г) Наличие магистральной железной дороги
Для электростанций средней и большой мощности наличие рельсовой связи с магистральной железной дорогой является обязательной. Эта связь необходима не только в период эксплуатации, но также и с самого начала строительства электростанции для перевозки большого количества строительных материалов и оборудования. Для небольших по мощности электростанций, по преимуществу с двигателями системы Дизеля, возможно обойтись без сооружения подъездной железнодорожной ветки. Насколько велики перевозки по железнодорожным путям, видно из следующих примеров: для конденсационной электростанции мощностью в 24 тыс. кВт, работающей на буром угле, требуется в сутки доставить 400 т топлива. Для мощной районной ГРЭС мощностью 600 тыс. кВт за сутки потребуется доставить бурого угля челябинского или кушмурунского 9000—10 000 т, или 5—6 железнодорожных маршрутов. Поэтому, как правило, с самого начала строительства должна быть сооружена железнодорожная ветка широкой колен от ближайшей железнодорожной станции. При выборе места для новой электростанции всегда необходимо считаться с возможностью соорудить подъездную ветку. Длина этой ветки должна быть, по возможности, минимальной — 2— 5 км, чтобы ее сооружение не заняло слишком много времени. Практика строительства наших крупных районных электростанций показывает, что в большинстве случаев расстояние от ГРЭС до железнодорожной станции не превышает 4—10 км. Во всей практике нашего электростроительства есть только два случая длинных подъездных веток:
одна длиной 32 км и другая 23 км. Первая сооружалась в 1927 г. в течение 7 мес., а вторая уже в недавнее время потребовала на свое сооружение благодаря сложности рельефа — почти 3 года, что очень тормозило и удорожило стройку. Следует также еще отметить, что при длине ветки более 3—4 км бывает необходимо сооружение перед площадкой ГРЭС особой железнодорожной станции для приема и сдачи железнодорожных маршрутов, что еще более удорожает и усложняет сооружение ветки.
Сокращение длины соединительной ветки имеет также значение для сокращения строительных расходов, так как каждый километр ветки стоит 300—350 тыс. руб. и более, особенно, если требуется сооружение на ветке мостов или высоких насыпей и глубоких выемок. Следует также учитывать, что эксплуатация длинных веток, если она проводится силами электростанции, обходится очень дорого и усложняет работу ГРЭС. Главный же недостаток длинной железнодорожной ветки — это значительная потеря времени на ее сооружение. Станция примыкания и само устройство примыкания к железной дороге должны быть согласованы с Управлением железной дороги. Предварительно место примыкания согласуется с местными отделениями службы пути и движения. Часто при этом железные дороги выдвигают требования дополнительного развития путей на станции примыкания.
При выборе площадок для строительства электростанций возможность сооружения железнодорожной ветки должна быть установлена рекогносцировочным инженерным обследованием с выявлением размеров насыпей и выемок, а также количества и характера искусственных сооружений
д) Благоприятный рельеф местности
Площадка, намечаемая для сооружения электростанции, должна обладать благоприятным рельефом, т. е. не иметь слишком большого уклона в продольном или поперечном направлении.
В главе о генеральном плане уже указывалось, что размеры площадки, необходимой для сооружения электростанции, зависят от ее мощности, типа применяемого оборудования, от рола топлива, типа водоснабжения и некоторых других условий. Для электростанции малой мощности в 6—8 тыс. кВт размер площадки не превышает 6—14 га. Для более мощной электростанции в 20—24 тыс. кВт этот размер достигает величины 16—22 га. При особой тесноте территории (например, при расположении ТЭЦ в крупном городе) можно эту площадку уменьшить и до 8—10 га (за счет сокращения или даже упразднения аварийного склада топлива с переносом его за город).
При указанных выше размерах площадки (10—12 га) желательно иметь участок, близкий к прямоугольному: шириной 250 м и длиной 350—450 м, при этом ввод железнодорожной ветки необходимо наметить вдоль длинной стороны участка.
Для мощных районных электростанций площадь в ограде ГРЭС (т. е. без сооружений водоснабжения и золоотвалов) имеет 30—50 га и более. Размер участка в этом случае желательно также иметь несколько вытянутый (400X800, 500X 1 000, 600X800). Следует отметить, что в последних типовых компоновках институт «Теплоэлектропроект» для электростанций мощностью в 1 200 тыс. кВт разместил все сооружения ГРЭС всего на площади в 15 га, правда, вынеся при этом за ограду станции приемные железнодорожные пути и вагоноопрокидыватель.
