Книги / 1bryzgalov_v_i_gordon_l_a_gidroelektrostantsii
.pdfИзменение водного режима в зоне подпора существенно влияет на природно-климатические условия региона. Меняется режим подземных вод
русла и берегов. Воды верхнего бьефа постепенно насыщают грунт берегов, что может привести к подтоплению и заболачиванию прилегающих земель.
Фильтрация (движение воды от верхнего бьефа к нижнему в грунтах
основания и берегов) может вызвать значительные потери воды из водохранилища и привести к выпору грунтов основания. В основании плотин
в зоне вечной мерзлоты в силу положительной температуры воды,
действующей на мерзлоту, происходит оттаивание грунтов, прилегающих ко
дну водохранилища, при этом оттаявшие грунты основания могут потерять
свою прочность и увеличить водопроницаемость. Вода нагревается и
остывает медленнее, чем воздух. Поэтому крупное водохранилище делает
климат окружающей местности «более морским и менее континентальным»:
зима делается теплее, а лето прохчаднее. Водохранилище затапливает часть
плодородных земель (в частности, заливных лугов). В силу малости скоростей воды в водохранилище и относительно более высокой, чем в реке,
температуры поверхностных вод, в водохранилище может произойти ухудшение качества воды (ее механическое, химическое и биологическое загрязнение). Водохранилище по своему водному режиму напоминает озеро с сильно меняющимся, в пределах цикла регулирования, уровнем воды. Это
меняет условия жизни рыб в водохранилище. Водохранилище может повлиять
на сейсмическую активность региона и вызвать наведенную
сейсмичность. Эти, а также еще ряд факторов, необходимо иметь в виду при
возведении плотин и проектировать специальные меры защиты от
негативных воздействий водохранилищ на окружающую среду и
соответствующие компенсационные мероприятия. Наибольший вред наносят
водохранилища на равнинных реках, где зачастую имеются обширные площади мелководий, если не принять мер по обвалованию таких территорий.
Водоподпорные сооружения - наиболее ответственные, так как несут
большую нагрузку - давление воды верхнего бьефа. Отказ водоподпорного
сооружения может привести к прорыву напорного фронта и неконтро¬
лируемому переливу воды в нижний бьеф, что грозит катастрофическими
последствиями. Основное водоподпорное сооружение - плотина. На
гидроэлектростанциях с малыми и средними напорами (до 40 м) подпорными
сооружениями могут быть и силовые здания ГЭС (рис. 2.10). При русловой компоновке ГЭС (см. ниже) здание ГЭС входит наряду с плотиной в состав напорного фронта. Водоподпорными сооружениями являются также шлюзы.
Руслорегулирующие сооружения не создают, как правило, подпора и
служат для изменения направления и скоростей потока, обеспечивая необходимые условия для защиты берегов от размыва, улучшая условия для
забора воды, судоходства, сплава леса. Основной тип руслорегулирующего
сооружения-дамба- безнапорная плотина, которая не перегораживает и мало
стесняет естественные русла рек.
88
Судопропускными сооружениями являются шлюзы и
судоподъемники. Они сооружаются на судоходных реках для перехода судов из
нижнего бьефа в верхний и обратно.
Из верхнего бьефа в нижний вода поступает через водопроводящие и
водосбросные сооружения.
Водопроводящие сооружения- искусственные русла (каналы, туннели,
лотки, трубопроводы). Эти сооружения подводят (отводят) воду к объектам
водного хозяйства- к турбинам гидростанций, на орошаемые земли, в системы
водоснабжения предприятий и населенных пунктов.
Водопропускные (водосбросные) сооружения предназначены для
сброса «лишней» воды из верхнего бьефа в нижний через плотину или в обход
её. Под «лишней» здесь понимается та вода, которую по каким-либо причинам
(большой паводок, санитарный попуск, временные попуски для ирригации,
судоходства) не удается удержать в водохранилище или использовать для
получения электроэнергии. Иногда водосбросные сооружения не выделяют в отдельный класс, а относят либо к водопроводящим, либо к водосбросным
плотинам.
