structures small hydro power plant troja...
TRANSCRIPT
160 I
STRUCTURES
KONSTRUKCE
161
Fig. 1 View of the completed SHPP
Obr. 1 Pohled na dokončenou elektrárnu
Fig. 2 View of the completed SHPP
Obr. 2 Pohled na dokončenou elektrárnu
SMALL HYDRO POWER PLANT TROJA
MALÁ VODNÍ ELEKTRÁRNA TROJA
32Oldřich NEUMAYERPöyry Environment a.s.
Jiří PECHARPovodí Vltavy s.p.
Pavel KASALMetrostav a.s.
SHPP is equipped with 2 straight-flow Kaplan block turbines
with rectangular gear to vertical synchronous generators.
Diameter of turbines runners D = 2 600 mm, maximal discharge
QT = 2 x 40 = 80 m3/s, design head H
n = 3.0 m and output P
T = 2 x
1.15 = 2.3 MW. Average annual energy generation is expected
to be E = 13 GWh.
Inlet structure and a headrace canal create two separate dilatation
blocks, which consist of reinforced concrete bottom and walls
which are anchored to the existing pier and concrete cut off wall.
The bottom surface is shaped in the nature of right-lined spatial
warp. As a part of the inlet structure, there are two reinforced
concrete baffling wings. The shape of these wings was verified
by evaluation of a 3D numerical analysis of turbulent flow.
The substructure is box watertight reinforced concrete
framework, in which the turbines are located, as well as all
necessary equipment of SHPP, such as machine-room with
assembly crane, high and low voltage switch rooms, transformer
station, dewatering pits and access staircase.
A matter of interest is that SHPP can be overflowed during flood
flows. The reinforced concrete ceiling of the substructure is able
to resist water level of a height of 4 m above its top edge, which
means flooding by more than Q100
. There are four assembly
waterproof steel covers in the ceiling, which spreads loads to
the ceiling structure.
The superstructure is only a reinforced concrete tower for
location of an entry staircase and air conditioning ducts. The
altitude of the superstructure and existing neighbouring weir
control room is the same. In terms of appearance, this control
room is arranged analogous to the superstructure. The SHPP
entrance is located above Q100
water level.
The outlet structure is also a separate dilatation block. It is a sub-
frame reinforced concrete structure consisting of right-lined
skew surface shaped bottom, bank wall curved on plan and
dividing pier arranged to be streamlined.
SHPP REINFORCED CONCRETE STRUCTURE
The structures are made of two types of concrete. Weatherproof
structures and structures affected by water level fluctuation are
made of waterproof concrete C30/37 XC4 XF3; others are made
of concrete C20/25.
The steel 10 505 (R) was used for reinforcement. The structure
was designed with the help of 3D program InfoCAD of the
firm Infograph Aachen, according to Euro code. During the
designing check of substructure global stability against floating,
all possible load cases were considered.
All construction joints were consequently sealed with indoor
and outdoor PVC sealing strips. Critical places were extra sealed
by injectable sleevings and expansion strips.
For a waterproof guarantee, there was used a system with
water stop in between the formwork triggering. The holes for
coupling were on the face side additionally equipped by sealing
cones. The result is very good quality even in the lower part of
the substructure, where the water pressure is 0.1 MPa during
normal operating conditions. This pressure can be increased up
to 0.16 MPa during flood conditions.
BASIC PROJECT DATA
TYPE OF STRUCTURE Cast-in-situ reinforced concrete structure
GROUND PLAN DIMENSIONS approx. 115 x 18 m
TURBINE TYPE 2 x straight-flow Kaplan block turbine
MAX. DISCHARGE 2 x 40 m3/s
TURBINE OUTPUT 2 x 1,150 kW
CLIENT Povodí Vltavy s.p.
GENERAL DESIGNER Pöyry Environment a.s.
CONTRACTOR OF CIVIL PART Metrostav a.s.
CONTRACTOR OF TECHNOLOGICAL PART Siemens Engineering a.s.
CONSTRUCTION TIME 2007–2009
INTRODUCTION
The small hydro power plant (SHPP) is situated nearby Troja
weir on the Vltava River in river km 45.580 on the north outskirts
of the capital city of Prague in Troja fold. SHPP was erected
in the period 2007-2009. The bulk of the reinforced concrete
structures were erected in 2008.
PROJECT DESCRIPTION
Run off SHPP was erected within a very narrow area on the left
river bank between the weir control room and the navigation
canal Troja-Podbaba. The structure was realized under the
protection of upstream and downstream steel sheet pile
cofferdam, additionally anchored left bank pier of the weir and
existing reinforced concrete cut off wall primarily erected for
widening of the existing navigation canal.
