Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Водозаборные и очистные сооружения

Cтроительство водозаборных оголовков


Cтроительство водозаборных оголовков

Самотечные подводные трубы для подачи воды заканчиваются затапливаемыми или незатапливаемыми оголовками, причем последние чаще выполняются в железобетоне. Вода поступает через окна, расположенные в два яруса: через нижние — при низких горизонтах, через верхние — при высоких (здесь вода чище). Затворами окон управляют из помещения, находящегося над наивысшим уровнем воды. Такие оголовки строят за перемычкой или на искусственном островке кессонным способом, а также с помощью опускного колодца и водоотлива.

Незатапливаемые оголовки. Пример незатопляемого оголовка (криба), построенного по проекту IIO Водоканалпро-екта, показан на рис. 1. По условиям эксплуатации криб вынесен на значительное расстояние в реку и соединяется с берегом железобетонным мостом. Производительность насосной станции 13 тыс. м3/ч. Диаметр криба 21,5 м. Входные отверстия расположены по вседоу его периметру. Входная скорость при работе всех 18 окон (размер каждого 1,75x1,5 м) составляет 0,1 м/с. Размещение окон по периметру позволяет производить забор воды с любой стороны, благодаря чему улучшаются условия водоснабжения.

Затапливаемые оголовки. Они бывают разнообразной конструкции: от раструбов, поднятых вверх или повернутых по направлению течения, до специальных ряжевых, железобетонных и металлических сооружений, установленных в заданном месте на подводное основание. Оголовок служит не только для приема воды из источника, но и для укрепления и защиты от повреждений концов самотечных, сифонных или всасывающих трубопроводов в русле реки. От конструкции, места расположения и надежности работы оголовков в значительной мере зависит бесперебойность подачи воды в систему водоснабжения.

Изредка оголовки устанавливают прямо на грунт; в большинстве же случаев для них готовят котлован, который в зависимости от его размеров, глубины воды, скорости течения, наличия технических средств устраивают при помощи земснаряда, грейфера, гидромонитора, взрывным способом.

Надежное основание получается при некотором дополнительном углублении котлована и укладке слоев камня, щебня, гравия, бетона, выравниваемых водолазами. При слабых грунтах и тяжелом оголовке забивают сваи, концы которых срезают на проектных отметках основания (рис. 2). Затем с баржи через бункер и трубу производят каменную отсыпку, доводят ее до верха фундамента железобетонного оголовка. На выровненную отсыпку насыпают слой щебня, поверхность которого очень тщательно выравнивают. Поверх отсыпки из щебня обычно укладывают бетонную подушку толщиной 7-15 см. Иногда отсыпку выполняют в несколько приемов (рис. 3): первый слой — под металлический оголовок, а после установки последнего дополнительный слой до дна водоема (иногда до низа трубопровода).



Рис. 1. Криб, совмещенный с насосной станцией


При проектировании оголовка надо учитывать данные о ледовом режиме, толщине льда, продолжительности ледохода, о шугоходе, заторах, образовании торосов и другие факторы, влияющие на выбор конструкции оголовка. В большинстве случаев оголовки доставляют к местам установки в готовом виде. Их изготавливают неподалеку на береговых стапелях (желательно на 200-500 м вверх по течению).



Рис. 2. Железобетонный оголовок
а — разрез; б — план


Дорожку для спуска устраивают из рельсов или брусьев. Начало ее выбирают вблизи уреза на берегу, не затопляемом в период изготовления оголовка, а заканчивают на такой глубине, при которой опускаемый на воду оголовок всплывает. При его устройстве надо считаться с принятым заглублением трубопровода. Оголовок должен находиться на такой глубине, чтобы водоприемное отверстие своим нижним краем возвышалось над дном реки не менее чем на 0,5-0,7 м (на мелких реках -меньше). Расстояние верхнего края водоприемного отверстия от нижней поверхности ледяного покрова должно быть не менее 0,2-0,3 м.

Для снижения входной скорости с целью предотвращения засасывания посторонних предметов в трубу, а также для уменьшения потерь на сжатие струи диаметр раструба оголовка должен быть в 1,3-1,5 раза больше диаметра трубы.

Если имеется опасность размыва дна реки около оголовка, то дно укрепляют каменной наброской, а при сильном размывающем действии потока — фашинными тюфяками. Когда дно размывается или заносится, водоприемник рекомендуется вынести в ковш или боковой канал.

