11.7. Облегченные типы бетонных

И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ВОДОСЛИВНЫХ ПЛОТИН

Большой расход материалов для возведения массивных грави­тационных бетонных плотин, наличие неравномерных напряжений в их основании и недостаточно полное использование свойств мате­риала в них привели к разработке ряда новых облегченных кон­струкций бетонных и железобетонных плотин: бетонные плотины с расширенными швами, с продольными полостями у основания, яче­истые с анкеровкой в основании, контрфорсные и др. Первые два типа плотин не нашли широкого распространения, что объясняется заметным усложнением производства работ при их строительстве и незначительной экономией бетона. Более широкое распростране­ние получили плотины ячеистого типа, т. е. плотины с заменой час­ти бетона грунтом. На скальных грунтах сооружают плотины с ан­керовкой в основании. Применяют их до высоты 50... 60 м, так как при большей их высоте становится затруднительным осуществление необходимого для их нормальной работы предварительного натя­жения анкеров.

Наиболее широкое распространение получили контрфорсные плотины. Их строят как на скальных, так и на нескальных грун­тах. В последнем случае их выполняют с фундаментными плитами.

Преимущество контрфорсных плотин перед обычными грави­тационными плотинами заключается в экономии бетона при их воз­ведении до 20 ...40% и снижении стоимости на 15...35%. Устой­чивость контрфорсных плотин при уменьшенном их весе обуслов­ливается пригрузкой воды по напорной наклонной грани, а также уменьшением фильтрационного давления на их подошву в связи с меньшей ее площадью или устройством дренажа под фундамент­ной плитой, если она есть.

Конструктивно эти плотины могут быть выполнены массивно-контрфорсными многоарочными и с плоскими перекрытиями (см. рис. 9.4, е...з). Первый из этих типов плотин применяется наибо­лее часто. Объясняется это тем, что массивно-контрфорсные пло­тины имеют малоармированные элементы значительной толщины, вследствие чего их строительство возможно вести индустриальны­ми методами. Кроме того, плотины этого типа обеспечивают воз­можность получения достаточно больших вертикальных сжимаю­щих напряжений в основании нижней части напорной грани, что снижает возможность раскрытия конструктивного шва. Напорную грань плотины образуют оголовки контрфорсов либо криволиней­ного очертания, что обеспечивает сжимающие напряжения в го­ризонтальных сечениях, либо более простой формы в виде плоской

362

плиты, но при этом в оголовках могут возникать растягивающие напряжения.

Водосливная грань плотины образуется железобетонной пли­той. С целью исключения возможности отхода водосливных плит контрфорсов применяют специальные замки.

Контрфорсы с их перекрытиями отделены друг от друга шва­ми, что обеспечивает независимую осадку отдельных блоков.

Пролеты в осях между контрфорсами в плотинах этого типа могут достигать при небольших их высотах 9... 12 м, а в высоких плотинах—15... 18 м. Толщина контрфорсов составляет 2...8 м; по высоте она может быть переменной, увеличиваясь к основа­нию.

При строительстве многоарочных плотин получается несколько большая экономия бетона по сравнению с плотинами массивно-контрфорсными, но они более сложны в выполнении и часто тре­буют значительного армирования. Плотины с плоскими перекры­тиями по своей конструкции достаточно просты. Высота их обыч­но не превышает 35 м, хотя в некоторых случаях бывает и больше (плотина Родригес, Испания, Я = 76 м). Однако в настоящее время их строят редко. Объясняется это тем, что элементы этих плотин часто получаются тонкостенными, что неудобно при современных методах работ. Перекрывать же большие пролеты плоскими пли­тами нецелесообразно.

При расположении контрфорсной плотины на нескальном осно­вании устраивают фундаментную плиту. При этом подземный кон­тур плотины выполняют так же, как и в случае обычных бетонных плотин. Шаг контрфорсов в низконапорных плотинах этого типа колеблется в пределах 3...5 м, толщина их в пределах 0,3 ...0,5 м. Плиты перекрытия устраивают разрезными толщиной 0,2 ...0,5 м с утолщением к основанию. Для обеспечения водонепроницаемости напорной грани плотины плиты укладывают на контрфорсы по слою асфальтовой мастики. В случае устройства фундаментной плиты в нее жестко заделывают контрфорсы и обычно объединяют их в секции по 2...5 шт. Секции отделены друг от друга швами с соответствующими уплотнениями.

