Водоподпорные сооружения (плотины)

Плотины - это сооруже­ния, перегораживающие русло реки и создающие в ней подпор во­ды. Материалом для плотин служат бетон и железобетон, дерево, камень и различные грунты; соответственно плотины называются бетонными, железобетонными, деревянными, каменными и грунто­выми. Наиболее распространенными являются плотины бетонные и из грунтовых материалов - песка, супесей, суглинков, глин, гра­вия, галечника и их смесей, а также рваного камня.

Бетонные плотины делят на гравитационные (массивные), контрфорсные и арочные: гравитационные в поперечном разрезе имеют форму треугольника с шириной основания,   равной около 2/3 высоты, или трапеции; низовая грань прямолинейна или криволинейна   (рис.  1.2, а, б);  в

Рис. 1.2 Схемы бетонных плотин

плане плотина обычно прямолинейная; контрофорсные плотины представляют собой стены  (1)  более тонкие чем в гравитационных плотинах, но они усилены контрфорсами   (2) - стенками, расположенными со  стороны  нижнего  бьефа нормально к основной  и подпирающими ее  (рис.  1.2, б);  арочные логины имеют в плане всегда криволинейное очертание  (откуда название плотин) с выпуклостью, обращенной к верхнему бьефу, и в поперечном (вертикальном) разрезе это сравнительно тонкие стенки слегка криволинейной формы (рис. 1.2, г).

Бетонные плотины бывают глухими, если они не пропускают воды в нижний бьеф, и водопропускными, водосбросными, если они имеют отверстия для сброса воды. В первом случае вода верхнего бьефа, притекающая к плотине, удаляется или через другие, соору­жения, возводимые рядом с глухой плотиной (например, через зда­ние гидроэлектростанции, береговые водосбросы), или отводится из верхнего бьефа с помощью водопроводящих сооружений (каналов, трубопроводов, туннелей) к потребителям, например в системы во­доснабжения или орошения и др.

В водопропускных плотинах вода пропускается в нижний бьеф через отверстия, которые могут быть: поверхностные или водослив­ные 1 (рис. 1.3, а) и погруженные под уровень воды верхнего бье­фа - глубинные 1 (рис. 1.3, б, г),

Рис. 1.3 Схемы водосбросных отверстий в плотине

вчастности донные 1 (рис. 1.3, в). С помощью водосливных отверстий уровень верхнего бьефа может быть снижен до гребня водослива, а глубинными отверстиями -до уровня их порога.

Отверстия (1) отделены друг от друга бычками 2 и снабжаются подвижными конструкциями (обычно металлическими) - затворами, опирающимися на бычки или стену (устой) плотины 3 и мо­гущими закрывать отверстия (рис. 1.4, а) полностью или частично (рис. 1.4,6) или держать открытыми (рис. 1.4, в). Наличие затво­ров позволяет регулировать расходы воды, выпускаемые из верх­него бьефа (водохранилища) Q. Так, если водосливные отверстия

Рис. 1.4 Схемы работы затворов

рассчитаны на пропуск максимального расхода воды Q_mах (рис. 1.4, в), при нормальном подпорном уровне (сокращенно обозначает­ся НПУ), то для удержания уровня верхнего бьефа на той же от­метке при уменьшении притекающего расхода воды Q<Q_mах до­статочно частично прикрыть отверстие (рис. 1.4,б).
При наличии глубинных затворов можно выпускать воду из водохранилища (как говорят «срабатывать» его) при любом НПУ до заданной отметки уровня сработки (УС), маневрируя затворами (рис. 1.4, г). Словом, наличие затворов позволяет широко «распо­ряжаться» водой реки в соответствии с нуждами ее потребителей.

Плотлны из грунтовых материалов - это насыпи из грунтов, имеющие в поперечном разрезе форму трапеции (рис. 1.5); откосы их могут иметь заложение т (котангенс угла , составляемо­го линией откоса с горизонтом), равное минимально 0,9-1,2 (для каменных) и 1,5 (для земляных плотин). В зависимости от рода грунта, качества основания заложение откосов может достигать ве­личины З-5 и более.

Земляные   плотины из песков, супесей и  легких суглин­ков проницаемы для воды, и она фильтруется через тело плотины, насыщая его до поверхности уровней аbс (рис. 1.5, а), называемая

Рис. 1.5 Профили плотин из грунтовых материалов

депрессионной (в поперечном разрезе - это кривая депрессии). Для уменьшения или для предотвращения фильтрации устраивают водонепроницаемые зоны в теле плотины - экраны 1 (рис. 1.5, б) или ядра, диафрагмы 2 (рис. 1.5, в). Эти водонепроницаемые элементы выполняются из глины или суглинка, бетона и железобетона, метал­ла и других материалов и смыкаются с водонепроницаемым основа­нием 4 плотины.
Плотины каменно-земляные выполняют из гравийных, галечниковых материалов или рваного камня; водонепроницаемыми элементами здесь тоже служат экраны или ядра из суглинков и глин. По контакту их с телом плотины укладывают переходные слои 3 из гравия, щебня (рис. 1.5, г).

Плотины из грунтовых материалов выполняют, как правило, глухими; в невысоких каменных плотинах допускают иногда пере­лив воды через гребень при надлежащем креплении его и низового откоса.