При благоприятном рельефе участка желательно, чтобы разность отметок по ширине участка не превосходила 5— 6 м. Разность отметок в продольном направлении не должна превышать 3—4 м. Здесь необходимо отметить, что при крупных ГРЭС, обычно располагаемых на берегу реки или искусственного водохранилища, площадка обычно располагается своей длинной стороной вдоль реки и это направление обычно совпадает с направлением горизонталей. В том случае, если разность отметок площадки превышает 5—6 м, можно уменьшить количество планировочных работ за счет ступенчатого расположения отдельных сооружений станции (например, повысительную подстанцию расположить на другой отметке, чем главное здание, площадку со складом топлива, подъездными путями и разгрузочным устройством еще на третьей отметке). Для электростанций большой мощности, где площадка занимает 30, 40, 50 га и более, трудно подыскать совершенно ровную площадку и приходится прибегать к более или менее значительным планировочным работам. Отметку площадки необходимо выбирать таким образом, чтобы количество планировочных работ было минимальным. При этом желательно стремиться к тому, чтобы главное здание, по возможности, попадало на естественную отметку (без планировки).
В тех случаях, когда не /представляется возможным найти площадку с благоприятными топографическими условия ми, приходится прибегать к планировочным работам. Производство этих работ, во-первых, повышает стоимость сооружения электростанции, во-вторых, требует лишнего времени. Стоимость работ и время, потребное для их выполнения, зависят главным образом от характера грунтов площадки. Для средних грунтов (суглинок, супесь) и небольшой дальности их отвозки стоимость планировочных работ будет близкой к 6—8 руб. за 1 №. В некоторых случаях для уменьшения объема планировки, а также уменьшения высоты подкачки воды приходится идти на нетиповое решение главного здания: снижать машинный зал против котельной на высоту 7—8 м. Такое решение дает большую экономию как в уменьшении планировочных работ, так и в эксплуатационных расходах на подкачку к конденсаторам турбин охлаждающей воды. В практике строительства имеется два примера такого решения на крупных районных станциях Урала. Необходимо все же отметить, что для крупных электростанций размер планировочных работ достигает значительных размеров в 300, 500 тыс. № и более.
е) Благоприятные геологические условия
Вопросы геологии имеют первостепенное значение при выборе площадок для строительства электростанций. Поэтому подробное освещение геологического строения района и площадки приобретают исключительную важность. Именно из-за плохого знания геологии стройплощадок в первые годы нашего строительства было допущено много ошибок, которые стоили многих десятков миллионов рублей. Не раз случалось, что начатое строительство консервировалось, а затем прекращалось именно из-за плохого изучения геологии перед началом работ. Еще больше таких случаев, когда плохое первоначальное изучение геологии приводило в дальнейшем к необходимости затрачивать дополнительно миллионы рублей, чтобы закончить начатое строительство. Поэтому необходимо осветить возможно полнее все вопросы геологии, возникающие при выборе площадок для строительства.
Прежде чем перейти к вопросам, связанным с геологией самой площадки, необходимо коснуться особых условий, которые осложняют выбор самой площадки, а также утяжеляют и осложняют сооружение электростанций в отдельных районах. Прежде всего к таким условиям относится сейсмичность некоторых районов или подверженность их землетрясениям. Хотя эти землетрясения бывают и не часто, но все же принадлежность данного района к сейсмическому предъявляет к изысканиям и проекту ряд дополнительных требований. По своей силе землетрясения характеризуются по десяти- или двенадцатибалльной системе, причем десяти или двенадцати баллам соответствуют самые сильные земле, трясения. В Советском Союзе в 1935 г. утверждена в качестве ОСТ 4537 двенадцатибалльная шкала регистрации землетрясений. Десятибалльная шкала применяется в Англии.
По принятой шкале для определения силы землетрясений (ОСТ 4537) баллы определяются в зависимости от величины ускорения / колебательного движения земной коры при землетрясении, вычисляемой по формуле:
где А — амплитуда колебаний;
Т — период колебаний.
Величина ускорений для различных баллов и характеристика землетрясений следующие: от одного балла (незначительное, с максимальным ускорением 2,5 мм/сек2) увеличение балльности до шести баллов (сильное с ускорением от 50 до 100 мм/ сек2).
Далее сила землетрясения характеризуется следующим образом:
Каждому баллу соответствуют определенные проявления землетрясения в природе и воздействия его на людей, животных, сооружения и пр. Эти воздействия, ничтожные и незаметные для первых четырех баллов, постепенно усиливаются и для землетрясений 8—9 баллов завершаются повреждением и даже разрушением зданий, падением башен и дымовых труб.
Наконец, землетрясения 10—12 баллов являются в полном смысле слова катастрофическими. Землетрясения этих баллов у нас в Советском Союзе не имели места. Наибольшая балльность наблюдавшихся у иас землетрясений ограничивается 9 баллами, да и то в узко ограниченных районах. Землетрясения в 7—8 баллов наблюдались в ряде районов. Большая часть территории Советского Союза в его
главной части либо вовсе не подвергается землетрясениям, либо они настолько редки и слабы (до 4—5 баллов), что с этим не приходится считаться. Только местности, в большинстве своем расположенные вблизи южных и восточных границ Советского Союза, подвержены более сильным землетрясениям.