Гидротехнические сооружения не исчерпываются рассматриваемыми ниже гидротехническими сооружениями гидроэлектростанций. В их число входят гидротехнические сооружения тепловых и атомных электростанций,
ирригационные и портовые сооружения, морские нефтегазопромысловые
гидротехнические сооружения и др. Полный перечень гидротехнических
сооружений приведен в Строительных нормах и правилах (СНиП 2.06.01-86 «Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования»).
Согласно нормам, гидротехнические сооружения делятся на постоянные и временные. К временным относятся сооружения, используемые только в период строительства и ремонта. Постоянные сооружения
подразделяются на основные и второстепенные. К основным относятся
сооружения, разрушение или повреждение которых приводит к нарушению
нормальной эксплуатации - прекращению или уменьшению электроснабжения,
подачи воды на орошение или водоснабжение, подтоплению или затоплению
территорий, нарушению судоходства, выбросу нефти или газа, ущербу
рыбным запасам. К второстепенным относятся гидротехнические сооружения, повреждение которых не несет указанных последствий.
Косновным гидротехническим сооружениям относятся:
-плотины;
-устои и подпорные стены, входящие в состав напорного фронта;
-дамбы обвалования;
-водосбросы;
-водоприемники и водозаборные сооружения;
-каналы;
89
- туннели;
-трубопроводы;
-напорные бассейны и уравнительные резервуары;
-здания гидростанций и насосных станций;
-шлюзы, судоподъемники и судоходные плотины;
-гидротехнические сооружения портов (пристани, причалы);
-гидротехнические сооружения тепловых и атомных электростанций;
-рыбопропускные сооружения, входящие в состав напорного фронта;
-морские нефтегазопромысловые гидротехнические сооружения.
Рассмотрим схематично основные водоподпорные сооружения гидро¬
электростанций.
3.2. Плотины
Наиболее распространенная классификация плотин - по материалу, из
которого они возводятся. Современные плотины возводятся либо из
искусственного камня - бетона, железобетона, либо из грунтов. Каменная
кладка и дерево, как материалы, в современном плотиностроении почти не
используются.
Плотины из грунтовых материалов возводятся, как правило, на глухих участках напорного фронта. Бетонные плотины применяются
преимущественно для гидроузлов на скальных основаниях, а также для водосбросных участков напорного фронта. Железобетонные плотины характерны для створов на нескальных основаниях. Для многих створов
приемлемыми являются несколько типов плотин. Выбор типа и конструкции
плотины производится на основе технико-экономического сравнения
вариантов.
3.2.1. Гэунтовые плотины
Основными конструктивными элементами грунтовой плотины являются
тело плотины, обеспечивающее ее прочность и устойчивость, противо-
фильграционные устройства (ядра, экраны, диафрагмы), обеспечивающие
водонепроницаемость и дренажные устройства для сбора воды,
профильтровавшейся через противофильтрационные устройства.
Конструкции грунтовых плотин отличаются большим разнообразием.
Какой из вариантов предпочтительнее, решается при сравнении вариантов по
стоимости и ряду других параметров (инженерно-геологических условий,
наличия соответствующих материалов и механизмов для возведения, времени,
необходимого на строительство и т.д.).
90
Грунтовые плотины в поперечном сечении имеют трапецеидальную
форму (рис. 3.2) ив зависимости оттипагрунта делятсяна земляные насыпные,
земляные намывные, каменно-земляные и каменно-набросные.
