Классификация арочных плотин

По относительной толщине профиля - коэффициенту стройности различаются следующие ти­пы арочных плотин: тонкие <0,2; толстые =0,2-0,35; арочно-гравитационные >0,35.

Коэффициент стройности арочной плотины определяется обычно по размерам арочной части плотины, исключая мест­ные утолщения, например, в ви­де «пробки», которая иногда устраивается в нижней части плотины.

По высоте арочные плоти­ны разделяют на три катего­рии: низкие - до 40 м; сред­ней высоты 40-100 м; высо­кие - более 100 м.

По форме различают: ароч­ные плотины с одной кривиз­ной, поверхность которых име­ет кривизну только в горизон­тальном направлении (цилин­дрические) с двоякой кривиз­ной; при значительном искрив­лении профиля по высоте пло­тины называются купольны­ми.

По характеру сопряжения с основанием различают следую­щие типы арочных плотин: с упругой заделкой пят; с контурным (периметральным) швом (см. рис. 12.13, г; см. также рис. 12.4, 12.7, 12.10); со швами, или швами-надрезами, устраиваемыми в нижней части опирания сооружения (см. рис. 12.13, в).

По способу пропуска воды арочные плотины бывают: глухие, не имеющие устройств для сброса воды; водосбросные, с поверх­ностными или глубинными отверстиями.

По материалу арочные плотины могут быть: каменные, бетон­ные, железобетонные.

Как правило, арочные плотины строятся бетонными, железобе­тонные арочные плотины строятся редко, каменные в настоящее время не строятся.

Существуют и другие менее характерные    признаки    арочных плотин, по которым может быть произведена классификация, на­пример различают арочные плотины в узких или широких (> 3-3,5) створах, в симметричных или несимметричных ущельях

Рис.  12.6 Чиркейская плотина высо­той 236 м, =1,18:
1 - фундаментный    массив    (пробка);   2 - здание ГЭС; 3 - цементационная завеса

 Рис. 12.7 Плотина Вайонт  высотой 266 м  (Ита­лия):
а - поперечный разрез; б - развернутый профиль по оси плотины (вид с нижнего бьефа); 1 - поверхность скалы; 2 - контурный шов; 3-7 - криволинейные швы (примерно горизонтальные); 8 - временные усадочные швы;9 - водослив

 Рис.  12.8   Плотина   Мовуазен   высотой 237 м, =2,26 (Швейцария):
1 - смотровые   галереи;    2 - дренажная   гале­рея;  3 - цементационная  галерея;   5 - цемен­тационная завеса;   4, 6 - зоны укрепительной цементации; 7 - дренажные скважины

 Рис. 12.9 Плотина Толла высотой 88 м (Франция, о. Корсика):
а - продольный разрез;  б - поперечный разрез;  1 - водослив;  2 - поверх­ность скалы; 3 - контур плотины

 Рис.      12.10       Плотина Пьеве  ди Кадоре  высо­той 112 м (Италия):
а - продольный разрез; б - разрез по А-А; в -разрез по Б-Б; г - сечение проб­ки; 1 - контурный шов; 2 - смотровые галереи; 3 - шахты для измерений и спуска в галереи; 4 - дре­наж

и т. д. Наиболее экономичные арочные плотины могут быть пост­роены лишь в благоприятных для их осуществления геологических и топографических условиях.

Геологические условия должны обеспечить возмож­ность передачи значительных усилий от плотины на берега до­лины, при высоком уровне   сжимающих   напряжений в плотине, достигающих в современных пло­тинах до 10-12 МПа (100-М20 кГ/см²).

Для восприятия указанных усилий (без развития вредных для сооружения деформаций) бе­рега в створе плотины должны быть сложены прочной, монолит­ной, малодеформирующейся ска­лой. Кроме того, скала должна быть водоустойчивой и водонеп­роницаемой. В наибольшей степе­ни этим требованиям удовлетво­ряют изверженные породы или крепкие осадочные породы - песчаники,  известняки.

В естественных условиях, од­нако, в скальных массивах часто; встречаются   инженерно-геологи­ческие дефекты в виде   крупных нарушений сплошности  (сбросов, разломов, ослабленных прослоек), мелкой трещиноватости и систем: напластования   с   ослабленными породами.  Особенно  неблагоприятны указанные нарушения в слу­чае их простирания по направлению возможного сдвига берегового  массива   (в  сторону  нижнего бьефа).

При   строительстве    арочных плотин в таких неблагоприятных условиях приходится выполнять сложные мероприятия по укреплению скального основания (площадную цементацию основания, расчистку и заделку бетоном трещин и т. д.).

Топографические условия створа существенно влия­ют на экономичность профиля арочных плотин. Определяющее значение при этом имеет относительная ширина долины или коэффициент створа п = , где L- длина арочной плотины по гребню. В узких створах при небольших пролетах перекрываемой долины арки плотины могут

 Рис. 12.11 Плотина Мулен-Рибу высотой 16,2 м, =10 (Фран­ция): а - поперечные сечения; б - деталь опорного шарнира; 1 - медный лист, 2 - битумное покрытие; 3 - гибкий бе­тонный элемент (20 мм); 4 - металли­ческая  сетка;  5 - горизонтальные  швы

выполняться достаточно тонки­ми. В широких створах арочные плотины не всегда могут быть экономичны. До недавнего времени считалось, что арочные пло­тины могут строиться при п<3-3,5, причем для тонких арочных плотин п<1,5-2. В настоящее время построены и проектируются достаточно экономичные плотины    при    величине    коэффициента

