10.4. Плотины с металлическими противофильтрационными элементами
Металлические противофильтрационные элементы в виде экранов и диафрагм также находят применение в плотиностроении. Главными их преимуществами являются высокая прочность, устойчивость к деформациям, высокая водонепроницаемость. В качестве материала используются сталь специальных марок или сталь строительных марок с принятием специальных мер против коррозии.
К настоящему времени в мире построено около 60 плотин данного типа. Самой высокой из них является плотина Чизмен (США) высотой 72 м с металлическим экраном, а в России – плотина Серебрянской ГЭС-2 с металлической диафрагмой высотой 64 м. В подавляющем большинстве плотин в качестве материала насыпи использованы каменная наброска, галька, гравий, песок и различные их сочетания.
Металлические экраны выполняются из отдельных листов. Листы для экрана должны иметь максимальные размеры по длине и ширине для уменьшения общей длины швов. Толщина экрана составляет 8 – 10 мм. Основным способом соединений отдельных листов является сварка. Листы экрана на месте соединяются монтажными болтами, затем производится сварка непрерывным швом отдельных листов, приварка компенсаторов и ребер жесткости. Экраны обычно имеют u-образные компенсаторы через 7-10 м.
Металлические диафрагмы выполняются отдельными ярусами высотой 6-10 м, как из отдельных элементов заводского изготовления, так и из укрупненных монтажных элементов, собираемых на стройплощадке (рис.10.4.2.). Высота ярусов монтажа диафрагмы, общие размеры и масса укрупненных элементов назначаются с учётом характеристик применяемых грузоподъемных кранов.
Рис. 10.4.2. Металлическая диафрагма из сборных элементов, соединяемых «в замок». Вариант схемы разрезки диафрагмы на ярусы монтажа (размеры, м):
1 — сборные элементы; 2 — межъярусный сварной шов; 3 — контурный бетонный зуб; 4 — цемзавеса; 5 — строительный туннель; 6 — водосброс;
/, //, /// — ярусы монтажа диафрагмы.
На строительстве Серебрянской ГЭС-2 в качестве элемента диафрагмы применялся шпунт корытообразного профиля ШП-1, соединенный «в замок». В качестве герметизации щелей в замковых соединениях применяются профильная резиновая лента, тиокол и другие герметики.
Технология возведения плотин с металлическими противофильтрационными элементами практически не отличается от обычной технологии возведения плотин с грунтовыми элементами. Также как и в иных плотинах отсыпка переходных слоев (при их необходимости), примыкающих к металлическому экрану или диафрагме, должна производиться тонкими слоями 0,5 – 1,0 м с тщательным уплотнением (рис.10.4.3.). Общая возможная технологическая схема возведения плотины с металлической диафрагмой дана на рис. 10.4.4.
Рис. 10.4.3. Схемы отсыпки каменнонабросной плотины с металлической диафрагмой тонкими (а) и мощными (б) слоями
/, // — слои отсыпки упорных призм; Iа, IIа, ... — слои отсыпки грунта в переходные зоны.
Рис.10.4.4 Общая схема производства работ при возведении плотины с диафрагмой
1 - монтаж диафрагмы; 2, 3, 4 - отсыпка, разравнивание и уплотнение грунта в тело плотины
Основные технологические преимущества плотин с тонкими металлическими экранами и диафрагмами заключаются в простоте технологий, в возможности отказа или в упрощении требований к дорогостоящим и обратным фильтрам и переходным слоям, в ликвидации сезонных работ, в сокращении сроков строительства.
Широкое распространение такого типа плотин ранее сдерживалась относительной дороговизной металла, отсутствием эффективных мер борьбы с коррозией, наличием конкурирующих створов с благоприятными условиями для возведения плотин с грунтовыми противофильтрационными элементами. С продвижением гидростроительства в районах Крайнего Севера целесообразность выбора такого типа плотин возрастает.