у |
1 |
V |
t |
2 |
|
|
|
2 |
в |
|
|||
|
|
|
||||
|
|
нв 5 |
|
> |
J |
|
|
|
|
|
|
.* |
|
пу |
2 |
1 |
|
|
ШШШШ N |
12 |
|
|
|
|
1 |
|
— |
|
|
|
с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ - |
V - |
||||
|
|
|
|
|
|
|
г- г |
|
V |
|||||
|
|
SE |
|
|
|
|
|
|
^- |
|
• " |
« |
|
|
|
|
& |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
от |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V |
фут |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
г> |
г |
^ |
|
7. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
* |
3 |
Пб |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
г |
у |
ю Г |
|
|
«Г |
... |
|
|
» . |
|
|
|
|
|
|
|
V |
|
- |
» |
v |
г |
|
т |
т |
||||
|
|
|
|
|
< |
t |
‘v |
|
Ж 1
) £^»Штть*е
Рис. 3.2 Виды земляных насыпных плотин
1 - тело плотины; 2 - поверхность депрессии; 3 - дренаж; 4 - крепление откосов;
5 - верховая грунтовая противофильтрационная призма; 6 - диафрагма; 7 - верховая призма; 8 - низовая призма; 9 - переходный слой; 10 - экран из негрунтовых
материалов; 11 - грунтовое ядро; 12 - центральная грунтовая противофильтрационная призма; 13 - шпунт или стенка; 14 - понур; 15 - инъекционная (цементационная) завеса
) |
- |
зуб; 17 - грунтовый |
экран; h - высота плотины; |
b - ширина плотины по низу; |
(висячая ; 16 |
|
|
|
Ьит- ширина противофильтрационного устройства понизу; Ьир - ширина плотины по
гребню; mh - коэффициент верхового откоса; mt - коэффициент низового откоса
Земляные насыпные плотины либо отсыпают насухо с уплотнением,
либо в воду (в воде грунты уплотняются естественным образом); грунты тела
плотины - от глинистых до гравийно-обломочных. Особую группу земляных
насыпных плотин образуют мерзлыеи талые плотины,возводимые в северной
строительно-климатической зоне вечной мерзлоты. Виды насыпных земляных плотин показаны на рис. 3.2.
91
На |
рис. 3.2а условно |
изображено |
поперечное |
сечение |
однородной |
|||||
|
||||||||||
|
|
|||||||||
|
какие-либо |
противофильтрационные |
||||||||
грунтовой |
плотины. В ней |
отсутствуют |
||||||||
|
|
|
, из песка |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
, и тело плотины |
возведено из |
однородного |
грунта (обычно |
||||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
устройства |
|
|
|
|
|
|
|
|
или
супеси).
|
Тип |
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
ее |
размеры |
и конструктивные |
элементы |
назначаются |
на |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
плотины |
технико- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|||||||||||||||||||||
основе |
расчетов |
и |
экономического |
|
сопоставления |
вариантов |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
, если потери |
воды из |
за |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
из песка может |
быть |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
Однородная |
|
плотина |
принята |
|
цели |
|
выполняются |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
Для |
|
|
|
этой |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
будут |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
фильтрации |
|
приемлемыми |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
плотины |
|
рис. 3.2а |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
расчеты. |
Размеры |
сечения |
однородной |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
фильтрационные |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
ее |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
диктуются |
|
|
необходимостью |
обеспечения |
|
устойчивости |
|
|
откосов |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
откоса |
к |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(тангенсы углов наклона |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
углы |
|
заложения |
откосов |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
допустимы |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
, mj |
|
меньшие |
углов |
внутреннего |
трения |
(предельных |
|
углов, при |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
горизонту |
mh |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
с |
откоса |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
В реальных |
|
плотинах |
углы |
заложения |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
грунт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
которых |
не сползает) |
|
|
|
|
|
|
(предусматривается |
|
|
запас |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
несколько |
меньше |
|
предельных |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
откосов |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
существенно |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
устойчивости |
откосов |
). |
Очень |
малые |
углы заложения |
откосов |
|
|
|
|
|
|
|
(вот-вот |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
находится |
в |
предельном |
состоянии |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
которых грунт |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
меньшие |
тех, при |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
увеличит |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
, так как это |
неоправданно |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
сползет), |
нецелесообразно |
принимать |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
по |
гребню |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
Ширина сечения |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
, и ее |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, а, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
стоимость |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
объем |
|
|
|
|
|
|
|
|
следовательно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
плотины |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, если |
|
по |
гребню |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Например |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
выбирается |
из |
условий |
эксплуатации |
плотины |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
дорога, |
то |
гребень будет шире. Большая часть тела |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
плотины |
|
проходит |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
Свободная |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
однородной |
|
плотины |
водонасыщена |
|
из-за фильтрующейся |
воды |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
тело |
плотины |
|
|
воды, |
|
называется |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
через |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
поверхность |
фильтрующейся |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
