0
Д.Н. Седрисев, А.В. Рубинская
Основы проектирования гидротехнических
сооружений, лесных бирж и рейдов
приплава
Красноярск 2011
Стр.1
1
Министерство образования и науки РФ
ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный технологический
университет»
Лесосибирский филиал
Д.Н. Седрисев, А.В. Рубинская
Основы проектирования гидротехнических
сооружений, лесных бирж и рейдов приплава
Утверждено редакционно-издательским советом СибГТУ в качестве
учебного пособия для студентов специальности 250401.65
Лесоинженерное дело и направления 250400.62 Технология
лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств очной и
заочной форм обучения
Красноярск 2011
Стр.2
2
УДК 626/ 627 (075.3)
Седрисев Д.Н., Рубинская А.В. Основы проектирования гидротехнических
сооружений, лесных бирж и рейдов приплава: учебное пособие для
изучения теоретической части курса и самостоятельной подготовки
студентов специальности 250401.65 Лесоинженерное дело и направления
250400.62 Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих
производств очной и заочной формы обучения. - Красноярск: СибГТУ,
2011. - 119 с.
В учебном пособии приводятся сведения о гидротехнических
сооружениях, применяемых в составе береговых лесных складов и рейдов.
Рассмотрены общие вопросы водопользования и водохозяйственной
деятельности. Излагаются общие сведения о классификации, типах и
конструкции, основах проектирования и принципах расчета причальных
берегоукрепительных,
оградительных,
судо- и лесоподъемных
гидротехнических сооружениях. Приведены сведения о безопасности и
правилах эксплуатации гидротехнических сооружений.
Утверждено на заседании кафедры Лесоинженерное дело
«19»апреля 2012 г., протокол №8
Рекомендовано к использованию в качестве электронного ресурса научнометодическим
советом Лф СибГТУ «23»апреля 2012 г., протокол №3
© Д.Н. Седрисев, А.В. Рубинская, 2011
© ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный технологический
университет» , Лесосибирский филиал, 2011
Стр.3
3
Содержание
Введение………………………………………………………………………..6
1 Общие сведения о лесных портах, береговых лесных складах,
гидротехнических сооружениях и условиях их работы…………………….8
1.1 Водные ресурсы, водное хозяйство и водопользование…………….8
1.2 Общая классификация гидротехнических сооружений……………11
1.3 Классификация, характеристики и условия работы береговых
лесных складов (портов) и ГТС ……………………………………...…17
1.4 Основные сведения о судах ………………………………………...25
1.5 Классификация причальных набережных и условия их
применения………………………………………………………………32
2 Методы расчета, нагрузки и воздействия на причальные
сооружения......................................................................................................42
2.1 Методы расчета....................................................................................42
2.2 Силы и нагрузки, действующие на причальные сооружения.........47
2.3 Основные природные факторы.........................................................56
3 Типы и конструкция причальных набережных..........................................64
3.1 Гравитационные сооружения...........................................................64
3.2 Сооружения в виде тонкой стенки...................................................68
3.3 Набережные свайной конструкции..................................................72
3.4 Реконструкция причалов..................................................................75
4 Берегоукрепительные сооружения..............................................................77
4.1 Типы и конструкции берегоукрепительных сооружений...............77
4.2 Основы расчета берегоукрепительных сооружений.......................84
5 Оградительные гидротехнические сооружения.........................................89
5.1 Виды и конструкция оградительных сооружений...........................89
5.2 Расчет креплений плавучих волноломов......…….................................96
6 Судо- и лесоподъемные сооружения..................................................100
6.1 Виды и конструкция сооружений..................................................100
6.2 Основы расчета судо- и лесоподъемных сооружений.............103
Расчеты сооружений по первой и второй группам предельных
7
состояний………………………………………………………………………..
7.1 Расчет устойчивости сооружения на сдвиг по плоским
поверхностям скольжения……………………………………………………..
7.2 Расчет общей устойчивости сооружения на сдвиг по
круглоцилиндрическим поверхностям скольжения……………………….
7.3 Расчет устойчивости сооружения на опрокидывание…………….
7.4 Расчет элементов бетонных и железобетонных конструкций по
предельным состояниям первой группы…………………………………….
Стр.4
4
7.5 Расчет элементов стальных конструкций по предельным
состояниям первой группы……………………………………………………
7.6 Расчет нормальных краевых напряжений под подошвой
сооружения………………………………………………………………………
7.7 Расчет осадок, крена и горизонтальных смещений сооружения.
