Строительство плотины

Строительство плотин включает в себя планирование, проектирование и строительство сооружений, которые строятся поперек рек или других водоемов с целью удержания воды. Вода может использоваться для различных целей, включая орошение, питьевое водоснабжение, производство гидроэлектроэнергии, борьбу с наводнениями и отдых.

Плотины можно разделить на несколько типов в зависимости от их конструкции и методов строительства. К ним относятся:

1. Набережные плотины: они обычно строятся из уплотненной земли, камня или их комбинации. Они предназначены для сопротивления силам давления воды и могут быть построены в различных формах, включая земляные, каменно-набросные или бетонные каменно-набросные плотины.
2. Бетонные плотины: они построены из железобетона и могут принимать несколько различных форм, включая гравитационные плотины, арочные плотины, контрфорсные плотины и многоарочные плотины.
3. Гравитационные плотины: эти плотины построены из бетона или кирпичной кладки и зависят от их веса и массы, чтобы противостоять силе воды, толкающей их.
4. Арочные плотины: эти плотины построены из бетона и зависят от своей формы, чтобы передать силу воды на устои по обе стороны каньона или долины, где они построены.
5. Контрфорсные плотины: эти плотины похожи на арочные, но у них есть ряд железобетонных контрфорсов на нижней стороне, которые помогают распределять давление воды.

Выбор типа плотины зависит от множества факторов, включая топографию и геологию участка, количество воды, которое необходимо хранить, и предполагаемое использование воды.

Набережные плотины

Насыпные дамбы, также известные как земляные дамбы, строятся путем уплотнения слоев земли, камня или других материалов, таких как бетон, для создания барьера, удерживающего воду в резервуаре. Насыпь может быть построена из однородного или зонального насыпного материала, а также может быть построена как единая зона или как несколько зон с различными материалами и плотностью.

Поперечное сечение насыпной плотины обычно состоит из центрального непроницаемого ядра, сделанного из глины, бетона или синтетического материала, такого как асфальтовая мембрана, зажатого между каменной наброской или земляными материалами, которые действуют как фильтр и дренажная зона. Внешний откос насыпи защищен армирующим слоем, таким как каменная наброска или бетон, для предотвращения эрозии из-за действия волн или других гидравлических сил.

Насыпные дамбы подходят для самых разных условий и часто используются в районах, где имеется много грунта и скального материала, доступного для строительства. Они обычно используются для хранения воды для орошения, коммунального и промышленного использования, производства гидроэлектроэнергии, борьбы с наводнениями и отдыха.

Бетонные плотины

Бетонные плотины строятся с использованием бетона в качестве основного материала. Бетон может быть как простым, так и армированным, а используемые методы проектирования и строительства зависят от конкретных условий и требований площадки. Существует два основных типа бетонных плотин: гравитационные и арочные.

Гравитационные плотины представляют собой массивные бетонные конструкции, которые благодаря своему весу противостоят горизонтальной силе воды, воздействующей на плотину. Они обычно используются в условиях низкого и среднего расхода и характеризуются большим размером и широким основанием. Вес плотины создает устойчивое основание, которое позволяет ей противостоять давлению воды, не скользя и не опрокидываясь.

Арочные плотины представляют собой изогнутые бетонные конструкции, которые опираются на прочность формы арки, чтобы противостоять силе воды. Обычно они используются в узких каньонах или ущельях, где место для плотины ограничено. Изогнутая форма плотины распределяет давление воды по горизонтали на опоры, которые представляют собой естественные скальные образования по обе стороны каньона.

Оба типа бетонных плотин требуют тщательного проектирования и строительства, чтобы обеспечить их устойчивость и долговечность.

Гравитационные плотины

Гравитационные плотины представляют собой прочные бетонные конструкции, которые опираются на свой вес, чтобы противостоять горизонтальным силам воды, давящей на них. Они предназначены для удержания больших объемов воды и часто используются в узких каньонах или ущельях, где по обеим сторонам есть твердая скала, поддерживающая плотину. Гравитационные плотины также можно использовать в более широких долинах, где плотина закреплена на скале с обеих сторон.

Сила воды, воздействующая на плотину, передается на фундамент и устои, которые должны выдерживать это давление. Вес самой плотины и вес воды в водохранилище помогают стабилизировать плотину и не дают ей двигаться.

Гравитационные плотины обычно изготавливаются из бетона, потому что он обладает хорошей прочностью на сжатие и способен противостоять весу плотины и воды. Бетон часто армируют сталью, чтобы увеличить его прочность и долговечность.

