Гидромеханизация в гидроэнергетическом строительстве. Развитие метода

Развитие метода. В октябре 1920 г. Советское правительство по инициативе Владимира Ильича Ленина приняло решение о всемерном развитии гидроторфа. Это решение, помимо его огромного значения для использования топливной базы наших электростанций, открыло путь промышленному применению гидромеханизации — одному из самых производительных и механизированных способов производства тяжелых и трудоемких работ.

Наиболее широкое применение гидромеханизация земляных работ получила в гидроэнергетическом строительстве. Сооружение современных гидроузлов на равнинных реках связано с производством земляных работ, объем которых исчисляется десятками, а иногда и сотнями миллионов кубометров. Без высокопроизводительной техники, позволяющей справиться с такими массами земли в короткие сроки, строительство больших гидроузлов было бы немыслимо или затягивалось бы на десятки лет.

В практике советского гидроэнергетического строительства гидромеханизация впервые была применена в 1929—1932 гг. на Днепрострое. Всего за годы строительства Днепровской ГЭС имени Ленина на вскрыше карьеров камня, выемке гавани и намыве пирса было выполнено около 1 млн. м³ грунта.

В 1930—1931 гг. гидромониторная разработка котлована электростанции велась на Невдубстрое. На строительстве Туломской ГЭС был намыт понур плотины. На Чирчик- строе гидромеханизация применялась при выемке грунта по трассе канала и при гидросмыве и самотечном транспорте грунта, разрабатываемого экскаваторами.

В 1934—1936 гг. гидромеханизация в более широких масштабах была применена на строительстве канала имени Москвы. На этом строительстве было выполнено способом гидромеханизации 10,5 млн. м³ земляных работ, в том числе 7,3 млн. м³ основных земляных сооружений, 2,1 млн. м³ вспомогательных земляных работ и 1,1 млн. м³ добычи гравия.

Работы при помощи гидромеханизации велись на многих участках 127-километровой трассы канала. Основными объектами явились: намыв Иваньковской русловой плотины на р. Волге, намыв Сестринских и Оревских дамб, уборка торфа в основании сооружений по трассе канала, выемка канала на участках Оревского и Центрального районов, разработка Хорошовского спрямления р. Москвы и др.

Разработка грунта способом гидромеханизации велась в основном гидромониторами с применением землесосов на плашкоутах. В 1939 г. работала 31 такая установка на основных работах, семь—на добыче гравия и девять на вспомогательных работах. В качестве основного оборудования использовались гидромониторы типа Хэнди и землесосы, созданные по проекту строительства, с производительностью 800 м³/ч, напором 70 м и мощностью двигателя 220 квт.

Широко применялись разные формы «малой гидромеханизации»—гидротранспорт грунта от экскаваторов, смыв грунта с железнодорожных платформ и грузовиков и т. п.

В 1936 г. на строительстве была достигнута рекордная для того времени среднемесячная производительность всех установок гидромеханизации в 437,5 тыс. м³ и максимальная— 1 млн. м³. Максимальная суточная производительность составила 58 тыс. м³ земляных работ и 3,2 тыс. м³ разработки гравия.

Опыт применения гидромеханизации на строительстве канала имени Москвы показал высокую эффективность этого способа и привел к дальнейшему развитию гидромеханизации работ в гидротехническом строительстве.

После завершения строительства канала имени Москвы гидромеханизация широко применялась на строительстве Южной гавани в Москве, где было выполнено около 3 млн. м³ земляных работ, и при намыве Апшеронской дамбы.

Особые, своеобразные формы применения гидромеханизации были разработаны в Средней Азии при возведении дамб и плотин из лессовидных суглинков. В 1940 г. при сооружении Бурджанской дамбы объемом 280 тыс. м³ и высотой 20 ж намыв грунта производился небольшими слоями до 0,5 м в отдельные замкнутые бассейны, ограниченные поперечными и продольными валами. После консолидации грунта процесс намыва возобновлялся. Впоследствии этот способ, так же как и «мокрый способ», состоявший из отсыпки лессовидных грунтов в замкнутые бассейны, широко распространился.