К таким местностям относится: Крым (6 баллов) и его южное побережье (до 8 баллов), Минераловодский район (до 7 баллов), район Махач-Кала (до 7 баллов), Черноморское побережье Советского Союза (до 7 баллов), Тбилиси (до 7—8 баллов), Гори (до 8 баллов), Араратский район (7, 8 и 9 баллов), Ленинакан (8 баллов), районы городов Шемахи и Шуши (до 9 баллов), Алма-Ата (9 баллов), Фрунзе (8 баллов), Сталинабад, Ташкент (7 баллов), Восточная Фергана — Ош, Наманган (8 баллов), Андижан (9 баллов), Западнаи Фергана (6 баллов), Самарканд, Дже- зак (до 8 баллов), вся область Южной Туркмении (Красно- водск, Ашхабад) (до 9 баллов), район Риддера, полоса Кузнецк—Бийск—Барнаул—Минусинск (7 баллов), Прибайкалье (долина р. Иркут и окрестности г. Иркутска) (8 баллов), нижнее течение реки Селенги (7—8 баллов), Чита (7 баллов), Улаи-Уде (8 баллов), Камчатка (8 баллов), г. Баку и Апшеронский полуостров (7 баллов). Из этого перечня видно, что землетрясения в 9 баллов имеют место лишь в очень ограниченном числе мест. Для обеспечения устойчивости сооружений, Министерство строительства предприятий тяжелой индустрии СССР разработало в 1948 г. «Технические условия проектирования зданий и сооружений для сейсмических районов» (ТУ-58-78). Эти ТУ, разработанные на основании опыта строительства зданий в сейсмических районах, одобрены специальным Всесоюзным совещанием по сейсмическому строительству. По ТУ сила землетрясений определяется сейсмичностью в баллах по шкале ОСТ ВКС 457 и принимается по картам сейсмичности районирования СССР. В технических условиях, в частности, сказано:
- Уточнение сейсмичности пункта строительства может производиться в пределах 1 балла на основании карт микросейсмичности района.
- Для различных категорий зданий и сооружений устанавливается различная сейсмичность района. Для сооружений энергетического хозяйства (электростанций, подстанций, котельных, компрессорных, насосных станций, подземных резервуаров запасной воды, железнодорожные и пожарные депо) эти расчетные баллы равны баллам сейсмичности района (7, 8, 9). Для остальных зданий энергетического хозяйства и зданий обслуживающего назначения балльность района в 8 и 9 баллов уменьшается на единицу. Для административных и жилых зданий одноэтажных балльность района в 8 и 9 баллов также уменьшается на единицу.
Строительство зданий и сооружений в районах сейсмичностью в 6 баллов и ниже осуществляется без антисейсмических мероприятий.
- Наиболее устойчивыми в сейсмическом отношении грунтами являются невыветрившиеся скальные породы, плотнослежавшиеся гравелистые и песчаные грунты, а также твердые глинистые грунты.
- При расчете конструкции зданий и сооружений, возводимых в сейсмических районах, кроме обычных воздействий, должны учитываться:
а) силы инерции длиннопериодных колебаний, учитываемые при расчете на прочность и устойчивость зданий и сооружений как в целом, так и в отдельных их частях;
б) импульсные силы (предшествующие силам инерции длиннопериодных колебаний), учитываемые при расчете жестких соединений, связывающих отдельные части зданий и сооружений (анкерные болты колонн, ферм, арок, водопроводных баков к башне и т. п ).
В ТУ даются также указания, на какие силы рассчитывать сооружения и как определять эти силы в зависимости от баллов землетрясения.
При выборе площадки для строительства электростанций необходимо учитывать как балльность района, так и микробалльность месторасположения площадки, особенности рельефа и степень сейсмической надежности грунтов для основания сооружений.
Малопригодными участками для строительства считаются:
а) подверженные обвалам и оползням;
б) имеющие геологические деформации, возникающие во время землетрясений;
в) занятые болотами или заболоченными озерами и рыхлыми грунтами;
г) по краю обрывов и у подножья затяжных скатов;
д) на крутых косогорах (свыше 1:3), за исключением участков, расположенных на скальных грунтах.
В случае необходимости освоения таких участков необходимо, чтобы они перед началом работ были укреплены, расчищены, осушены и приведены в состояние, при котором возможно осуществление строительства. В качестве эффективности мероприятии по антисейсмическому строительству может служить следующий факт: при последнем 9 балльном землетрясении в Ашхабаде было разрушено большинство домов города, не имевших специальных антисейсмических конструкций, однако здания электростанции и текстильного комбината, построенные еще по старым нормам антисейсмического строительства, почти не пострадали. Следует отметить также, что при сооружении небольшой районной электростанции для Ашхабада удалось найти участок в нескольких километрах от города, где имелись грунты из мощной многометровой толщи галечников, позволявших не опасаться воздействия толчков землетрясения, с учетом, конечно, применения необходимых антисейсмических мероприятий.
