Бетонные арочные плотины. Види арочних плотин

Арочними плотинами называют криволинейнне в  плане водоподпорные сооружения,  работающие как свод или оболочка и сопротивляющиеся действию горизонтальних нагрузок в основном за счет упора их в берега ущелья (рис. 12.1).

 Рис. 12.1. Арочная плотина: а - план; б - сечение по А-А; а - разрез по оси плотинн О-О

Горизонтальные сечения арочных плотин  (арки)  имеют обычно круговое очертание с нормальным опиранием пят арок в берега (рис. 12.2,а). Поперечные профили арочных плотин (консоли) весьма различны по форме и в ряде случаев назначаются криволинейными по вертикали (рис. 12.2,б).

По характеру работы на основную сдвигающую нагрузку - горизонтальное давление води арочные плотины принципиально отличаются от гравитационных. В арочных плотинах силы сопротивления по подошве сооружения, зависящие от веса сооружения, принимают малое участие в работе плотины против сдвига. Устойчивость их обеспечивается в основном за счет упора сооруже­ния в берега. Это позволяет проектировать арочные плотины с весьма малой толщиной, определяемой лишь условием прочности материала сооружения.

Профили арочних плотин значительно более обжаты по сравнению с гравитационными плотинами и характеризуются так называемым коэффициентом стройности  - относительной толщи­ной плотины, равной

где - толщина плотины у основания;
       Н - высота плотины.

Для тонких арочных плотин  (сравнить с гравитацион­ными плотинами, для которых . Наиболее стройными з построенных арочных плотин являются Толла - = 0,023-0,048, Вайонт- =0,084 и др.

 Рис. 12.2 Сечения арочных плотин:
а - горизонтальное сечение (арка); б - вертикальные сечения - профили плотин; 1 - Тинь (Н=180 м; =44,5 м; -1,63); 2 - Мори (Н=65 м; =18 м; = 2,86); 3 - Аншане (Н=75 м; = 11 м; =3,07); 4 - Валь-Галина (Н=92 м; =11,2 м;  =2,48); 5 - Озильетта   (Н=77 м; =10,8 м;   =2,91); 6 - Абу-Шенейна  ( Н-335 м.
проект)

 Рис. 12.3 Ладжанурская плотина высотой 67 м: а - вид с верхнего бьефа;  б - поперечный разрез;   1 - трубы    донного водоспуска; 2 -линия естественной поверхности грунта;  3 - строительные температурно-усадочные швы;  4 - решетка;  5 - трехшарнирная  експериментальная  арочная  плотина   (водобойная стенка); 6 - консольньїе служебньїе мостики

Таким   образом  толщина   арочных  плотин   (и,   следовательно, объем бетона на 1 м)  меньше, чем в гравитационных плотинах, в п иногда в 6-8 и более раз.

Общая экономия бетона по всей плотине вследствие криволинейности арочных плотин в плане характеризуется несколько меньшими величинами

 Рис. 12.4 Ингурская плотина высотой 271,5 м:
а - поперечное сечение ключевой консоли А-А; б - тоже, боковой консоли Б-Б; в - план разрез на отметке 180; г - вид с нижнего бьефа (развертка по основанию низовой грани); 1 - водосливные отверстия; 2 - помещения для затворов; 3 - служебные мостики; 4 - контурный шов; 5 - цементационные галереи; 6 - водосбросные отверстия строительного периода; 7 -водосбросные глубинные, отвер­стия; 8 - продольный строительный шов; 9 - смотровые галереи; 10 - дренажные галереи; 11 - дрены из пористого бетона; 12 - дренажная завеса 13 - границы укрепительной цементации; 14 - заделка разлома и трещин горным способом; 15 - строительные швы; 16 - береговые упоры;   17 - цементационная   завеса;     18 - естественная     поверхность  скалы; 19 - поверхность здоровой скалы

и для современных арочных плотин составляет величину  35-65%.

Для весьма стройных арочных плотин экономия бетона может достигать и больших величин. Так, в арочной плотине Гаж (Франция), имеющей Н = 38 м, =1,8 м и  = 0,047, объем бетона составил 18% по сравнению с гравитационным вариантом.

При определении экономичности арочных плотин следует учитывать, что к бетону арочных плотин предъявляются более высокие требования, и, следо­вательно, его стоимость выше, чем в гравитационных плотинах, однако удорожание 1 м³ бетона при этом обычно не превосходит 10-15%.

Высокая экономичность арочных плотин при од­новременной их надежности объясняет их широкое распространение. В настоящее время построено более 300 арочных плотин высотой свыше 30 м.

Первая арочная плотина Понте Альто, построенная в 1611 г. в Италии, была каменной (на растворе) с радиусом 15 м и высотой 5 м. В дальнейшем ее нес­колько раз достраивали и в 1883 г. ее высота состави­ла 38 м.

В XIX в. небольшие плотины строились в Европе и США, но наибольшего развития строительство этих плотин достигло в XX в.

В Советском Союзе в 1937 г. построена первая арочно-гравитационная Гергебильская плотина высо­той 57,5 м, а в 1960 г. закончено строительство Ладжанурской арочной плотины высотой около 67 м (рис: 12.3). В настоящее время проектируются и строятся ряд крупных гидроузлов с арочными плотинами от 100 до 300 м, к ним относятся Ингурская (рис. 12.4), Саяно-Шушенская (рис. 12.5), Чиркейская (рис. 12.6) и др.

 Рис.  12.5   Саяно-Шушенская   гравитационно-арочная   плотина   высотой   234   м
(СССР, в постройке): а - поперечный разрез;  б - план;  1 - эксплуатационные водосбросные отверстия; 2 - строи­тельные  (временные)  водосбросные отверстия;  3 -  водобойный    колодец;    4 - здание  ГЭС;  5 - шов-надрез (в русловой части); 6 - устой перемычки; 7 - водосброс