Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт

Тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование


Плотины древности

Древнейшие плотины строились с целью образования ирригационных водохранилищ. В 1885г. немецкие археологи обнаружили в Египте (200 миль южнее Каира) плотину Садд эль Кафара. Первое упоминание об этой плотине имеется у Геродота. Норман Смит, автор книги «История плотин» считает, что плотина Садд эль Кафара - древнейшая из известных. Ее строительство одни историки относят к третьей или четвертой династии в Египте (между 2950 и 2750 г.г. до н.э.), другие - к 3200 г. до н.э. Плотина представляла собой две параллельных стены из каменной кладки, пазуха между стенами была заполнена каменной наброской. Длина плотины по гребню 111м, максимальная высота 12 м. Плотина создавала водохранилище в Вади эль-Гарави обьёмом более 2 млн. кубометров.

Историки полагают, что в Месопотамии строительство плотин также началось в бронзовом веке, одновременно с Египтом, а возможно, и раньше. Однако древнейшая плотина из каменной кладки, обнаруженная в Месопотамии, построена в Ассирии при Сеннахерибе (694 г. до н.э.). Первая крупная плотина из каменной кладки Нахр эль-Аси, строительство которой датируется 1500 г. до н.э., была обнаружена несколько южнее - на территории нынешней Сирии.

В древнем Китае строительство каналов и плотин приобрело широчайший размах. Отношение китайцев к первым гидротехникам характеризует легенда о Великом Юе. Для китайцев Великий Юй -историческая личность. Для европейцев - собирательный образ древнего строителя. Император Яо в 2283г. до н.э. поручил Юю руководство всем водным строительством Срединной империи. После смерти Яо императором был избран Юй. Легенда о великом Юе превратилась в Китае в культ. По сей день на берегах китайских рек и каналов стоят многочисленные храмы, посвященные Юю. Масштабы ирригационного строительства в древнем Китае поражают воображение даже при современном развитии строительной техники. Так, около 250 г. до н.э. в Китае, в пустынной территории Сычуаня водами реки Миньцзян было орошено 50 тыс. кв. км. Монголы, завоевав Китай, не только не разрушили, но и поддержали гидротехническое строительство. Так, при хане Хубилае была осуществлена вековая мечта китайцев о соединении каналом бассейнов Хуанхэ и Янцзы. Канал между Пекином и Ханьчжоу имел длину более 1000 км и был построен в 1289-1293 гг. Очевидцем, описавшим завершающую часть строительства, был знаменитый путешественник Марко Поло. Главным строителем последнего участка длиной 130 км был Куо Чо. На стройке работало более 20 тыс. рабочих. Большое влияние на плотиностроение оказала такая инженерная конструкция, как свод (арка). Свод (арка) - прообраз арочных плотин. Первые бочарные своды из кирпича (700 г. до н.э.) обнаружены в Месопотамии (Ассирии). Еще раньше (примерно 1500 г. до н.э.) родственная конструкция (купол) впервые встречается в Микенах (Греция) - так называемая гробница Аганемнона. Арочные конструкции широко применялись в Древнем Риме при возведении акведуков (сооружение с водоводом) и мостов.

С XVI века начинается строительство арочных плотин в средневековой Европе: Испании и Италии. Строительство ирригационных систем и плотин пришло в Испанию, по всей видимости, с мусульманского Востока вместе с арабской экспансией в Европу Первое письменное упоминание о старейшей арочной плотине Альманца Испании из каменной кладки относится к 1586 году. Специалисты считают, что плотина Альманца была возведена на 200 лет раньше первого письменного упоминания. При высоте 16 м плотина Альманца имела относительно большую, почти постоянную толщину 12 м. Это свидетельствует о том, что строители плотины Альманца еще не представляли возможностей арочной конструкции. Вторая старейшая арочная плотина Испании Елче была «более изящной». При высоте 23 м она имела переменную толщину от 9 м на гребне (верх плотины) до 12 м у подошвы (место опирания плотины на своё основание).

Высочайшая древняя плотина Испании Аликанте была построена в 1580-1594 гг. и представляла собой гравитационную (сопротивляющуюся сдвигу собственным весом) стенку из каменной кладки трапецеидального сечения. Максимальная высота плотины 42 м, толщина по гребню 20 м, по подошве 34 м. В 1738 году плотина была реконструирована.

Французский инженер М. де Сазили (1853 г.) произвел расчеты старейших плотин Испании Альманца, Елче, Аликанте на прочность методами сопротивления материалов. Согласно этим расчетам максимальные напряжения сжатия (мера внутренних сил, возникающих в теле под воздействием внешних нагрузок) в Альманца составили 6 кг/см2, в Аликанте - 14 кг/см2. В современных бетонных плотинах сжимающие напряжения на порядок выше. Например, в плотине Саяно-Шушенской ГЭС они превышают 100 кг/см2 (10 МПа).

