Евразийский национальный университет им. Л.Н.Гумилева

На тему: Бетонные и железобетонные плотины

Астана,2013

Содержание:

1. Плотины: а)общее определение

б)бетонные плотины

2. Основные виды бетонных и железобетонных плотин:

а)Гравитационные плотины

б)Арочные плотины

в)Контрфорсные плотины

3.Требования к строительным материалам

4. Водсбросные, водоспускные и водовыпускные сооружения

Плоти́на — гидротехническое сооружение, перегораживающее водоток или водоём для подъёма уровня воды. Также служит для сосредоточения напора в месте расположения сооружения и создания водохранилища.

Назначение

Плотина Гувера в Неваде

Обычно плотины входят в комплекс гидротехнических сооружений (гидроузел), сооружаемый в конкретном месте для использования водных ресурсов в различных целях: мелиорации, гидроэнергетики, обводнения пастбищ и прочего. Чаще плотины входят в группу речных гидротехнических сооружений (чем в группу внутрисистемных, расположенных на каналах). Если при этом комплекс сооружений связан с забором воды из реки, то его называют водозаборным гидроузлом.

В общем случае состав гидроузла, где располагают плотины, следующий:

1. Собственно сами плотины (водопропускные или глухие);

2. Головной водозаборный регулятор или водоподёмная установка;

3. Сооружения гидроэлектростанций;

4. Судоходные шлюзы, бревноспуски;

5. Сооружения по борьбе с наносами (отстойники, промывники, струенаправляющие системы);

6. Рыбоходы и рыбоподъёмники;

7. Водослив;

8. Берегоукрепительные и выправительные сооружения.

По назначению плотины бывают водохранилищные, водоопускающие и водоподъёмные. Подпор уровня воды у водоподъёмных плотин невысок, целью устройства таких плотин является улучшение условий водозабора из реки, использования водной энергии и пр. Водохранилищные плотины отличаются заметно большей высотой, как следствие, большим объёмом создаваемого водохранилища. Отличительной особенностью больших водохранилищных плотин является способность регулировать сток, малые плотины, с помощью которых создают, например, пруды, сток не регулируют. Чаще всего подобное функциональное разделение плотин на водохранилищные и водоподъёмные является условным, в силу трудности определения более важной функции. Вместо этого может использоваться деление плотин по высоте подъёма воды: низконапорные (глубина воды перед плотиной до 15 м), средненапорные (15-50 м), высоконапорные (более 50 м). [1. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%B8%D0%BD%D0%B0]

Бетонная плотина— плотина, выполненная в основном из бетона. К бетону плотин предъявляются высокие требования: он должен обладать прочностью, водонепроницаемостью (плотностью), стойкостью против истирания наносами и водой и разрушающего воздействия мороза - и агрессивной воды. Это достигается надлежащим подбором состава бетона, тщательным его приготовлением и укладкой (см. Бетон гидротехнический), а также соответствующими конструктивными мероприятиями.

Бетонные плотины могут быть глухими, т. е. не пропускающими воду, и водосбросными (в т. ч. водосливными). По конструктивному признаку бетонные плотины подразделяются на гравитационные, арочные, гравитационно-арочные и массивно-контрфорсные.

Гравитационные плотины характеризуются тем, что их устойчивость против сдвига от давления воды обеспечивается в основном силами трения между плотиной и ее основанием, что требует большого веса плотины. Поэтому бетонные гравитационные плотины строились массивными. В целях экономии цемента и уменьшения объема бетонные плотины заменяются облегченными конструкциями: гравитац. плотинами с расширенными швами и полостями у основания, снижающими фильтрац. давление на подошву плотины, улучшающими использование свойств бетона и термич. режим плотины, заанкеренными в основание, а также конструкциями, в к-рых бетон внутренних зон частично заменен камнем или грунтом. Наряду с этим стремятся уменьшить расход цемента и его стоимость путем зонального распределения бетона в теле плотины, применения низкомарочного бетона, крупного заполнителя (камня), жесткого бетона, экранирования напорной грани и др. При возведении гравитац. плотин начали применять также сборные конструкции: пустотелые блоки с последующим заполнением их бетоном или грунтом, армопанельные конструкции и др.; наметился также переход к тонкостенным железобетонным гравитац. плотинам (см. Железобетонная плотина).

Поперечный профиль глухой гравитац. плотины представляет собой треугольник с вершиной на отметке нормального подпорного уровня (НПУ) и с надстройкой верхней части его для образования гребня шириной не менее 3,5—4,0 м. Возвышение гребня над наивысшим уровнем верхнего бьефа устанавливается с учетом высоты волны и ветрового нагона. [2. http://www.bibliotekar.ru]

Основные виды бетонных и железобетонных плотин

 

Отличительные признаки         плотин	Основные виды плотин
А. По конструкции	Гравитационные (рисунок 1, а - г):                 массивные, с наклонной напорной гранью,          с расширенными швами,                            с продольной полостью у основания,               со ступенчатой низовой гранью.                 Контрфорсные (рисунок 1, д - з):                   с массивными оголовками контрфорсов (массивно- контрфорсные),                                     с арочными напорными перекрытиями              (многоарочные),                                    с плоскими напорными перекрытиями.             Арочные и арочно-гравитационные                   (рисунок 1, и - м):                                с защемленными пятами,                           с контурным (периметральным) швом,               из трехшарнирных поясов,                         с гравитационными устоями
Б. По технологическому назначению	Глухие.                                          Станционные.                                     Водосбросные (рисунок 2):                          с поверхностными водосливами,                    с глубинными водосбросами,                       многоярусные (с поверхностными водосливами     и с глубинными водосбросами)