При небольшой толщине контрфорсоа во избежание их выпу­чивания между ними располагают балки жесткости, идущие вдоль плотины, чер'ез 3...6 м по высоте и 6... 10 м по горизонтали (см. рис. 11.33, в).

Расчеты плотин контрфорсного типа производят аналогично гра­витационным плотинам. Проверку на сдвиг осуществляют по фор­муле (11.45). Действующие на плотину силы показаны на рис. 11.30.

Нагрузки собираются на секцию плотины или ее элемент дли­ной /, равной расстоянию в осях между контрфорсами, если они не объединены фундаментной плитой. Толщину плит перекрытия обыч­но определяют, рассматривая их как балки, свободно лежащие на двух опорах и имеющие ширину 1 м. Действующими на них си-

363

лами являются собственный вес плит и гидростатическое давление воды (рис. 1131). По высоте рассматривают ряд таких балок. Расчетным пролетом балок является расстояние /=/о—²/з^а Ши­рину опорной части контрфорса а обычно принимают равной (0,5 1,0)с, где с- толщина плиты Плиты также следует проверять на срез, так как иногда их толщину определяют именно из этого усло­вия

Рис 11 30 Схема к расчету устойчивости контрфорсной плотины на сдвиг

Здесь W|—I идросгатичеекое давление воды со стороны верхнего бьефа* W₂ — давление

воды на напорную i рань плотины gi и (/4— соответственно нес пли г напорной и водо

сливной граней 6₂ — ntc контрфорса gj вес затвора учитываемый если затвор опирает

ся на трсбень плотины ^/,/ — фильтрационное давление воды

Рис 11 3.1 Схемы к расчету элементов контрфорсной плотины

Прочность отдельных контрфорсов низконапорных плотин про­веряют, вычисляя нормальные напряжения в горизонтальных се­чениях ст_у (кПа) по формуле

(11.49)

где 2 V и М — соответственно суммарная вертикальная сила и ее момент, действующие в рассматриваемом сечении контрфорса А и / — соответственно площадь и момент инерции сечения; х — рас­стояние расчетной точки от оси, относительно которой определен момент инерции

Ячеистые плотины по своей конструкции подразделяют на пло­тины из монолитного бетона (см рис 11 33, а), сборно монолитные (рис 1132) и сборные Наибольшее распространение получили первые два типа плотин, хотя их к настоящему времени построе­но немного Достоинствами этих плотин являются максимальное ис­пользование несущей способности бетона, меньший его расход и возможность механизации строительных работ, недостатками —

364

\

меньшая надежность в ряде случаев в отношении водонепроница­емости из-за большого количества стыков, сложность и трудоем­кость возведения

Ячейки этих плотин заполняют грунтом или камнем Размеры ячеек колеблются в пределах 1,5X1,5 6X6 м Грунт в ячейки по­дается самосвалами или транспортерами Толщина стен ячеек 0,1 0,8 м, а иногда и больше, контрфорсов— 0,1 1,0 м В ка­честве примера на рис 1132 приведена конструкция сборно-мо­нолитной плотины, которая состоит из продольных и поперечных стенок, образующих ячейки 5X3 или 5X5 м, заполненные грунтом Стенки каркаса изготовлены из пустотелых блоков, состоящих из двух плит толщиной 0,07 м, соединенных друг с другом арматур­ным каркасом Высота плит 0,5 м Границы блоков по высоте ука­заны пунктиром После монтажа блоков пространство между пли­тами было заполнено бетоном, что превратило конструкцию

Рис И 32 Ячеистая сборно монолитная плотина

/ — плоский колесный ытвор 2 дренаж 3— засыпка местнпм грунтом 4— шпунт, j — битумный мат 6 — обратный филыр

плотины из сборной в монолитную Фундаментная плита представ­ляет собой отдельные плиты, связанные с блоками Верховая и водосливная грани монолитные Сборные элементы плотины со­ставляют около 50 75% от ее общего объема

Расчеты подземного контура этих плотин, а также устойчивости их на сдвиг производят так же, как и для массивных плотин из бе­тона Применяют эти плотины как на скальных, так и на нескаль­ных грунтах.

