Файл: Максимов С.Н. Инженерные сооружения (с основами строительного дела) учеб. пособие.pdf

няется с телом плотины. С поверхности его обычно покрывают бе­ тонными плитами, укладываемыми на песчаную подготовку, а основным противофильтрационным элементом служит слой уплот­ ненного (укатанного) суглинистого грунта. Длина понура опре­ деляется соответствующим фильтрационным расчетом.

Вслучае, когда на небольшой глубине от подошвы тела пло­ тины залегают мощные водонепроницаемые пласты, под верховой гранью плотины забивается шпунтовый ряд, уменьшающий водо­ проницаемость основания. В отдельных случаях преграждение фильтрации может быть осуществлено глубоким зубом, цемента­ ционной завесой и т. п.

Водобой служит для гашения энергии воды, переливающейся через водослив. Поэтому он представляет собой мощную бетонную плиту, обычно усиленную арматурой, несущую специальные устрой­ ства для гашения энергии воды.

Для увеличения устойчивости водобоя и тела плотины в его низовой части под ними располагают дренажи, выводимые в ниж­ ний бьеф и служащие для уменьшения вредного влияния взвеши­ вающего противодавления фильтрационного потока.

За водобоем располагается рисберма — устройство для креп­ ления нижнего бьефа от размыва водой, переливающейся через плотину. Это относительно мощная бетонная плита, лежащая на слое дренирующего песка.

Вотдельных случаях, главным образом при очень легко раз­ мываемых породах, развитых в нижнем бьефе плотины, за рис­ бермой образуется котел размыва, который укрепляют каменной

наброской, производимой уже в период эксплуатации сооружения. Ввиду того что грунты нескального основания сжимаемы, а нагрузка в основании отдельных элементов плотины не одинако­ ва, сооружение будет испытывать неравномерную осадку. Это мо­ жет еще сильнее проявиться при неоднородном основании, сложен­ ном грунтами разной сжимаемости. Поэтому такие элементы плотины, как понур, водобои, рисберма и другие, должны иметь между собой подвижные контакты. Это достигается устройством вертикальных конструктивных швов, заполняемых пластичным и водонепроницаемым материалом (например, в сочленении понура с телом плотины часто применяют битумные плиты). Такая же

разрезка на блоки производится и для самого тела плотины.

В связи с тем что обеспечение устойчивости бетонных грави­ тационных плотин на нескальном основании исключительно важно

иответственно, в сооружениях этого типа при их проектировании

ипостройке предусматриваются специальные устройства, позво­ ляющие вести наблюдение за деформацией сооружения и фильт­ рационным потоком под ним. Для этого в сооружение заклады­ ваются постоянно действующие пьезометры, маятниковые накло­ номеры, а также марки, по которым определяют относительные перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Кроме того, в ряде точек сооружения закладываются приборы (обычно

124

это струнно-акустические динамометры) для наблюдения за нап­ ряженным состоянием конструкции. По всем этим приборам ве­ дутся систематические наблюдения и проводится их анализ, а при обнаружении неполадок производится соответствующий ремонт.

Подземный контур бетонных гравитационных плотин на нескалыюм основании в значительной степени зависит от геологиче­ ского строения и свойств грунтов основания. Поэтому проектиро­ вание его должно вестись на основе результатов весьма подробного и тщательного инженерно-геологического изучения. В каждом конкретном случае, базируясь на результатах исследо­ ваний, принимаются свои решения.

Практика отечественного плотиностроения знает примеры

плотина, построенная на девонских глинах, Волжская ГЭС им. Ле­ нина — на неокомских глинах, плотины Рыбинской и Горьковской ГЭС — на пермских глинах, Каунасской и Плявиньской ГЭС — на моренных отложениях и многие другие. При сооружении этих плотин были разработаны и применены многие новые весьма про­ грессивные конструкции. Так, на Каунасской и Саратовской ГЭС была применена частичная сборность плотины из готовых элемен­ тов. В ряде других случаев применялись облегченные конструкции с заменой части бетона грунтом и т. п.

А р о ч н ы е п л о т и н ы

Вслучаях, если плотина проектируется на реке, протекающей

вузком ущелье, берега и дно которого сложены прочными и слабодеформируемыми скальными породами, может оказаться целе­ сообразным не строить массивное гравитационное сооружение, а перекрыть это ущелье бетонной аркой. Такая плотина, называемая арочной, обычно представляет собой круговую арку, имеющую вертикальную или слабо наклоненную образующую, опирающуюся своими пятами в берега (рис. 71). На сооружение плотины такого типа расходуется примерно в 2—5 раз меньше бетона, чем на гра­

витационную той же высоты.

Верхние пояса арки испытывают наименьшее давление воды, поднятой в водохранилище, а нижние — наибольшее, поэтому толщина поясов арки к низу плотины возрастает (рис. 72). Тол­ щина арочных плотин по верху составляет 1,5—4,0 м, а по низу может достигать даже первых десятков метров (в зависимости от высоты). Но известны плотины, выстроенные в виде весьма тонких

125

рением его в верхней части, арку упирают не только в борта до­ лины, но и в массивные гравитационные устои, перекрывающие расширенную часть долины.