На сплавных реках, несущих много бревен и корней, оголовку необходимо придать хорошо обтекаемую форму, чтобы он не задерживал влекомые потоком крупные предметы. От попадания рыбы и предметов средней величины оголовки ограждают решетками с щелями шириной 100 мм. Предусматривать более мелкие щели или сетки не следует, так как они легко засоряются и неудобны для очистки (особенно в половодье). Щелевые или дырчатые защитные ограждения целесообразны лишь при малых скоростях прохода воды через них, так как мусор будет проноситься мимо оголовка.

Песок обычно не является основной причиной засорения, так как трубопровод может быть тем или иным способом промыт, а песок, осевший в береговом колодце, легко удаляют эжектором или насосом.



Рис. 3. Металлический оголовок
а — на две нити: 1 — водоприемный патрубок; 2 — соединительные фланцы; 3 — сварное колено; 4 — болты; 5 — уплотняющая прокладка б -новый оголовок из металлических труб: 1 — стальная труба 0 820X10; 2 — заглушка; 3 — водоприемные устройства 0 325X8+108X4; 4 — всасывающие трубопроводы 0 325X8


Большое препятствие для водоприемников представляет шуга, которая может закупорить трубу и прервать водоснабжение. Главное средство защиты от шуги состоит в уменьшении входной скорости воды до 0,05-0,04 м/с. Для этого необходимо, чтобы суммарная площадь входных отверстий раз в 30 превышала живое сечение самотечных и сифонных труб при скорости в них 1,5 м/с. Шуга примерзает к стенкам щелей ряжа и решетки, а большая площадь, покрытая решетками, задерживает значительную ее часть. Стержни решеток должны быть изготовлены из гидрофобных материалов или покрыты ими.

Действенным средством борьбы с шугой и донным льдом является подвод теплой воды к водоприемнику, что целесообразно при сбросе ее с конденсаторов турбин и прочих охладительных устройств. Противошуговой защитой могут быть также ковши-водоприемники и запань, которая изменяет направление движения шуги и удаляет ее от оголовка. С этой целью может быть также применен сжатый воздух, осуществлена обратная промывка, электрообогрев.

Для предотвращения обмерзания решеток водозаборных оголовков наиболее совершенен и эффективен электрообогрев, в основном осуществляемый двумя способами: непосредственным нагреванием стержней решетки при пропускании по ней электрического тока или пропусканием тока по изолированным проводникам, прокладываемым в полых стержнях решеток. В первом случае расходуется больше электроэнергии, но благодаря простоте конструкции и надежности этот способ получил наибольшее распространение.

Ряжевые оголовки. В летних условиях их изготавливают на береговом стапеле, спускают на воду лебедками и буксируют к месту установки на расстояние до 50 м также лебедками, а на большие расстояния — катером. Иногда дорубку ряжа производят на плаву. Оголовок, доставленный до места, расчаливают тросами, которые заводят на плавучие средства, установленные на якорях. Затем осторожно и равномерно загружают ряж камнем и на тех же тросах погружают его на подготовленное основание, после чего окончательно заполняют камнем.

В последние годы для установки ряжевых, бетонных и металлических оголовков используют плавучие или гусеничные краны большой грузоподъемности.

Зимой ряжевые оголовки строить удобнее: их рубят прямо на льду рядом с прорубью, через которую и опускают. Иногда рубку производят и над местом установки ряжа: около сруба устраивают отдельные проруби, соединенные небольшими перемычками, которые перед опусканием ряжа перерубают. Чтобы выправить неправильно установленный ряж, водолазу иногда приходится извлекать из него часть камня, чтобы создать незначительную отрицательную плавучесть, и лишь после окончательной установки оголовка его снова погружают.

Железобетонные оголовки. Для их изготовления на берегу устраивают горизонтальную платформу, пользуясь клеткой, которую затем разбирают, чтобы поставить платформу на спусковые полозья дорожки. При спуске оголовок поддерживают на тросах. Когда рама ложится на дорожку, оголовок вместе с рамой доводят при помощи лебедок до уровня воды; для обеспечения устойчивости оголовка к нему крепят легкие понтоны. Если водоприемные окна и отверстия для самотечных труб плотно закрыты, оголовок иногда всплывает (когда понтоны еще не вступили в работу). Верх оголовка закрывают деревянным щитом для предохранения от заливания при крене или волнении.