Сложную историю имеет древнейшая арочная плотина Италии Понте Альто, возведенная в узком ущелье в Доломитовых Альпах. «Первая очередь» этой плотины была запроектирована и построена Франко Рекаматти в 1534 г., а в 1542 г. была разрушена паводком. В 1550 г. плотина была реконструирована: каменная кладка выполнялась на цементном растворе. Впоследствии плотина неоднократно надстраивалась (1613 г., 1752 г. до высоты 18 м, 1825 г. до высоты 25 м, 1850 г. до высоты 34 м, 1887 г. до высоты 39 м при толщине всего 4,5 м). Даже по современным представлениям эта плотина достаточно стройное и смелое сооружение. При оценке плотин и в настоящее время используются коэффициент стройности (отношение ширины по основанию к высоте плотины) и коэффициент смелости (отношение гидростатического давления к массе или объёму строительного материала). Гидростатическое давление - сила воды, действующая на поверхность тела перпендикулярно этой поверхности. Ниже плотины Понте Альто сохранился древний арочный мост из каменной кладки. Соседство плотины и моста иллюстрирует некоторое родство двух конструкций, показывает, что арочная плотина - это свод, «положенный на бок».

В Древнем Риме появляются плотины не только из каменной кладки. Одной из наиболее интересных римских плотин считается Прозерпина, верховой клин которой (часть обращенная к водохранилищу) - грунтовый, а низовая часть - бетонная стена, облицованная камнем. Длина плотины свыше 400 м, максимальная высота 4,5 м. Бетон - искусственный каменный материал, получаемый из смеси вяжущего материала - цемента с водой и заполнителями (песок, щебень) после формирования смеси и её твердения.

В средние века плотины возводились практически во всех странах Западной Европы. В Италии, во Флоренции, проектированием плотин занимались Леонардо да Винчи, Джеральдо Мечини, в Милане - Доменико Малатеста.

Первая земляная (грунтовая) плотина была построена в 1191 г. во Франции, она разрушилась лишь через 100 лет. Самый крупный гидротехнический комплекс средневековой Франции - канал, соединяющий бассейны рек Средиземного моря и Атлантического океана Гаронны и Ауди, проектировал Леонардо да Винчи, приглашенный для этого в 1516-1519 гг. во Францию. Этот канал длиной более 200 км был построен спустя 150 лет.

На рубеже XVIII и XIX веков (1790-1810 гг.) была построена первая многоарочная плотина Meer Fllum dam высотой 12 м, состоящая из 21 арки радиусом 24 м каждая. В первой половине XIX века появились гравитационные и грунтовые плотины по конструкции близкие к современным.

Бетон, как строительный материал, был известен со времен Древнего Рима. Однако в плотиностроении бетон и железобетон (сочетание бетона и стальных стержней - арматуры) стали широко использоваться с начала XX века. Этому предшествовало несколько важных изобретений. Во времена промышленной революции в Англии был изобретен портланд-цемент. Французский садовник Жозеф Менье изобрел в 1867 г. железобетон. Французский инженер Эжен Фрейссине предложил в 1917 г. вибрирование бетона (уплотнение бетонной смеси в момент укладки её в тело плотины). После этого бетон и железобетон стали широко применяться в плотиностроении. Первая чисто бетонная плотина Сан Матео высотой 53 м, длиной 210 м была возведена в Калифорнии для водоснабжения Сан-Франциско в 1887-89 гг.

Россия по климатическим условиям не нуждалась остро в орошении. Первые сведения о строительстве плотин на Руси для водяных мельниц относятся к XIV веку. Одно из первых письменных упоминаний о них приводится в завещании князя Дмитрия Донского, датированном 1389 годом, в котором говорится о мельницах на реках Яузе и Ходынке. Интенсивное строительство плотин началось в России в восемнадцатом веке, при Петре I. Плотины сооружались для водоснабжения горно-металлургических, лесопильных, текстильных предприятий. Специалисты насчитывают до 200 плотин, возведенных в XVIII веке в России под Москвой, Тулой, на Урале, Алтае, в Забайкалье. Среди первых плотин, построенных в России, вьщеляется Змеиногорская земляная плотина высотой 18 м. В это же время, одновременно с созданием флота, в России начинается строительство судоходных систем, соединивших бассейны разных рек. В XVIII - начале XIX веков сооружаются Тихвинская, Северо-Двинская, Вышневолоцкая и Мариинская (перестроенная в XX веке в Волго-Балтийскую) водные системы.

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

Экспертиза

на главную