плотины |
рис.3.2а |
поверхность |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
депрессии. |
В |
теле |
однородной |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
поверхностью |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
понижается |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
поверхность |
фильтрующейся |
воды) |
плавно |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
депрессии |
(свободная |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
к |
|
горизонту |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
УНБ. Тангенс |
|
угла |
наклона |
кривой |
депрессии |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
от УВБ |
|
до |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
называется |
градиентом |
напора. |
Градиент |
|
напора |
(уклон |
линии |
свободной |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
воды |
в |
теле |
грунтовой |
плотины |
) |
не |
может |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
, |
фильтрующейся |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
поверхности |
|
|
|
|
|
|
. |
При |
больших |
|
уклонах |
(градиентах |
напора) |
может |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
быть |
очень |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
большим |
|
|
|
суффозия |
(вымыв песка |
|
из |
тела |
плотины). |
Эти, |
и |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
начаться |
механическая |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
проектировании |
|
грунтовых |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
им |
задачи |
, |
|
|
решаются |
|
при |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
подобные |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
и их |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
гидротехнических |
сооружений |
оснований |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
плотины |
|
с экраном |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
показано |
поперечное |
сечение |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
На |
|
|
|
|
|
|
|
г условно |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
рис. 3.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(железобетона), |
уложенного |
на |
верховой грани |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
из негрунтового |
|
материала |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
практически |
сухое: за |
|
экраном водонасыщенным |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
плотины. |
Тело этой плотины |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Если |
|
основание |
плотины |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ниже УНБ. |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
только |
|
|
|
|
, расположенный |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
будет |
|
грунт |
то |
в |
|
нем также |
устраивается |
|
|
противофильтрационное |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
водопроницаемое |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
шпунт, |
рис. |
|
|
е). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
металлический |
3.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
устройство |
(например |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с ядром, |
|
(рис. |
3.2д) |
имеет |
верховую |
и |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
плотина |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Насыпная |
грунтовая |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(песок |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
-гравийная |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
низовую |
призмы |
из |
водопроницаемых |
грунтов |
|
|
|
песчано |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
суглинок). |
У |
плотины |
такой |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ядро |
(глина, |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
смесь) и |
|
водонепроницаемое |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
только |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
конструкции |
в водонасыщенном |
взвешенном |
состоянии |
находится |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
УНБ |
- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
а |
низовая |
выше |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
выше |
ядра), |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
( |
расположенная |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
верховая |
|
призма |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
сухая. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
практически |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
92
Особую группу насыпных плотин составляют земляные насыпные
плотины, возводимые в северной строительно-климатической зоне. Эти
плотины подразделяются на две подгруппы - мерзлые и талые.
Земляные намывные плотины намываются средствами гидро¬
механизации из грунтов от глинистых до гравийно-галечных. Виды земляных
намывных плотин показаны на рис. 3.3.
а) |
УВб |
|
2 |
Ш |
б) |
|
УВб |
|
2 |
т |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
. 5 |
* |
1 |
|
|
S) |
'Вб |
6 5 |
|
|
0 |
Вб |
5 |
|
|
|
2 |
|
|||
) |
|
|
|
2 |
т |
|
|
|
16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
д) |
|
5 |
У 1 |
S |
|
|
|
|
в 7 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 3.3 Виды намывных плотин
1 - крепление верхового откоса; 2 - дренаж; 3 - намывное ядро; 4 - намывные
промежуточные зоны; 5 - намывные боковые зоны; 6 - намывнвя центральная
слабоводопроницаемая зона; 7 - боковые насыпные призмы (банкеты); 8 - сейсмостойкое крепление откоса; 9 - насыпное глинистое ядро
Каменно-земляные плотины: грунты тела - крупнообломочные,
грунты противофильтрационных устройств- от глинистых до мелкопесчаных. Сечения каменно-земляных плотин показаны на рис. 3.4.
На рис. 3.4в изображено поперечное сечение неоднородной каменно¬
земляной плотины: ее верховой клин - грунтовый экран (глина, суглинок), низовой клин и центральная часть- каменная наброска. Основная часть напора
фильтрующейся воды теряется на экране (или на ядре, рис. 3.46). На границах между материалами (суглинком, песком, каменной наброской) устраиваются
прослойки из материалов промежуточной крупности - обратные фильтры
(поз. 3). Назначение обратных фильтров - не допустить вымывания (уноса)
мелких частиц (суглинка в песок, песка в каменную наброску) под действием
фильтрующейся воды. Размер частиц обратных фильтров выбирается таким,
чтобы эти частицы не могли свободно проходить через поры (пустоты) в
грунте, уложенном ниже обратного фильтра.