STRUCTURAL CONCRETE IN THE CZECH REPUBLIC 20062009
KONSTRUKČNÍ BETON V ČESKÉ REPUBLICE 20062009
160
161
Fig. 4 Outlet structureObr. 4 Výtokový objekt
Fig. 3 Aerial viewObr. 3 Letecký pohled
ZÁKLADNÍ DATA PROJEKTU
TYP KONSTRUKCE Železobetonová monolitická konstrukce
PŮDORYSNÉ ROZMĚRY cca 115 x 18 m
TYP TURBÍNY 2 x přímoproudá Kaplanova turbina
MAX. HLTNOST 2 x 40 m3/s
VÝKON TURBÍNY 2 x 1150 kW
INVESTOR Povodí Vltavy s.p.
PROJEKTANT STAVBY Pöyry Environment a.s.
DODAVATEL STAVEBNÍ ČÁSTI Metrostav a.s.
DODAVATEL TECHNOLOGICKÉ ČÁSTI
Siemens Engineering a.s.
DOBA VÝSTAVBY 2007 až 2009
ÚVOD
Malá vodní elektrárna Troja se nachází u jezu Troja na řece
Vltavě v ř. km 45,580 na severním okraji hlavního města Praha
v Trojské kotlině. Elektrárna byla vybudována v letech 2007 až
2009. Hlavní objem železobetonových konstrukcí byl vybudo-
ván v roce 2008.
POPIS PROJEKTU
Příjezová MVE byla vybudována ve velmi stísněném prostoru
na levém břehu řeky mezi velínem jezu a plavebním kanálem
Troja – Podbaba. Stavba byla provedena pod ochranou návodní
a povodní jímky z ocelových štětovnic, dodatečně zakotveného
levobřežního pilíře jezu a původní dodatečně zakotvené žele-
zobetonové podzemní stěny, která měla původně sloužit pro
rozšíření plavebního kanálu.
V elektrárně jsou osazeny 2 přímoproudé Kaplanovy blokové
turbiny s pravoúhlými převody na vertikální synchronní gene-
rátory. Turbiny mají průměr oběžného kola D=2600 mm, max.
hltnost QT=2x40=80 m3/s, návrhový spád H
n=3,0 m a výkon
PT=2x1,15=2,3 MW. Průměrná roční výroba elektrické energie se
předpokládá E=13GWh.
Vtokový objekt a přívodní kanál tvoří 2 samostatné dilatační
bloky, které sestávají ze železobetonového dna a stěn tvoře-
ných přibetonovanými přikotvenými konstrukcemi ke stávající
konstrukci pilíře jezu a podzemní stěny. Dno je provedeno jako
přímková zborcená plocha. Součástí vtoku jsou i 2 usměrňovací
železobetonová křídla se zakřiveným tvarem stanoveném po-
mocí 3D modelu turbulentního proudění.
Spodní stavbu tvoří krabicová vodotěsná železobetonová kon-
strukce sloužící pro umístění výše uvedených turbin a veškeré-
ho nutného vybavení MVE tj. strojovny s montážním jeřábem,
rozvoden vn a nn, trafostanice, jímek pro vyčerpání hydraulické-
ho obvodu a prosáklé vody a přístupového schodiště.
Zajímavostí řešení spodní stavby je to, že je navržena jako pře-
lévaná při průtocích velkých vod. Železobetonový strop spodní
stavby je navržen tak, aby odolal výšce hladiny 4m nad jeho
horní hranou při průtoku více než 100 leté povodně. Součástí
stropu jsou i 4 montážní vodotěsné ocelové poklopy, jejichž
zatížení se přenáší do konstrukce stropu.
Horní stavba je tvořena pouze železobetonovým vodotěsným
162 I
STRUCTURES
KONSTRUKCE
163
SMALL HYDRO POWER PLANT TROJA
MALÁ VODNÍ ELEKTRÁRNA TROJA
Fig. 5 Draft tube framework – lower part
Obr. 5 Bednění savky – spodní část
Fig. 6 Assembly of draft tube reinforcement
Obr. 6 Montáž výztuže savky
Fig. 7 View into the draft tube after striking
Obr. 7 Pohled do savky po odbednění
The most difficult part of SHPP was draft tubes and inlets of
the turbines. In both cases this is a complicated transformation
from a rectangular to circle cross-section. The draft tubes and
inlets were formed and concreted in two stages. First of all, there
was concreted the lower part with a horizontal construction
joint in the middle of total height, and after installation of the
reinforcement and formwork concreting of the upper part was
completed. For concreting of the lower part, there was used
self compacting concrete C20/25 SCC. Formwork of the lower
part was anchored to the foundation structures using screw
rods and was ensured against uplift pressure during concreting.
The basic bearing system of the framework was created from
wooden stiffening trusses. Coating was made of planks and in
case of plane surface there was used formply.
