Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

Основные типы и схемы

Бетонные водосбросные плотины (водосливные плотины, плотинные водосбросы) можно возводить на скальных и нескальных основаниях; в последнем случае сопротивление плотины сдвигу в 1,5...4 раза меньше, а допустимые нагрузки на основание существенно ниже. Поэтому плотины на нескальных основаниях возводят более распластанными и большего веса, чем на скальных; экономически целесообразными считаются плотины высотой высокопороговые пустотелого профиля с консольной фундаментной плитой (а) и без сплошной фундаментной плиты, замененной тонкой анкерной (б); в, г — высокопороговые сплошного профиля с поверхностным переливом и глубинным водосбросом (в), встроенным зданием ГЭС (г); д — с глубинными отверстиями и движением потока по потолку галереи 40...50 м. Сбрасываемый расход (см. гл. 4.1) можно пропускать либо по поверхности плотины, либо через специальные галереи в ее теле (глубинные водосбросы), которые могут располагаться в несколько ярусов. Тело водосбросной плотины (см. гл. 4.1) бывает с высоким или низким порогом (рис. 4.1,7.23). Бетонные водосбросные плотины выполняют и по типу сифонного водосброса.


Выбор типа водосбросной плотины обусловлен тремя факторами: действующим напором и возможностями форсирования уровня ВБ; топографическими и геологическими условиями створа гидроузла, а также условиями компоновки его сооружений; условиями строительства и принятым способом пропуска строительных расходов. Плотины с низким порогом обычно размещают в русловых частях створа в компоновках низко-и средненапорных гидроузлов. Их береговое расположение менее целесообразно из-за больших объемов земляных работ и ухудшения гидравлических условий. Плотины с высоким порогом в основном размещают на пойме или в рукаве русла реки. Относительно большие глубины и напоры облегчают условия подвода воды к плотинам и снимают ограничения по пропуску льда: он тает в водохранилище.

Пойменное расположение высокопороговых плотин реализовано на большинстве построенных гидроузлов. Применение двухъярусных плотин (рис. 4.1, е) с поверхностным и донным водосбросами вызвано, с одной стороны, стремлением улучшить гидравлические условия работы НБ, а с другой — необходимостью пропуска строительных расходов. В определенных условиях применяют водосбросы лишь с донными отверстиями. При достаточно больших напорах возводят плотины со встроенным машинным залом (рис. 7.23, г).

Конструктивную схему водосбросной плотины разрабатывают с учетом следующих требований:

устойчивости на сдвиг при сохранении прочности основания; общей прочности для всех расчетных случаев;

благоприятного режима сопряжения бьефов, недопущения возникновения сбойных течений и опасных размывов дна;

приемлемых значений фильтрационного противодавления при обеспечении фильтрационной прочности основания;

применения современных средств механизации всех строительных работ, максимального использования местных материалов и рабочей силы, строгого соблюдения сроков строительства и минимальной его стоимости.

Длину водосливного фронта устанавливают на основе технико-экономического сравнения вариантов в увязке с технически целесообразным значением удельного сбросного расхода, а также условиями пропуска льда через водосброс (в основном для низкопороговых плотин). Увеличение q позволяет сократить длину фронта, но ведет к увеличению объема бетона, расходуемого на крепление, и размывам за ним. Для ориентировочного назначения q {нескальные основания) используют зависимость [39]: основания при глубине 1 м, м/с; Нр— глубина потока на рисберме при расчетном расходе, м; ftmax — глубина размыва за рисбермой.


На мягких грунтах удельные расходы назначают от 35 до 75 м2/с на 1 м в зависимости от качества грунта. Скальные грунты позволяют принимать существенно большие значения удельных сбросных расходов — 100... 300 м2/с на 1 м и более.

Высоту тела плотины (водослива) устанавливают в зависимости от компоновочного решения всего гидроузла, геологии основания, отметки дна водобоя, схемы пропуска строительных расходов и др. Число пролетов тесно связано с типом затворов, расчетной пропускной способностью, а также условиями пропуска льда. При плоских и сегментных затворах наиболее целесообразны пролеты по 16...20 м; большие пролеты (до 30...35 м) с сегментными затворами принимают при малом числе их.

По условиям пропуска льда на реках южных районов и реках, текущих с севера, ширину пролетов назначают не менее 10 м, а на северных реках и реках, текущих с юга на север, — не менее 18 м. Соросбросные отверстия должны иметь пролет не более 10 м. Минимальный напор на водосливе из условий пропуска сора должен быть не менее 3 м, а из условий пропуска льда — не менее 1,56+0,15 м, где 6 — максимальная толщина льдин.

Выбор расчетного режима сопряжения бьефов рассмотрен в главе 4.4. Выбор схемы подземного контура — один из определяющих факторов для водосбросных плотин на нескальных основаниях (см. 7.3.2).

Устойчивость плотины на сдвиг и необходимая прочность ее обеспечиваются рациональным размещением нагрузок на фундаментную плиту. Следует предусматривать такое размещение нагрузок, действующих на плиту сверху, чтобы в сочетании с другими нагрузками получить значение коэф- ициента неравномерности нагрузок для глинистых оснований 1,5...2, для песчаных — 7. Для соблюдения этих условий необходимо сдвигать все силы веса и пригрузку водой возможно больше в сторону ВБ, так как в этом случае уменьшаются напряжения на основание от момента горизонтальных сил. Основные рабочие затворы размещают на гребне водосливного оголовка или в начале водоската. Аварийно-ремонтный затвор находится на расстоянии не менее 1,5...2 м от основного из-за необходимости проведения ремонтных работ в пространстве между затворами.