93
а) |
|
|
( гз |
б) |
\ т { |
4 |
J б |
|
|
|
|
*> |
т |
|
& |
|
|
|
|
|
|
t |
|
|||
|
|
Y |
|
|
|
|
||
|
5 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5) |
чУ» |
U |
2 |
/ |
06 |
|
|
|
|
|
J |
J |
|
|
|||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
£ ХУНб |
|
|
|
:>*• <8> «У |
«Ю |
|
|
|
|
|
|
|
US |
|
|
|
|
|
Рис. 3.4 Виды каменно-земляных плотин
1 - крепление верхового откоса; 2 - грунтовый экран;
3 - переходные слои (обратные фильтры); 4 - грунтовое ядро;
5, 6 - верховая и низовая призмы; 7, 3 - верховая и центральная грунтовые противофильтрационные призмы
Каменно-набросные плотины: грунты тела- крупнообломочные, про¬ тивофильтрационные устройства - из негрунтовых материалов, (рис. 3.5).
НМ |
Я |
1 |
6) l /fПУ |
6 |
|
|
|||
J 4 |
|
|
|
|
Я) |
|
тшШтт |
||
2 |
¥ т Y |
|
||
<г |
|
|
|
'I
Рис. 3.5 Виды каменно-набросных плотин
1 - тело плотины из каменной наброски; 2 - противофильтрационная завеса; 3 - зуб экрана; 4 - железобетонный экран; 5 - верховой клин из каменной наброски;
6 - металлическая диафрагма; 7 - низовой клин из каменной наброски
Примечание. Номенклатура грунтов регламентируется требованиями ГОСТ (Государственных общероссийских стандартов) и СНиП (строительных
норм и правил). Согласно ныне действующим ГОСТ, грунты подразделяются на
скальные и нескальные. Плотины возводятся из нескальных грунтов. Нескальные
грунты в зависимости от крупности частиц, их плотности, пористости,
сопротивления одноосному сжатию подразделяются (в порядке убывания
крупности частиц) на крупнообломочные (валунные, галечниковые, гравийные),
песчаные, пылевато-глинистые (супеси, суглинки, глины).
3.2.2. Бетонные и железобетонные плотины
Бетонные и железобетонные плотины по своей конструкции делятся на
гравитационные, контрфорсные и арочные. Каждый тип плотины может иметь как глухие, так и водосбросные участки. Обычно бетонные плотины возводятся
на скальных основаниях. Наиболее распространенные варианты конструкций
бетонных плотин на скальных основаниях показаны на рис. 3.6.
в) УВб
|
|
1 |
|
|
т |
Л |
9 эс |
т Т |
|
II |
|
д) |
|
|
|
|
Гравитационные: |
4 |
|
а) - массивная; |
|
б) - с расширенными швами; |
|
3 |
|
в) - с продольной полостью у основания; |
|
|
г) - с экраном на напорной грани; |
|
|
д) - с анкеровкой в основание |
|
|
1 - расширенный шов; |
|
|
2 - продольная полость; 3 - экран; |
|
|
- |
|
|
4 - предварительно напряженный анкер; |
Рис. 3.6-1 Конструкции бетонных и железобетонных плотин
на скальных основаниях
Гравитационные плотины (рис. 3.6-1(а-д)) удерживают давление воды
(сохраняют устойчивость на сдвиг и опрокидывание) благодаря своему весу.
Современные гравитационные плотины, рис. 3.6-1 а, имеют форму поперечного
сечения близкую к прямоугольному треугольнику с основанием, составляющим 0,7-0,8 её высоты. Верховая грань плотины почти вертикальная, низовая -
наклонная.
Устойчивость плотины на сдвиг обеспечивается весом плотины: в
первом приближении максимально возможная сила трения по контакту плотины с основанием Т (величина которой равна весу плотины G, умноженному
на коэффициент трения материала плотины пооснованию f), должна быть
больше сдвигающей силы W-гидростатического давления со стороны верхнего
бьефа. Это условие и определяет ширину плотины по основанию.
