Vodní dílo Želiezovce

  • 09. 02. 2018 | zdroj: Stavebnictví Stavba roku Pavel Kasal, Branislav Antoš
  • Zpráva

Vodní dílo Želiezovce v okrese Levice na Hronu (Slovensko) v říčním km 38,450 plní kromě funkce vodohospodářské také funkci energetickou a dopravní. Součástí vodního díla je sypaná přehradní hráz, pohyblivý jez, biokoridor, malá vodní elektrárna, most, vodácký skluz a protipovodňové hráze. Stavba, kde jsou pojaty železobetonové konstrukce jako pohledové betony doplněné přírodním kamenem nebo vegetačním pokryvem, byla oceněna v soutěži Stavba roku 2017, kde získala titul Zahraniční stavba roku.

Postup výstavby


Stavba jezu, biokoridoru, mostu a malé vodní elektrárny se realizovala v meandru Hronu v suché otevřené svahované stavební jámě o rozměrech 150 x 150 m s jílocementovou podzemní těsnicí stěnou. Po dobu výstavby proudila řeka ve svém původním korytu. Poté, když byly práce na výše uvedených objektech dokončeny, bylo staré koryto přehrazeno sypanou hrází a řeka převedena přes nově vybudovaný jez a biokoridor. Tím se vytvořil potřebný spád nezbytný pro energetické využití toku.


Jez a biokoridor


Jez je třípolový, se světlou šířkou jednoho pole 12,00 m. Jako hradicí konstrukce slouží hydraulicky ovládané ocelové segmenty s klapkou. Před segmenty jsou v dělicích pilířích drážky pro provizorní hrazení, které je možné při údržbě nebo v případě opravy hlavní hradicí konstrukce osadit mobilním jeřábem. Jez má celkovou šířku 44,00 m a délku 31,70 m. Je opatřen vývarem o délce 8,00 m a hloubce 0,80 m. Vývar společně s upraveným korytem ochrání podjezí před dynamickými účinky přepadávající vody. Před objektem jezu a za ním jsou vtoková a výtoková křídla. Těleso jezu tvoří monolitická železobetonová konstrukce z betonu C30/37 XC2, XF3 s maximální hloubkou průsaku 50 mm.


Základová deska jezu o tloušťce 1,50 m je ve střední části dvakrát zalomená. Střední šikmá část desky má sklon 1 : 2. Dělicí pilíře mezi jednotlivými jezovými poli, které jsou do základové desky vetknuty, mají šířku 2,00 m. Tvar pilířů je přizpůsobený základní funkci jezu a proudící vodě. Děrované železobetonové stěny na korunách pilířů dodávají vodnímu dílu osobitý vzhled. Jez je přemostěn monolitickým železobetonovým mostem, který umožňuje dopravní spojení obou břehů.


Biokoridor - rybí přechod umístěný mezi jezem a malou vodní elektrárnou - umožňuje rybám 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, tj. otevřeného komůrkového biokoridoru. Dvěma otvory ve vtokovém pilíři, které jsou vybaveny pevným a pohyblivým hrazením, je voda přiváděna do komůrek. Od dolní vody je biokoridor oddělen výtokovým pilířem s jedním otvorem. Pilíře biokoridoru navazují na pilíř jezu a stěnu budovy elektrárny. Dilatace konstrukcí jsou těsněny středním dilatačním pásem. Mezi vtokovým a výtokovým pilířem jsou umístěné komůrky biokoridoru, umožňující rybám překonat říční stupeň. Celkem se jedná o 63 komůrek, většinou o rozměru 2,30 x 2,80 m. Dále se v místě nachází osm komůrek s vegetací, schodiště a prostor s pozorovacími okny. Tloušťka stěn komůrek činí 200 mm. Přechod mezi jednotlivými komůrkami je umožněn otvory o šířce 500 mm, a to na celou výšku stěny. Za výtokem v jednotlivých komůrkách je umístěn štětinový prvek, který zpomaluje proud tekoucí vody. Celková délka biokoridoru je 54,90 m a šířka 12,00 m. Vnitřní část biokoridoru je rozdělená na čtyři dilatační úseky. Všechny konstrukce biokoridoru jsou zhotoveny z betonu C30/37 XC2, XF3 s maximální hloubkou průsaku 50 mm.