365

Другой тип ячеистых плотин, позволяющий существенно сэко­номить бетон (20 ...40%) по сравнению с массивными плотинами, получают при загрузке полостей балластом. На рис. 11.33 приведе­но несколько таких конструкций. Первая из этих конструкций ре­комендуется СНиПом [10] для строительства на мягких грунтах.

Рис. 11.33. Водосливная плотина с засыпанными

полостями:

а — с глубинным водосбросом; б — контрфорсная с фунда­ментной плитой с загрузкой пространства между контрфор­сами балластом; в — контрфорсная реверсивная; / — бал­ласт; 2 — фильтр; 3 — балки жесткости'

Плотины, приведенные на рис. 11.33, б, в, являются контрфорс-ными, в которых полости между контрфорсами загружены баллас­том. Последняя из них (рис. 11.33, в), реверсивная, имеет напор­ную плиту не с верховой стороны, а с низовой. Эта же грань яв­ляется водосливной и пригружена не только грунтом, но и водой. 366

Недостатком контрфорсных плотин с пригрузкой грунтовым бал­ластом является то, что при наличии дренажа фундаментной пли­ты контроль за работой дренажа затруднителен.

\

П.8. (ЗАТВОРЫ ВОДОСЛИВНЫХ ПЛОТИН

Затварами водосливных плотин называют подвижные конструк­ции, предназначенные для частичного или полного перекрытия их отверстии с целью регулирования пропускаемых через них расхо­дов воды[ пропуска льда, плавающих предметов и т. п.

Затворы классифицируют по ряду признаков: по положению от-носительйо уровня воды — поверхностные и глубинные; по эксплу­атационному назначению — рабочие, ремонтные и аварийные (ава­рийные затворы в отличие от ремонтных закрывают отверстие в текущей воде); по способу передачи давления — на быки и устои, на порог сооружения, на порог и устои (быки); по материалу — стальные, из алюминиевых сплавов, железобетонные, деревянные и тканевые; по конструктивным признакам — плоские (рис. 11.34, а), сегментные (рис. 11.34, б), вальцовые (рис. 11.34, в), затворы с поворотными фермами (рис. 11.34, г), секторные (рис. 11.34, д), крышевидные (рис. 11.34, е) и тканевые (рис. 11.34, ж).

Ниже приведены описание, принципы действия, эксплуатацион­ные качества и область применения поверхностных затворов низ­конапорных водосливных плотин. К ним относят прежде всего плоские и сегментные затворы, используемые в качестве рабочих и реже ремонтных перекрытий, и шандоры для ремонтных ограж­дений. Секторные затворы используют на плотинах с повышенным порогом. Поворотные фермы разных видов применяют преиму­щественно на реках в качестве судоходных плотин. Мостовые за­творы применяют иногда при наличии проезжих мостов. Крыше­видные и тканевые затворы относят к затворам автоматического действия, используемым в ряде случаев и в низконапорных пло­тинах.

Плоские затворы перемещаются в пазах быков или устоев в вертикальном направлении. Выполняют их из стали, дерева, а иногда из железобетона. Затворы из стали состоят из пролетного строения, опорно-ходовых частей, уплотняющих и подвесных уст­ройств. Пролетное строение включает в себя систему балок и об­шивку (рис. 11.35). В современных затворах обшивку выполняют из металлического листа толщиной 4... 10 мм без увеличения тол­щины обшивки на коррозию в связи с относительно хорошо раз­работанными методами борьбы с ней. Балочная система состоит из горизонтальных основных и вспомогательных балок и верти­кальных (поперечных) стоек. Основные балки называют ригеля­ми, а крайние стойки — опорными. Обшивка, воспринимающая дав­ление воды, передает его на вспомогательные горизонтальные бал­ки, а те, в свою очередь, стойкам, от которых нагрузка передается на ригели и далее на опоры. Выполняют затворы, как правило,