Гравитационная плотина должна быть не только устойчивой на сдвиг, но
и прочной. Ее тело не должно разрушаться от черезмерного сжатия или
растяжения. Для этого выполняются расчеты ее на прочность. Кроме тела
плотины, её основными конструктивными элементами, обычно являются
противофильтрационные и дренажные устройства. Цель первых- уменьшение фильтрационных расходов через бетон плотины и скалу основания, цель
вторых - перехват (организованный сбор) профильтровавшейся воды.
95
Чаще всего бетонные гравитационные плотины возводятся на скальных
основаниях. Если скальное основание недостаточно прочно, то при
строительстве производится укрепление основания, чаще всего- это площадная укрепительная цементация- закачивание цементных растворов в пробуренные в основании скважины, растворы заполняют трещины, пустоты в основании.
Контрфорсные плотины, (рис. 3.6-2 ж-и), представляют собой
наклонные стены, перегораживающие поток, и опирающиеся на контрфорсы-
треугольные опоры-стены, расположенные вдоль потока. Устойчивость
контрфорсных плотин на сдвиг от действия гидростатического давления
верхнего бьефа обеспечивается не только весом самой плотины, но и пригрузкой
воды напорной грани плотины. |
|
л |
11 |
|||
|
|
|
1-1 |
|
||
УВБ |
|
|
3) |
|
- |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
6 |
|
7 |
|
5 |
/Г |
|
|
1 Нб |
//Г |
|
V |
|
|
|
|
|||
|
|
X |
т |
|
|
|
и) |
ы |
т |
|
|
|
|
|
- |
|
|
|
||
|
|
5 |
- контрфорсы; 6 - массивные оголовки; |
|||
mYi |
|
|
7 - арочное перекрытие; |
|
|
|
|
|
|
8 - плоское перекрытие |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 3.6-2 Конструкции бетонных и железобетонных плотин
на скальных основаниях
Контрфорсные: ж) - массивно-контрфорсные; з) - многоарочные; и) - с плоским перекрытием
На рис. 3.6-2 (и) показано поперечное сечение контрфорсной плотины с
плоскими перекрытиями. Перекрытия могут быть на арочных и многоарочных
плагинах (рис.3.6-2, з), либо могутвообщеотсутствоватьу массивно-контрфорсных
плотин, (рис. 3.6-2, ж). У массивно-контрфорсных плотин роль перекрытий играют
утолщения со стороны напорной грани- оголовки контрфорсов.
Арочные плотины, (рис. 3.6-3 (к-н)), представляют собой арки (своды), положенные «на бок». Устойчивость арочных плотин, в основном, обеспечивается
передачей распора (нормальной силы в арочных поясах) на берега. В узких ущельях арочные плотины представляют собой тонкостенные конструкции. В
широких ущельях поперечное сечение арочной плотины может быть достаточно
96
массивным, сходным с сечением гравитационной плотины с уклоном низовой
грани 0,3-0,6, такие плотины принято называть арочно-гравитационными.
л о
Рис. 3.6-3 Конструкции бетонных и железобетонных плотин
на скальных основаниях
Арочные: к) - с защемленными пятами; л) - с периметральным швом;
м) - из трёхшарнирных поясов; н) - с гравитационными устоями;
9 - периметральный шов; 10 - трехшарнирные пояса;
11 - шарниры; 12 - гравитационные устои
Для оценки состояния плотин в период их строительства и эксплуатации в
них устанавливаются приборы для измерения различных диагностических
параметров - напоров фильтрующейся воды, перемещений, деформаций,
взаимных смещений отдельных конструктивных элементов.
Бетонные и железобетонные плотины на нескальных основаниях, как
правило, применяются для водосбросных участков напорного фронта и входят
в состав напорного фронта, где основным водоподпорным сооружением является
плотина из грунтовых материалов. Примеры таких конструкций даны на рис. 3.7.
УВБ
в)
УВБ
т |
Рис. |
3.7 Водосбросные плотины на |
|
нескальном основании |
а- водосливная; 6 - с глубинными водосбросами;
в- двухъярусная
97