 Рис. 12.12 График зависимости   коэффициента   стройности   арочных   плотин от отношения длины плотины по гребню к ее высоте:
I- осредненная кривая; II- максимальная кривая; III- минимальная кривая; 1 - Вайонт. 262; 2 - Мовуазен 237; 3 - Глен-Каньон, 216; 4 - Куробе-4, 186; 5 -Тинь, 182; 6 - Канкано II, 172; 7 -Плас Мулен, 154; 8 - Санта-Джустина, 153; 9 - Церврейла, 151; 10 - Монтейнар, 150; 11 - Муари, 148; 12 - Лиммерибоден, 145; 13 - Доннельс, 145; 14 - Валле ди Лей, 143; 15 - Фрера, 138; 16 - Лумией, 136; 17 - Кабрил, 135; 18 - Борегард, 132; 19 - Ка­риба, 125; 20 - Лимберг, 120; 21 - Пакоима, 116; 22 - Кастелу ду Боди, 115; 23 - Пьеве ди Кадоре, 112; 24 - Мозербоден Дроссен, 112; 25 - Камишиба, 110; 26 - Кырджали, 103; 27 - Кастийон, 100; 28 - Пикоте, 95; 29 - Эгль, 95; 30 - Понтезей, 93; 31 - Валь-Галина, 92; 32 - Мальвалья, 92.; 33 - Мареж, 90; 34 - Толла, 88; 35 - Шастан, 88; 36 - Фиастро, 87; 37 - Туль, 80; 38 - Какавякя, 85; 39 - Россенс, 83; 40 - Канисада, 82; 41 - Пиантелессио, 80; 42 - Саламонди, 78; 43 - Озильетта, 77; 44 - Аншане, 75; 45 - Санта Лучия, 72; 46 - Ладжанурская, 69; 47 - Мальпассе, 66,5;. 48 - Куэск, 66; 49 - Бусан, 65; 50 - Мори, 65; 51 - Тонояма, 64,5; 52 - Фортецца, 63; 53 - Барреа, 62,8; 54 - Метилья, 62,5; 55 - Балле ди Ка-Доре, 61,2; 56 - Пельтон, 61; 57 - Кларк, 61; 58 - Барчис, 59,8; 59 - Амбиеста, 59,2; 60 - Добра, 52; 61 - Шиффенен, 47; 62 - Изола, 45; 63 - Публино, 42; 64 - Гаж, 38; 65 - Уэд Меллег, 38; 66 - Варгфорс, 37; 67 - Ингурская, 271,5; 68 - Чиркейская, 236; 69 - Саяно-Шушенская, 234 (в перечне указана высота плотины, м)
створа п до 10 (например, плотина Пьеве ди Кадоре п=7,5, плотина Мулен Рибу п =10 и др.)

Расширение области примени­мости арочных плотин получено за счет устройства в плотине конструктивных швов, повышающих арочный эффект в работе сооружения.

Влияние коэффициента створа п на величину коэффициента стройности арочных плотин (их экономичность) показано на гра­фике зависимости  (рис. 12.12).

При одном и том же коэффициенте створа п экономичность арочной плотины зависит от формы сечения створа, которая может быть близкой к прямоугольной, трапецеидальной, треугольной или иметь более сложное, часто несимметричное очертание. Наиболее благоприятна форма, близкая к треугольной, при которой нижние арочные сечения плотины, подвергающиеся большему гид­ростатическому давлению, имеют меньшие пролеты, что позволяет выполнять их более тонкими, чем в случае трапецеидального или прямоугольного сечения створа.

 Рис. 12.13 Схемы устройства арочных плотин при сложных формах сечений
створа:
а - с выемкой выпуклой части берега;    б - с    береговым    устоем;    в - с пробкой; г - л периметральным швом;  д - с береговыми открылками;  1 - береговой устой;  2 - проб­ка; 3 - контурный шов; 4 - береговые открылки

Более сложные очертания сечения створа  (рис. 12.13)  небла­гоприятны вследствие резких изменений пролетов арок по высоте, что приводит к возникновению концентраций напряжений в пло­тине. На практике, однако, возникает необходимость использования и указанных створов для возведения арочных плотин. При этом выполняются специальные работы по облагораживанию фор­мы сечения опирания плотины путем устройства: скальных выемок выпуклых частей берега (рис. 12.13,а), бетонных гравитационных массивов, в виде береговых устоев  (рис.  12.13,б)  или «пробок» (рис. 12.13,в), служащих искусственным основанием для арочной части плотины. В частных случаях фундаментный массив (седло)  устраивают по всему контуру опирания арочной части плотины,  которая в этом случае обычно отделяется от него контурным (периметральным) швом (рис. 12.13, г). Контурный шов обеспечивает плавную и симметричную форму контура опирания арочной части плотины, при которой обеспечивается более равномерный харак­тер напряженного состояния сооружения.

При форме сечения створа, показанной на рис. 12.13,д, устраи­вают  комбинацию   арочной   плотины,   перекрывающей   центральную, наиболее глубокую часть створа, с береговыми открылками в виде гравитационной или контрфорсной (возможно и с земля­ной) плотины, возводимой в пределах резко расширяющей части створа.

Для строительства арочных плотин предпочтительными явля­ются створы в местах сужения долины в плане (см. рис. 12.1), которые обеспечивают для пят арок естественные упоры на схо­дящихся склонах долины.