367

Рис. 11.34. Схемы поверхностных затворов, передающих давление на быки и

устои (а ... в) и на порог плотины (г ... ж): 1 — щиты, устанавливаемые после поднятия ферм из паза в пороге водослива

Рис. 11.35. Схема плоского затвора:

/ — обшивка; 2 — стрингеры (балки, параллельные ригелям); 3 — поперечные балки; 4 — ригели; 5 — поперечные связи; 6 — продольные связи; 7 — опорные балки; 8 — опорно-ходовая часть; 9, 10 — боковые и обратные опорные и направляющие устройства; // — боковое уплотнение; 12 — закладные части

368

I Рис. 11.36. Скользящие опоры:

а — с вкладышем из древесно-слоистого пластика; б — стальная; 1 — подушка; 2 — вкладыш; 3 — рельс

двухригельными и реже трехригельными. Двухригельные затворы более экономичны. Расстояние между ригелями назначают из ус­ловия их равнонагруженности, что позволяет принимать сечения ригелей одинаковыми. Расположение равнонагруженных ригелей определяют по методам, излагаемым в курсах гидравлики. При не­больших пролетах l_v, перекрываемых затворами, и напорах на них ригели изготовляют из балок прокатных профилей. С увели­чением пролетов — из двутавоовых балок составного сечения вы­сотой (1/7.. .1/9)6_S по условию допускаемого их прогиба и ферм высотой (1/6.. .1/8)6.5, где b_s — ширина отверстия в свету. Для уменьшения ширины пазов высо­ту ригеля на опорах принимают равной 0,4.. .0,65 от его высоты в пролете.

Рис. П. 37. Схемы расположения ко­лес в плоских затворах:

а— при больших пролетах отверстий; б — при небольших нагрузках на щите; / — главные ригели; 2 — обшивка; 3 — балан-сирные тележки; 4 — колеса; 5 — рельсы; 6 — уплотнение в виде деревянного бруса

Опорно-ходовые части затво­ров обеспечивают их перемеще­ние в пазах и передачу нагрузки, воспринимаемой затворами, на сооружение. Выполняют их скользящими или колесными. Скользящие опоры изготовляют из металла, дерева или синтети­ческих материалов. В качестве последних у нас применяют дре-весно-смолистый пластик (ДСП) и маслянит. Полозья сколь­зящих опор из ДСП выполняют в виде опорных подушек с за­прессованными в них вкладыша­ми (рис. 11.36, а). Стальная опо­ра показана на рис. 11.36, б.

369

Колесные опоры позволяют маневрировать затворами с по­мощью механизмов меньшей мощности, чем при скользящих опо­рах. Схемы колесных опор приведены на рис. 11.37. Диаметр колес обычно составляет 0,3... 1 м, а ширина их обода — 8... 15 см. Для ограничения боковых перемещений и перекосов затворы оснащены боковыми и обратными направляющими устройствами (см. рис. 11.35). Для обеспечения водонепроницаемости их снабжают дон­ными и боковыми уплотнениями. При небольших напорах донные уплотнения выполняют в виде деревянного бруса обтекаемой фор­мы (рис. 11.38). Более современными являются уплотнения из резины ножевые или р-образной формы (рис. 11.38, а, 6)1 Для бо-

Рис. 11.38. Схемы уплотнений:

а, б — донные; в, г — боковые; 1 — обшивка затвора; 2 — ре­зина; 3 — порог водослива; 4 — закладные части; 5 — стальной лист; 6 — деревянный брус

ковых уплотнений также используют деревянные брусья или рези­ну (рис. 11.38, в, г). В первом случае деревянный брус крепят к гибкому металлическому листу толщиной 2... 3 мм, расположенно­му на напорной грани затвора (рис. 11.38,- в). Давлением воды лист прижимается к лицевой грани устоя (быка), имеющего в мес­тах опираний уплотнения закладные части, покрытые полосами шлифованной нержавеющей стали. Допускаемые давления на ре­зину до 15 МПа, деформация 5 мм.

