КОНТРФОРСНЫЕ ПЛОТИНЫ

Контрфорсная плотина представляет собой ряд контрфорсов, которые расположены на некотором расстоянии друг от друга и служат опорами для напорных перекрытий. В зависимости от тица напорного перекрытия различают плотины: массивно-контрфорсные, с плоскими перекрытиями и перекрытиями из сборных цилиндрических и призматических оболочек, многоарочные, а при перекрытиях двоякой кривизны — многокупрльные.

На скальных основаниях контрфорсы могут опираться непосредственно на скалу. На полускальных основаниях уширяют подошву контрфорсов, на слабых скальных и нескальных основаниях устраивают фундаментную плиту. Плотины этого типа возводят как глухие, так и водосбросные. В контрфорсных плотинах фильтрационное давление по подошве тем меньше, чем больше расстояние между контрфорсами и тоньше напорное перекрытие. В связи со значительным уменьшением собственного веса контрфорсных плотин их устойчивость на сдвиг обеспечивается весом водной пригрузки, действующей на наклонное перекрытие. Для повышения устойчивости плотины иногда контрфорсы заанкеривают в основание.

Контрфорсная плотина весьма экономична. Объем бетона или железобетона, необходимый для ее возведения, в 1,5-4 раза меньше, чем для возведения гравитационных плотин. Применение железобетонных плотин (с плоскими напорными плитами; многоарочных) особенно целесообразно в районах, труднодоступных в транспортном отношении, так как при этом типе плотин значительно уменьшается объем перевозок материалов.

Бетон контрфорсных плотин должен быть морозостойким и обладать большой водонепроницаемостью.

Для предотвращения потери устойчивости вследствие продольного изгиба сжатых относительно тонких контрфорсов последние усиливаются ребрами или балками жесткости. Водосливные контрфорсные плотины имеют быки и водосливную плиту, при отсутствии ее перелив происходит по схеме свободно падающей струи.

Массивно-контрфорсные плотины. В этих плотинах напорные перекрытия представляют собой массивные консоли — оголовки контрфорсов. Сами контрфорсы могут быть одиночные или парные, что повышает жесткость вдоль оси сооружения при боковом сейсмическом воздействии, а также упрощает устройство водосбросных отверстий. Оголовок с напорной стороны может быть круглый, полигональный или плоский. Давление воды не вызывает растягивающих напряжений в оголовках при их круговой или полигональной форме. Конструктивными швами контрфорсы в пределах оголовков отделены друг от друга. Этим достигаются независимые деформации их и возможность возведения плотин на податливых основаниях. Водонепроницаемость швов обеспечивается специальными уплотнениями по типу швов в гравитационных плотинах.

Требования к качеству оснований этих плотин примерно те же, что и при массивных гравитационных плотинах.

Массивно-контрфорсные плотины возводят бетонные без армирования. Как и в гравитационных плотинах, применяют зонирование бетона.

В контрфорсах высоких плотин устраивают температурно-усадочные швы. Расстояние между осями контрфорсов принимают от 10 до 20 м.

Толщина контрфорсов 3—8 м, в зависимости от высоты плотины.

Расчет прочности выполняют методом сопротивления материалов по формуле внецентренного сжатия. Главные напряжения на гранях определяют как и в гравитационных плотинах.

Контрфорсные плотины с плоскими перекрытиями. Плотины этого типа представляют собой ряд тонких железобетонных контрфорсов треугольного или близкого к нему профиля с наклоном верховой грани к горизонту под углом 45—60°. Контрфорсы имеют переменную толщину, увеличивающуюся книзу.

Железобетонные плиты перекрытия контрфорсных плотин обычно свободно оперты на контрфорсы. Для опирания плит контрфорсы снабжаются консольными уширениями с шириной площадки опирания равной 0,5—1,0 толщины плиты. Пролеты плиты обычно составляют 5-42 м, толщину плит вверху принимают 0,2—0,3 м, ниже ее определяют расчетом прочности. Их в напорных плитах устраивают двух видов -строительные, разделяющие по высоте блоки бетонирования, и деформационные (температурные), устраиваемые в плитах высоких плотий по высоте с противофильтрационными уплотнениями (аналогично швам гравитационных плотин).