Список использованных источников...........................................................107
Приложение А Технические характеристики.............................................110
Стр.5
5
Введение
В системе водного и специального водно - сухопутного транспорта
леса все более важную роль играют такие транспортно-хозяйственные
объекты, как лесные береговые склады (биржи), порты и рейды.
По лесозадерживающим и лесонаправляющим сооружениям имеется
достаточное количество учебной литературы. По гидротехническим
сооружениям (ГТС), используемым в лесной промышленности, такой
литературы явно недостаточно или она издана 20-30 лет назад.
В соответствии с действующим законодательством Российской
Федерации требования к безопасности производственной деятельности на
водных объектах в настоящее время значительно повышены.
Федеральным законом Российской Федерации от 21.07.97 г.№117-ФЗ “О
безопасности гидротехнических сооружений” [1] установлено, что
эксплуатация ГТС может осуществляться на основании лицензий, которые
выдаются с внесением объектов в Российский регистр после утверждения
декларации безопасности ГТС. Более того, согласно “Правил
предоставления в пользование водных объектов ...”, утвержденных
постановлением Правительства Российской Федерации от 03.04.97 г.
№383, должна быть получена лицензия на водопользование, в том числе и
для акваторий ГТС лесопромышленных предприятий.
В настоящем учебном пособии рассмотрены основные вопросы,
отражающие общие сведения о водных ресурсах и водопользовании, ГТС
и условиях, в которых они работают, классификации, принципах расчета
и проектирования, приведены типы и конструкции наиболее
распространенных в лесной отрасли ГТС - причальных, а также сведения о
берегоукрепительных и оградительных, судо- и лесоподъемных
сооружениях, безопасности и правилах технической эксплуатации
гидротехнических сооружений.
Учебное пособие составляет основу лекционного курса указанной
дисциплины, а методики расчета гидротехнических сооружений (ГТС) и
их элементов с приведенными в приложениях справочными данными
могут использоваться на практических занятиях. Дисциплина изучается в
течение 9 семестра (36 часов - лекции, 18 - практические занятия) для
студентов специальности 250401.65 и в течение 7 семестра (18 часов –
лекции, 36 – практические занятия) для студентов направления
2580400.62. Заканчивается изучение дисциплины экзаменом. Кроме того,
учебное пособие может быть широко использовано в дипломном
проектировании и для оценки технического состояния ГТС, их
поверочных расчетов и реконструкции.
Стр.6
6
1 Общие сведения о лесных портах, береговых лесных
складах, гидротехнических сооружениях и условиях их работы
1.1 Водные ресурсы, водное хозяйство и водопользование
Запасы пресной воды, необходимой для жизни человека,
ограничены, и ее надо расходовать разумно, особенно если учесть все
более возрастающую в ней потребность в связи с увеличением
численности населения и интенсификацией хозяйственной деятельности
человека.
По общим запасам пресных вод Российская Федерация занимает
первое место в мире и уступает по речному стоку лишь Бразилии.
Из общего объема статических запасов поверхностных вод РФ на долю
пресных вод приходиться менее 42 тыс.куб.км. Эти запасы представлены п
ресными водами озер - около 25 тыс.куб.км ( из них 88% приходится на
озеро Байкал), водохранилищами - около 1 тыс.куб.км и водой в ледниках
- около 16 тыс.куб. км.
Возобновляемые водные ресурсы (речной сток) составляет около 4
тыс.куб.км/год. Из них на долю Северного Ледовитого океана приходится
64%, Тихого - 18% и Атлантического - 8%.
Структура водного баланса территории РФ приближенно
соответствует структуре водного баланса всей планеты : атмосферные
осадки -11,3 тыс.куб.км (507 мм), сток - 4 тыс.куб.км (181 мм), испарение -
6,9 тыс.куб. км (309 мм).
Речной сток по территории РФ (также и в целом по территории
суши) распределен крайне неравномерно. К зоне
высокой
водообеспеченности ( на 48% территории сосредоточено 80% водных
ресурсов) относятся северные, северно-восточные и восточные районы
станы. В зоне средней водообеспеченности ( на 25% территории
сосредоточено 18% водных ресурсов) расположены промышленно
развитые Центральные и Уральские экономические районы. Зона низкой
водообеспеченности ( на 27% территории приходиться 2% водных
ресурсов) включает юг Западной Сибири и Зауралья, Южное Поволжье и
Заволжье и др. Неравномерность распределения водных ресурсов
неблагоприятно отражается на развитии промышленности и сельского
хозяйства, создает предпосылки для нарушения экологического
равновесия [3].
