Гидротехнические сооружения

Односторонний намыв с фиксируемым верховым откосом

(рис. 2.16, б). Намыв осуществляется со стороны низового откоса

так же, как и в предыдущем случае. Отличие состоит в том, что по

образующей верхового откоса выполняют дамбы обвалования.

Двухсторонний намыв (рис. 2.17, а). Дамбы обвалования

устраиваются по образующим верхового и низового откоса. Распре-

делительные пульповоды устраиваются с двух сторон. Гидросмесь

растекается от обоих откосов к середине профиля плотины. При

таком растекании у откосов осаждаются более крупные частицы, а

ближе к середине – более мелкие, образуя промежуточные зоныУ5,

и, наконец, в середине профиля в пределах откоса, образуя ядро,

осаждаются наиболее мелкие, в том числе глинистые фракцииТ. Для

отвода чистой воды устраивается сбросной колодец, который заби-

вается грунтом после окончания намыва.

Н

а

а)

Б

1

6

8

1

2

4

5

4

2

3

й

и

3

7

бб)

р

о

т

и

7

1

з

о

1

п

е

Рис. 2.17. Двухсторонний (а) и мозаичный (б) намывы плотин:

1 – распределительный пульповод; 2 – дамбы попутного обвалования; 3 – дамбы

Р

первичного обвалования; 4 – боковые призмы; 5 – промежуточные зоны;

6

– пруд-отстойник; 7 – водосбросный колодец; 8

– ядро

ляет получить однородную плотину.

Т

3. БЕТОННЫЕ ГЛУХИЕ ПЛОТИНЫ

У

3.1. Классификация бетонных плотин

По конструкции бетонные и железобетонные плотиныНклассифи-

й

цируются по двум признакам – по конструкцииипо технологическому

назначению.

Б

По конструкции различают следующ е виды плотин: гравитаци-

онные, контрфорсные, арочные,

-грав тационные, ячеистые.

арочно

плот ны бывают глухие, через

По технологическому назначен ю

торых обеспечивается в

основном за счет собственного веса. В свою

которые не производится сброс водыив нижний бьеф, и водосбросные,

предназначенные для сбр са в ды в нижний бьеф.

т

Гравитационные пл

ины – это сооружения, устойчивость ко-

и

очередь гравитац онные бе онные плотины подразделяются на мас-

з

сивные (рис. 3.1, а), с расширенными швами (рис. 3.1, б), с про-

дольной

полостью

у основания (рис. 3.1, в), с экраном на напорной

арочно-гравитационной.

Т

3.2. Гравитационные плотины,

У

их профили и конструкции

Н

й

получили от латинского слова gravitas, что означает «тяжесть».

Конструктивно гравитационная плотина представляетБсобой бетон-

ную стену – глухую или водосбросную, если она допускает пропуск

через нее воды. Самой высокой бетонной гравитационной плотиной

в мире,

р

построенной на скальном основании, является плотина

о

Гранд-Диксанс (Швейцария), имеющаяивысоту 284 м. На террито-

рии бывшего СССР наиб льшую высоту (215 м) имеет Токтогуль-

т

ская плотина на р. Нарын в Киргизии.

и

Первые бетонные пло ины (XVIII–XIX веков) имели поперечные

профили,

близк е к рапецеидальному или даже прямоугольному

з

виду, но в дальнейшем с развитием теории появились более эконо-

мичные

профили

.

Поперечный пр филь гравитационной плотины устраивается ис-

ходя из следующих условий:

1)

р чн сти плотины и отсутствия в ее сечениях растягиваю-

щих на ряжений;

2)

пустойчивости плотины на сдвиг по основанию;

3)

экономичности, то есть минимальной площади поперечного се-

чения, следовательно, наименьшего объема бетона.

Теоретический профиль плотины получается исходя из основных

Рнагрузок, а именно: собственного веса, гидростатического, филь-

НПУ

A

W3

m

h

m2

1

W1

УНБ

GO

C

B W2

У

b

Wвз

Wф

Т

min

max

Н

Рис. 3.4. Схема сил и напряжений для плотины теоретического профиля

Б

Точка А располагается на отметке НПУ. Рассмотрим участок

плотины единичной длины с основан ем b, высотой h, коэффициен-

тами заложения откосов m1 и m2. На плотйну действуют следующие

основные силы:

и

G – собственный вес пл тины;

W1 и W2 – гидростатическ ре давление воды со стороны верхнего

и нижнего бьефов;

о

W3 – пригрузка воды на верховой откос (при его заложении от

нуля и выше);

т

Wвз и Wф – в веш вающее и фильтрационное давление воды.

и

Заложение верх вого откоса принимается m1 = 0–0,1. Заложение

низового

тк зса зависит от ширины b,

которая принимается таким

образом,

чт бы н рмальные краевые напряжения в месте контакта

о

плотины с основанием не были отрицательными и плотина была

устойчива на сдвиг.

