ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИШИМБАЙСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ БЕЛАЯ.ВОЗВЕДЕНИЕ ДИАФРАГМЫ В ТЕЛЕ ГРУНТОВОЙ ПЛОТИНЫМЕТОДОМ БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ «СТЕНА В ГРУНТЕ»
|
Сокращенный паспорт Ишимбайской ГЭС 7
ВВЕДЕНИЕ 9
1 Общая часть 10
1.1 Природные условия 10
1.1.1 Климат в районе проектируемого гидроузла 10
1.1.2 Гидрологические данные 10
1.1.3 Инженерно-геологические условия 10
1.1.4 Сейсмические данные 11
1.2 Энерго-экономическая характеристика района 11
1.2.1 Энергохарактеристика района 11
2 Водно-энергетические расчеты 14
2.1 Исходные данные 14
2.2 Выбор расчетных гидрографов маловодного и средневодного года при
заданной обеспеченности стока 16
2.2.1 Выбор расчетного средневодного года (P = 50%) 19
2.2.2 Корректировка расчётного средневодного года (Р = 50%) 19
2.2.3 Выбор расчетного маловодного года (Р = 90%) 19
2.2.4 Корректировка расчётного маловодного года (Р = 90%) 20
2.3 Построение графиков нагрузки энергосистемы 21
2.3.1 Построение суточных графиков нагрузки 21
2.3.2 Построение интегральных кривых нагрузки для зимнего и летнего
периода 22
2.4 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных нагрузок 26
2.5 Водноэнергетический расчет 28
2.5.1 Расчет режимов работы ГЭС без регулирования с учетом требований
водохозяйственной системы 28
2.6 Водно - энергетические расчеты режимаработы ГЭС в маловодном году
31
2.7 Водно - энергетическиерасчеты режимаработы ГЭС в средневодном году 34
2.8 Баланс мощностей энергосистемы 36
2.8.1 Определение установленной мощности проектируемой станции 36
2.8.2 Определение рабочих мощностей и резервов, существующих ГЭС и
тепловых станций 37
2.9 Капитальные ремонты оборудования 38
2.10 Существующие ГЭС энергосистемы Урала 39
2.11 Определение максимального расчетного расхода 42
3 Основное и вспомогательного оборудования 44
3.1 Выбор типа и числа агрегатов 44
3.1.1 Построение режимного поля 44
3.1.2 Выбор системы и типа турбины 46
3.1.3 Проверка работы гидротурбины при ограничении по минимальному
расходу 51
3.2 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины для
обеспечения ее бескавитационной работы 51
3.3 Гидромеханический расчет спиральной камеры 54
3.4 Выбор типа серийного гидрогенератора 55
3.5 Выбор маслонапорной установки 56
3.6 Выбор диаметра вала гидротурбины 58
4 Компоновка и сооружения гидроузла 59
4.1.1 Определение отметки гребня грунтовой плотины и гребня быка 59
4.1.2 Определение высоты ветрового нагона 59
4.1.3 Определение высоты волны 1% обеспеченности 60
4.1.4 Расчет положения кривой депрессии для плотины с диафрагмой и
дренажным банкетом на водонепроницаемом основании 63
4.1.5 Оценка фильтрационной прочности грунтов 66
4.1.6 Расчет устойчивости низового откоса методом
круглоцилиндрической поверхности 67
4.2 Гидравлические расчеты 71
4.2.1 Определение ширины водосливного фронта 71
4.2.2 Определение отметки гребня водослива 73
4.2.3 Проверка на пропуск поверочного расхода при поверочном
расчетном случае 74
4.2.4 Построение профиля водосливной грани 75
4.3 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 77
4.4 Расчет водобойной стенки 79
4.4.1 Расчет сопряжения бьефов за водобойной стенкой 80
4.5 Конструирование плотины 84
4.5.1 Определение ширины подошвы плотины 84
4.5.2 Назначение быков 86
4.5.3 Разрезка тела плотины швами 86
4.5.4 Конструирование устоев 87
4.5.5 Конструирование отдельных элементов подземного контура. Понур 88
