АРОЧНЫЕ ПЛОТИНЫ

Конструкции плотин. Криволинейные в плане плотины, работающие как горизонтально расположенная арка и передающие горизонтальную нагрузку от давления воды берегам, называются арочными.
Арочные плотины обычно строят в горных районах, в ущельях. Скальные породы основания должны удовлетворять требованиям прочности, водонепроницаемости й надежности упора плотины. Несмотря на малую толщину, арочные плотины, даже при огромной высоте, представляют вполне надежную упругую конструкцию и обладают более высокими запасами прочности, чем другие типы плотин, если прочность скального массива, воспринимающего нагрузку от плотины, не нарушена. При необходимости возможно улучшение несущих свойств основания путем цементации, заделки воронок и т. п.

При благоприятных природных условиях арочные плотины являются наиболее экономичным решением. Так, при проектировании плотины Чиркейской ГЭС вариант плотины из местных материалов был отвергнут, несмотря на его преимущество — экономию цемента, так как при этом требовались большие капиталовложения и удлинялся срок строительства. Поэтому была запроектирована плотина бетонная арочного типа: высота ее =230 м, толщина арки поверху 6 = 6 м и понизу 5 = 32 м.

Сопряжение арочной плотины с основанием выполняют врезкой тела плотины в скальное основание, так как пяты арок должны опираться на прочную скалу. Поэтому опорный контур плотины может иметь неправильную форму. Для улучшения напряженного состояния плотины в этом случае отделяют фундаментную часть от самой плотины периметральным (контурным) швом плавного очертания.

Наиболее распространенная форма арок — круговая. Анализ напряженного состояния круговых арок показывает, что напряжения тем меньше, чем меньше радиус арки и больше центральный угол.

На конструкцию арочной плотины влияет форма сечения ущелья. При трапецеидальной форме сечения и близкой к прямоугольной выбранную величину центрального угла и радиуса сохраняют постоянной почти по всей высоте плотины. Толщина ее увеличивается книзу пропорционально высоте. Напорная грань принимается вертикальной.

При треугольной и близкой к ней форме сечения ущелья строят плотины с переменным радиусом, уменьшающимся: книзу, а центральный угол сохраняют постоянным.

Бетон арочных плотин должен удовлетворять тем же требованиям, что и бетон массивных плотин. Для арочиых плотин целесообразно применять высокопрочные бетоны марок «300» и «400». Однако в связи с высокими расходами цемента возникает опасность термического трещинообразования. Особое внимание следует обращать на однородность бетона, так как неоднородность его приводит к усилению трещинообразования.

Основания арочных плотин подготавливают так же, как основания гравитационных, применяя обычно цементационную завесу, которую продолжают ив склоны ущелья.

Фильтрационное давление в основании и теле арочной плотины для ее прочности и устойчивости значения не имеет, однако дренаж плотины, аналогичный дренажу массивных плотин, иногда устраивают для предохранения бетона от разрушения при промерзании.

Во избежание температурно-усадочных трещин арочные плотины разрезают на блоки бетонирования вертикальными радиальными (поперечными) швами, которые цементируют при возможно низкой температуре. Уложенный бетон охлаждают через систему труб с помощью холодильной установки или холодной речной воды, как на строительстве арочно-гравитационной плотины Токтогульской ГЭС. Расстояние между радиальными швами, разделяющими блоки бетонирования, составляет обычно 15 м. Со стороны обеих граней плотины устраивают уплотнения швов в виде металлических листов; у напорной грани уплотнения усиливают асфальтовой шпонкой.

По способу пропуска воды аронные плотины подразделяют на глухие и водосбросные. Плотина Водо в Италии выполнена в виде купола, очерченного по поверхности шара. Купол вверху опирается на арку, на которой устроен водослив.

Смотровые галереи арочных плотин устраивают в тех же целях и таких же размеров, что и в бетонных гравитационных плотинах. Эти галереи используют также во время цементационных работ при заделке межблочных швов. Сообщение между горизонтальными ярусами галерей осуществляется с помощью шахт.

Методы расчета плотин. Методы расчета арочных плотин можно разделить на три группы: 1) расчет плотины как системы независимо работающих горизонтальных арок; 2) расчет плотины как пространственной конструкции в виде системы перекрещивающихся вертикальных консолей и горизонтальных арок и 3) расчет плотины как оболочки.

1. Расчет арочной плотины как системы горизонтальных арок. Крупным недостатком рассмотренного метода расчета арочных плотин является представление о плотине, как о системе независимо работающих арок, не учитывающее их взаимное влияние на статическую работу. Поэтому этот метод можно применять в основном для предварительных расчетов.

2. Расчет арочных плотин методом расчленения на арки и консоли. Арочная плотина рассматривается как система горизонтальных арочных колец и вертикальных стенок-консолей. Метод центральной консоли более точно учитывает пространственный характер работы арочной плотины по сравнению с предыдущим способом расчета, однако является весьма приближенным и может использоваться в основном в предварительных расчетах.

В способе пробных нагрузок добиваются равенства прогибов по многим вертикальным сечениям и точкам, что значительно повышает точность расчета. Этим способом рассчитан ряд построенных арочных плотин.

В основу расчета арочных плотин по общему вариационно-стержневому способу К. М. Хуберяна положена, как и в предыдущих случаях, стержневая схема оболочки. Горизонтально расположенные арки служат «упругим основанием» для консолей. Расчет на воздействие сейсмического толчка, направленного вдоль ущелья, может быть выполнен методом «арок — консолей», а при воздействии сейсма, направленного поперек ущелья, методом, предложенным Н. Н. Леонтьевым и Д. Н. Соболевым.

Современные методы расчета арочных плотин рассматривают бетон как изотропный материал, способный воспринимать напряжения обоих знаков. Этим не учитывается, ччто арочные плотины возводят путем бетонирования отдельных столбчатых блоков, разделенных вертикальными и горизонтальными швами бетонирования. Принимаемой в расчете жесткой или упругой заделки сооружения по контуру основания фактически нет, вследствие трещиноватости основания и невозможности обеспечения надлежащего сцепления с ним бетона плотины. Не учитывается также общая деформация основания вследствие гидростатической нагрузку на дно и борта каньона и т. д.

Необходимо дальнейшее совершенствование методики расчета, обеспечивающее достаточное приближение к реальным условиям работы сооружения.

Волков И. М., Кононенко П. Ф., Федичкин И. К., Гидротехнические сооружения, М., Колос, 1968