п

Нормальные краевые напряжения на контакте плотины с основа-

можно определить по формуле внецентренного сжатия:

нием

Р

V M ,

(3.1)

F

W

где V – сумма вертикальных сил, действующих на плотину:

(точка О);

У

W – момент сопротивления подошвы, при единичной длине

W = b2/6.

Т

Анализ формулы (3.1) показывает, что отрицательных напряже-

ний в основании не будет при ширине плотины

Н

b = (0,65–0,85)h,

Б

Условие устойчивости плотины на сдвиг может бытьвыражено так:

и

k

f V

1,

c

р

й

Wг

где kс – коэффициент запаса уст йчивости плотины на сдвиг;

т

f – параметр сопро ивления пл тины сдвигу по основанию;

и

Wг – сумма сдв гающох (горизонтальных) сил:

з

Wг = W1 – W2.

о

Величина f для ра личных грунтов имеет следующие значения:

п

для скальных грунтов

е

f = 0,6–0,8;

Р

для п счаных грунтов

b = (0,7–0,8) h;

для песчаных грунтов

b = 1,0 h;

Т

для глинистых грунтов

У

b = (1,2–1,7) h.

Н

На нескальных основаниях профиль плотины получается более

Б

уширенным (распластанным). Для того чтобы при этом достичь

равномерного распределения напряжений в основании, плотина

устраивается с большим наклоном верховой грани.

й

Реальный профиль плотины (рис. 3.5) отличается от теоретиче-

и

ского по следующим причинам. В реальных условиях на плотину

действуют и другие нагрузки: давлен е наносов, давление льда, во

наличие эксплуатационных

тверстийв теле плотины (галереи, шах-

многих случаях необходимо учитывать пр грузку воды со стороны

нижнего бьефа и т. д. Кроме

, на п оф ль плотины влияют неко-

того

торые эксплуатационные треб вания: наличие гребня с проездом,

т

ты и др.). Формы реальных пр филей зависят также и от условий со-

и

2

пряжения плотин с основан ем, берегами и другими сооружениями.

з

о

НПУ

п

е

3

1

Р

4

УНБ

3.3. Конструктивные элементы

гравитационных плотин

Гребень плотины. Отметка гребня назначается так же, как и для

грунтовых плотин, в соответствии с параметрами ветровых волн,

определяемыми по указаниям ТКП [15]. При этом величина запаса

принимается в диапазоне от 0,4 до 0,8 м в зависимости от класса

сооружения. На гребне со стороны верхового откоса может быть

установлен парапет. В этом случае расчетом устанавливается от-

метка верха парапета, а отметка гребня может быть снижена, но не

У

ниже отметки ФПУ. Ширина гребня устанавливается в зависимости

от класса дороги и ширины эксплуатационных проездовТ, но не

меньше 2,0 м при отсутствии дороги. Примеры конструкций гребня

представлены на рис. 3.6.

Н

1

1

1

Б

1

УВБ

УВБ

3

й

и

р

1

о

2

1

1

УВБ

3

т

УВБ

и

3

3

з

о

п

Рис. 3.6. Примеры конструкций гребня плотины:

е

1 – ограждение; 2 – парапет; 3 – консоли

Противофильтрационные устройства в теле плотины. Устрой-

Рства такого рода (рис. 3.7) предназначены для снижения фильтра-

ционного давления в теле плотины и исключения опасности выще-

лачивания бетона.

НПУ

1

2

4

3

2

bд

3

У

4

2

2

5

4

УНБ

Т

Рис. 3.7. Противофильтрационные устройства в теле плотины:

1 – гребень; 2 – продольные галереи; 3 – поперечные галереи; 4 – дренаж;

5 – выпуск дренажа

Н

Б

В качестве противофильтрационных мероприятий применяются:

вертикальный дренаж плотины у

грани;

полый экран;

верховой

укладка на верховой грани бетона повышенной водонепроница-

емости;

и

покрытие верховой грани защитным слоем из асфальта, металла,

пластмасс.

р

собойсистему вертикальных дрен или

Дренаж представляет

дренажных шахт. Расстояние

от напорной грани до оси дренажа

принимается не менее 2 м при

условии

и

bд ≥ h/Iдоп,

з

где I

– д устимый градиент напора для гравитационных плотин

о

при отсутствии экрана, принимаемый равным 20.

Диам тр дрен 15–30 см, расстояние между их осями 2–3 м. Дре-

доп

ны устраиваются с помощью постепенно поднимающихся при бе-

е

тонировании абсадных труб, служащих в качестве опалубки, либо

путем закладки труб из пористого бетона или металлической сетки.

РИногда дрены устраиваются с помощью бурения. Шахты имеют

диаметр от 70–80 до 180 см, расстояние между ними 4–6 м. Вода из

дрен отводится по продольным галереям, а затем по поперечным

галереям и выпускам – в нижний бьеф.