CONCLUSION
SHPP Troja is another contribution to increasing the exploitation
of renewable energy in the Czech Republic. The reinforced
concrete structure of the SHPP is designed as a water tight
structure. Water tightness was reached not only by using
waterproofing concrete but also by a suitable distribution of the
structure into the concreting steps, the reinforcing of particular
structural elements and by a system of sealing of construction
and dilatation joints and bushings. A crucial impact on the
quality of the whole work was to fulfil the method statement at
the construction process.
CONSUMPTION OF MATERIALS AND COST
TOTAL
CONCRETE 5,800 m3
REINFORCING STEEL 505 t
COST 13,500,000 EUR
STRUCTURAL CONCRETE IN THE CZECH REPUBLIC 20062009
KONSTRUKČNÍ BETON V ČESKÉ REPUBLICE 20062009
162
163
Fig. 8 SHPP under constructionObr. 8 Pohled na rozestavěnou elektrárnu
Fig. 9 Longitudinal sectionObr. 9 Podélný řez
Základní nosný systém bednění tvořily dřevěné ramenáty. Plášť
byl tvořen z prken a v rovných plochách byla použita překližka.
ZÁV ĚR
Malá vodní elektrárna Troja je dalším příspěvkem ke zvýšení po-
dílu využití obnovitelných zdrojů energie v České republice.
Železobetonová konstrukce malé vodní elektrárny je řešena
jako vodotěsná konstrukce. Vodotěsnost byla dosažena nejen
použitím vodostavebního betonu, ale i vhodným rozdělením
konstrukce do betonážních celků, vyztužením jednotlivých kon-
strukčních prvků a systémem utěsnění pracovních spár a pro-
stupů. Rozhodující vliv na kvalitu celého díla mělo dodržování
technologické kázně při výstavbě.
SPOTŘEBA MATERIÁLŮ A CENA
CELKEM
BETON 5800 m3
BETONÁŘSKÁ VÝZTUŽ 505 t
CENA 13 500 000 EUR
dříkem sloužícím pro umístění vstupního schodiště a kanálů
vzduchotechniky. Horní stavba je vyvedena do stejné výšky jako
sousední stávající velín jezu, který je pohledově upraven ve stej-
ném stylu jako horní stavba MVE. Vstup do MVE je umístěn nad
úrovní hladiny HQ100
.
Výtokový objekt tvoří opět samostatný dilatační blok, tvořený
polorámovou železobetonovou konstrukcí sestávající ze dna
ve tvaru přímkové zborcené plochy, půdorysně zakřivené ná-
břežní zdi a proudnicově upraveného dělícího pilíře.
ŽELEZOBETONOVÁ KONSTRUKCE MVE
Konstrukce jsou provedeny ze dvou typů betonů. Konstrukce
vystavené povětrnosti a kolísání hladiny jsou provedeny z vo-
dostavebného betonu C30/37 XC4 XF3, ostatní konstrukce jsou
provedeny z betonu C20/25.
Jako výztuž byla použita ocel 10 505 (R). Konstrukce byla di-
menzována pří použití 3D programů InfoCAD firmy Infograph
Aachen podle Eurokódu. Při dimenzování bylo nutno dbát
i na posouzení globální stability spodní stavby proti vyplavání
při všech možných zatěžovacích stavech.
Při realizaci horní a spodní stavby byly veškeré pracovní spáry
důsledně těsněny pomocí vnitřních a venkovních těsnících pá-
sů z PVC. Kritická místa byla dotěsňována pomocí injektovatel-
ných hadiček a expanzních pásů. K zajištění vodotěsnosti míst
pro spínání bednění byl použit speciální systém se zábranou
uprostřed stěny. Otvor po spínání byl v lících konstrukce navíc
uzavřen těsnícími kónusy. Výsledkem této snahy je dosažení
velmi dobrých výsledků i ve spodní části MVE, kde je za nor-
málního provozu tlak vody 0,10 MPa, který se při povodni může
zvýšit až na 0,16 MPa.
Nejnáročnější konstrukcí MVE byly savky a vtoky na turbiny.
V obou případech se jedná o tvarově složité konstrukce pře-
chodů z kruhových na obdélníkové profily. Savky i vtoky byly
bedněny a betonovány ve 2 etapách. Nejprve byla vybetonová-
na spodní část s vodorovnou pracovní spárou v polovině výšky
a po montáži výztuže a bednění horní části byla dobetonována
horní část. Pro betonáž první části savek a vtoků byl použit
s ohledem na kvalitní zabetonování konstrukce savky pod nasa-
zeným bedněním samozhutňující beton C20/25 SCC. Bednění
spodních částí savky bylo přes soustavu příčných a podélných
ocelových nosníků přikotveno k základovým konstrukcím po-
mocí závitových tyčí, čímž bylo zajištěno proti vztlakové síle při
betonáži.