Подземную часть фундаментной плиты и водобоя проектируют таким образом, чтобы нагрузки, действующие на плиту снизу вверх (взвешивающее и фильтрационное противодавление), были минимальными, а размеры и конструкция этой части плотины гарантировали необходимую фильтрационную прочность пород основания. Для этой цели на подошве фундаментной плиты и водобоя устраивают зубья. Они

I, II — при расположении плотин непосредственно на водоупоре, когда устройство вертикальных противо- фильтрацнонных элементов нецелесообразно; III, IV» V — при глубоком залегании водоупора; VI — при неглубоком залегании водоупора; 1 н 2 — непроницаемая и проницаемая (дренаж) части подземного контура; 3 — вертикальный дренаж; 4 —водоупор; 5 — плотина улучшают сопряжение с основанием и предотвращают опасную контактную фильтрацию. Из условий производства работ их ширину понизу принимают равной 3 м и более, глубину — 2...3 м и более. Схема подземного контура (рис. 7.24) зависит от свойств основания, которое при нескальном грунте может быть относительно однородным и неоднородным, с водоупором, расположенным на большой глубине, на достижимой глубине и непосредственно под фундаментом плотины.

Схема I — распластанная бетонная плотина, стоящая непосредственно на водонепроницаемом глинистом основании. Подземный контур — плоский незаглубленный, не имеющий вертикальных противофильтрационных элементов. Фундаментная плита заглублена в основание весьма незначительно.

Схема II отличается от схемы I заглублением плиты и всего контура в основание на 0,2...0,3 высоты плотины. Дренаж в обеих схемах — под водобоем фундаментной плитой и даже понуром. На грунтах с малым углом внутреннего трения устраивают анкерный понур с дренажем под ним. Значительное усилие, прижимающее понур к основанию, равно разнице между гидростатическим давлением на понур сверху и фильтрационным противодавлением, резко уменьшенным с помощью дренажа под понуром.

Схема III — одношпунтовый подземный контур при глубоком залегании водоупора с понуром и Королевым (расположенным в начале фундаментной плиты) шпунтом. Фильтрационное противодавление практически полностью снято горизонтальным дренажем под фундаментной плитой и водобоем, а также вертикальным дренажем, разгружающим основание в зоне малопроницаемых прослоек под ним. Благодаря дренажам плотина может иметь минимальный вес.

Схема IV — двухшпунтовый подземный контур, применяемый при анкерных понурах. Дренаж устраивают под фундаментной плитой, водобоем и понуром. Разновидностью этой схемы будет трехшпунтовая схема с понур- ным, Королевым и водобойным коротким шпунтом в конце фундаментной части, выполненным водопроницаемым (перфорированным), как средство борьбы с выпором в зоне выхода потока в НБ. Делать водобойный шпунт более глубоким не имеет смысла, так как это увеличивает противодавление на фундаментную плиту. Эту схему, как и схему III, применяют при глубоком залегании водоупора.

Схема V — одношпунтовый подземный контур с понуром и дренажем под фундаментной плитой и водобоем. Ее применяют при глубоком залегании водоупора в тех случаях, когда необходимо перехватить фильтрационный поток понурным шпунтом до плотины, например для защиты бетона от агрессивных фильтрационных вод. Если водоупора можно достичь шпунтом, стенкой в грунте или завесой, целесообразно применить схему VI. Она позволяет практически полностью перекрыть фильтрационный поток и предотвратить все последствия фильтрации воды под плотиной.

Вертикальные противофильтраци- онные элементы в виде шпунтов под плотинами, расположенными непосредственно на водоупоре, то есть на связных глинистых грунтах, устраивать нецелесообразно. Их водопроницаемость адекватна водопроницаемости основания, и никакого эффекта они дать не могут. Вместо шпунтов устраивают неглубокие завесы — зубъя, которые предотвращают возникновение сквозной и контактной фильтрации.

Гидротехнические сооружения/Н.П. Розанов, Я.В. Бочкарев, В.С. Лапшенков и др.; Под ред. Н.П. Розанова. — М.: Агропромиздат, 1985. — 432 с.

Литература

Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции

Зайцев Ю.В., Строительные конструкции заводского изготовления

Е.Ф. Лысенко, Армоцементные конструкции

С.В. Поляков, Каменная кладка из пильных известняков

В. Ермолов, Пневматические строительные конструкции

Журавлев А.А., Вержбовский Г.Б., Еременко Н.Н., Пространственные деревянные конструкции

А.В. Калугин, Деревянные конструкции

Е.К. Карапузов, Г. Лутц, X. Герольд, Сухие строительные смеси

А.А. Пащенко, Теория цемента

Волков В.А., Сантехника: как все устроено и как все починить

А. Грассник, Бездефектное строительство многоэтажных зданий

Д.С. Щавелев, Гидроэнергетические установки

Д.С. Щавелев, Экономика гидротехнического и водохозяйственного строительства

Гидротехнические сооружения. Ч. I. Глухие плотины

Гидротехнические сооружения. Ч. II. Водосливные плотины

Производство гидротехнических работ

Н.П. Розанов, Гидротехнические сооружения

А. П. Юфин, Гидромеханизация

Термоэлектрические преобразователи энергии

Использование возобновляемой энергии

Бетон и железобетон, избранные статьи

Современное состояние и перспективы развития энергетики