 

Гравитационные: а - массивные; б - с расширенными швами;

в - с продольной полостью у основания;

г - со ступенчатой низовой гранью

Контрфорсные: д - массивно-контрфорсные;

ж - многоарочные; з - с плоским перекрытием

Арочные: и - с защемленными пятами;

к - с периметральным швом; л - из трехшарнирных поясов;

м - с гравитационными устоями

1 - расширенный шов; 2 - продольная полость;

3 - ступени; 4 - массивные оголовки; 5 - контрфорсы;

6 - арочные перекрытия; 7 - плоские перекрытия;

8 - периметральный шов; 9 - трехшарнирные пояса;

10 - шарниры; 11 - гравитационные устои

 

Рисунок 1. Основные виды плотин на скальных основаниях

[3. СНиП 2.06.06-85 РАЗРАБОТАНЫ институтами ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева (канд. техн. наук А.П. Пак - руководитель темы, д-р техн. наук И.Б. Соколов, А.В. Караваев, д-р техн. наук А.А. Храпков, кандидаты техн. наук А.Я. Иохельсон, М.С. Ламкин), Гидропроект им. С.Я. Жука (А.Г. Осколков, д-р техн. наук С.А. Фрид, кандидаты техн. наук Ю.Б. Мгалобелов, В.М. Липкинд)]

Арочные плотины

Арочные плотины могут быть также глухими и водосбросными. По конструкции водосбросы проектируются как поверхностные с переливом воды по всему гребню плотины или через водосбросные отверстия, так и глубинные. Сопряжение бьефов осуществляется по типу падающей струи. Недостатками арочных плотин являются сложность возведения криволинейных профилей и меньшая надежность, особенно в суровых климатических зонах. Менее требовательными к прочности основания являются контрфорсные плотины. Они состоят из ряда вертикальных стенок (контрфорсов) и перекрытий типа тонких плит, оголовков, или сводов, опирающихся и передающих на стенки нагрузки. Дополнительными элементами могут быть балки жесткости и фундаментные плиты. Балки жесткости предназначены для усиления сопротивления контрфорсов выпучиванию (продольному изгибу). Фундаментные плиты применяются при устройстве плотин на нескальных основаниях. Контрфорсные плотины устраиваются с наклонным напорным перекрытием. Конструктивно контрфорс выполняется массивным из бетона или тонким из железобетона.

Напорные перекрытия могут быть устроены из плоских плит, арок и массивных бетонных оголовков. Плотины могут быть глухими и водосбросными. В водосбросных контрфорсных плотинах дополнительно устраивается водосливная грань. Фильтрационные расчеты контрфорсных плотин проводятся только при их расположении на нескальном основании с устройством фундаментной плиты. Статические расчеты на прочность и устойчивость общие.

Конструкция плотин облегченного типа (системы проф. А. М. Сенкова): 1 — бетонные плотины; 2 — суглинок; 3 — затвор; 4 — щебень; 5 — зубья водобоя; 6 — обратный фильтр.

Существенное значение при сравнении вариантов типов плотин имеют условия производства работ. При напорах до 10... 15 м наиболее экономичны ячеистые плотины, представляющие систему поперечных и продольных стенок, образующих ячейки (колодцы), заполняемые балластом (грунтом или водой). На рисунке показана конструкция плотины, выполняющейся из сборных железобетонных элементов. Толщина напорных плит и стенок — 8... 15 см, Конструкция быков и устоев аналогична конструкции этих элементов гравитационных плотин. Расход бетона при строительстве ячеистых плотин снижается на 60...70%, что характеризует их высокие технико-экономические показатели. Виды и методы расчетов аналогичны бетонным гравитационным плотинам.

Гравитационные плотины

За последние годы доля бетонных гравитационных плотин в мировом плотиностроении уменьшилась с 40 до 10%. Гравитационная плотина по форме поперечного профиля является близкой к треугольной; она расширена к основанию и обжата к гребню. Основные размеры профиля плотины определяются из общих условий устойчивости на сдвиг по подошве сооружения и на опрокидывание вокруг низовой грани. Вторым важным условием, определяющим устойчивость гравитационной плотины, является требование, чтобы давление, создаваемое сооружением на грунты основания, не превышало допустимых пределов и было только сжимающим. Развитие растягивающих напряжений между сооружением и основанием даже на небольшой части площади основания является недопустимым.

В целях повышения устойчивости плотины на сдвиг, особенно при опирании ее на основание, сложенное скальными породами, часто применяют устройство наклонного сопряжения с основанием, заглубление верхового края фундамента и устройства зуба или двух зубьев. Массивные гравитационные плотины на скальном основании строят глухими или водосливными, обычно прямолинейными в плане.

Современное плотиностроение знает много примеров высоких бетонных плотин гравитационного типа, к числу которых относятся Токтогульская, Братская, Красноярская и другие, имеющие высоту более 100-200 м. В основании таких плотин развиваются напряжения, превышающие 5 МПа, что позволяет возводить их только на весьма прочных скальных породах. Поэтому все выветрелые и другие слабые разности пород из основания таких плотин полностью удаляются и плотина опирается на не выветрелую скалу.

Врезка плотины в основание ведется уступами, обеспечивая создание горизонтальных площадок для укладки бетона, а сопряжение тела плотины и основания цементируется. Нагнетание цементного раствора производят в неглубокие скважины, пробуриваемые через первый ярус уложенного бетона мощностью 2- 2,5 м. Эта цементация ведется независимо от цементации проти-вофильтрационной завесы и площадной цементации по укреплению основания.