Разрезная конструкция напорного перекрытия допускает неравномерную осадку контрфорсов, что позволяет снизить требования к качеству основания. На напорной грани плит растягивающие напряжения не возникают.

Плотины с фундаментной плитой разделяют деформационными швами на секции длиной 15—25 м, причем швы устраивают по осям утолщенных контрфорсов. При нескальных основаниях плиту армируют и снабжают дренажными отверстиями для уменьшения фильтрационного противодавления. Для повышения устойчивости плотины на сдвиг фундаментная плита может быть пригружена слоем грунта.

Балки жесткости располагают по высоте через 4—8 м и через 5—12 м по горизонтали.

Устойчивость плотины против сдвига проверяют так же, как и устойчивость гравитационной плотины. При отсутствии фундаментной плиты фильтрационное давление ввиду его малости не учитывают. Методы расчета контрфорсных плотин рассмотрены в специальной литературе.

В сборной контрфорсной плотине контрфорсы сквозной конструкции собирают из колонн и подкосов. Плиты напорного перекрытия в виде корытообразных балок с верхней поверхностью двоякой кривизны опираются на горизонтальные балки, играющие также роль балок жесткости. Водосливная часть состоит из сборных железобетонных плит.

Контрфорсная плотина со сборным напорным перекрытием. В этой конструкции плотины отверстия между контрфорсами перекрываются рядом отдельных оболочек с горизонтальной образующей, поставленных одна на другую по наклонной плоскости напорной грани контрфорсов. Так как тонкостенные оболочки позволяют перекрывать большие пролеты, чем плоские перекрытия, то возможно сократить число контрфорсов.

Для предотвращения давления воды вдоль образующей оболочки пазухи между торцами двух оболочек смежных пролетов заделывают битумом или иным материалом с аналогичными физическими свойствами.

Контрфорсная плотина со сборным напорным перекрытием имеет следующие преимущества:
а) более экономична по сравнению с другими типами контрфорсных плотин;
б) позволяет изготовлять напорное перекрытие по частям заводским способом и осуществить принцип сборности;
в) может быть возведена на нескальном основании (при опирании на фундаментную плиту);
г) может быть не только глухой, но и водосливной.

Многоарочные плотины. Арочные перекрытия позволяют перекрывать значительно большие пролеты, чем плоские плиты. Расстояние между контрфорсами многоарочных плотин составляет 18—25 м и более. Например, 13 арочных пролетов плотины Маникуаган (Канада) имеют величину по 76,2 м, а главная арка (русловая) имеет пролет 161,5 м.

Толщину железобетонных арок вверху принимают 0,3—0,4 м, бетонных — 1,5—2 м, книзу толщина увеличивается в соответствии с повышением давления воды, например толщина арки плотины Маникуаган 5 составляем понизу 26 м, поверху 3 м, при высоте плотины 215 м.

Очертание арок обычно круговое при постоянной толщине арочных колец, хотя некоторое утолщение к пятам позволяет снизить величину растягивающих напряжений на напорной грани. Для использования водной пригрузки арочные перекрытия устраивают наклонными к горизонту под углом 55—65°. Соединение арок с контрфорсами обычно жесткое, что приводит к появлению значительных температурных растягивающих напряженки и образованию трещин с напорной стороны арок, а также не допускает неравномерных осадок. Последнее обстоятельство позволяет возводить такие плотины только на хорошем скальном основании. Отмеченных недостатков можно избежать, если соединить концы а|юк между собой плитой, свободно опертой на контрфорсы.

Железобетонные арки армируют двойной арматурой. Напорную грань их покрывают торкретом, слоем битума и т. д. Особенности расчета арок многоарочных плотин рассмотрены в специальной литературе.
В связи с большими расстояниями нагрузки на контрфорсы многоарочных плотин больше, чем при плоских перекрытиях, поэтому контрфорсы многоарочных плотин более массивны.

В сборно-монолитной конструкции многоарочной плотины напорное перекрытие состоит из отдельных арок-сводов с затяжками, воспринимающими распор. Это позволяет уменьшить толщину арки и повышает надежность плотины при боковых сейсмических нагрузках, так как разрушение одного пролета не повлечет за собой разрушения всей плотины. В статическом отношении работа этой плотины аналогична работе плотины с плоским перекрытием, что дает возможность возводить ее на нескальном основании.

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