ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЯХ
1.1. Особенности и условия работы гидротехнических сооружений
Основная особенность гидротехнических сооружений и отличие их от других видов инженерных сооружений состоит в том. что они работают (эксплуатируются), находись в стоячей или движущейся воде, которая оказывает на них силовое (механическое), физико-химическое и биологическое воздействия.
Силовое воздействие воды на напорные гидротехнические сооружения проявляется в виде гидростатического и гидродинамического давлений, фильтрационного и архимедова противодавлений на их подошвы и элементы. расположенные ниже уровня нижнего бьефа. Для большинства напорных гидротехнических сооружений гидростатическое давление воды является основной нагрузкой. от которой зависят поперечные размеры сооружения в целом (плотины) или его элементов (гидротехнические затворы и др.).
Гидродинамическое давление возникает в результате воздействия на гидротехнические сооружения движущихся водных потоков. ветровых волн, гидравлического удара (в трубопроводах, туннелях).
Вода, превратившись в лед, тоже оказывает давление на гидротехнические сооружения. Ледовые нагрузки на них могут быть статическими — давление сплошного ледяною покрова, вызванное его температурным расширением, и динамическими удары плавающих льдин.
Наносы, приносимые водными потоками и выпадающие на дно русел перед гидротехническими сооружениями, тоже оказывают на них давление и, таким образом, являются нагрузкой, которая учитывается при расчете сооружении.
Нагрузкой на гидротехнические сооружения, погруженные частично в грунт и удерживающие от обрушения стенки набережных, шлюзов и т. п., может быть и давление грунта. В зависимости от степени насыщения водой грунт может быть взвешенным в воде, мокрым (влажным) и сухим, что учитывается при расчете гидротехнических сооружений.
Перечисленные виды нагрузок приложены к гидротехническим сооружениям горизонтально и стремятся их сдвинуть или опрокинуть. В то же время вода может быть нагрузкой, приложенной к гидротехническому сооружению вертикально и действующей как сверху вниз (например, вода в лотке), так и снизу вверх (фильтрационное и архимедово противодействия). Фильтрационные и архимедовы силы уменьшают коэффициент устойчивости гидротехнических сооружений на сдвиг, так как облегчают их массу.
Физико-химическое воздействие вода оказывает как на гидротехнические сооружении, так и на грунты в их основании.
Водный поток, насыщенный наносами, образовавшимися из твердых горных пород, может истирать и разрушать поверхности бетонных гидротехнических сооружений, если их не защищать более твердыми материалами.
Под влиянием значительных температурных колебаний в бетонных гидротехнических сооружениях могут образовываться трещины. Попадая в них и замерзая, вода может разрушать бетон.
Бетонные части сооружений, подвергаясь действию фильтрующейся воды, могут разрушаться в результате выщелачивания из них несвязной (свободной) извести, особенно если вода агрессивна к бетону. Вода, фильтрующаяся в основания гидротехнических сооружений, если в них содержатся гипс, ангидрид и другие легкорастворимые вещества, тоже ведет разрушительную работу, снижая их прочность.
Из оснований напорных гидротехнических сооружений, сложенных мягкими грунтами, фильтрующаяся через них вода может вымывать мелкие частицы грунта; это явление называют механической суффозией. При интенсивном механической суффозии нарушается устойчивость оснований гидротехнических сооружений, что влечет за собой недопустимые деформации последних, а в отдельных случаях и их разрушение.
Причиной биологических воздействии воды на гидротехнические сооружения являются различные микроорганизмы, живущие в воде. В определенных условиях (в глубоких водохранилищах) они приводят к появлению органической серы (сероводорода), которая в присутствии воды превращается в серную кислоту, разрушающую бетон. Микроорганизмы могут разрушать металлические, железобетонные и деревянные элементы гидротехнических сооружении. Металлические трубопроводы разрушаются под воздействием железобактерий.
Указанные и другие виды воздействия воды на гидротехнические сооружения не являются постоянными; они изменяются во времени, усиливаясь или ослабевая, поскольку изменяются расходы и уровни воды, скорости течения и напоры на сооружения. Это обстоятельство приходится учитывать при проектировании.
В настоящее время гидротехника располагает надежными техническими средствами защиты гидротехнических сооружений от вредного воздействия перечисленных факторов.
С помощью гидротехнических сооружений можно преобразовать водный режим рек, озер, болот, регулировать речной сток, перераспределяя его по территории, тем самым воздействовать на природу, изменяя ландшафт, растительный и животный мир, местные климатические условия. Гидротехнические сооружения — это могучее техническое средство в руках человека для преобразования «лица» нашей планеты.
Строительство гидротехнических сооружений имеет ряд особенностей и трудностей. При их возведении все время приходится иметь дело с водной стихией, которая в любое время может обрушить свою мощь (паводки, ледоход) на строящееся сооружение. При строительстве гидротехнических сооружений возникает много сложных технических вопросов; пропуск расходов воды и льда через сооружения или в обход их; ограждение от воды больших по площади и глубоких котлованов, где размещаются сооружения; обеспечение непрерывной откачки и котлованов воды в течение длительного времени; сохранение на реках нормальных условий для судоходства, лесосплава, работы водозаборных сооружений и пр.
Многие гидротехнические сооружения (высоконапорные водохранилищные плотины, дамбы обвалования для защиты от наводнений, магистральные оросительные и обводнительные каналы. межхозяйственные водопроводы, водозаборные сооружения) очень ответственны, в связи с чем к ним предъявляют высокие требования в отношении надежности.