Вечная мерзлота.
К числу особенно неблагоприятных геологических условий относится наличие в грунтах вечной мерзлоты. Явление это заключается в том, что грунт благодаря наступившему в отдаленные геологические эпохи оледенению (так называемый ледниковый период) так и остался промерзшим на большую глубину. Только верхний слой почвы за короткое лето в тех районах, где встречается это явление, успевает оттаять и затем за зиму опять замерзает.
Наличие вечной мерзлоты требует совершенно особого решения всех строительных задач. В основном оно сводится к тому, чтобы при возведении сооружений не нарушать естественного состояния мерзлоты, так как мерзлый грунт сам по себе представляет надежное основание. Районы с вечной мерзлотой расположены в Советском Союзе по побережью Северного Ледовитого океана и опускаются южнее в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке. Необходимо заметить, что в районах вечной мерзлоты можно найти места, где этой мерзлоты нет, например при скальных грунтах. Поэтому изыскания в таких районах и выбор площадок для строительства электростанций должны производиться особенно тщательно.
В ближайшие годы согласно Директивам XX съезда КПСС будет сооружаться много крупных предприятий в Сибири и на Дальнем Востоке. Такие стройки, как новая металлургическая и угольная база в Южной Якутии, электрификация всей магистрали Иркутск—Владивосток, алмазные залежи в Якутии, угольные залежи на Каменной Тунгузке, богатые залежи природного газа на севере Сибири и в Якутии потребуют сооружения крупных электростанций в районах вечной мерзлоты.
Интересно поэтому отметить те стройки, на которых уже пришлось столкнуться с этим явлением. Так, например, в Якутске была построена небольшая коммунальная электростанция прямо на вечной мерзлоте. Фундаменты колонн железобетонного каркаса здания были изолированы от вечномерзлого грунта толстыми прокладками из дерева, пол машинного отделения и котельной был поднят выше земли, так что между ним и грунтом оставалось подполье, охлаждаемое зимой.
Для другой крупной электростанции на севере Сибири был подыскан участок со скальным грунтом, на котором и основывались фундаменты железобетонного каркаса здания ТЭЦ. Наконец, в самое последнее время крупная районная электростанция в Восточной Сибири запроектирована на засыпанном участке озера, что позволило сразу обеспечить сооружение ее на грунтах не мерзлых, а также упростить сооружения технического водоснабжения. Следует также отметить имевшиеся случаи сооружения на Дальнем Востоке плотин на вечной мерзлоте, с применением искусственного охлаждения основания этих плотин холодильной установкой для поддержания вечной мерзлоты.
Эти примеры показывают, что и при наличии вечной мерзлоты можно найти техническое решение, позволяющее строить электростанции даже большой мощности. Это только требует значительного расширения изыскательских работ, а также лишних денежных затрат.
Карсты.
К неблагоприятным в отношении строительства районам относятся районы с так называемыми карстовыми явлениями. Эти явления заключаются в том, что иногда даже на значительной глубине в грунтах имеются породы, легко растворяющиеся в воде и уносимые водой.
В результате этого в грунтах образуются пустоты, достигающие весьма больших размеров. При наличии вышележащих слабых пород последние оседают, образуя ямы и воронки, иногда весьма значительных размеров. Иногда эти воронки заполняются водой и образуют озера. По виду размываемых пород встречаются карсты известняковые, доломитовые и глинистые. В глинах, богатых растворимыми солями, образуется глиняный карст, бывает также карст в лессовых и лессовидно-суглинистых породах. Если район карстовый, то изыскания должны быть проведены особенно подробно и тщательно, так как выбрать надежный участок для сооружения электростанции в карстовом районе — задача весьма сложная. Приходится закладывать большое количество буровых скважин, часто на значительную глубину, чтобы убедиться в надежности участка. В нашей практике, когда предполагалось строительство Южской ГРЭС в карстовом районе· на берегу р. Дух, пришлось бурить скважину на глубину в 150 м, чтобы убедиться в надежности выбранной площадки. В СССР имеется большое количество заведомо карстовых районов. Такими районами являются: обширное пространство между реками Окой (в нижнем ее течении) и Волгой, район Северной Башкирии, верхнее течение р. Белой, левый берег р. Ангары и др.
В последнее время явилась необходимость сооружения двух ТЭЦ большой мощности — одной в районе г. Черниховска на берегу р. Уфы и другой у г. Дзержинска на р. Оке. Оба района — карстовые. Весьма подробными изысканиями в районе г. Черниховска была найдена площадка, не имевшая в толще размываемых грунтов, а другая возле г. Дзержинска, хотя и имела такие грунты, но надежно защищенные от попадания в них проточной воды. Явилась возможность в обоих случаях сооружения в карстовом районе крупных ТЭЦ, крайне необходимых из-за наличия тепловых нагрузок. Из этих примеров можно заключить, что даже в карстовых районах можно путем тщательных изысканий найти подходящие площадки.