Некоторые из преимуществ гравитационных плотин включают их стабильность, долговечность и способность противостоять стихийным бедствиям, таким как землетрясение. Они также требуют относительно небольшого обслуживания после того, как они построены. Однако их строительство, как правило, дороже, чем плотин других типов, и они могут подходить не для всех участков.

Арочные плотины

Арочные плотины представляют собой изогнутые конструкции, которые опираются на прочность и стабильность своей формы, чтобы выдерживать вес воды позади них. Обычно их строят в узких каньонах или ущельях, где стены каньона могут обеспечивать боковую поддержку арки. Арочные плотины чаще всего изготавливаются из бетона, но они также могут быть выполнены из кирпичной кладки или даже из материалов, заполненных землей.

Форма арочной плотины предназначена для распределения сил от воды за ней вдоль изгиба арки и вниз на устои по обе стороны каньона. Это делает арочную плотину одним из самых прочных и устойчивых типов плотин, способных выдерживать даже очень высокое давление воды.

Однако проектирование и строительство арочных плотин сложны и требуют точного проектирования для обеспечения их безопасности и устойчивости. Геометрия арки, кривизна стен каньона, а также материалы фундамента и устоев играют важную роль в проектировании и строительстве арочной плотины. Сейсмические соображения также важны при проектировании арочных плотин, поскольку они уязвимы для повреждений от землетрясений.

Контрфорсные плотины

Контрфорсные плотины представляют собой тип бетонной плотины, в которой используется ряд железобетонных контрфорсов, чтобы выдерживать вес плотины и противостоять давлению воды. Контрфорсы обычно имеют треугольную форму и простираются от основания плотины до вершины, с плоским настилом, на котором построена проезжая часть или пешеходная дорожка. Пространство между контрфорсами заполнено железобетоном для создания тела плотины.

Контрфорсные дамбы обычно используются в узких каньонах или ущельях, где стены долины крутые и скалистые. Контрфорсы крепятся к скале или прочному фундаменту, а тело плотины предназначено для передачи давления воды на контрфорсы.

Преимущества контрфорсных плотин включают их способность выдерживать высокое давление воды, их пригодность для узких участков каньона и их относительно более низкую стоимость по сравнению с другими типами плотин. Однако у них также есть некоторые ограничения, в том числе необходимость в прочном фундаменте, ограничения по высоте и длине плотины, а также возможность дифференциальной осадки контрфорсов.

Факторы, влияющие на проектирование и строительство плотины

На проектирование и строительство плотин влияет ряд факторов, в том числе:

1. Топография и геология. Топография и геология участка плотины могут влиять на тип строящейся плотины, а также на ее размер и форму. Например, на участке с крутым рельефом может потребоваться плотина с узким основанием и крутыми бортами.
2. Гидрология и управление водными ресурсами: количество воды, которое плотина предназначена для хранения или регулирования, а также характеристики потока реки или ручья, на котором она построена, являются важными факторами при проектировании плотины.
3. Климат и погодные условия. Климатические и погодные условия могут повлиять на проектирование и строительство плотины, особенно в отношении таких вопросов, как борьба с наводнениями, образование льда и воздействие циклов замерзания-оттаивания.
4. Сейсмичность и землетрясение Опасности: Плотины, расположенные в сейсмоопасных регионах, должны быть спроектированы и построены так, чтобы выдерживать сейсмические нагрузки.
5. Экологические и социальные факторы. В процессе проектирования и строительства необходимо учитывать воздействие плотины на местную окружающую среду и население. Это может включать такие вопросы, как перемещение людей и диких животных, изменения в экосистеме и воздействие на объекты культурного наследия.
6. Исследование площадки и геологические соображения: необходимо тщательное исследование площадки для оценки геологии, характеристик грунта и других факторов, которые могут повлиять на безопасность и устойчивость плотины. Эта информация используется для информирования процесса проектирования и строительства.

Исследование участка и геологические соображения

Исследование участка и геологические соображения имеют решающее значение для проектирования, строительства и долгосрочной устойчивости плотин. Надлежащее исследование и характеристика участка могут предоставить информацию о физических и инженерных свойствах участка, которая может быть использована при проектировании плотины и связанных с ней сооружений. Некоторые ключевые геологические соображения при строительстве плотины включают:

1. Геология и свойства горных пород: Геология участка и свойства подстилающей горной массы играют важную роль в проектировании и строительстве плотины. Характеристики прочности, деформации и водопроницаемости массива горных пород могут повлиять на устойчивость плотины и безопасность застойной воды.
2. Геологические структуры: геологические структуры, такие как неисправности, стыки и плоскости настила могут повлиять на устойчивость плотины и поведение фундамента и устоев. Эти структуры могут обеспечивать пути для просачивания, а также могут влиять на поведение массива горных пород при сейсмической нагрузке.
3. Сейсмическая опасность: Плотины, как правило, проектируются таким образом, чтобы выдерживать сейсмические опасности, и исследование площадки должно включать оценку сейсмической опасности и потенциальных колебаний грунта, вызванных землетрясением. Оценка сейсмической опасности может помочь при проектировании плотины и связанных с ней сооружений, чтобы обеспечить их устойчивость к сейсмическим нагрузкам.
4. Свойства почвы и горных пород: Помимо геологических свойств скального массива, большое значение имеют также свойства грунта и каменной наброски, используемые при строительстве плотины. Эти свойства могут повлиять на устойчивость насыпи или бетонной плотины, а также на долгосрочное поведение плотины при различных условиях нагрузки.
5. Состояние грунтовых вод: Состояние грунтовых вод на участке может повлиять на устойчивость плотины и безопасность собранной воды. Исследование участка должно включать оценку состояния грунтовых вод, включая глубину залегания грунтовых вод, гидравлическую проводимость и возможность просачивания и прокладки трубопроводов.
6. Строительные материалы: Наличие подходящих строительных материалов на площадке или рядом с ней также может быть важным фактором при проектировании и строительстве плотины. Свойства этих материалов могут повлиять на устойчивость плотины и долгосрочное поведение конструкции.

В целом, для успешного проектирования и строительства плотины, а также для обеспечения безопасности и долгосрочной стабильности конструкции необходимы тщательное исследование и определение характеристик участка.

Проект плотины

Проектирование плотины включает в себя ряд соображений и факторов, включая выбор типа плотины, выбор материалов и методов строительства, а также проектирование различных компонентов и элементов. Некоторые из ключевых аспектов проектирования плотин включают в себя:

1. Основные соображения при проектировании: к ним относятся такие факторы, как предполагаемое назначение плотины, ожидаемые требования к хранению и выпуску воды, а также ожидаемый срок службы плотины.
2. Фундамент и устои плотины: Фундамент и устои должны быть спроектированы таким образом, чтобы выдерживать вес плотины и удерживаемой ею воды, а также любые сейсмические и другие нагрузки, которые могут возникнуть.
3. Водосбросы и выпуски: они предназначены для выпуска воды из водохранилища, чтобы предотвратить переполнение плотины и затопление вниз по течению. Размер и тип водосброса и водовыпуска зависят от расчетного расхода и других факторов.
4. Конструкция насыпи и бетона: конструкция насыпи или бетонных компонентов плотины должна учитывать такие факторы, как устойчивость, контроль просачивания и защита от эрозии.
5. Контрольно-измерительные приборы и мониторинг: внутри плотины и вокруг нее могут быть установлены различные датчики и приборы для измерения таких факторов, как уровень воды, просачивание и движение грунта. Мониторинг является важным аспектом безопасности плотин и управления рисками.

В целом, конструкция плотины должна учитывать ряд факторов, включая безопасность, воздействие на окружающую среду, стоимость строительства и долгосрочные требования к техническому обслуживанию.

Методы строительства

Методы строительства плотин обычно включают несколько этапов, в том числе:

1. Земляные работы и земляные работы: это включает в себя очистку участка от любой растительности и верхнего слоя почвы, а также выемку фундамента плотины до необходимой глубины и формы.
2. Погрузочно-разгрузочные работы и транспортировка: строительные материалы, такие как бетон, сталь и заполнитель, доставляются на площадку и хранятся для подготовки к строительству.
3. Укладка бетона и отверждение: для бетонных плотин изготавливаются формы по форме плотины, а бетон укладывается и дает время затвердеть.
4. Размещение и уплотнение каменной наброски: Для насыпных дамб каменная или земляная наброска транспортируется на площадку и укладывается слоями, при этом каждый слой уплотняется до требуемой плотности.
5. Инструментарий и мониторинг: устанавливаются системы мониторинга для отслеживания работы плотины во время и после строительства, включая такие измерения, как просачивание, деформация и температура.

Методы строительства могут варьироваться в зависимости от типа плотины, конкретных условий и имеющихся ресурсов.

