Плотины из различного материала

К грунтовым материалам (называемым иногда «местными материалами») относятся:

• нескальные грунты (глинистые, песчаные, крупнообломочные);

• естественный камень, получаемый путем разработки скального грунта.

Плотины из грунтовых материалов почти всегда бывают глухими: перелив воды через их гребень допускается только как исключение для плотин малой высоты (при условии принятия соответствующих мер).

Плотины из грунтовых материалов оказываются весьма экономичными конструкциями, если вблизи места строительства имеется соответствующий грунт или камень. Существенным положительным качеством рассматриваемого типа плотин является их долговечность, простота конструкции и производства работ по их осуществлению, в связи с чем для сооружения таких плотин не требуется, в частности, большого количества квалифицированной рабочей силы.

Земляные плотины возводятся полностью или частично из малопроницаемого грунта. Если малопроницаемый грунт уложен по верховому откосу плотины, то он образует экран; при расположении такого грунта внутри тела плотины создаётся ядро. Наличие экрана или ядра обеспечивает возможность возведения остальной части плотины из проницаемого грунта или из каменных материалов (каменно-земляная плотина).

У подошвы низового откоса земляной плотины для отвода воды, профильтровавшейся через ее тело и основание, устраивают дренаж. Верховой откос защищают от воздействия волн бетонными плитами или каменной наброской.

При возведении земляной насыпной плотины грунт добывают в карьере экскаваторами, транспортируют к месту сооружения самосвалами, укладывают в тело плотины, разравнивают бульдозерами и уплотняют послойно катками.

Возведение намывной плотины включает разработку грунта землесосами или гидромониторами, транспортировку пульпы по трубам и распределение её по поверхности возводимой плотины, после чего вода уходит, а оседающий грунт самоуплотняется. Для подготовки основания и возведения земляной плотины в русле реки её котлован ограждается перемычками, а река отводится по заранее проложенным временным водоводам, закрываемым после возведения плотины.

Земляная ирригационная дамба

(Кервин в бассейне реке Миссисипи, штате Канзас)

Земляные плотины, являясь древнейшим типом плотин, и в настоящее время имеют самое широкое распространение. Эти плотины можно строить практически на любых основаниях, что является их крупнейшим преимуществом. Перечень некоторых земляных плотин сравнительно большой высоты приведен в таблице.

Земляные плотины

Наименование плотины	Год окончания строительства	Наибольшая высота, м	Страна
Андерсон Рэнч	1950	139	США
Плотина ГАЭС	1959	129	Люксембург
Сер-Понсон	1961	122	Франция
Барири	1967	112	Бразилия
Грин Маунтин	1943	94	США
Грэнби	1950	91	США
Винзор	1940	90	США
Сионская	1962	85	СССР
Качума	1953	84	США
Мингечаурская	1953	80	СССР
Дир Крик	1941	72	США
Серебрянская № 2	1972	64	СССР
Капчагайская	1972	51	СССР
Иркутская	1958	41	СССР

В каменных (набросных) плотинах различают следующие основные типы:

• каменно-набросные плотины с экраном (рис.а);

• каменно-набросные плотины с диафрагмой (рис.б);

• плотины из сухой кладки (рис.в).

Принципиально важной особенностью каменных плотин является то, что в их конструкцию обязательно входит экран или диафрагма, выполненные из негрунтовых материалов, и представляющие собой единственное препятствие на пути фильтрующейся воды.

Экран или диафрагму выполняют из железобетона, асфальта, дерева, металла, полимерных материалов.

Условно к каменной наброске обычно относят и крупнообломочный грунт, поскольку плотины, возведенные из этого грунта, так же как и каменно-набросные плотины, требуют обязательного создания противофильтрационного устройства.

Основные типы каменных плотин (схемы): 1 – экран; 2 – наброска; 3 – диафрагма; 4 – кладка на растворе; 5 – сухая кладка

Требование малой водопроницаемости распространяется и на основание плотины. Если грунт основания проницаем на большую глубину, перед плотиной устраивают понур (например, из глины), образующий с экраном одно целое. Плотины с ядром дополняются устройством в основании стальной шпунтовой стенки или противофильтрационной завесы. Камень в каменно-набросную и каменно-земляную плотину отсыпается слоями большой высоты.

Водосливная бетонированная плотина

(Империал на реке Колорадо у Юмы, штат Аризона)

Перечень некоторых каменно-набросных плотин приведен в таблице.

Каменно-набросные плотины

Наименование плотины	Год окончания строительства	Наибольшая высота, м	Страна
Парадела	1956	110	Португалия
Солт Спрингс	1931	101	США
Кортрайт	1958	97	США
Уишон	1958	90	США
Дике Ривер	1925	84	США
Сан Габриэл № 2	1937	78	США
Коготи	1931	75	Чили
Лауэр Бэр Ривер	1952	76	США
Фад	1968	68	Франция
Караун	1965	66	Ливан
Орто-Токойская	1953	59	СССР
Широковская	1944	40	СССР
Храмская	1947	32	СССР

Бетонные плотины изготавливают из гидротехнического бетона.

Бетонные плотины обладают следующими достоинствами:

• они сравнительно просты по условиям постройки, если иметь в виду, прежде всего, возможность механизации большинства строительных операций;

• надежны в любых климатических условиях; именно поэтому их строят от Заполярья, то есть от районов вечной мерзлоты, до тропиков;

• просты в эксплуатации.

Их недостатками являются:

• относительно высокая стоимость по сравнению со многими другими типами плотин в тех же условиях;

• недостаточное использование прочности материала – бетона, из которого плотины выполнены, так как напряжения в них далеко не достигают величин, которые материал мог бы безопасно выдержать, то есть дорогостоящий бетон здесь в значительной степени играет роль балласта.

Несмотря на эти недостатки, массивные гравитационные бетонные плотины находят в современной гидротехнической практике широкое применение. Они строятся как глухими, так и водопропускными, на мягких основаниях и на скальных, высоконапорными и в виде низких плотин-порогов.

Для примера в таблицах приведены характеристики нескольких наиболее известных плотин.

Некоторые бетонные гравитационные плотины на скальном основании

Наименование плотины	Год окончания строительства	Наибольшая высота, м	Страна
Гранд-Диксанс на реке Диксанс	1961	281	Швейцария
Гувер (Боулдер) на реке Колорадо	1936	222	США
Шаста на реке Сакраменто	1945	184	США
Фонтана на реке Теннесси	1945	146	США
Братская на реке Ангаре	1967	124	СССР
Элефант Бьют на реке Рио-Гранд	1916	94	США
Бухтарминская на реке Иртыш	1961	80	СССР
Усть-Каменогорская на реке Иртыш	1953	70	СССР

Некоторые бетонные гравитационные плотины на нескальном основании, построенные в СССР

Наименование плотины	Год окончания строительства	Наибольший напор на плотине, м
Волжская ГЭС им. В. И. Ленина	1957	29,0
Волжская ГЭС им. XXII съезда КПСС	1961	27,0
Цимлянская на реке Дон	1952	26,5
Верхне-Свирская на реке Свирь	1952	17,0
Днепродзержинская на реке Днепр	1965	15,5
Каховская на реке Днепр	1957	16,5
Нижне-Свирская на реке Свирь	1934	13,5

В лесных районах часто сооружают низконапорные деревянные плотины свайной и ряжевой конструкции (обычно их устраивают водосливными).

Гравитационная бетонная плотина

(Гранд-Кули на реке Колумбия в штате Вашингтон)

Бетонная плотина с вальцовыми затворами

(Давенпорт в штате Айова)