Особо необходимо указать на районы, где производятся подземные выработки ископаемых — районы добычи угля, сланца, соли и других ископаемых. В этих районах при небольшой глубине производства подземных выработок часто происходят оседания поверхности почвы. Если намечается сооружение электростанции в районе подземных выработок, всегда необходимо предварительно с большой тщательностью выяснить, не повлечет ли за собой строительство электростанции необходимость оставить нетронутыми (целики) значительные запасы ископаемых (уголь, руда), что может оказаться невыгодным.
Оползневые явления.
Имеются районы с так называемыми оползневыми явлениями, которые заключаются в том, что весьма значительные массы грунта сползают вниз по склону и образуют бугор. Сползание происходит по нижележащим водоупорным слоям в результате действия просачивающейся сверху воды. Оползневые явления распространены главным образом по берегам рек и морей. Так, например, правый берег среднего и нижнего течения р. Волги изобилует местами с оползневыми явлениями (Горький, Ульяновск, Сызрань, Сталинград). Оползни имеются по правому берегу р. Днепра в районе Киева. Весь Южный берег Крыма и Черноморское побережье Кавказа весьма страдают от этого явления. В таких районах производство изысканий должно быть особенно полным. На энергетических объектах с этим явлением пришлось столкнуться в двух местах.
На Саратовской ГРЭС при расширении места для угольного склада сполз вышележащий слой грунта. Для ликвидации этого явления пришлось выполнить большую и сложную работу (устроить штольню с дренажем просачивающихся поверхностных вод с отводом их в реку).
На Приморской ГРЭС при планировке участка для сооружения повысительной подстанции в результате дождей также сполз большой участок земли, где, как оказалось, существовал старый затухший оползень. Подстанция была перенесена в другое надежное место. На Чебоксарской ТЭЦ, расположенной на высоком берегу Волги, пришлось отказаться от весьма необходимого ее расширения из-за опасения возможности сползания ее территории после постройки Чебоксарской ГЭС. Эти примеры указывают на необходимость более тщательных изысканий при строительных работах в оползневых районах.
Выше были отмечены условия, сильно осложняющие как производство изысканий, так и выбор места для электростанций. Теперь посмотрим, каковы должны быть благоприятные геологические условия, Геологическое строение участка для электростанции должно допускать возведение сооружений без устройства особых, искусственных оснований. Для этого грунт на площадке должен допускать нагрузку от сооружений не ниже 1,5—2,0 кг/см2. Если допустимая нагрузка на грунт ниже этого предела, то для сооружения главного здания (в части машинного зала и котельной) в большинстве случаев приходится прибегать к устройству искусственных оснований.
Для проектирования естественных оснований Министерство строительства предприятий тяжелой индустрии СССР разработало и утвердило в 1948 г. новые «Нормы и технические условия проектирования естественных оснований промышленных и гражданских зданий и сооружений» (НиТУ 6-48).
Некоторые положения этих норм следующие:
- Нормы не распространяются на сооружения, возводимые в условиях вечной мерзлоты, гидротехнические сооружения и на основания под фундаменты с динамической нагрузкой.
При проектировании оснований зданий в сейсмических районах должны учитываться требования антисейсмического строительства.
- Проект естественною основания должен составляться на основе данных геологических и гидрогеологических изысканий, причем массив грунтов, слагающих площадку, должен удовлетворять условиям устойчивости в отношении оползней, обвалов, провалов и т. п.
- Грунты подразделяются на следующие классы:
- Скальные грунты — практически несжимаемые, водоустойчивые, сцементированные породы с пределом прочности при сжатии в водонасыщенном состоянии не менее 50 кГ/см2 (например, граниты, диориты, песчаники, известняки и т, п.), залегающие в виде сплошного слоя или несмещенных отдельностей, образующих подобие сухой кладки (разборная скала—нерухляк).
Б. Полускальные грунты — сцементированные породы: с пределом прочности при сжатии в водонасыщенном состоянии, меньшим 50 кг/см2, способные к уплотнению под фундаментами (например, мергели, окремненные глины и т.п.), неводостойкие (гипс, каменная соль, гипсоносные конгломераты и т. п.).
- Крупноблочные грунты -- несцементированная залежь смещенных обломков (щебня, гальки, дресвы, гравия) кристаллических или сцементированных осадочных пород, содержащая более 50% (по весу) обломков размерами, превышающими 2 мм.
Г. Песчаные грунты — сыпучие в сухом состоянии, для которых испытание на пластичность невыполнимо либо дает числа пластичности не более 1% весовой влажности.
