Порядок проектирования плотины с расширенными швами
Рассмотрим один из видов облегченной гравитационной плотины— плотину с расширенными швами (см. рис. 7.2, а). Вначале поясним основную идею, руководствуясь которой в теле бетонной плотины устраивают достаточно широкие вертикальные поперечные швы.
В § 7.8 было сказано, что при хорошем скальном основании, характеризуемом соотношением (7.47), получающемся при больших значениях коэффициента трения f, теоретический, экономически наивыгодный треугольный поперечный профиль монолитной плотины имеет верховую грань, наклоненную в сторону верхнего бьефа.
Поскольку этот профиль практически неприемлем, приходится в рассматриваемом случае верховую грань плотины назначать вертикальной, а следовательно, вынужденно отступать от наиболее экономичных размеров профиля, придавать плотине избыточную устойчивость на сдвиг; при этом приходится в тело массивной плотины укладывать бетона больше, чем требует проверка устойчивости ее на сдвиг (имея в виду при этом обеспечить в теле плотины только отсутствие недопустимых растягивающих напряжений. При проектировании бетонной плотины на хорошем скальном основании (характеризуемом большим коэффициентом трения возникает вопрос: имеются ли пути снижения количества бетона, укладываемого в ее тело, до значения, обеспечивающего минимальную допустимую устойчивость плотины на сдвиг.
Такого рода задачу можно решить, отказавшись от использования массивной бетонной плотины (рис. 7.53, а) и переходя к так называемой плотине с расширенными швами (рис. 7.53,6, в).
Рассматривая схемы горизонтальных сечений плотины, видим, что каждая из такого рода плотин по существу представляет собой сомкнутый ряд вертикальных консольных балок, заделанных в основание и нагруженных горизонтальным гидростатическим давлением. Однако в случае массивной плотины поперечные горизонтальные сечения образующих ее консольных балок имеют прямоугольный вид; в случае же плотины с расширенными швами — двутавровый или тавровый вид, когда распределение материала по сечению бетона получается более выгодным: большая часть материала располагается дальше от нейтральной оси. Подбирая соответствующим образом размеры поперечного сечения тавровых вертикальных консольных балок, мы и решаем поставленную задачу, т. е. при наличии получаем меньший объем бетона, обеспечивающий только необходимую устойчивость плотины на сдвиг. В снижении объема бетона (в случае прочных оснований) и заключается основная цель устройства расширенных швов.
Дополнительно плотина с расширенными швами обладает еще следующими положительными качествами: а) наличие швов обусловливает снижение противодавления; б) имеющиеся швы способствуют скорейшему охлаждению бетона в период строительства и начального периода эксплуатации плотины. К недостаткам плотины с расширенными швами следует отнести: а) увеличение площади опалубки и б) усложнение бетонных работ.
Все перечисленные вопросы приходится учитывать при сопоставлении плотины массивной с плотиной, имеющей расширенные швы.
В результате плотина с расширенными швами характеризуется наличием вертикальной (или почти вертикальной) верховой грани, хорошим скальным основанием и уменьшенным объемом бетона. При расчете устойчивости такой плотины значение нормальной силы определяется только собственным весом плотины, (при отсутствии воды в нижнем бьефе).
При проектировании плотины с расширенными швами [см. формулы (7.23) и (7.24)] устанавливают: а) ширину b профиля плотины по основанию; б) ширину расширенного шва б, в) расстояние между вертикальными поперечными швами плотины, т. е. ширину отдельных секций.
Полученный теоретический треугольный профиль плотины с расширенными швами, так же как и профиль массивной плотины, обращают в практический профиль, причем такой практический профиль (конструктивный) подвергают поверочным расчетам на устойчивость и прочность. Эти расчеты аналогичны соответствующим расчетам, поясненным выше для случая массивной плотины; однако при рассмотрении плотины с расширенными швами приходится подвергать расчету целую конструктивную секцию плотины, т. е. выполнять расчет посекционно, а не применительно к условиям плоской задачи.
