительным котлованам, туннелям и пр.
Топографо-геодезические изыскания
Для проектирования и строительства гидротехнических сооружений и водохранилищ выполняются разнообразные топографо-геодезические работы и специальные наблюдения: составляются планы, охватывающие весьма значительные площади; проводятся триангуляционные и нивелирные работы; составляются продольные профили рек; выполняется на большом протяжении вынос в натуру границ затопления, ведутся наблюдения за осадками и сдвигами гидротехнических сооружений. Особенностью всех этих работ является то, что они выполняются главным образом в пределах речных долин, нередко представляющих собой узкие, труднодоступные горные ущелья.
Объем топографо-геодезических работ для крупных гидроузлов бывает весьма значительным. Так, для проектирования Усть-Илимского гидроузла было выполнено около 200 км2 топографических съемок крупного масштаба, построена триангуляция на площадке строительства, вынесена в натуру граница затопления по всему периметру водохранилища протяженностью около 3500 км. Большой объем топографо-геодезических работ выполняется также при проектировании магистральных каналов. Трасса канала Нура-Сарысу была намечена в нескольких вариантах общей длиной около 500 км. На участках со сложным рельефом и в местах расположения плотин, насосных станций и других наиболее ответственных сооружений производились крупномасштабные съемки на площади 120 км2. Вся трасса была вынесена в натуру, а после окончания строительства канала проведены исполнительные съемки сооружения и прилегающей к нему полосы.
Для измерения длин линий при геодезических работах теперь применяются оптические дальномеры, а измерения больших расстояний производятся сведодальномерами. Эти приборы широко используются для построения планового геодезического обоснования на гидротехнических объектах, так как дают нужную точность и в несколько раз повышают производительность труда по сравнению с измерениями длин линий проволоками. Основные типы светодальномеров позволяют измерять расстояния до 2 км с ошибкой 0,5—1 см, а отдельные модели рассчитаны на измерения сторон длиной до 40 км. Использовавшиеся ранее для измерения углов теодолиты уступили место оптическим приборам, которые позволяют измерять углы с точностью до долей секунды.
При составлении планов крупных масштабов широко пользуются аэрофотосъемкой, которая дает большой выигрыш во времени и повышает качество топографических материалов. В горных районах и ущельях с крутыми склонами применяется наземная стереофотограмметрическая съемка, обеспечивающая составление топографических планов крупного масштаба для труднодоступных каньонов. Фототеодолитная съемка также успешно используется для геологического картирования и определения объемов скальных выемок в котлованах высоких плотин.
Выполнение наблюдений за плановыми и высотными деформациями гидротехнических сооружений геодезическими методами по специальным программам обеспечивает точность в 1—2 мм. Для этого в процессе строительства производится закладка контрольно-измерительной аппаратуры, бурятся строго вертикальные скважины для обратных отвесов, проходятся штольни в береговых примыканиях и используются потерны в теле плотин. Наблюдения за деформациями ведутся по глубинным маркам и реперам, заложенным в теле плотины или ее основании, а для обеспечения необходимой точности измерений на этих работах используются специальные методы и приборы: струнные и оптические створы, гидростатическое нивелирование, прямые и обратные отвесы, алинеометры и прецизионные нивелиры. Объем этих работ бывает весьма значительным. Так, наблюдения за деформациями Усть-Илимской плотины и ее основания проводятся по 18 обратным отвесам, двум струнным створам, многочисленным маркам и глубинным реперам. С наибольшей детальностью производятся наблюдения за деформациями арочных плотин — Чиркейской, Ингурской, Саяно- Шушенской, для чего устанавливаются тысячи геодезических знаков.
Важнейшей задачей топографо-геодезических изысканий является обеспечение проектирования и строительства геодезической и топографической основой надлежащего качества с наименьшими затратами труда и средств. Одной из важных проблем при этом является автоматизация наблюдений за деформациями сооружений. Для этого в настоящее время применяется такая технология геодезических работ, в которой новейшие геодезические электронные приборы и системы автоматически фиксируют смещения и регистрируют их на специальных карточках, которые в дальнейшем обрабатываются на ЭВМ.