370

Вес плоского металлического затвора (кН) приближенно может быть определен по формуле А. Р. Березинского:

(11.50)

где А —• площадь затвора в свету.

Подъемное усилие (кН) в первом приближении можно опреде­лить по формуле S= 1,5G.

Размеры затворов должны соответствовать нормативным тре­бованиям. Верхняя кромка затвора при закрытом отверстии долж­на возвышаться над поддерживаемым уровнем воды (с учетом наго­на) не менее чем на 0,2 м.

Затворы из дерева применяют для перекрытия небольших про­летов (шириной 1,2... 1,6 м) при напорах до 3 м. Выполняют их из досок толщиной 8... 10 см, соединенных в шпунт или в четверть. Доски соединяют шпонками, врубаемыми со стороны напорной гра­ни. Для подъема затворы оборудуют крючьями из полосовой стали. Затворы из железобетона (обычно их выполняют из предваритель­но напряженного железобетона) меньше подвержены коррозии, требуют в 2... 3 раза меньше металла по сравнению с металличе­скими, в связи с чем стоимость их в 2...2,5 раза ниже. В то же вре­мя масса их в 2 раза больше, чем металлических, что требует более мощных подъемных устройств. Такие затворы были использованы при строительстве канала Северский Донец — Донбасс в срав­нительно легких климатических условиях.

Шандоры представляют собой конструкцию балочного типа. Укладываемые в пазах быков (устоев) одна на другую, они об­разуют стенку, закрывающую отверстие плотины. Выполняют шан-доры из дерева, металла или железобетона. Деревянные шан-доры применяют при пролетах до 5 м, а иногда и более, и напорах до 5 м. Металлические шандоры могут перекрывать пролеты до 30 м при напорах до 12 м и быть выполнены из балок различного сечения — двутавровых прокатных, составных (коробчатых и т. д.) (рис. 11.39). Уплотнение между металлическими шандорами осу­ществляют с помощью деревянных брусьев, прикрепленных к шан-дорам, или резиновых конструкций. Боковое уплотнение устраива­ют из металлических трубок или из резины. Шандоры могут иметь опорно-ходовые части скользящего типа или колесные. Высота их может достигать 2... 3 м. Металлические шандоры с успехом могут быть заменены железобетонными шандорами различного попереч­ного сечения.

Используют шандоры в основном в качестве ремонтно-аварий-ных затворов и лишь иногда, при небольших пролетах и напорах, в качестве рабочих, что объясняется отчасти трудностью погруже­ния их в текущую воду.

Сегментный затвор представляет собой криволинейный щит, напорную грань которого выполняют в виде круговой цилиндри­ческой поверхности радиусом, равным обычно (1,0... 2,5)//. В этом случае равнодействующая гидростатического давления воды на об-

371

шивку затвора проходит через ось его вращения Конструктивны­ми элементами стального сегментного затвора являются обшивка, балочная сеть и опорные ноги (рис 11 40) Конструктивно балоч­ная сеть и обшивка затвора аналогичны плоскому затвору. Как и плоские, сегментные затворы выполняют двух- и многоригельными. Наиболее часто применяют двухригельные Особенностью кон­струкции сегментного затвора яв­ляются опорные ноги, с помощью которых давление воды переда­ется на опорные шарниры Пос­ледние крепят на коротких кон­солях из железобетона или ме­талла, выпущенных из стен бы-

Рис. 11 39. Типы стальных шандоров:

а, в — стальные балки с уплотне нием из деревянных брусьев, б — колесные шандоры, / — деревянные брусья, 2 — стальные балки, 3 — обшивка