Уже после войны эти способы применялись при сооружении верхней части Фархадской плотины, Бургулюкской и Аши-Сайской дамб, Саларской и Нижне-Бозсуйской (№ 3) плотин.

Крупнейшим предвоенным гидроэнергетическим строительством, на котором широко применялась гидромеханизация, явился Волгострой. Всего с 1937 по 1941 г. на строительствах Угличской и Щербаковской ГЭС было выполнено этим способом 11,4 млн. м³ земляных работ. Свыше 40% всех насыпей было выполнено намывным способом.

На Волгострое применялась более совершенная техника, чем на предыдущих строительствах. Основным типом землесосов здесь явился землесос ЗГМ-1. Наряду с плашкоутными установками, разрабатывавшими совместно с гидромониторами береговые карьеры, для работы в русловых карьерах применялись плавучие землесосные снаряды.

Таким образом, уже в довоенный период способ гидромеханизации стал прочно внедряться в практику гидротехнического строительства.

На строительстве канала имени Москвы и Волгострое были выращены первые кадры гидромеханизаторов-гидростроителей. Промышленность приступила к серийному выпуску специального, главным образом землесосного, оборудования.

В годы завершения Великой Отечественной войны и последующие годы гидромеханизация применялась при восстановлении крупнейших гидротехнических сооружений. В конце 1945 и весной 1946 г. на восстановлении Днепрогэса была намыта низовая перемычка. После восстановления подводной части гидростанции эта перемычка была разобрана при помощи тех же землесосных установок.

На восстановлении Беломорско-Балтийского канала в 1945—1946 гг. было выполнено гидромеханизацией 40% общего объема земляных работ.

В условиях бурного роста гидроэнергетического строительства в послевоенное время роль гидромеханизации земляных работ необычайно возросла. За истекшее десятилетие произошел коренной перелом в строительной технике и методах производства работ. Создано высокопроизводительное оборудование, которое позволило довести уровень механизации земляных работ на строительстве гидротехнических сооружений до 98—99%, сократить сроки строительства и снизить его стоимость.

За пятилетие с 1951 по 1955 г. - в гидротехническом строительстве способом гидромеханизации выполнено около 300 млн. м³ земляных работ. Удельный вес гидромеханизации в общем объеме земляных работ на строительстве гидроэлектростанций возрос за этот период с 15 до 42%. На отдельных строительствах удельный вес гидромеханизации составил: для Цимлянской ГЭС — 50%, Горьковской ГЭС — 81%, Куйбышевской ГЭС — 70%; Каховской ГЭС — 68 %.

За последние 8 лет построены и введены в эксплуатацию намывные плотины и дамбы десяти крупнейших гидроузлов; кроме того у пять плотин намываются в настоящее время.

После войны гидромеханизация была широко применена на строительстве Цимлянского гидроузла и Волго-Донского судоходного канала имени В. И. Ленина. В 1949—1952 гг. на этом строительстве способом гидромеханизации было выполнено 50 млн. м³ основных земляных работ и намыто 1,2 тыс. м³ песков для приготовления бетона и засыпки пазух гидротехнических сооружений.

Наиболее важным объектом применения гидромеханизации явилась земляная плотина Цимлянского гидроузла. Длины намывной части плотины: 3 км составляет правобережная часть, 7 км — левобережная часть и 0,7 км—русловая. Наибольшая высота плотины 35 м. Откосы плотины в верхней части 1 :3,5—1 : 4 и в нижней части 1 : 12—1 : 15.

Придание плотине пологих откосов в нижней части и развитие ее ширины по низу были вызваны тем, что грунты основания представлены в левобережной части макропористыми лессовидными суглинками мощностью 5—10 м, а в руслах, пересекаемых плотиной мелких рек,— илистыми отложениями со слабой несущей способностью.

Для строительства плотины объемом 29,7 млн. м³ грунта был установлен срок немногим более 1 года (1950 и 1951 гг.).

На строительстве Цимлянской плотины были впервые применены мощные, специально сконструированные и созданные отечественной промышленностью землесосные снаряды типа 500-60.