Строительные задачи и решения

Строительство плотины сопряжено с многочисленными проблемами, некоторые из которых включают:

1. Доступ к площадке и логистика: плотины часто строятся в удаленных местах, что затрудняет доступ к строительной площадке и транспортировку материалов и оборудования на площадку.
2. Безопасность при строительстве и здоровье рабочих. При строительстве плотины используется тяжелое оборудование, опасные материалы и потенциально опасные условия труда, поэтому обеспечение безопасности и здоровья рабочих является важнейшей задачей.
3. Сейсмостойкое проектирование и смягчение опасностей: плотины должны быть спроектированы таким образом, чтобы выдерживать землетрясения и другие стихийные бедствия, и должны быть приняты соответствующие меры для смягчения этих опасностей.
4. Воздействие на окружающую среду и меры по смягчению последствий: Строительство плотины может иметь значительные последствия для окружающей среды, включая утрату мест обитания, изменение течения воды и воздействие на популяции рыб, поэтому необходимо принять меры по смягчению последствий, чтобы свести к минимуму эти воздействия.
5. Безопасность плотин и управление рисками: плотины должны быть спроектированы и построены таким образом, чтобы выдерживать возможные режимы разрушения, и должны быть приняты соответствующие меры по управлению рисками для обеспечения безопасности населения ниже по течению.

Некоторые потенциальные решения этих проблем включают:

1. Предварительное планирование строительства и управление логистикой для обеспечения эффективной транспортировки и доступа к площадке.
2. Комплексные программы обучения работников технике безопасности и использованию средств индивидуальной защиты.
3. Тщательный выбор площадки и геологические исследования для обеспечения строительства плотин в районах, менее подверженных сейсмической активности.
4. Внедрение мер по смягчению последствий, таких как рыбоходы, для сведения к минимуму воздействия на окружающую среду.
5. Регулярные проверки и мониторинг для выявления и устранения любых потенциальных проблем с безопасностью, а также текущее техническое обслуживание для обеспечения целостности плотины с течением времени.

Работа с водохранилищами и управление водными ресурсами

Эксплуатация водохранилищ и управление водными ресурсами являются важнейшими аспектами строительства и эксплуатации плотин. Основная цель плотины - хранить воду, которая затем используется для различных целей, таких как орошение, бытовое и промышленное водоснабжение, производство гидроэлектроэнергии и борьба с наводнениями.

Резервуар за плотиной обеспечивает надежную и безопасную подачу воды для различных целей. Это включает в себя управление уровнем воды для удовлетворения спроса при сохранении достаточных запасов для будущего использования. Эксплуатация водохранилища также включает управление качеством воды, в том числе мониторинг и управление отложением отложений, а также обеспечение того, чтобы экосистемы ниже по течению не подвергались неблагоприятному воздействию.

Планы эксплуатации водохранилищ и управления водными ресурсами обычно разрабатываются в консультации с заинтересованными сторонами, включая местные сообщества, государственные учреждения и водопользователей. В этих планах учитываются такие факторы, как сезонные колебания потребности в воде, изменение климата и необходимость сбалансировать конкурирующие интересы при использовании воды.

Помимо управления водоснабжением, эксплуатация водохранилища также играет решающую роль в обеспечении безопасности плотин. Уровень воды в водохранилище регулируется таким образом, чтобы он оставался в безопасном диапазоне как в нормальных условиях эксплуатации, так и во время экстремальных явлений, таких как наводнения и землетрясения.

Тематические исследования проектов строительства плотин.

Конечно, вот несколько примеров проектов строительства плотин:

1. Плотина «Три ущелья», Китай: плотина «Три ущелья» — крупнейшая гидроэлектростанция в мире, расположенная на реке Янцзы в Китае. Строительство плотины началось в 1994 году и было завершено в 2012 году. Плотина имеет длину 2.3 км и высоту 185 метров, ее мощность составляет 22,500 XNUMX МВт электроэнергии.
2. Плотина Гувера, США: Плотина Гувера, расположенная на реке Колорадо на границе штатов Аризона и Невада в США, была построена во время Великой депрессии в 1930-х годах. Плотина имеет высоту 221 метр и длину 379 метров и способна вырабатывать 2,080 МВт электроэнергии.
3. Асуанская высокая плотина, Египет: Асуанская высокая плотина — это каменно-набросная плотина на реке Нил в Египте, строительство которой было завершено в 1970 году. Плотина имеет высоту 111 метров и длину 3,830 метров и способна вырабатывать 2,100 МВт электроэнергии. Плотина также используется для защиты от наводнений и орошения.
4. Плотина Тарбела, Пакистан: Плотина Тарбела представляет собой каменно-набросную плотину с бетонным покрытием на реке Инд в Пакистане. Она была завершена в 1976 году и является крупнейшей в мире насыпной плотиной. Плотина имеет высоту 143 метра и длину 2,743 метра, ее мощность составляет 3,478 МВт электроэнергии.
5. Плотина Итайпу, Бразилия и Парагвай: Плотина Итайпу представляет собой бетонную гравитационную плотину на реке Парана на границе Бразилии и Парагвая. Плотина была завершена в 1984 году и является второй по величине гидроэлектростанцией в мире с мощностью 14,000 XNUMX МВт электроэнергии.