4.5.6 Дренажные устройства 88
4.6 Конструктивные элементы нижнего бьефа 88
4.6.1 Расчет первой плиты водобоя 89
4.6.2 Расчет второй плиты водобоя 92
4.6.3 Рисберма 94
4.6.5 Расчет первой плиты рисбермы против опрокидывания 98
4.6.6 Расчет второй плиты рисбермы против опрокидывания 99
4.6.7 Расчет третьей плиты рисбермы против опрокидывания 99
4.7 Фильтрационный расчет 100
4.7.1 Построение эпюры фильтрационного давления методом удлиненной контурной линии 100
4.8 Статический расчет плотины 105
4.8.1 Вес сооружения и механизмов 105
4.8.2 Сила гидростатического давления воды 107
4.8.3 Равнодействующая сила взвешивающего давления 109
4.8.4 Сила фильтрационного давления 111
4.8.5 Нагрузки, действующие на понур 113
4.8.6 Давление наносов 115
4.8.7 Активное давление грунта 116
4.8.8 Определение пассивного давления грунта 118
4.8.9 Определение нагрузки от волнового давления 119
4.9 Расчёт прочности плотины 121
4.9.1 Критерии прочности плотины 126
4.9.2 Расчёт устойчивости плотины 127
5 Организация строительства 129
5.1 Этапы возведения сооружений и схема пропуска строительных расходов
на различных этапах 129
5.1.1 Первый этап 129
5.1.2 Расчет перемычек первой очереди с учетом пропуска строительных
расходов через стесненное русло 130
5.1.3 Определяем тип и конструкцию перемычек 131
5.1.4 Осушение котлована 1 -й очереди 134
5.1.5 Разработка котлована I очереди 134
5.2 Бетонные работы 136
5.2.1 Приготовление бетонной смеси 137
5.2.2 Выбор транспортной схемы бетонных работ 137
5.2.3 Опалубочные работы 138
5.2.4 Арматурные работы 139
5.2.5 Подготовка блока к бетонированию 139
5.2.6 Уход за бетоном 140
5.2.7 Контроль качества бетонных работ 140
5.2.8 Зимнее бетонирование 141
5.3 Расчет пропуска максимального строительного расхода через донные
отверстия 142
5.4 Второй этап - перекрытие русла 144
5.5 Третий этап 146
5.6 Четвертый этап 147
5.7 Пятый этап 147
5.8 Определение объемов и времени выполнения работ 148
6 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Ишимбайской
ГЭС 150
6.1 Флора и фауна реки 150
6.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 150
6.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 151
6.4 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 153
6.5 Противопожарная безопасность 154
7 Объемы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации . 157
7.1 Оценка объемов продаж 157
7.2 Текущие расходы по гидроузлу 158
7.3 Налоговые расходы 159
7.4 Оценка суммы прибыли 160
7.5 Оценка инвестиционного проекта 161
7.5.1 Методология и исходные данные 161
7.5.2 Показатели коммерческой эффективности проекта 162
7.5.3 Бюджетная эффективность 162
7.6 Анализ чувствительности 163
8 Возведение диафрагмы в теле грунтовой плотины методом буронабивных
свай «стена в грунте» 165
8.1 Применение грунтоцементных конструкций в гидротехническом
строительстве 165
8.2 Общие сведения 166
8.3 Технология возведения противофильтрационного элемента в теле и
основании плотины способом «стена в грунте» на Ишимбайской ГЭС 168
8.3.1 Бурение скважин 169
8.3.2 требования к материалам для приготовления глиноцементобетона 170
8.3.3 Приготовление и транспортировка глиноцементобетонной смеси на
строительную площадку 170
8.3.4 Бетонирование скважин 171
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 174
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 176
ВВЕДЕНИЕ 9
1 Общая часть 10
1.1 Природные условия 10
1.1.1 Климат в районе проектируемого гидроузла 10