Сведения о гидросфере в целом, водных ресурсах и водном
хозяйстве, особенностях использования этого важнейшего компонента
Стр.7
7
биосферы и его охране в современных условиях приведены в учебных
пособиях [3,4].
Отрасль науки, техники и хозяйственной деятельности, в задачи
которой входят учет, изучение, комплексное и рациональное
использование поверхностных и подземных вод ( включая охрану вод и
борьбу с ущербом, причиняемым народному хозяйству наводнениям, а
также вопросы водного права), называют водным хозяйством. Водное
хозяйство включает: гидротехнические (инженерные) мелиорации
(осушение
и
орошение
сельскохозяйственное
земель,
водоснабжение);
обводнение
гидроэнергетику;
пастбищ и
водный
транспорт (судоходство и лесосплав); водоснабжение и водоотведение
(канализация); использование водных недр (разведение и лов рыбы,
добыча солей и пр.); регулирование рек и пр. Водные ресурсы, как
правило, используют комплексно с учетом запросов различных отраслей
водного хозяйства [2].
Использование водных объектов (водный фонд РФ, который
регистрируется в кадастре)регулируется федеральным законодательством
и, в частности, водным кодексом Российской Федерации [5]. Кодексом
установлена государственная собственность на водные объекты, за
исключением небольших по площади и непроточных (замкнутых)
искусственных водоемов, которые могут быть оформлены в виде
муниципальной или частной собственности. Деятельность граждан и
юридических лиц, связанных с использованием, восстановлением и
охраной
водных
объектов,
деятельностью. Водопользование
называется
объектов. Водопользование
может
водохозяйственной
деятельность физических и юридических лиц, связана с использованием
водных
- юридически обусловленная
осуществляться:
водопользователями и водопотребителями. В первом случае это
физические или юридические лица, которым предоставлено право (выдана
лицензия на водопользование) пользования водным объектом, без изъятия
воды из этого объекта. Во втором - физические и юридические лица,
получившие право от водопользователя на использование воды (с
изъятием, т.е. забором воды) для обеспечения своих нужд.
Водопользование делиться на общее, специальное и особое. Общее
водопользование - использование водных объектов без применения
сооружений, технических средств и устройств ( купание, водный туризм,
водопой скота и т.д.). Оно осуществляется бесплатно, в порядке
установленном Основами водного законодательства. Специальное
водопользование - использование водных объектов с применением
сооружений, технических средств и устройств. Осуществляется после
получения лицензии. Особое водопользование устанавливается для
Стр.8
8
удовлетворения потребностей федеральных энергосистем и транспорта,
обороны, других государственных и муниципальных нужд. Оно
осуществляется по решению правительства Российской Федерации.
Контроль над исполнением требований и норм водного
законодательства, а также регулирование условий их применения
осуществляют органы исполнительной власти всех уровней, специально
уполномоченные государственные органы: управления использования и
охраны водных объектов, санитарно-эпидемиологического надзора,
охраны окружающей природной среды и другими государственными
органами, общественными организациями в пределах их компетенции
[4,5].
1.2 Общая классификация гидротехнических сооружений
Гидротехническими
сооружениями
называются
объекты,
предназначенные для использования водных ресурсов (рек, озер, морей,
грунтовых вод) или предотвращения вредного воздействия воды на
окружающую среду (борьба с наводнениями, размывами берегов и пр.). С
помощью гидротехнических сооружений осуществляются различные виды
водохозяйственной
деятельности:
создаются
регулируются расходы и уровни воды, осуществляется водный транспорт
и пр.
Гидротехнические сооружения бывают различного назначения и строятся
в разнообразных природных условиях.
По роду водотока или водоема, на котором они построены,
гидротехнические сооружения разделяют на речные, морские, озерные или
прудовые, внутрисистемные или сетевые (на гидротехнических системах)
и подземные.
Сетевые мелиоративные сооружения разделяют на регулирующие
характеру
(регуляторы или шлюзы-регуляторы, водовыпуски, перегораживающие и
сбросные вододелители), водопроводяшие (дюкеры, трубы, акведуки,
ливнепроводы и пр.) и сопрягающие (перепады, быстротоки и пр.).
По условиям взаимодействия с водотоком или водоемом и по
выполняемых функций различают
гидротехнические
сооружения:
- водоподпорные (плотины, дамбы и др.), которые перегораживают
водоток или ограждают водохранилище и воспринимают напор воды.
Участок водотока (водоема) выше водоподпорного сооружения
называется верхним бьефом, ниже – нижним бьефом. Разница уровней
воды в верхнем и нижнем бьефе непосредственно около сооружения
называется напором на сооружении;
водохранилища,
Стр.9