Д. Глинистые грунты — связанные грунты, для которых испытание на пластичность дает число пластичности больше l% весовой влажности.
Грунты классов крупноблочных и песчаных по гранулометрическому составу разделяются на виды (табл. 15):
Таблица 18
Глинистые грунты в зависимости от числа пластичности ) делятся на следующие три вида:
Глинистые грунты, обладающие в природном сложении видимыми порами, значительно превосходящими размеры частиц, составляющих скелет грунта, называются макропористыми.
4. Песчаные грунты различаются по степени плотности и степени влажности.
Степень плотности измеряется величиной:
Степень влажности (доля заполнения объема пор водой) измеряется величиной
где h — глубина заложения фундамента, см;
р2 — допускаемое давление по таблице;
gu. —осредненное значение объемного веса (кГ/см2) толщи грунта, лежащего выше отметки подошвы фундамента;
R — безразмерный коэффициент, изменяющийся от вида грунта основания. Он равен: для крупноблочных и песчаных грунтов — 2,5; супесь, суглинки— 2,0; глины—1,5; макропористые грунты маловлажные— 1,0.
8. При наличии в основании видов грунтов, не предусмотренных табл. 16:
а) скальных, сильно выветрившихся (рухляк); б) полускальных неводостойких; в) песчаных рыхлых (Д 0,33); г) глинистых, текучей консистенции (В >1,0); д) глинистых с коэффициентом пористости, превышающим указанные в табл. 16 (т. е. для супеси Е >> 0,7, суглинка Е > 1,0 и глины Е > 1,1); е) песчаных и глинистых с большим содержанием органических остатков вопрос о величине допускаемого давления должен решаться индивидуально для каждого случая в соответствии с результатами исследования грунтов строительной площадки.
Как видно из этого перечня грунтов и допускаемых нагрузок, лучшим основанием является скальное невыветрившееся. Затем идут гравий и галька, за ними песок крупный средней плотности, плотная глина, наконец песок средней крупности плотной и средней плотности. За этими грунтами идут грунты, меиее благоприятные — суглинки и мелкозернистые пески. Хотя скальный грунт и является самым надежным, но строительство на площадке со скальным грунтом может быть сопряжено с значительными трудностями при планировке участка и устройстве подземных сооружений. При выборе площадок под сооружение необходимо стремиться к тому, чтобы грунт допускал давление не меньше 2—2,5 кГ/см2. Чем выше это значение, тем меньше будут размеры фундаментов зданий. В тех случаях, когда допустимое давление ниже 1,5 кг/см2, приходится прибегать к искусственным основаниям. Этими искусственными основаниями являются в большинстве случаев свайные основания из деревянных или железобетонных, а иногда и бетонных свай. Там, где позволяют гидрогеологические условия (при наличии постоянного уровня грунтовых вод) дешевле и проще применять деревянные сваи, на которых затем кладется бетонная или железобетонная подушка. Более дорогими являются железобетонные сван забивные (паровым копром) или иабивиые, в обсадных трубах.
Устройство таких искусственных оснований сопряжено с затратой времени. Размер дополнительных расходов зависит от размеров здания. Ориентировочно можно считать, что сооружение искусственного основания для электростанций мощностью 2X12 тыс. кВт на деревянных сваях будет стоить 500—750 тыс. руб. и на железобетонных — 750— 900 тыс. руб. Для мощных электростанций в 300— 600 тыс. кВт стоимость такого искусственного основания возрастает в 5—6 раз и достигает 4—5 млн. руб. В некоторых случаях представляется возможным заменить сваи сплошной бетонной или железобетонной плитой толщиной 1,5—2 м, что удорожает производство работ.
Следует, однако, отметить, что в практике нашего энергостроительства последнего времени мы не имеем необходимости прибегать к таким дорогостоящим сооружениям, как свайные основания. Имелись, правда, случаи сооружения сплошной железобетонной плиты под всем главным зданием.
Кроме характера грунта, первостепенное значение имеют гидрогеологические условия площадки. Под этим разумеются условия и свойства грунтовых вод (высота стояния грунтовых вод, их дебет и химический состав). При наиболее благоприятных условиях уровень грунтовых вод должен находиться много ниже подошвы оснований главных сооружений. В этом случае все работы по устройству фундаментов зданий более просты. При этом не приходится прибегать к устройству дорогостоящей изоляции подземных сооружений от проникновения в них грунтовой воды (каналы, глубокие части разгрузочного топливного сарая, багерной насосной и пр.). Для того чтобы эти благоприятные обстоятельства имели место в полной мере, нужно, чтобы уровень грунтовых вод не поднимался на площадке выше минус 4—5 м от поверхности площадки. В тех же случаях, где уровень грунтовых вод выше приведенной величины, приходится прибегать к особому способу производства работ при закладке фундаментов (искусственное понижение уровня грунтовых вод путем применения иглофильтров, работа с водоотливом и пр.), а также прибегать к гидроизоляции каналов, баков и глубоких сооружений. Бывают площадки, где уровень грунтовых вод находится на глубине 1 —1,5 м ниже отметки площадки. В этих случаях приходится либо отказываться от площадки, либо, если этого сделать нельзя.
