Плотины из различного материала

К грунтовым материалам (называемым иногда «местными материалами») относятся:

· нескальные грунты (глинистые, песчаные, крупнообломочные);

· естественный камень, получаемый путем разработки скального грунта.

Плотины из грунтовых материалов почти всегда бывают глухими: перелив воды через их гребень допускается только как исключение для плотин малой высоты (при условии принятия соответствующих мер).

Плотины из грунтовых материалов оказываются весьма экономичными конструкциями, если вблизи места строительства имеется соответствующий грунт или камень. Существенным положительным качеством рассматриваемого типа плотин является их долговечность, простота конструкции и производства работ по их осуществлению, в связи с чем для сооружения таких плотин не требуется, в частности, большого количества квалифицированной рабочей силы.

Земляные плотины возводятся полностью или частично из малопроницаемого грунта. Если малопроницаемый грунт уложен по верховому откосу плотины, то он образует экран; при расположении такого грунта внутри тела плотины создаётся ядро. Наличие экрана или ядра обеспечивает возможность возведения остальной части плотины из проницаемого грунта или из каменных материалов (каменно-земляная плотина).

У подошвы низового откоса земляной плотины для отвода воды, профильтровавшейся через ее тело и основание, устраивают дренаж. Верховой откос защищают от воздействия волн бетонными плитами или каменной наброской.

При возведении земляной насыпной плотины грунт добывают в карьере экскаваторами, транспортируют к месту сооружения самосвалами, укладывают в тело плотины, разравнивают бульдозерами и уплотняют послойно катками.

Возведение намывной плотины включает разработку грунта землесосами или гидромониторами, транспортировку пульпы по трубам и распределение её по поверхности возводимой плотины, после чего вода уходит, а оседающий грунт самоуплотняется. Для подготовки основания и возведения земляной плотины в русле реки её котлован ограждается перемычками, а река отводится по заранее проложенным временным водоводам, закрываемым после возведения плотины.

Земляная ирригационная дамба

(Кервин в бассейне реке Миссисипи, штате Канзас)

Земляные плотины, являясь древнейшим типом плотин, и в настоящее время имеют самое широкое распространение. Эти плотины можно строить практически на любых основаниях, что является их крупнейшим преимуществом. Перечень некоторых земляных плотин сравнительно большой высоты приведен в таблице.

Земляные плотины

В каменных (набросных) плотинах различают следующие основные типы:

· каменно-набросные плотины с экраном (рис.а);

· каменно-набросные плотины с диафрагмой (рис.б);

· плотины из сухой кладки (рис.в).

Принципиально важной особенностью каменных плотин является то, что в их конструкцию обязательно входит экран или диафрагма, выполненные из негрунтовых материалов, и представляющие собой единственное препятствие на пути фильтрующейся воды.

Экран или диафрагму выполняют из железобетона, асфальта, дерева, металла, полимерных материалов.

Условно к каменной наброске обычно относят и крупнообломочный грунт, поскольку плотины, возведенные из этого грунта, так же как и каменно-набросные плотины, требуют обязательного создания противофильтрационного устройства.

Основные типы каменных плотин (схемы):
1 – экран; 2 – наброска; 3 – диафрагма; 4 – кладка на растворе; 5 – сухая кладка

Требование малой водопроницаемости распространяется и на основание плотины. Если грунт основания проницаем на большую глубину, перед плотиной устраивают понур (например, из глины), образующий с экраном одно целое. Плотины с ядром дополняются устройством в основании стальной шпунтовой стенки или противофильтрационной завесы. Камень в каменно-набросную и каменно-земляную плотину отсыпается слоями большой высоты.

Водосливная бетонированная плотина

(Империал на реке Колорадо у Юмы, штат Аризона)

Перечень некоторых каменно-набросных плотин приведен в таблице.

Каменно-набросные плотины

Бетонные плотины изготавливают из гидротехнического бетона.

Бетонные плотины обладают следующими достоинствами:

· они сравнительно просты по условиям постройки, если иметь в виду, прежде всего, возможность механизации большинства строительных операций;

· надежны в любых климатических условиях; именно поэтому их строят от Заполярья, то есть от районов вечной мерзлоты, до тропиков;

· просты в эксплуатации.

Их недостатками являются:

· относительно высокая стоимость по сравнению со многими другими типами плотин в тех же условиях;

· недостаточное использование прочности материала – бетона, из которого плотины выполнены, так как напряжения в них далеко не достигают величин, которые материал мог бы безопасно выдержать, то есть дорогостоящий бетон здесь в значительной степени играет роль балласта.

Несмотря на эти недостатки, массивные гравитационные бетонные плотины находят в современной гидротехнической практике широкое применение. Они строятся как глухими, так и водопропускными, на мягких основаниях и на скальных, высоконапорными и в виде низких плотин-порогов.

Для примера в таблицах приведены характеристики нескольких наиболее известных плотин.

Некоторые бетонные гравитационные плотины на скальном основании

Некоторые бетонные гравитационные плотины на нескальном основании, построенные в СССР

В лесных районах часто сооружают низконапорные деревянные плотины свайной и ряжевой конструкции (обычно их устраивают водосливными).

Гравитационная бетонная плотина

(Гранд-Кули на реке Колумбия в штате Вашингтон)

Бетонная плотина с вальцовыми затворами

(Давенпорт в штате Айова)