1.1.2 Гидрологические данные 10
1.1.3 Инженерно-геологические условия 10
1.1.4 Сейсмические данные 11
1.2 Энерго-экономическая характеристика района 11
1.2.1 Энергохарактеристика района 11
2 Водно-энергетические расчеты 14
2.1 Исходные данные 14
2.2 Выбор расчетных гидрографов маловодного и средневодного года при
заданной обеспеченности стока 16
2.2.1 Выбор расчетного средневодного года (P = 50%) 19
2.2.2 Корректировка расчётного средневодного года (Р = 50%) 19
2.2.3 Выбор расчетного маловодного года (Р = 90%) 19
2.2.4 Корректировка расчётного маловодного года (Р = 90%) 20
2.3 Построение графиков нагрузки энергосистемы 21
2.3.1 Построение суточных графиков нагрузки 21
2.3.2 Построение интегральных кривых нагрузки для зимнего и летнего
периода 22
2.4 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных нагрузок 26
2.5 Водноэнергетический расчет 28
2.5.1 Расчет режимов работы ГЭС без регулирования с учетом требований
водохозяйственной системы 28
2.6 Водно - энергетические расчеты режимаработы ГЭС в маловодном году
31
2.7 Водно - энергетическиерасчеты режимаработы ГЭС в средневодном году 34
2.8 Баланс мощностей энергосистемы 36
2.8.1 Определение установленной мощности проектируемой станции 36
2.8.2 Определение рабочих мощностей и резервов, существующих ГЭС и
тепловых станций 37
2.9 Капитальные ремонты оборудования 38
2.10 Существующие ГЭС энергосистемы Урала 39
2.11 Определение максимального расчетного расхода 42
3 Основное и вспомогательного оборудования 44
3.1 Выбор типа и числа агрегатов 44
3.1.1 Построение режимного поля 44
3.1.2 Выбор системы и типа турбины 46
3.1.3 Проверка работы гидротурбины при ограничении по минимальному
расходу 51
3.2 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины для
обеспечения ее бескавитационной работы 51
3.3 Гидромеханический расчет спиральной камеры 54
3.4 Выбор типа серийного гидрогенератора 55
3.5 Выбор маслонапорной установки 56
3.6 Выбор диаметра вала гидротурбины 58
4 Компоновка и сооружения гидроузла 59
4.1.1 Определение отметки гребня грунтовой плотины и гребня быка 59
4.1.2 Определение высоты ветрового нагона 59
4.1.3 Определение высоты волны 1% обеспеченности 60
4.1.4 Расчет положения кривой депрессии для плотины с диафрагмой и
дренажным банкетом на водонепроницаемом основании 63
4.1.5 Оценка фильтрационной прочности грунтов 66
4.1.6 Расчет устойчивости низового откоса методом
круглоцилиндрической поверхности 67
4.2 Гидравлические расчеты 71
4.2.1 Определение ширины водосливного фронта 71
4.2.2 Определение отметки гребня водослива 73
4.2.3 Проверка на пропуск поверочного расхода при поверочном
расчетном случае 74
4.2.4 Построение профиля водосливной грани 75
4.3 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 77
4.4 Расчет водобойной стенки 79
4.4.1 Расчет сопряжения бьефов за водобойной стенкой 80
4.5 Конструирование плотины 84
4.5.1 Определение ширины подошвы плотины 84
4.5.2 Назначение быков 86
4.5.3 Разрезка тела плотины швами 86
4.5.4 Конструирование устоев 87
4.5.5 Конструирование отдельных элементов подземного контура. Понур 88
4.5.6 Дренажные устройства 88
4.6 Конструктивные элементы нижнего бьефа 88
4.6.1 Расчет первой плиты водобоя 89
4.6.2 Расчет второй плиты водобоя 92
4.6.3 Рисберма 94
4.6.5 Расчет первой плиты рисбермы против опрокидывания 98
4.6.6 Расчет второй плиты рисбермы против опрокидывания 99
4.6.7 Расчет третьей плиты рисбермы против опрокидывания 99
4.7 Фильтрационный расчет 100