Рис. 1. Намыв плотины Цимлянского гидроузла эстакадным способом

На строительстве плотины работало 20 земснарядов 500-60 и 300-40, что позволило в течение 1951 г. выполнить объем земляных работ более 25 млн. м³, а включая другие объекты, выполненные способом гидромеханизации — около 27,5 млн. м³. Месячная выработка была доведена до 5,1 млн. м³ грунта и максимальная суточность—до 220 тыс. м³. Суточная интенсивность намыва русловой части плотины до высоте составила в среднем 60 см.

Почти одновременно с работой на Дону начался намыв плотины Верхне-Свирской ГЭС. В течение 1951—1952 гг. в это сооружение было уложено около 600 тыс. м³ грунта. Плотина намывалась безъядерной, из среднезернистых и мелкозернистых песков.

В связи с высоким расположением карьеров был принят гидромониторный способ разработки грунта. Значительная длина транспортирования потребовала установки перекачивающих станций второго и третьего подъемов, на которых монтировались землесосы 2ОР-11. Грунт к перекачивающим станциям направлялся от трех-четырех передвижных землесосных установок 8НЗ.

На Верхне-Свирской ГЭС был впервые применен двухстадийный метод намыва русловой плотины. По условиям календарного графика строительства в связи с осенним покрытием реки банкетом в первый сезон работы был выполнен подводный намыв узкой призмы, составляющей лишь часть профиля плотины.

Надводная часть этой призмы была отсыпана всухую до паводка на минимально необходимую высоту. В следующий сезон после спада паводка, русловая плотина была намыта полным профилем до проектных отметок. В дальнейшем этот метод неоднократно применялся при намыве русловых плотин.

В те же годы гидромониторные работы велись и на других гидроузлах. Наименее сложные работы с самотечным гидротранспортом были организованы при намыве безъядерной русловой плотины Майкопской ГЭС из среднезернистых песков. Кроме намыва плотины объемом около 100 тыс. м³, на этом строительстве была выполнена гидромониторная вскрыша с поверхности карьера тяжелых суглинков и глины объемом около 40 тыс. м³.

B Средней Азии на Нижне-Варзобской ГЭС № 2 была выполнена гидромониторная разработка деривационного канала. Около 320 тыс. м³ лессовидных суглинков было смыто в р. Варзоб. Интересные работы проводились на строительстве Нижне-Бозсуйской гидроэлектростанции № 4. Здесь в 1950 г. была намыта плотина на арыке Боз-Су из макропористых суглинков.

По гранулометрическому составу свыше 70% карьерного материала имело размеры фракций or 0,1 до 0,01 мм. Объем плотины — 360 тыс. м³ грунта, из них 130 тыс. м³ было направлено в плотину самотечным гидротранспортом и 230 тыс. м³ — с перекачкой землесосами. Намыв осуществлялся двумя этапами: в первую очередь была замыта подводная часть плотины между двумя перемычками, отсыпанными всухую, затем велся послойный намыв надводной части плотины.

По периметру карты отсыпалось обвалование из привозного грунта. Высота слоя намыва не превышала 0,5 м. Через четыре — пять дней после намыва очередного слоя влажность грунта с 41—43% снижалась до 35%, грунт настолько консолидировался, что можно было приступать к намыву следующего слоя.

Новое обвалование обычно можно было отсыпать через два дня после намыва слоя. Постепенно, через 1,5—2 месяца влажность грунта снижалась до 30%, и объемный вес намытого грунта достигал 1,53—1,50 т/м³, что соответствовало средним объемным весам местного лесса в естественном залегании.

На строительстве Нижне-Бозсуйской гидроэлектростанции, кроме намыва плотины, было разработано гидромониторным способом около 1 200 тыс. м³ лессовидных суглинков со сбросом в отвал. В этот объем входила выемка отводящего канала, подъездного пути к ГЭС и части котлована станционного узла.

За последние годы в Средней Азии увеличились масштабы работ гидромеханизации по разработке связных грунтов и намыву из них плотин и дамб. Ведется разработка лессовидных суглинков по трассе Каракумского канала, намывается из связных грунтов и супеси Сары- Язынская плотина, часть дамб обвалования Келифского водохранилища Каракумского канала намыта из легких суглинков и супесей. Предстоит выполнить большие объемы разработки связных грунтов при выемке Голодностепского канала.