Malá vodní elektrárna


 Elektrárna využívá průtok vody v řece až do maximální hltnosti 62 m3/s ve dvou soustrojích typu Bulb o průměru oběžného kola 2,25 m. Jsou v nich osazeny dvě přímoproudé horizontální turbíny typu Kaplan - Bulb. Celkový dosažitelný výkon elektrárny je cca 2,8 MW, roční výroba představuje cca 13,5 GWh elektrické energie. Elektrárna je koncipována jako bezobslužná, 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 elektrárna má obdélníkový půdorys o délce 41,00 m a šířce 17,20 m. Monolitická železobetonová konstrukce elektrárny je z vodostavebního betonu C30/37 XC4, XD2, XF3 s maximální hloubkou průsaku 50 mm. Celkem má elektrárna tři podzemní a jedno nadzemní podlaží. V úrovni třetího podzemního podlaží jsou umístěny vtoky turbín s drážkami pro provizorní hrazení od horní vody a savky turbín s obdobnými drážkami pro hrazení dolní vody, spodní část strojovny s vlastními turbínami a jímky pro čerpání průsaků. V 1. PP a 2. PP se nachází horní část strojovny s mostovým jeřábem, rozvodny a velín s technickým zázemím. Přístup ke generátorům pro údržbu a opravy je umožněn montážními otvory v konstrukci 2. PP, jež jsou při běžném provozu zabezpečeny tlakovými poklopy. V nadzemním podlaží jsou umístěny transformátorovny, technická místnost jezu a hygienické zařízení.


Celá stavba je z hlediska vodotěsnosti řešena jako bílá vana. Všechny pracovní spáry vyplňují těsnicí plechy s bitumenem. V dilatačních spárách jsou použity těsnicí pásy z PVC. Ve složitých detailech byl ještě do pracovních spár vložen bentonitový expanzní profil. Nejnáročnější části stavby představovaly vtokové části elektrárny, konstrukce savek a masivní strop nad strojovnou. Stropní deska nad strojovnou velikosti 17,20 x 14,07 m byla dimenzována i na zatížení od provozu vozidel, jelikož po části stropní konstrukce vede komunikace, která navazuje na mostní objekt. Stropní deska je výškově zalomená. Tloušťka desky činí 950 mm. Velice náročná byla podpěrná konstrukce bednění této desky. Její výška místně dosahovala až 14,25 m, navíc tato podpěrná konstrukce musela obkročit již namontované turbíny, tlakové poklopy a namontovaný mostový jeřáb. Vtoky a savky obsahující přechody z obdélníkového na kruhový profil jsou železobetonové. Zhotovení obou těchto částí bylo velmi náročné s ohledem na namáhání, přesnost a stabilitu bednění.


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 Z 2,706 m až na obdélníkový průřez se zaoblenými rohy rozměrů 4,795 x 3,58. Délka savky je 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 bednění savky zvoleno klasické dřevěné bednění. Atypické bednění bylo navrženo na základě podrobného statického výpočtu. Nosnou část bednění savky tvořily ramenáty z fošen o tloušťce 40 mm, plášť bednění byl zdvojený z prken o tloušťce 20 mm. Bednění bylo montážně rozděleno na segmenty. Ve směru podélné osy se jednalo o čtyři segmenty. Montážně byly tyto segmenty ještě děleny po výšce na polovinu. Betonáž konstrukce savek se uskutečnila 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. Pro betonáž spodních částí savky byl použit, s ohledem na dobré podbetonování nasazeného bednění, samozhutňující beton C30/37 SCC. Bednění spodních částí savek bylo přikotveno k základovým konstrukcím závitovými tyčemi, čímž bylo zajištěno proti vztlakové síle, která vznikala při betonáži.