4.7.1 Построение эпюры фильтрационного давления методом удлиненной контурной линии 100
4.8 Статический расчет плотины 105
4.8.1 Вес сооружения и механизмов 105
4.8.2 Сила гидростатического давления воды 107
4.8.3 Равнодействующая сила взвешивающего давления 109
4.8.4 Сила фильтрационного давления 111
4.8.5 Нагрузки, действующие на понур 113
4.8.6 Давление наносов 115
4.8.7 Активное давление грунта 116
4.8.8 Определение пассивного давления грунта 118
4.8.9 Определение нагрузки от волнового давления 119
4.9 Расчёт прочности плотины 121
4.9.1 Критерии прочности плотины 126
4.9.2 Расчёт устойчивости плотины 127
5 Организация строительства 129
5.1 Этапы возведения сооружений и схема пропуска строительных расходов
на различных этапах 129
5.1.1 Первый этап 129
5.1.2 Расчет перемычек первой очереди с учетом пропуска строительных
расходов через стесненное русло 130
5.1.3 Определяем тип и конструкцию перемычек 131
5.1.4 Осушение котлована 1 -й очереди 134
5.1.5 Разработка котлована I очереди 134
5.2 Бетонные работы 136
5.2.1 Приготовление бетонной смеси 137
5.2.2 Выбор транспортной схемы бетонных работ 137
5.2.3 Опалубочные работы 138
5.2.4 Арматурные работы 139
5.2.5 Подготовка блока к бетонированию 139
5.2.6 Уход за бетоном 140
5.2.7 Контроль качества бетонных работ 140
5.2.8 Зимнее бетонирование 141
5.3 Расчет пропуска максимального строительного расхода через донные
отверстия 142
5.4 Второй этап - перекрытие русла 144
5.5 Третий этап 146
5.6 Четвертый этап 147
5.7 Пятый этап 147
5.8 Определение объемов и времени выполнения работ 148
6 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Ишимбайской
ГЭС 150
6.1 Флора и фауна реки 150
6.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 150
6.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 151
6.4 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 153
6.5 Противопожарная безопасность 154
7 Объемы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации . 157
7.1 Оценка объемов продаж 157
7.2 Текущие расходы по гидроузлу 158
7.3 Налоговые расходы 159
7.4 Оценка суммы прибыли 160
7.5 Оценка инвестиционного проекта 161
7.5.1 Методология и исходные данные 161
7.5.2 Показатели коммерческой эффективности проекта 162
7.5.3 Бюджетная эффективность 162
7.6 Анализ чувствительности 163
8 Возведение диафрагмы в теле грунтовой плотины методом буронабивных
свай «стена в грунте» 165
8.1 Применение грунтоцементных конструкций в гидротехническом
строительстве 165
8.2 Общие сведения 166
8.3 Технология возведения противофильтрационного элемента в теле и
основании плотины способом «стена в грунте» на Ишимбайской ГЭС 168
8.3.1 Бурение скважин 169
8.3.2 требования к материалам для приготовления глиноцементобетона 170
8.3.3 Приготовление и транспортировка глиноцементобетонной смеси на
строительную площадку 170
8.3.4 Бетонирование скважин 171
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 174
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 176
Южно-Уральский гидроузел расположен в Республике Башкортостан на реке Белая. Левый и самый крупный приток Камы. Длина реки — 1430 км, площадь бассейна -142000 км2. Для нормального развития экономики региона необходим опережающий рост энергетики.
Влияние Ишимбайской ГЭС на социально- экономические условия Республики Башкартастан заключается в максимальном использовании гидроэнергетических ресурсов реки Белая, что позволит существенно сократить дефицит электроэнергии.
При этом снижаются расходы на передачу за счет снижения передаваемой мощности потребителям, повышается качество электроэнергии, повышается электроснабжение. При возведении Высоконапорной приплотинной ГЭС решаются народнохозяйственные задачи:
- появление новых рабочих мест;
- конкурентно способная продукция.
ГЭС такого типа не нарушают экологического равновесия в регионе и позволяют получать дешевую, «экологически чистую» электроэнергию. Вдобавок река Белая станет чище, шуга и мусор не будут забивать водозабор, исчезнут перебои с водой весной и засушливым летом.
Влияние Ишимбайской ГЭС на социально- экономические условия Республики Башкартастан заключается в максимальном использовании гидроэнергетических ресурсов реки Белая, что позволит существенно сократить дефицит электроэнергии.
При этом снижаются расходы на передачу за счет снижения передаваемой мощности потребителям, повышается качество электроэнергии, повышается электроснабжение. При возведении Высоконапорной приплотинной ГЭС решаются народнохозяйственные задачи:
- появление новых рабочих мест;
- конкурентно способная продукция.
ГЭС такого типа не нарушают экологического равновесия в регионе и позволяют получать дешевую, «экологически чистую» электроэнергию. Вдобавок река Белая станет чище, шуга и мусор не будут забивать водозабор, исчезнут перебои с водой весной и засушливым летом.
На первом этапе на основе гидрологических данных, были рассчитаны гидрографы маловодного и средневодного года, построены кривые обеспеченности.
На втором этапе в ходе водно-энергетических расчетов по энергосистеме и гидрологии была рассчитана установленная мощность Ишимбайской ГЭС, а также определена зона ее работы в суточных графиках нагрузки для зимы и лета. Установленная мощность составила Ny^ = 285 МВт. Ишимбайская ГЭС будет работать в базовой части графика. Определены отметки НПУ = 155,00 и УМО = 146,55. Полезный объём воды в водохранилище при данных отметках равен 9,2 км3. Среднемноголетняя выработка составила 2,46 млрд. кВт-ч.
По имеющимся данным был подобран вариант с тремя гидроагрегатами с поворотно-лопастными диагональными турбинами с диаметром рабочих колес
5,3 м (ПЛД60- В60о).
По справочным данным для выбранной поворотно-лопастной диагональной турбины с синхронной частотой вращения 150 об/мин был подобран серийный гидрогенератор CB-850/190-40.
В данной работе была запроектирована водосливная плотина на нескальном основании. Имея в основании глину, был назначен подземный контур, состоящий из анкерного понура, фундаментной плиты, горизонтального и вертикального дренажа для отвода воды в нижний бьеф. Плотина высотой 59м является сооружением I класса капитальностии отвечает основным расчетным требованиям и стандартным параметрам.
В результате расчетов приняты основные размеры водосливной плотины:
- отметка гребня водосливной плотины -148 м;
- число водосливных отверстий -5;
- ширина подошвы - 80,4 м;
- отметка подошвы -89м;
- отметка гребня быка -163м;
- ширина разрезного быка 4м;
- ширина водосливного фронта - 80м;
- ширина по гребню плотины - 53м;
- анкерный понур длиной 53,25м и толщиной на концевом участке 0,5 м, а в месте примыкания с плотиной 2 м, пригруженный двумя метрами грунта;
- галереи в теле плотины для сбора и отвода воды в НБ.
В качестве гасителя энергии потока были рассчитаны две водобойные стенки. Для гашения остаточной энергии устроена рисберма длиной 50 м, концевой участок рисбермы выполнен в виде ковша. Плиты рисбермы расположены в шахматном порядке.
Приняты две продольные смотровые галереи высотой 3,5 м и шириной 2 м. Расположены на удалении от напорной грани 4 м и находятся на отметках 107 и 131 м.
Плотина удовлетворяет условию прочности (в частности отсутствие растягивающих напряжений, а также наличие сжимающих напряжений, не превосходящих пределов прочности на сжатие материала плотины - бетон В20).