Рис 11 40 Схема двух-ригельного сегментного

затвора

/ — обшивка, 2 — 1лавный ригель, 3 — балочная клетка

ков или устоев. Эти консоли позволяют избавиться от пазов в бы­ках (устоях) При этом несколько уменьшается пролет затворов и толщина быков. Ригели и ноги сегментного затвора образуют пор­талы, которые могут быть пространственными (рис. 1141, а) или плоскими (рис. 11.41, б) с жестким или шарнирным соединением ног и ригелей. Жесткость пространственных рам больше, чем пло­ских, поэтому их применяют преимущественно при больших про­летах; однако в этом случае при изгибе ригелей изгибаются и ноги рамы, что ведет к возникновению горизонтальных сил распора H_s в опорных шарнирах При плоских ногах распор будет меньше Жесткое соединение ног и ригелей ведет к экономии металла для затвора, но требует дополнительного армирования быков (устоев), а также дополнительного крепления опорных шарниров Для сни­жения моментов, возникающих в жестких порталах иногда при пролетах до 12 м и напорах до 8 м, применяют шарнирное соеди­нение ног и ригелей (рис 11 41, в). Наряду с вертикальными шар­нирами в этом случае предусматривают и устройство направляю-

372

щих роликов, движущихся по стенкам быков и устоев. Находят применение затворы с наклонными опорными ногами (рис. 11 41, г) В такой конструкции затвора значительно снижаются мо­менты в ригелях, в ногах же их моменты часто доводят до пуля. В последнее время сегментные затворы иногда выполняют из алю­миниевых сплавов.

Рис 11 41 Схемы конструкций несущей части сегментного затвора:

/ — вертикальные шарниры

Вес сегментного затвора (кН) в первом приближении может быть определен, как и плоского затвора, по формуле А. Р. Бере-зинского, имеющей вид

(11.51)

Вальцовые затворы представляют собой полые металлические цилиндры, перекрывающие водосливные отверстия. Поднимаются и опускаются они путем перекатывания по наклонным зубчатым рейкам, расположенным в нишах быков или устоев. В связи с не­благоприятными условиями обтекания цилиндра при движении во­ды под ним и появлением вакуума, а также для уменьшения вер­тикальной составляющей давления на затвор (снизу) цилиндр снаб­жают нижним щитком, а для увеличения высоты затвора — и верхним гребешком (рис 11 42, б).

В настоящее время наиболее часто встречаются два типа валь­цовых затворов цилиндр с нижним щитком и верхним гребешком и цилиндр с передним козырьком (рис 1142, б). Перемещение затвора осуществляется по наклонным рельсам, имеющим зубча­тые рейки, уложенным в нишах под углом 55 . 70° с помощью це­пей (или тросов), одна ветвь которых является рабочей, а дру­гая— холостой (рис 11 42, а) При подъеме затвора рабочая цепь сматывается с цилиндра, а холостая наматывается на него

Цилиндр стального вальцевого затвора состоит из обшивки тол­щиной 8.. 15 мм, прикрепленной к продольным горизонтальным

373

балкам (обрешетинам), которые выполняют обычно из швеллеров № 10...20. Обрешетины крепят к диафрагмам, устанавливаемым через 1,5 ...2,0 м по длине затвора (рис. 11.43), которые обеспечи­вают его жесткость и неизменяемость формы. С этой же целью устраивают диафрагмы из двутавров. Диаметр цилиндра может до­ходить до 4... 6 м. Затворы небольшой высоты выполняют со щит-

Рис. 11.42. Схема вальцового

затвора (а) и варианты его

пролетного строения (б):

/ — опорный рельс; 2 — холостая цепь; 3 — рабочая цепь; 4 — гребе­шок; 5 — козырек; 6 — щиток

Рис. 11.43. Конструктивная схема вальцового затвора:

/, 2 поперечные и опорные диафрагмы, 3 —• стрингеры; 4 — обшивка

ком, а при большой — с передним козырьком. Вес затвора (кН) в первом приближении может быть определен по формуле А. Р. Бе-резинского:

(11.52)

Вальцовые затворы обладают большей жесткостью, простотой опорных частей и требуют небольшого подъемного усилия. Недос­татками их являются значительные вес и размеры быков, так как глубина ниш составляет 1,5 ...2,0 м, а также высокая стоимость. Применяют их в плотинах с тяжелыми условиями эксплуатации в зимний период.