Most


Podmínkou pro realizaci vodního díla bylo zajistit v daném místě dopravní propojení obou břehů řeky. Z pravého břehu proto vede komunikace přes elektrárnu na nově navržený most, jenž překlenuje biokoridor a jezová pole, dále pokračuje po koruně hráze a končí na levém břehu. Přemostění je navrženo jako čtyřpolový železobetonový deskový most. Jedná se o spojitý nosník s niveletou o spádu 0,5 %, která je střechovitě lomená a jednostranným příčným sklonem 2,5 %. Nosnou konstrukci mostu tvoří monolitická železobetonová deska s proměnnou tloušťkou 0,715-1,050 m, která je prostřednictvím elastomerových ložisek uložena na jezových pilířích a stěně budovy elektrárny. Rozpětí polí jsou 13,45 m + 14,00 m + 14,00 m + 12,95 m. Délka nosné konstrukce je 55,30 m a šířka 6,60 m. Součástí nosné konstrukce mostu je kabelovod o šířce 0,95 m a hloubce 0,50 m, který spojuje technologicky pohony pohyblivých částí jezu s budovou elektrárny. Celá nosná konstrukce z betonu pevnostní třídy C30/37 XD1, XF2 byla budována na pevné skruži a byla betonována v jednom pracovním záběru. Monolitické římsy jsou zhotoveny z betonu pevnostní třídy C35/45 XD3, XF4.


Hráz a vodácký skluz


 V místě hráze byla nejprve vybudována předhrázka z hrubého štěrku. Po převedení vody přes jezovou část vodního díla byla v návaznosti na jez a napříč původního koryta vybudována sypaná hráz. V hutněném násypu stabilizační zóny hráze je umístěna podzemní těsnicí stěna, která je zavázána až do nepropustného podloží. Délka přehrazení činí téměř 130 m. Sklon návodního i vzdušného líce hráze je 1 : 2. Šířka koruny hráze je 9,70 m. Po koruně hráze vede komunikace o šířce 5,00 m. Původní koryto řeky pod hrází bylo zasypáno. Součást stavebního objektu tvoří rovněž vodácký skluz. Je veden v trase původního koryta řeky. Konstrukci skluzu tvoří železobetonové koryto, které je rozděleno do tří úseků propojených oddychovými bazény.


Závěr


Výstavbou hlavních stavebních objektů vodního díla v meandru Hronu se minimalizovaly zásahy do vodního toku po většinu doby výstavby. Zvolením optimální technologie bednění a betonování konstrukce savek byla zajištěna plánovaná účinnost elektrárny. Výsledkem je vodní dílo, které zvyšuje bezpečnost přilehlého okolí při povodních a umožňuje energetické využití toku. Malá vodní elektrárna může zásobovat čistou elektřinou až pět tisíc domácností.


 ***


 Identifikační údaje stavby Stavebník: MV E Žel i ezovc e, s.r.o. Zhotovitel (dodavatel stavební části): Metrostav a.s., divize 6 Stavbyvedoucí: Ing. Luboš Jonáš Dodavatel technologické části turbín: Kössler GmbH & Co KG, Kössler Renewable Energy s.r.o. Návrh: Vodotika, a.s. Doba realizace: 07/2014-08/2016 Technické údaje: Celkové množství použitého betonu: 14 000 m3 Celkové množství zemních prací: 340 000 m3 Plocha podzemních těsnicích stěn: 16 000 m2 Autor: Ing. Pavel Kasal, Ph. D. technický náměstek, Metrostav a.s., divize 6 Ing. Branislav Antoš projektový manažer, MVE Želiezovce, s.r.o.