Спущенный на воду оголовок частично наполняют водой, и он повисает на легких понтонах; затем его буксируют к месту назначения, где точно устанавливают с помощью плавучих опор. После этого из понтонов медленно выпускают воздух и посредством опускных лебедок осторожно осаживают оголовок на дно. Чтобы придать ему правильное направление, иногда забивают направляющие сваи. Правильность установки проверяют по четырем трубкам (0 20-30 мм), укрепленным на концах продольной и поперечной осей оголовка. По тому, насколько трубки будут выступать над водой, можно судить о положении оголовка.

Металлические оголовки. На рис. 3, а показан простейший тип металлического оголовка для водозабора в две нитки. Оголовок был укреплен на ряже и на нем доставлен на плаву к месту установки, где было уже подготовлено основание под ряж. На четырех распадках ряж установили с предельно возможной точностью в проектное (в плане) положение, загрузили равномерно камнем до создания небольшой отрицательной плавучести, опустили медленно на основание, затем загрузили полностью. Приемное отверстие было направлено вниз по течению, что соответствует случаю, когда скорость во входном отверстии оголовка ниже скорости течения реки и все плавающие тела проносятся мимо него. Такой тип оголовка наиболее прост и дешев, но, несмотря на ограждающие знаки, выставленные в реке, может быть поврежден речным транспортом.

Металлические оголовки могут быть выполнены также в виде прочной стальной емкости (кожуха) цилиндрической формы, монтируемой и свариваемой на берегу или на льду. Со стапельного пути их спускают на воду и доставляют к месту установки теми же способами, что и железобетонные оголовки, причем к ним иногда крепят понтоны грузоподъемностью 5 т. Для придания оголовку большей остойчивости при буксировке и опускании его после спуска на воду заливают слоем бетона (до 0,5 м). При буксировке кожух расчаливают тросами и распорными брусьями на двух баржах. Его опускают на основание так же, как и железобетонный оголовок: заливают водой и поддерживают на стальных тросах с опорных точек (лед, баржи, плашкоуты, понтоны). Правильность положения оголовка проверяет водолаз. Затем способом подводного бетонирования оголовок заполняют через трубу бетонной смесью. Дно вокруг кожуха укрепляют крупным камнем.

Приведем в качестве примера устройство оголовков на забивных сваях для водоснабжения Сольвычегодска. Оно должно было осуществляться из реки с быстрым течением. Прибрежную полосу ее ложа укрепили фашинными тюфяками, пригрузив их камнем на ширину 15-20 м, далее берег защитили каменной наброской, а выше над уровнем низких вод — мостовой кладкой.

Водозабор запроектировали в виде двух ниток труб диаметром 200 мм каждая, с раструбным расширением в головной части до 500 мм, длиной 750 мм. Для защиты оголовка предусматривалась деревянная защитная стенка и загрузка камнем. Всего предполагалось забить 124 деревянные сваи диаметром 200 м и 6 свай диаметром 160 мм без удаления тюфяков (сваи забивались через них). Однако для выполнения такой работы потребовались бы особенно прочные металлические башмаки для деревянных свай.



Рис. 4. Водозаборные оголовки с использованием трубчатых свай
1 — трубчатые сваи; 2 — патрубки; 3 — решетки; 4- патрубок для подключения самотечных труб


Поэтому было принято новое решение, значительно облегчающее устройство оголовка (предложение Э. Г. Годеса). Через тюфяки (с разборкой каменной загрузки) забивали всего две стальные сваи из толстостенных труб диаметром 250 мм с приваренными к ним тройниками сечением 250X250 для присоединения самотечных водоводов. Конструкцию защитили каменной наброской, а поверх нее установили железобетонную плиту массой 70 кН (в погруженном в воду состоянии — 42 кН); были предусмотрены также металлические защитные решетки. Учитывая низкие горизонты воды в реке, верх конструкции установили на 0,3 м ниже. Забивка стальных свай и устройство оголовка в целом были завершены за 12 дней.

Когда грунты ниже основания водозаборного оголовка позволяют производить забивку свай, можно рекомендовать конструкцию оголовка (рис. 4), предложенную Э. Г. Годесом на нескольких объектах. Оголовок располагается на сваях, забитых в грунт на глубину 4-6 м в зависимости от его свойств. Верхняя водоприемная конструкция в виде сборного наголовника прикрепляется к сваям. Сооружение таких оголовков наиболее рационально при залегании в основании слабых грунтов, т.е. с низкой несущей способностью (ила, торфа).

Погружение железобетонных трубчатых свай или металлических толстостенных труб (буровых) выполнимо при наличии необходимых свайных агрегатов; в летний период забивка свай производится с плавучих средств, зимой — со льда.