Таблица 16
устраивать дренаж площадки — сооружение, весьма дорогое как в постройке, так и в эксплуатации.
В последних проектировках электростанций крупной мощности (600—1 200 тыс. кВт) дважды пришлось столкнуться с необходимостью сооружения дренажа площадки ГРЭС. В одном случае на электростанции в нефтяном районе Татарии ввиду подтопления площадки грунтовыми водами пришлось заложить кольцевой дренаж площадки ГРЭС с постоянно действующей откачкой этих вод. В другом случае на электростанции в Западной Сибири оказалось возможным отвести дренажные воды, поступающие на площадку с нагорного берега, самотеком в пруд.
Кроме высоты стояния грунтовых вод, важным фактором являются их количество и качество. Чем меньше приток грунтовых вод, тем легче их дренировать. Поэтому весьма важно при изысканиях установить величину притока этих грунтовых вод. Необходимо заметить, что высота стояния грунтовых вод бывает весьма различной для разных лет и разного времени года. Как правило, грунтовые воды понижаются в засушливые годы и повышаются в многоводные.
Также уровень понижается от весны к зиме; наивысший уровень бывает весной и наинизший — зимой. Это следует иметь в виду в тех случаях, когда изыскания проводятся в течение короткого отрезка времени.
Не меньшее значение имеет химический состав грунтовых вод. Часто бывает, что грунтовые воды в результате своего химического состава действуют на бетон, цемент и металл и разъедают их. Вот почему при изысканиях приходится производить неоднократные анализы грунтовых вод. Если грунтовые воды обладают агрессивными свойствами, то приходится принимать меры предохранения сооружений от вредного действия грунтовых вод. Характер этих мероприятий определяется составом самих грунтовых вод.
Выше говорилось о макропористых суглинистых грунтах. Есть одна разновидность суглинков — так называемые лессовидные суглинки, наличие которых весьма осложняет и удорожает строительство. Происхождение лессовидных пород, как полагают, таково. Ветер, ударяя о скалы и выступы переносимыми им частицами, обтачивает эти скалы и уносит наиболее мягкие мельчайшие кристаллические их частицы часто на очень большие расстояния. Эти частицы после оседания образуют новые песчаные холмы и гряды, называемые дюнами. Если же они образованы из мельчайших пылевидных частиц различных материалов (пыль), по ручаются лессовидные отложения. Таким образом, в результате деятельности ветра образуются отложения пылевидных частиц, оседающих и задерживаемых растениями, которые постепенно засыпаются. Подобные отложения называются лессом. Состав его: песок в количестве от 27 до 90%, глинозем от 4 до 20% и углекислый кальций от 60 до 67%; мощность напластования от 4 до 400 м. Лессы залегают на разных высотах и рельефах, выравнивают их и придают местности равнинный характер. Отличительными особенностями лесса являются отсутствие сложности, пористость и ячеистая ноздреватая структура, известковистость и водопроницаемость. Лессовые отложения весьма распространены в СССР. Они имеются в Волынском, Киевском, Черниговском, Орловском, Тульском и Горьковском районах и до Волги, а также распространяются на юг от этого пояса. Лессовыми отложениями охвачены обширные районы Сибири и среднеазиатских республик. Кроме лессов встречаются также суглинки и супеси, обладающие теми же свойствами, что и лессы. Грунты эти получили название лессовидных пород.
Вследствие свойства сильно уплотняться и оседать при замачивании лессовидные грунты представляют большую опасность, если на них возводить сооружения без особых предосторожностей. Вместе с тем при учете с самого начала свойств лессовидных грунтов строительные работы и дальнейшая эксплуатация могут протекать вполне благополучно. Конечно, необходимы некоторые дополнительные затраты при сооружении, что должно быть учтено при сравнении нескольких возможных вариантов площадок. Также необходимы несколько более расширенные геологические и гидрогеологические изыскания.
В настоящее время вопрос сооружения зданий на макропористых (лессовидных) грунтах достаточно детально изучен в тех же нормах на проектирование естественных оснований (НиТУ 6-48), которые проводились выше, дается подробная инструкция о том, какое можно допускать давление на макропористые грунты различных категорий и какие меры принимать при строительстве зданий на таких грунтах.
Прежде всего «Нормы« предусматривают макропористые грунты двух категорий: просадочные и непросадочные (деградированные). Непросадочными будут грунты, если уровень стояния грунтовых вод не доходит до верхнего слоя макропористых грунтов не более как на 1 м.
Даже при просадочных грунтах допускаемое давление на грунт в зависимости от его влажности принимается: для маловлажных 2,5, очень влажных 2,0, насыщенных 1,5 кГ/см2. При этом в зависимости от толщи просадочных грунтов должны быть приняты особые меры при производстве работ и составлении проекта сооружений. К таким мерам относятся: сохранение профиля участка без нарушения поверхности грунта, сохранение поверхности стоков, применение водопроводных и канализационных труб, исключающих утечку из них воды, удаление этих труб от фундаментов зданий, осуществление контроля за утечкой воды из искусственных водоемов и резервуаров, устройство водонепроницаемых полов в сооружениях с мокрыми процессами, схемы конструкций зданий с малой чувствительностью к неравномерным осадкам, устройство ленточных фундаментов и др. Рекомендации, дающиеся новыми «Нормами», значительно облегчают возможность возведения сооружений на макропористых (лессовидных) грунтах, что очень важно, учитывая большое распространение этих грунтов.
ж) Расходы, связанные с отчуждением участка
Место, намечаемое для сооружения электростанции, может быть занято различными сооружениями, жилыми постройками или культурными угодьями (пашня, фруктовые сады, огороды и пр.). Во всех этих случаях необходимо компенсировать владельцев за произведенное отчуждение. В тех же случаях, где имеются жилые дома, необходимо живущим в них предоставить новое жилое помещение. Расходы эти в некоторых случаях могут достигать значительных размеров, Это бывает тогда, когда электростанция строится в городе или населенном районе. Отчуждение также стоит значительных сумм, когда приходится устраивать искусственное водохранилище для крупных районных электростанций. В этом случае вследствие значительного подъема воды иногда затапливаются довольно большие площади и расходы по отчуждению могут достигнуть нескольких миллионов рублей.
Имеется существенное различие между ТЭЦ, строящейся обычно возле городов или крупных промышленных предприятий, и ГРЭС, сооружаемых обычно в свободных от поселений районах. Для ТЭЦ обычно требуется площадка размером от 10—12 до 20—30 га без площади для поселка, который строится на свободных площадях города, и без пруда-охладителя, так как обычно охлаждение воды производится в градирнях на площадке ТЭЦ.
Для ГРЭС же площади, подлежащие отчуждению, достигают весьма больших размеров, так как в большинстве случаев осуществляется пруд-охладитель размером в 10— 15 и более квадратных километров, жилой поселок в 60— 100 га, золоотвал в 100—120 га, а также площадка самой ГРЭС в 50—60 га. Общее количество отчуждаемой земли достигает тогда 2 500—3 500 га. Характер отчуждений будет, конечно, различный: для ТЭЦ будут преобладать жилые строения, для ГРЭС — сельские угодья, лес и сельские строения. Необходимо стремиться, чтобы эти расходы были минимальными. При этом необходимо еще иметь в виду, что переселение людей, кроме денежных затрат, требует еще и времени на возведение для них новых жилищ, что затягивает постройку, почему нужно подыскивать участки с минимальным сносом строений. При сравнении нескольких участков необходимо учесть их размер затрат на отчуждение, так и удлинение срока строительства. Необходимо отметить и нежелательность отчуждения земель, принадлежащих колхозам. Поэтому всегда следует предпочесть те площадке, где земли принадлежат либо городу, либо госфонду. Практика нашего энергостроительства показывает, что в тех районах, где водные ресурсы ограничены, как, например, в Донбассе, приходится иногда идти на большие затраты на отчуждение только потому, что в данном районе есть возможность использовать водный источник и соорудить крупную ГРЭС. В крупных городах при выборе площадок для ТЭЦ приходится иногда удалять их от центра города на 10—12 и более километров, чтобы найти свободную площадку, хотя при этом значительно увеличивается как стоимость теплопроводов, так и их эксплуатация.
з) Наличие строительных материалов
Фактор этот никогда не является решающим. Однако наличие на площадке или вблизи нее основных массовых строительных материалов, таких как песок для бетонных и железобетонных работ и для каменной кладки, гравия или крепкого камня, могущего быть раздробленным для бетонных работ, бутового камня для фундаментов зданий, извести и глины весьма важны, поскольку их наличие освобождает железнодорожный транспорт от многих тысяч вагонов груза. Кроме того, близость этих материалов значительно удешевляет строительство. Поэтому вполне естественно, что при изыскательских работах по подысканию площадки для строительства электростанции изыскатели обязательно должны выяснить вопрос о наличии в близлежащих к площадке районах таких материалов, особенно песка, гравия и камня, так как этих материалов требуется много десятков тысяч кубов. В тех случаях, когда производится сравнение нескольких площадок, должны быть учтены также и возможности получения на месте тех или иных из этих материалов. Следует заметить, что в практике энергостроительства на большинстве площадок или в небольшом от них расстоянии находились, если не все, то многие из валовых строительных материалов.
