VODNÍ DÍLO ŽELIEZOVCE HYDROELECTRIC DAM ŽELIEZOVCE

Transkript

1 VODNÍ DÍLO ŽELIEZOVCE HYDROELECTRIC DAM ŽELIEZOVCE 1 Pavel Kasal, Branislav Antoš Výstavbou vodního díla Želiezovce se vytvořily podmínky pro energetické využití řeky Hron v této lokalitě. Malá vodní elektrárna s předpokládanou roční výrobou 13,5 GWh, která je součástí vodního díla, může zásobovat ekologicky čistou elektřinou cca 5 tisíc domácností. Construction of the hydroelectric dam Želiezovce created conditions to utilise the Hron river for power industry in this location. A small power plant which is part of the hydroelectric dam of an annual production of 13.5 GWh is able to supply ecologically clean power approx. 5 thousand households. Vodní dílo Želiezovce se nachází v Slovenské republice na řece Hron v říčním km 38,450 nedaleko města Želiezovce. Jde o víceúčelovou stavbu, která plní kromě funkce vodohospodářské také funkci energetickou a dopravní. Celé vodní dílo se skládá ze 17 stavebních objektů. Mezi nejdůležitější objekty patří sypaná hráz, pohyblivý jez, biokoridor, malá vodní elektrárna, most, vodácký skluz a protipovodňové hráze. Důležitou součástí stavby byla i realizace čerpací stanice zavlažovacího systému, který zásobuje vodou z Hronu okolní pole. Obr. 1 Letecký pohled na vodní dílo Želiezovce Fig. 1 Aerial view of the hydroelectric dam Želiezovce Obr. 2 Jezové pole s hradicí konstrukcí Fig. 2 Weir field with the floodgate Obr. 3 Schematický příčný řez jezem Fig. 3 Schematic cross section of the weir POSTUP VÝSTAVBY Stavba jezu, biokoridoru, mostu a malé vodní elektrárny se realizovala v meandru řeky Hron v otevřené svahované stavební jámě o rozměrech m,

2 4 5 kter á byla těsněna cementojílovou podzemní těsnicí stěnou. Po dobu výstavby vedla řeka ve svém původním korytu. Po dokončení výše uvedených objektů bylo koryto řeky převedeno přes nově vybudovaný jez a biokoridor a staré koryto bylo přehrazeno sypanou hrází. Tím se vytvořil potřebný spád pro energetické využití toku. JEZ A BIOKORIDOR Jez je třípolový se světlou šířkou jednoho pole 12 m, jako hradicí konstrukce slouží hydraulicky ovládané ocelové segmenty s klapkou (obr. 2). Před segmenty jsou v dělicích pilířích drážky pro provizorní hrazení, které bude v případě údržby nebo opravy hlavní hradicí konstrukce osazováno pomocí mobilního jeřábu. Celková šířka jezu je 44 m a délka je 31,7 m. Jez je opatřen vývarem o délce 8 m a hloubce 0,8 m. Vývar společně s upraveným korytem pod jezem ochrání podjezí před dynamickými účinky vody. Před a za objektem jezu jsou vtoková a výtoková křídla. Těleso jezu tvoří monolitická železobetonová konstrukce z betonu C30/37- -XC2, XF3 s maximálním průsakem 50 mm. Základová deska jezu o tloušťce 1,5 m je ve střední části dvakrát zalomená (obr. 3). Střední šikmá část desky je ve sklonu 1 : 2. Dělicí pilíře mezi jednotlivými jezovými poli, které jsou do základové desky vetknuty, mají šířku 2 m. Tvar pilířů je přizpůsobený základní funkci jezu a proudící vodě (obr. 4). Železobetonové stěny na korunách pilířů připomínající plátky ementálu dodávají vodnímu dílu osobitý vzhled. Jez je přemostěn monolitickým železobetonovým mostem. Biokoridor umožňuje rybám a jiným vodním živočichům překonat výškový rozdíl hladin