В первых, построенных еще в прошлом веке арочных плоти­ нах арка представляла собой цилиндрическую поверхность одного

циях возникает необходимость в устройстве специальных опор пят

Рис. 72. Поперечные профили плотин:

а , б — гравитационно-арочные; в , г , д — арочные

В связи с тем что материал арки работает только на сжатие, арочные плотины строят преимущественно бетонными, с весьма малым использованием железобетона. Для придания большой во­ донепроницаемости тонкой конструкции сооружения напорную грань плотины торкретируют цементным раствором, покрывают битумной пленкой или одевают специальным тонким металличе­ ским экраном.

126

Напряжения в теле арки и соответственно в ее пятах, опи­ рающихся на борта долины (или на вспомогательные устои), дос­ тигают 50—70, а для наиболее высоких плотин даже ПО кг/см2 (последнее в плотине Гаж во Франции). Такие напряжения зна­ чительно превышают нагрузки, создаваемые гравитационными плотинами, поэтому при строительстве арочных плотин к породам, слагающим борта и дно ущелья, предъявляются весьма высокие требования по прочности (несущей способности) и деформируе­ мости. Это вызывает необходимость еще более углубленного изу­ чения прочностных и деформационных свойств пород в массиве, а также специального изучения естественного напряженного сос­ тояния пород.

Подготовка скального основания (мы понимаем под этим не только основание в дне долины, но и опирания арки в бортах) пе­ ред возведением сооружения исключительно ответственна и обыч­ но состоит из полного удаления всего выветрелого слоя скалы, расчистки и заделки цементным раствором крупных трещин и т. п. Кроме того, так же как и при строительстве гравитационных плотин, в скальном основании закладывают глубокие и надежные цементационные завесы. В ряде случаев глубина завесы бывает близка к высоте плотины (например, для одной из высочайших в мире арочных плотин, Мовуазен в Швейцарии, при ее высоте 237 м глубина завесы достигала 200 м при общей длине цемента­ ционных скважин около 40 км), а обычно колеблется в пределах от 0,5 до 0,75 от этой высоты.

В связи с тем, что тело арочной плотины представляет собой тонкую бетонную стенку, взвешивающее противодавление фильт­ рационного потока не сказывается существенно на общей устой­ чивости плотины. Поэтому дренажи в основании таких плотин, особенно при строительстве их в условиях мягкого климата, обыч­ но не устраивают.

Возводят арочные плотины чаще всего в долинах горных рек в районах с мягким климатом, поэтому наибольшее число подоб­ ных сооружений возведено в Италии, Швейцарии и Франции. В нашей стране высоких арочных плотин мало — в настоящее вре­ мя строятся на Кавказе плотины Ладжанури и Ингури. В районах с суровым климатом, при продолжительных и сильных морозах, в эксплуатации арочных плотин возникают большие трудности и в этих условиях подобные сооружения обычно не возводят.

Расчет арочных плотин ведется двумя основными способами: методом чистой арки или комплексным. При первом из них арка рассматривается как свод или купол, состоящий из системы от­ дельных арок, работающих независимо друг от друга. Для опре­ деления толщины арки производится расчет в предположении свободного опирания пят арки на опоры или в борта. При втором методе, который применяется при наличии береговых устоев, ис­ пользуемых для опирания арок, расчет ведется раздельно: устои рассчитываются как гравитационные элементы, опирающиеся на

127

основание, а арки — как самостоятельные арочные элементы. Распределение нагрузок между арками и устоями при втором ме­ тоде расчета должно быть таким, чтобы прогибы арки во всех точках плотины были одинаковыми.

Кроме этих основных статических расчетов для арочных пло­ тин ведется расчет напряжений от температурно-усадочных явле­ ний, от влияния разности температур на низовой и верховой гра­ нях арки и некоторые другие.

Для арочных плотин, так же как и для гравитационных, ве­ дутся постоянные наблюдения за деформациями и фильтрацион­ ным потоком под сооружением и в обход него, для чего и в соо­ ружении и в массивах пород вокруг него устанавливают системы наблюдательных точек и пьезометров.

К о н т р ф о р с н ы е п л о т и н ы

Контрфорсными называются плотины, в которых давление воды воспринимается плоскими или арочными и купольными пере­ крытиями, опирающимися на отдельные опоры (контрфорсы). Последние передают давление от сооружения на основание.

Плотины этого типа строят преимущественно из железобе­ тона, поэтому эти конструкции обычно обладают легкостью и по сравнению с массивными гравитационными сооружениями требу­ ют гораздо меньшего объема бетона. Благодаря этому контрфорс­ ные плотины приобретают все большее распространение в практи­ ке плотиностроения (уже построено более 500 плотин этого типа).

лятся на плотины с плоским перекрытием (рис. 73, а) и с много­ арочным или купольным (рис. 73,6). Плоские перекрытия выпол­ няются в виде плит, бетонируемых на месте строительства, или в виде сборных готовых деталей. Такими перекрытиями обычно перекрывают расстояния между опорами в 5—15 м, что приме­ няется при плотинах относительно небольшой высоты, возводимых на нескальном основании. Арочные перекрытия выполняются в виде цилиндрических арок или арок двойной кривизны. Такие ар­ ки могут перекрывать пролеты до 30—50 м и более, и плотины такой конструкции возводят обычно на скальном основании. При малой высоте плотин пролеты арок обычно принимают также в

10—15 м.

Устойчивость контрфорсных плотин на сдвиг обеспечивается сопротивлением сдвигу опор — контрфорсов. Поэтому при не­ скальных грунтах основания, обладающих относительно невысоким сопротивлением сдвигу, контрфорсы создают в виде тяжелых мас­

128