Следует указать, что такие оголовки исключительно устойчивы против волновых нагрузок и механических повреждений, стоимость их в два раза меньше обычных, а сроки строительства значительно сокращаются.

В качестве примера рассмотрим также устройство подводного основания из набивных свай на строительстве водозабора нефтеперегонного завода. При ведении работ оказалось, что на уровне низа плиты металлического оголовка залегают илистые грунты, которые не могут служить основанием. Было принято решение выполнить фундамент из набивных бетонных свай под водой. На плашкоуте грузоподъемностью 200 т был установлен буровой станок типа 75-У. Бурение скважин производили с «черных» отметок до начала рытья котлована. Последующую выемку грунта по окончании твердения бетона свай осуществляли водолазы с помощью гидромониторов. Всего было забито 40 набивных свай на глубину 6 м от «черных» отметок. Стальной кожух оголовка был доставлен к месту работ на плашкоуте, затем он плавучим краном грузоподъемностью 35 т был снят и установлен на свайное основание.

Сваи бетонировали до уровня, немного превышающего проектную отметку низа фундаметной плиты оголовка. Подводное бетонирование вели способом вертикально перемещающейся трубы. Из-за отдаленности бетонного завода от места работ смесь изготовляли непосредственно на плашкоуте в бетономешалке емкостью 250 л и подавали по стальной вертикальной трубе диаметром 300 мм. Данный способ устройства набивных свай оказался весьма эффективным.

Примером устройства оголовка кессонным способом может служить строительство водозабора для ТЭЦ домостроительного комбината в пос. Вятские Поляны. Здесь сооружался водозабор с ряженым оголовком и двумя самотечными линиями диаметром 500 мм; оголовок выносился на 120 м в р. Вятку. Русло реки на этом плесе сложено мелкозернистым движущимся песком, вследствие чего оголовок и самотечные трубы вскоре были полностью занесены песком. Неоднократные попытки его очистки и промывки труб спасали положение лишь на короткое время. Поэтому было решено построить в русле реки на расстоянии 220 м от берега новый железобетонный оголовок водоприемника, сооружаемый кессонным способом. К оголовку от насосной станции были подведены две самотечные сифонные линии из труб диаметром 700 мм, длиной 220 м и линия из труб диаметром 300 мм для обогрева решеток оголовка горячей водой от ТЭЦ зимой.



Рис. 5. Опускание кессона со льда
а положение наплавной части кессона перед спуском; б — положение наплавной части кессона в майне; в - бетонирование консолей кессона, устройство водонепроницаемой оболочки, монтаж шахтных труб и шлюзового аппарата; г — бетонирование потолка и стен кессона, опускание кессона 1 — шлюзовой аппарат; 2 -камера кессона; 3 — стены водоприемника; 4 — лед


Проект предусматривал вести строительные работы в летний меженный период, а именно: землечерпательной машиной берму шириной 2,5 м. Ширина канала по дну у реки была 6 м, у насосной станции-10 м, глубина канала составляла 3,5 м.

Канал плавно соединялся с руслом реки (рис. 6). Подземная часть насосной станции первого подъема была построена способом опускания железобетонного круглого колодца с внутренним диаметром 9 м, толщиной стен 0,5 м, высотой 12,5 м вместе с ножевой частью. К станции первого подъема из подводящего канала были проложены две самотечные трубы длиной по 35 м, диаметром 600 мм с водозаборным железобетонным оголовком. Устройство подводящего канала производилось с отметки поверхности земли 107.0 до отметки дна 97.6. Максимальный горизонт воды в данном районе реки проходил по отметке 106.8, минимальный 99.72.



Рис. 6. План подводящего канала-ковша
1 — напорные трубопроводы 0 400 мм; 2 — водозаборный железобетонный колодец; 3- самотечные трубы 0 600 мм; 4 — колодцы для водоотлива; 5 — границы крепления каменной отсыпкой


Следует подчеркнуть, что геологическое строение грунтов в месте строительства подводящего канала было весьма сложным. Так, здесь наблюдалось весьма пестрое напластование грунтов (сверху вниз): торфяно-растительный слой (до 0,5 м); мелкозернистый водонасыщенный песок (до 5,2 м); тяжелая пластичная супесь, легкий пластичный суглинок (1,5 м); гравий, галька, гравелистые пески (0,8-1,2 м); мощный слой глины с прослойками песка.

Водозабор был сооружен в исключительно короткие сроки-за четыре месяца, что явилось результатом хорошо продуманной организации работ. До начала строительства была полностью подготовлена техническая документация, рабочий проект, проект производства работ, технологические карты по основным видам строительства:
1) отрывка котлована;
2) изготовление и опускание колодца;
3) прокладка самотечных линий;
4) размыв земляной перемычки, ограждающей канал от реки.