vody před a za vodním dílem. Železobetonové monolitické těleso biokoridoru se skládá ze tří částí vtokového pilíře, výtokového pilíře a samostatné vnitřní části otevřeného komůrkového biokoridoru. Vtokový pilíř zabezpečuje horní hladinu a napouštění vody do komůrek. Voda je do biokoridoru přiváděna skrz dva otvory, které jsou vybaveny pevným a pohyblivým hrazením. Od dolní vody je objekt uzavřený výtokovým pilířem, v kterém se nachází jeden otvor. Oba pilíře navazují na pilíř jezu a stěnu budovy elektrárny. Od horní vody jsou dilatace konstrukcí těsněny středním dilatačním pásem. Mezi vtokovým a výtokovým pilířem je umístěno 63 komůrek biokoridoru (obr. 5), většinou o rozměru 2,3 2,8 m, a osm komůrek pro vegetaci, schodiště a prostor s pozorovacími okny. Tloušťka stěn komůrek je 200 mm. Přechod mezi jednotlivými komůrkami je umožněn otvory o šířce 500 mm po celé výšce stěny. Za výtokem v jednotlivých komůrkách je umístěný štětinový prvek, který zpomaluje proud tekoucí vody. Celková délka biokoridoru je 54,9 m a jeho šířka je 12 m. Vnitřní část biokoridoru je rozdělená na čtyři dilatační úseky, všechny konstrukce biokoridoru jsou z betonu C30/37-XC2, XF3 s maximálním průsakem 50 mm. MALÁ VODNÍ ELEKTRÁRNA Elektrárna zpracovává průtok vody v řece až do maximální hltnosti 62 m 3 /s ve dvou soustrojích typu PIT o průměru oběžného kola 2,25 m. Jsou zde osazeny dvě přímoproudé horizontální turbíny typu Kaplan Bulb. Celkový dosažitelný výkon elektrárny je cca 2,8 MW. 6 4 BETON technologie konstrukce sanace 6/2016

3 Obr. 4 Jezový pilíř Fig. 4 Weir pier Obr. 5 Biokoridor Fig. 5 Bio corridor Obr. 6 Rozestavěné vodní dílo Fig. 6 Hydroelectric dam under construction Obr. 7 Půdorysné schéma elektrárny v ose turbíny Fig. 7 Layout of the power plant in the turbine axis Obr. 8 Schematický podélný řez elektrárnou v ose turbíny Fig. 8 Schematic longitudinal section of the power plant in the turbine axis Obr. 9 Montáž bednění savky Fig. 9 Instalation the formwork of the inlet Obr. 10 Savka po odbednění Fig. 10 Inlet after dismount of the formwork Nová elektrárna, která ročně vyrobí cca 13,5 GWh elektrické energie, je koncipována jako plně automatizovaná pouze s občasným dohledem na chod zařízení. Vodní elektrárna je rozdělena na tři dilatační celky. Jedná se o vtokový objekt, vlastní objekt elektrárny a vývar s výtokovým křídlem. Vtokový objekt slouží k přivedení vody z prostoru nadjezí k elektrárně. Sestává se z vtokové desky a z pravého vtokového křídla. K usměrnění vody do elektrárny z levé strany slouží vtokový pilíř přiléhajícího biokoridoru. Odvodu vody od savek turbín do prostoru koryta pod jezem napomáhá výtokové křídlo spolu s výtokovým pilířem biokoridoru a vývarem. Vlastní objekt elektrárny má obdélníkový půdorys o délce 41 m a šířce 17,2 m (obr. 7). Monolitická železobetonová konstrukce elektrárny je provedena z vodostavebního betonu C30/37-XC4, XD2, XF3 s maximálním průsakem 50 mm. Objekt obsahuje 8 celkem tři podzemní a jedno nadzemní podlaží (obr. 8). V úrovni 3. podzemního podlaží jsou umístěny vtoky turbín s drážkami pro provizorní hrazení od horní vody a savky turbín s obdobnými drážkami pro provizorní hrazení od dolní vody, spodní část strojovny s vlastními turbínami a jímky pro čerpání prosáknutých vod. Ve 2. a 1. podzemním podlaží se nachází strojovna s mostovým jeřábem, rozvodny a velín s technickým zázemím. Přístup ke generátorům pro účely údržby a opravy je umožněn prostupy v úrovni podlahy 2. podzemního podlaží, které jsou při běžném provozu zabezpečeny tlakovými poklopy. V nadzemním podlaží jsou dvě transformátorovny, technická místnost jezu a sociální zařízení. Celá stavba je z hlediska vodotěsnosti řešena jako bílá vana. Všechny pracovní spáry jsou těsněny těsnicími plechy s bitumenem. V dilatačních spárách jsou použity těsnicí pásy z PVC. V složitých detailech byl do pracovních spár vložen ještě bentonitový expanzní profil. Nejnáročnějšími částmi stavby byly vtokové části elektrárny, konstrukce savek a masivní stropní deska nad stro

4 11 jovnou, která má celkové půdorysné rozměry 17,2 14,07 m. Jelikož po části stropní konstrukce vede komunikace, která navazuje na mostní objekt, je stropní deska výškově zalomená a konstrukce nadimenzována i na zatížení od provozu vozidel. Tloušťka desky je 950 mm. Velice náročná byla podpěrná konstrukce bednění této desky. Její výška místně dosahovala až 14,25 m a navíc tato podpěrná konstrukce musela překlenout již namontované turbíny, tlakové poklopy a namontovaný mostový jeřáb. Vtoky a savky obsahující přechody z obdélníkového na kruhový profil jsou železobetonové. Provedení obou částí bylo velmi náročné na přesnost a pevnost bednění. Bednění vtoků i savek bylo provedeno klasicky z dřevěných ramenátů. 13a Bednění a betonáž savek Tvar savky byl optimalizován pro dosažení co největšího hydraulického výkonu. Vnitřní průřez savky je po délce proměnný, směrem k odtoku se rozšiřuje z kruhového průřezu D = 2,706 m až na obdélníkový průřez se zaoblenými rohy o rozměrech 4,795 3,58 m. Savka, trychtýřovitě se rozšiřující směrem k výtoku, má délku 8,45 m. Dodržení přesných rozměrů této části konstrukce výrazně ovlivňuje účinnost celé elektrárny. S ohledem na rozměr příčného průřezu a zkušenosti z minulých staveb vodních elektráren bylo pro rea lizaci bednění savky zvoleno klasické dřevěné bednění. Atypický tvar bednění byl navržen na základě podrobného statického výpočtu. Nosnou část bednění savky tvořily ramenáty z fošen o tloušťce 40 mm a plášť bednění byl zdvojený z prken o tloušťce 20 mm. Bednění bylo montážně rozděleno na segmenty (obr. 9). Ve směru podélné osy se jednalo o čtyři segmenty, které byly montážně ještě děleny po výšce na polovinu. Betonáž konstrukce savek byla provedena ve dvou záběrech. Nejprve byla vybetonována spodní část s vodorovnou pracovní spárou v polovině výšky a po montáži bednění horních částí a doplnění výztuže byla konstrukce savek dobetonována (obr. 10). Pro betonáž spodních částí savky byl s ohledem na kvalitní zpracování betonu pod nasazeným bedněním použit samoznutni- 13b 12 Obr. 11 Schematický podélný řez mostem Fig. 11 Schematic longitudinal section of the bridge Obr. 12 Příčný řez mostem Fig. 12 Cross section of the bridge Obr. 13 Mostní konstrukce: a) před převedením řeky, b) po dokončení Fig. 13 The bridge structure: a) before moving the river, b) after completion Obr. 14 Dokončené vodní dílo Želiezovce Fig. 14 Finished water dam Želiezovce Obr. 15 Letecký pohled na vodní dílo Želiezovce Fig. 15 Aerial view of the hydroelectric dam Želiezovce 6 BETON technologie konstrukce sanace 6/2016

5 14 telný beton C30/37. Bednění spodních částí savek bylo přikotveno k základovým konstrukcím pomocí závitových tyčí, čímž bylo zajištěno proti vztlakové síle vznikající při betonáži. MOST Podmínkou pro realizaci vodního díla bylo zajistit v daném místě dopravní propojení obou břehů řeky. Z těchto důvodů bylo přes vodní dílo navrženo a realizováno přemostění. Z pravého břehu vede komunikace přes konstrukci elektrárny na mostní objekt, který překlenuje biokoridor a jezová pole, a dále po koruně hráze na levý břeh. Mostní objekt je navržený jako čtyřpolový železobetonový deskový most (obr. 11). Jedná se o spojitý nosník se střechovitým podélným sklonem 0,5 % a jednostranným příčným sklonem 2,5 %. Nosnou konstrukci mostu tvoří monolitická železobetonová deska s proměnnou tloušťkou 0,715 až 1,05 m (obr. 12), která je pomocí elastomerových ložisek uložena na jezových pilířích a stěně budovy elektrárny. Rozpětí polí jsou 13, ,95 m. Délka nosné konstrukce je 55,3 m a šířka 15 6,6 m. Zajímavostí je kabelovod o šířce 0,95 m a hloubce 0,5 m, který technologicky spojuje jez s budovou elektrárny a je součástí nosné mostní konstrukce. Celá nosná konstrukce (obr. 13a,b) byla budována na pevné skruži, betonována byla v jednom pracovním záběru a je provedena z betonu pevnostní třídy C30/37-XD1, XF2. Monolitické římsy jsou z betonu pevnostní třídy C35/45- -XD3, XF4. HRÁZ A VODÁCKÝ SKLUZ V místě hráze byla nejprve realizována předhrázka z hrubého štěrku. Po převedení koryta přes vodní dílo byla vybudována sypaná hráz. V hutněném násypu stabilizační zóny hráze je umístěna podzemní těsnicí stěna, která je zavázána až do nepropustného podloží. Délka přehrazení je téměř 130 m. Sklon návodního i vzdušného svahu hráze je 1 : 2, šířka koruny hráze je 9,7 m. Po koruně hráze vede komunikace, která má šířku 5 m. Součástí objektu je i vodácký skluz, jehož konstrukci tvoří železobetonové koryto rozdělené do tří úseků spojených oddychovými bazény. ZÁVĚR Při výstavbě hlavních objektů vodního díla v meandru řeky Hronu byly minimalizovány zásahy do vodního toku po většinu doby výstavby. Zvolením optimální technologie bednění a betonáže konstrukce savek, kde se postupně mění průřez z kruhu na obdélník, byly dodrženy přesné rozměry jejich konstrukce, a tím byla i zajištěna plánovaná účinnost celé elektrárny. Výsledkem je vodní dílo, které zvyšuje bezpečnost přilehlého okolí při povodních a umožňuje energetické využití toku. Malá vodní elektrárna může zásobovat ekologicky čistou elektřinou cca 5 tisíc domácností. Investor MVE Želiezovce, s. r. o. Dodavatel stavební části Metrostav, a. s., divize 6 Dodavatel technologické části turbín Kössler GmbH & Co KG Generální projektant Vodotika, a. s. Doba realizace červenec 2014 až srpen 2016 Celkové množství použitého betonu m 3 Celkové množství zemních prací m 3 Délka protipovodňových hrází m Plocha podzemních těsnicích stěn m 2 Ing. Pavel Kasal, Ph.D. Metrostav, a. s., divize 6 kasal@metrostav.cz Ing. Branislav Antoš MVE Želiezovce, s. r. o. branislav.antos@ hydroenergia.sk Fotografie: 1, 15 Branislav Antoš, 2, 4, 5, 6, 9, 10, 13a,b Pavel Kasal, 14 Ladislav Tileš 7