Крышевидные и тканевые затворы относят к группе затворов, передающих давление воды на тело плотины, а не на быки и устои, как затворы предыдущей группы. Крышевидные затворы состоят из двух плоских полотнищ (щитов), вращающихся на; горизон­тальных осях и образующих в приподнятом положении ^крышу», а в спущенном — скрывающиеся в нишу флютбеты (см. рис. 11.34, е). Пространство между «крышей» затвора и дном камеры запол­няется водой из верхнего бьефа, и в результате давления воды снизу на полотнища затвора он приподнимается. Уровень воды в камере может быть установлен таким, какой необходим для удер­жания затвора в любом положении, как крайнем, так и промежу-

374

точном. Заполнение камеры или ее опорожнение осуществляется по галереям или каналам, проходящим в устоях или быках плоти­ны и соединяющим камеру с верхним и нижним бьефами. Управ­ление задвижками может осуществляться автоматически.

Существует два основных типа крышевидных затворов: амери­канский— бертреп и европейский — дахвер (см. рис. 11.34, <?). Ос­новные различия между ними заключаются в том, что верхний щит дахвера имеет на своем конце короткую надставку, нормальную к плоскости щита, а низовой — криволинейное очертание водослив­ной грани, что ведет к лучшей работе затвора.

Рис 11 44 Схемы ткане­ вых затворов: а - воздухонаполняемый за твор; б — водонаполняемый затвор с закреплением по одной образующей на плос­ ком флютбете, / — прижим ный брус, 2— защитное по­ лотнище, 3 — внутренняя оболочка, 4 — удерживаю­ щая оболочка, 5 — воздухо­ вод, 6 —анкерный болт, 7 — оболочка

Тканевые затворы в гидротехническом строительстве начали при­менять примерно с конца 50-х годов текущего столетия. Тканевые затворы представляют собой замкнутые оболочки различной фор­мы, закрепляемые к порогу плотины. Торцы оболочек либо свобод­но примыкают к быкам и устоям, либо закрепляются на них. Мате­риалом для оболочек служит однослойная или многослойная (до че­тырех слоев) синтетическая ткань с герметизирующей прокладкой. Толщина полотнищ затворов в построенных плотинах составляет 2.. .5 мм. Современ­ные резинотканевые материалы, выпускае­мые в СССР и за рубежом, позволяют соз­давать затворы высотой до 8 м и практи­чески любой требуемой его длины. Так, на канале Р-2 Марьяно-Чебургольской ороси­тельной системы в Краснодарском крае тканевый затвор перекрывает пролет 22,4 м при напоре 3 м. На р. Белой в Ростовской области перекрывает пролет 24 м при напо­ре 2 м и т. д. Затвор плотины на р. Аркан­зас (США) перекрывает четыре пролета по 134 м при напоре 3,17 м. Затвор на р. Коло­радо (США) перекрывает пролет 70 м при его высоте 4 м. Затвор на р Амстель (Гол­ландия) имеет длину 28 м при напоре 7 м.

Гарантийный срок работы тканевых за­творов, устанавливаемый заводами-изгото­вителями, составляет 10.. .20 лет.

Конструктивные схемы тканевых затво­ров приведены на рис. 11.44. Как видно из рисунка, оболочка двойная (рис. 11.44, а) или одинарная (рис. 11.44, б) крепится к порогу плотины пс одной или двум образующим с помощью накладок и анкеров.

Затвор поддерживается в рабочем состоянии в результате за­полнения его водой, воздухом или тем и другим вместе. Вода в полость подается самотеком или принудительно, как и воздух. При­нудительная подача воды и воздуха осуществляется с помощью соответственно насосной и компрессорной станций, располагаемых в устоях или иногда в потернах плотин. При использовании вмес-

375

то воды специальных жидкостей предусматривают резервуары для их хранения. Подачу воды и воздуха производят по трубо­проводам, прокладываемым в пороге плотин или их устоях. В ус­тоях же размещают и арматуру для управления работой затворов, обычно в автоматическом режиме. Время заполнения оболочек в построенных плотинах в зависимости от размеров пролета и напоров на оболочки составляет 10...30 мин. В случае необходимости ра­бочая оболочка затвора ограждается от повреждения защитным покрытием. Приведенная на рис. 11.44, а схема относится к затвору, построенному в ГДР, через который предусматривается пропуск льда толщиной до 0,5 м. В настоящее время ведется дальнейшая разработка как самих конструкций затворов, так и материалов для их изготовления. Тканевые затворы получили достаточно широкое распространение, особенно для плотин с низким порогом и неболь­шим напором.

Тип затвора выбирают на основании технико-экономического сравнения их вариантов с учетом местных условий работы затвора. В настоящее время в низконапорных плотинах наиболее часто ис­пользуют плоские затворы и несколько реже сегментные. Объясня­ется это тем, что плоские затворы не требуют уширения гребня плотины, доступны для осмотра и ремонта при поднятии их над водой, допускают перестановку из одного отверстия в другое Ими возможно перекрывать отверстия значительных пролетов и боль­шой высоты. Основными их недостатками являются: ненадежность работы зимой в связи с обмерзанием колес; затруднения при про­пуске льда, что возможно лишь при полном открытии затвора; значительные подъемные усилия, обычно в 1,5 ...2 раза превыша­ющие их вес, а следовательно, и большая стоимость подъемных ме­ханизмов; значительная высота и относительно большая толщина быков.

Сегментные затворы легче, требуют подъемного усилия меньше своего веса и значительно меньше, чем плоские; обладают большой жесткостью, в связи с чем могут быть подняты за одну сторону; требуют меньшей высоты, а при отсутствии распора и толщины быков в связи с отсутствием пазов; лучше приспособлены для ра­боты в зимних условиях и при наличии наносов. Недостатками их являются необходимость удлинения быков и невозможность пере­становки затворов.

Вальцовые затворы, как отмечено выше, обладают большой жесткостью, в связи с чем их можно применять на плотинах с тяжелыми условиями зимней эксплуатации, а также при наличии значительного количества наносов. Без особых последствий могут воспринимать удары и навал льда. Недостатками вальцовых за­творов являются более высокая их стоимость в связи со слож­ностью изготовления и необходимость увеличения размеров (тол­щины, длины и высоты) быков по сравнению с затворами плос­кими или сегментными.

376

Крышевидные затворы можно применять в условиях быстрого подъема уровня при паводках, при необходимости пропуска льда и точного регулирования уровня воды. Недостатками этих затво­ров являются необходимость устройства широкого (2,5. . 3)Я и глу­бокого (0,5... \)Н порога плотины, сложность конструкции затвора и его регулирующей системы, а также необходимость наблюдения за обмерзанием затвора и заносимостью наносами ниши затвора.

Тканевые затворы еще недостаточно апробированы в работе, в связи с чем требуют доработки как в части конструктивных реше­ний, так и материалов для их изготовления. Достоинствами их яв­ляются простота конструкции, экономичность, возможность пе-

Таблица 11 3 Основные характеристики затворов

	Максимальный	Максимальная	Вес затвора, кН,
Тип затвора	пролет,	высота,	при А = 350 м2
	м	м
Плоский	40 . . 50	17 ... 18	3600
Сегментный	35 ... 40	9 ... 10	2268
Вальцовый	50 . .60	8 ... 9	3060
Крышевидный	40 ... 45	6 ... 7	—
Тканевый	100 . . 150	7 ... 8	. —

рекрывать большие пролеты при напорах в настоящее время до 8 м, а также малый вес, удобство транспортировки и простота мон­тажа. Недостатком их является относительная легкость поврежде­ния. По-видимому, в дальнейшем эти затворы получат значитель­ное распространение. В табл. 11.3. приведены общие сведения о зат­ворах.