Грунт подводящего канала разрабатывали экскаватором, оборудованным драглайном с ковшом емкостью 0,7 м3. Вначале был отрыт котлован до отметки 102.5 (на глубину 4,5 м), затем вторым забоем (на глубину 5 м) была достигнута заданная глубина канала на отметке 97.6.

Второй экскаватор, оборудованный драглайном с ковшом емкостью 0,5 м3, вслед за первым зачищал откосы и отделывал их под шаблон. Все это обеспечило непрерывную выемку 45 000 м3 грунта из котлована в течение 130 машино-смен и позволило подготовить откосы канала к креплению. Верхний откос с уклоном 1:2 крепили плетневыми клетками с засыпкой камнем слоем 20 см, нижний с уклоном 1:2,5 — железобетонными плитами размером 60x60x15 см. Последние укладывали на подготовленное основание из песчано-гравийной смеси толщиной 10 см.

Грунт подводящего канала разрабатывали от котлована насосной станции в сторону реки. Приток грунтовых вод в котлован в зависимости от глубины его разработки возрастал до 1,5 м3/мин. Установленные в котловане два насоса производительностью по 45 м3/ч полностью справлялись с притоком грунтовых вод.

В процессе эксплуатации водозаборных сооружений иногда наблюдается, что подводящий канал подвергается интенсивному заиливанию, поэтому во избежание прекращения работы насосных станций необходимо вести тщательные наблюдения и периодически очищать ковш.

Если водоприемник устраивают на пологом берегу и в неглубокой реке, то канал приходится прорезать от русла реки к водоприемнику на такой глубине, чтобы под водой можно было разместить приемные окна или самотечные линии повышенного горизонта. Водоприемные окна снаружи закрывают съемными решетками с просветами около 100 мм для задержания крупных предметов. Изнутри устанавливают затворные щиты.

Здесь могут быть приняты два решения:
1) применение для забора воды дырчатой трубы (наконечника), направленной вдоль русла; длина наконечника и количество отверстий 0 50 мм должны быть рассчитаны на входную скорость 0,05 м/с;
2) использование инфильтрационного (подруслового, берегового и островного) водозабора при достаточно водопроницаемых грунтах дна и берега водоема; отметим, что в условиях

Севера и Сибири этот прием находит самое широкое распространение. Наибольшее число подрусловых водозаборов построено на реках Дальнего Востока и Сахалина.

Вследствие больших уклонов и скоростей горные реки иногда несут большие камни, что может привести к быстрому разрушению обычных оголовков. В этом случае при устройстве водозабора в скалистом дне потока разрабатывают поперечную или продольную траншею с каналом, который накрывают на уровне дна реки съемной прочной металлической решеткой. При паводках крупные камни проносятся над нею. При малом количестве воды в реке песок и гравий проникают через решетку в канал и отводятся в песколовку. Большие уклоны дают возможность использовать их для промывки песколовок и отстойников.

Чистка решеток от застрявших на них веток и травы производится закрытием затвора в береговом колодце; при этом уровень воды в канале подымается, и все плавучее всплывает и уносится течением.

В галечных руслах возможен забор воды путем инфильтрации в бездонные колодцы или каналы.

В глубоких озерах на глубине 10-20 м поверхностные волны совершенно затухают; кроме того, на глубине 40 м колебания температуры ничтожны и вода отличается большой чистотой. Оголовку не угрожают никакие опасности, и он может быть устроен в виде простой приемной воронки, защищенной решеткой и зонтом (если он повернут вверх) от проникания крупных предметов.

В неглубоких озерах устройство водоприемника сложнее: при ветрах с озера на берег нагоняются большие массы льда, прибой волн измучивает прибрежную воду, озеро загрязняется, поэтому принимать воду рекомендуется на расстоянии нескольких километров от берега.

При проектировании морских водоприемников надо считаться с некоторыми особенностями, к которым относятся: приливы и отливы (кроме внутренних морей); колебания уровня, достигающие нескольких метров; морские волны большой разрушительной силы; сильное давление ветра; перемещение песка и гальки вдоль берега по направлению господствующего ветра; содержание солей, вызывающих коррозию; водоросли, забивающие решетки; ракушки, прорастающие к решеткам и стенкам труб.



Похожие статьи:
Устранение фильтрации в бетонных колодцах

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Водозаборные и очистные сооружения

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум