Плотины

Плотины предназначены для создания водохранилища, поэтому они являются основным сооружением гидроузла для создания напора и регулирования стока.

Плотины делятся на две группы по используемым материалам для их возведения: бетонные (железобетонные) и из грунтовых материалов (земляные и каменно-набросные).

Бетонные (железобетонные) плотины по конструктивным признакам делятся на гравитационные, арочные и контрфорсные. Отличительным признаком гравитационных плотин является их массивность (рис. 6.7). Значительная масса и большие силы сцепления (трения) по основанию позволяют воздвигать такого рода плотины практически на любых грунтах. Гравитационная плотина при ее высоте до 30 – 40 м может быть сооружена на таком слабом основании, как песок и глина, а на скальном основании высота ее может достигать 300 м. Такие плотины могут быть глухими (рис. 6.7, а), т.е. не допускающими перелива воды через гребень, и водосливными (рис. 6.7, б). Последние выполняются с поверхностными водосливами или заглубленными (донными) отверстиями для пропуска воды. Плотины русловых ГЭС состоят обычно из глухой и водосливной частей. Высокие плотины в узких ущельях часто строятся глухими. В этом случае сброс излишней воды осуществляется в обход плотины через поверхностный или туннельный водосброс.

а) б)

Рис. 6.7.Гравитационная плотина

Арочные плотины представляют собой свод с вертикальной осью, очерченный в плане в виде дуги, упирающейся своими концами в скальные берега, которые и воспринимают все давление воды на плотину со стороны верхнего бьефа (рис. 6.8). Высота таких плотин может достигать более 300 м, однако бетона в ней будет меньше, чем в равноценной по высоте гравитационной. Такие плотины бывают одноарочными и многоарочными и в обоих случаях могут иметь водосбросные устройства.

Рис. 6.8.Арочная плотина

а – разрез; б – план

Рис. 6.9.Контрфосная плотина

Контрфорсные плотины (рис. 6.9) в простейшем случае выполняются в виде вертикальных железобетонных ребер (контрфорсов), на которые со стороны верхнего бьефа наклонно укладываются железобетонные плиты 1, воспринимающие давление воды. Контрфорсы 2 скрепляются между собой балками жесткости 3, образующими по фронту отдельные пролеты. При соответствующей конструкции гребня с низовой стороны контрфорсные плотины могут быть водосливными. Предельная высота современных контрфорсных плотин достигает 110 м (Зейская ГЭС).

Разновидностью плотин, сооружаемых из грунтовых материалов, являются земляные. Они строятся из суглинков, супеси, песка и т. п. Различают насыпные и намывные земляные плотины. Первые возводятся путем отсыпки в виде горизонтальных слоев небольшой толщины с последующим уплотнением (укаткой или трамбованием с увлажнением) грунта. Намывные земляные плотины строятся методом гидромеханизации, сводящимся к подаче размытого в карьере разжиженного грунта к месту укладки насосами по трубопроводам или самотеком по трубам или лоткам.

Рис. 6.10. Плотины из грунтовых материалов

Верховой откос (рис. 6.10, а) плотины для защиты от воздействия волн и льда укрепляется в пределах изменения уровня воды бетонными плитами или камнем. Низовой откос (со стороны нижнего бьефа) укрепляется дерном и снабжается в некоторых случаях горизонтальными площадками, называемыми бермой 2. Они служат для защиты откоса от смыва грунта водой.

Если земляная плотина сооружается из сильноводопроницаемых грунтов (например крупного песка), то для уменьшения фильтрации воды устраиваются преграды в виде экрана с понуром 3 (см. рис. 6.10, б) или ядра 5 (рис. 6.10, в). Эти преграды устраиваются из слабоводопроницаемого грунта, например глины.

Для пропуска через тело плотины фильтрующей воды и задержания при этом выноса частиц грунта на всех земляных плотинах со стороны нижнего бьефа устраиваются дренажные призмы 6.

Заложение откосов принимается в зависимости от свойств грунта и высоты плотины в пределах, указанных на рис. 6.10, а.

Нередки случаи сооружения земляных плотин из разных по своим водопроницаемым свойствам грунтов. В этом случае, чем лучше грунт, тем ближе со стороны верхнего бьефа он располагается (рис. 6.10, г).

Земляные плотины имеют достаточно широкое распространение. Их строят, как правило, глухими. Высота их может достигать 300 м.

Каменные плотины выполняются из каменных материалов. В практике современного гидротехнического строительства различают каменно-набросные плотины и каменные.

Каменно-набросные плотины сооружают путем наброски в русло реки камня различных размеров. По мере роста высоты плотины каменная наброска уплотняется струей воды под давлением в несколько атмосфер. Водонепроницаемость таких плотин достигается путем устройства экрана 3 из железобетона со стороны верхнего откоса (рис. 6.10, д), укладываемого на специальную подэкранную каменную кладку 4. Каменно-набросные плотины сооружаются, как правило, глухими, высота их может быть более 300 м.

Каменные плотины выполняют в виде сухой кладки. Разновидностью указанных двух типов плотин являются полунабросные, выполняемые в напорной части из сухой кладки, а в низовой части – из каменной наброски. Имеются смешанные плотины, воздвигаемые из местных строительных материалов, – каменно-земляные. В них большая часть тела выполнена из каменных материалов, а противофильтрационное устройство из слабопроницаемого грунта. Они хорошо себя зарекомендовали в районах, подверженных землетрясениям.

На рис. 6.11 представлены контуры некоторых наиболее крупных отечественных и зарубежных плотин в сравнении с другими известными крупными сооружениями.

Рис. 6.11. Контуры некоторых наиболее крупных отечественных и зарубежных плотин в сравнении с другими крупными сооружениями