Бетонные и железобетонные плотины

Бетонные и железобетонные плотины по своей конструкции делятся на гравитационные, контрфорсные и арочные. Каждый тип плотины может иметь как глухие, так и водосбросные участки. Обычно бетонные плотины возводятся на скальных основаниях.

Гравитационные плотины удерживают давление воды (сохраняют устойчивость на сдвиг и опрокидывание) благодаря своему весу. Современные гравитационные плотины имеют форму поперечного сечения близкую к прямоугольному треугольнику с основанием, составляющим 0,7-0,8 её высоты. Верховая грань плотины почти вертикальная, низовая - наклонная.

Устойчивость плотины на сдвиг обеспечивается весом плотины: в первом приближении максимально возможная сила трения по контакту плотины с основанием Т (величина которой равна весу плотины G, умноженному на коэффициент трения материала плотины по основанию), должна быть больше сдвигающей силы W- гидростатического давления со стороны верхнего бьефа. Это условие и определяет ширину плотины по основанию.

Гравитационная плотина должна быть не только устойчивой на сдвиг, но и прочной. Ее тело не должно разрушаться от черезмерного сжатия или растяжения. Для этого выполняются расчеты ее на прочность. Кроме тела плотины, её основными конструктивными элементами, обычно являются противофильтрационные и дренажные устройства. Цель первых - уменьшение фильтрационных расходов через бетон плотины и скалу основания, цель вторых - перехват (организованный сбор) профильтровавшейся воды.

Чаще всего бетонные гравитационные плотины возводятся на скальных основаниях. Если скальное основание недостаточно прочно, то при строительстве производится укрепление основания, чаще всего - это площадная укрепительная цементация - закачивание цементных растворов в пробуренные в основании скважины, растворы заполняют трещины, пустоты в основании.

Контрфорсные плотины представляют собой наклонные стены, перегораживающие поток, и опирающиеся на контрфорсы - треугольные опоры-стены, расположенные вдоль потока. Устойчивость контрфорсных плотин на сдвиг от действия гидростатического давления верхнего бьефа обеспечивается не только весом самой плотины, но и пригрузкой воды напорной грани плотины.

Арочные плотины представляют собой арки (своды), положенные «на бок». Устойчивость арочных плотин, в основном, обеспечивается передачей распора (нормальной силы в арочных поясах) на берега. В узких ущельях арочные плотины представляют собой тонкостенные конструкции. В широких ущельях поперечное сечение арочной плотины может быть достаточно массивным, сходным с сечением гравитационной плотины с уклоном низовой грани 0,3-0,6, такие плотины принято называть арочно-гравитационными.

Для оценки состояния плотин в период их строительства и эксплуатации в них устанавливаются приборы для измерения различных диагностических параметров - напоров фильтрующейся воды, перемещений, деформаций, взаимных смещений отдельных конструктивных элементов.

Бетонные и железобетонные плотины на нескальных основаниях, как правило, применяются для водосбросных участков напорного фронта и входят в состав напорного фронта, где основным водоподпорным сооружением является плотина из грунтовых материалов.

Деление плотин по материалу на бетонные и железобетонные условно, так как в любой бетонной плотине имеются железобетонные конструктивные элементы. Например, водосливная плотина может иметь бетонное тело водослива и армированные железобетонные бычки и плиты водобоя. Двухъярусная плотина может иметь столь малый процент армирования, что ее естественно следует считать выполненной не из железобетона, а из армированного бетона.

В.И. Брызгалов, Л.А. Гордон, "Гидроэлектростанции", Красноярск, 2002г.