Противофильтрационный элемент «стена в грунте» из
глиноцементабетона, выполненный на глинистом основании и в насыпных грунтах песчано-гравийных тела плотины Ишимбайской ГЭС, соответствует требованиям проекта и обеспечивает противофильтрационную способность плотины к приему максимального напора.
Экономическая оценка показала, что проект «Ишимбайская ГЭС на реке Белая» экономически оправдан.
Проект окупится еще до его окончания, так как срок проекта составляет 300 месяцев (25 лет), а период окупаемости - 70 месяцев (5,83 лет).
Себестоимость электроэнергии составляет 0,15 руб/кВт-ч. Удельные капиталовложения 97704 руб/кВт.
На втором этапе в ходе водно-энергетических расчетов по энергосистеме и гидрологии была рассчитана установленная мощность Ишимбайской ГЭС, а также определена зона ее работы в суточных графиках нагрузки для зимы и лета. Установленная мощность составила Ny^ = 285 МВт. Ишимбайская ГЭС будет работать в базовой части графика. Определены отметки НПУ = 155,00 и УМО = 146,55. Полезный объём воды в водохранилище при данных отметках равен 9,2 км3. Среднемноголетняя выработка составила 2,46 млрд. кВт-ч.
По имеющимся данным был подобран вариант с тремя гидроагрегатами с поворотно-лопастными диагональными турбинами с диаметром рабочих колес
5,3 м (ПЛД60- В60о).
По справочным данным для выбранной поворотно-лопастной диагональной турбины с синхронной частотой вращения 150 об/мин был подобран серийный гидрогенератор CB-850/190-40.
В данной работе была запроектирована водосливная плотина на нескальном основании. Имея в основании глину, был назначен подземный контур, состоящий из анкерного понура, фундаментной плиты, горизонтального и вертикального дренажа для отвода воды в нижний бьеф. Плотина высотой 59м является сооружением I класса капитальностии отвечает основным расчетным требованиям и стандартным параметрам.
В результате расчетов приняты основные размеры водосливной плотины:
- отметка гребня водосливной плотины -148 м;
- число водосливных отверстий -5;
- ширина подошвы - 80,4 м;
- отметка подошвы -89м;
- отметка гребня быка -163м;
- ширина разрезного быка 4м;
- ширина водосливного фронта - 80м;
- ширина по гребню плотины - 53м;
- анкерный понур длиной 53,25м и толщиной на концевом участке 0,5 м, а в месте примыкания с плотиной 2 м, пригруженный двумя метрами грунта;
- галереи в теле плотины для сбора и отвода воды в НБ.
В качестве гасителя энергии потока были рассчитаны две водобойные стенки. Для гашения остаточной энергии устроена рисберма длиной 50 м, концевой участок рисбермы выполнен в виде ковша. Плиты рисбермы расположены в шахматном порядке.
Приняты две продольные смотровые галереи высотой 3,5 м и шириной 2 м. Расположены на удалении от напорной грани 4 м и находятся на отметках 107 и 131 м.
Плотина удовлетворяет условию прочности (в частности отсутствие растягивающих напряжений, а также наличие сжимающих напряжений, не превосходящих пределов прочности на сжатие материала плотины - бетон В20).
Противофильтрационный элемент «стена в грунте» из
глиноцементабетона, выполненный на глинистом основании и в насыпных грунтах песчано-гравийных тела плотины Ишимбайской ГЭС, соответствует требованиям проекта и обеспечивает противофильтрационную способность плотины к приему максимального напора.
Экономическая оценка показала, что проект «Ишимбайская ГЭС на реке Белая» экономически оправдан.
Проект окупится еще до его окончания, так как срок проекта составляет 300 месяцев (25 лет), а период окупаемости - 70 месяцев (5,83 лет).
Себестоимость электроэнергии составляет 0,15 руб/кВт-ч. Удельные капиталовложения 97704 руб/кВт.
