НАБРОСНЫЕ ПЛОТИНЫ И ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА

Профиль плотин. Ширину гребня принимают так же, как и для земляных плотин, в зависимости от классе дороги, но не менее 5 м. Откосам плотины придают уклоны, обеспечивающие их устойчивость, обычно их принимают равными углу естественного откоса каменной наброски, который зависит от размеров и форм камней, степени однородности и тщательности их уплотнения.

При устойчивом основании верховой откос каменнонабросных плотин обычно имеет заложение от 1:1,1 до 1:1,35 и низовой — от 1:1,2 до 1:1,4; при недостаточно устойчивом основании откосы уполаживают. В сейсмических районах оба откоса принимают с уклоном от 1:1,6 до 1:1,7.

Основания плотин. Для каменнонабросных и каменно-земляных плотин пригодны все виды скальных оснований, а из нескальных — гравелисто - галечниковые, крупнопесчаные, плотные глинистые и суглинистые грунты. При неглубоком залегании скалы водонепроницаемая часть плотины (экран, диафрагма) сопрягается с основанием бетонным зубом, заглубляемым в скалу. Трещиноватую скалу под зубом цементируют.

Для защиты нескального грунта основания от повреждений сбрасываемыми камнями или возможного контактного размыва фильтрационным потоком, текущим вдоль основания, перед началом наброски укладывают достаточный слой мелкого камня или щебня.

Противофильтрационные устройства. Противофильтрационные устройства должны быть водонепроницаемы, прочны, гибки, устойчивы против механической и химической суффозии, экономичны. Они могут быть выполнены из бетона и железобетона, связных грунтов, дерева, стали, асфальтобетона, пластмассовой пленки и др.

Каменнонабросные плотины устраивают с экраном и с ядром или с диафрагмой.

Экраны из негрунтовых материалов располагают по плоскости верхового откоса; пластичные экраны должны быть прикрыты защитным слоем из крупнозернистого материала. Пластичное ядро и жесткую диафрагму располагают в средней части плотины, желательно ближе к верховому откосу.

Экраны из негрунтовых материалов укладывают обычно на подэкрановую кладку, выполняемую из постелистого камня горизонтальными или нормальными к откосу рядами с тщательной расклиновкой и сглаживанием слоем бетона, который покрывают несколькими слоями битума. Таким образом, создается выровненная постель для экрана, обеспечивается свободное смещение отдельных его плит при осадке плотины и температурных деформациях, а также более равномерная передача давления на кладку.

В последнее время, особенно в сейсмических районах, в набросных плотинах вместо подэкрановой кладки устраивают подэкрановую подготовку из слоя гравия или щебня. Такая подготовка сделана на Уртотокойской плотине (СССР, 1952), Монтгомери (Колорадо, 1957) и др.

Толщину подэкрановой кладки принимают в зависимости от материала экрана, крутизны откоса ожидаемой для каменнонабросной призмы, но не менее 1 м поверху (сбитая нормально к откосу) и 0,05—0,08 понизу.

Бетонные и железобетонные экраны устраивают трех типов: жесткие — монолитные; полужесткие — скользящие; гибкие — слоистые.

Жесткие конструкции экрана представляют железобетонную плиту, разделенную температурными швами на отдельные панели размером 10—20 м. Плиты армируют одиночной или двойной арматурой. Насыщенность арматурой принимается от 0,5 до 1,0%. Чтобы исключить возможность отслаивания экрана от подэкрановой кладки, арматуру связывают с анкерами, заделанными в кладку через 1,2—1,5 м. Толщину железобетонного экрана по конструктивным соображениям принимают у гребня от 0,20—0,30 м, а в нижней части от 0,005—0,006 до 0,01. Швы между плитами располагают на заделанных в подэкрановую кладку железобетонных балках, на которые опираются концы плит. Жесткие экраны применяют в набросных и полунаброеных плотинах небольшой высоты, имеющих малую осадку тела плотины и построенных на скальных основаниях.

Полужесткие скользящие экраны применяют главным образом в набросных плотинах. Плиты укладывают на выравнивающий беконный слой, покрываемый битумом. Это позволяет экрану перемещаться {скользить по слою битума) независимо от осадки подэкрановой кладки.

Гибкие экраны могут воспринимать значительные деформации от осадки тела набросной плотины, основания, влияния температуры и возможных сейсмических явлений. Они состоят из нескольких слоев железобетонных плит размером сторон 3—9 м и толщиной 8—18 см. Швы между плитами заполняют битумом. Внутренние поверхности плит также покрывают горячим битумом в несколько слоев, что увеличивает водонепроницаемость экрана, уменьшает трение между отдельными слоями плит в экране. Плиты укладывают в слоях, соблюдая перевязку швов.

Слабое место в каменнонабросных плотинах — сопряжение железобетонного экрана с жестким зубом, так как в месте сопряжения при осадке в экране могут появиться трещины.

Лучшим считается гибкое шарнирное сопряжение. Основанием такого сопряжения служит упругая подушка из хорошо окатанной гальки, покрытой толстой железобетонной плитой, опирающейся нижним концом в корытообразное углубление зуба. Вся конструкция в целом допускает значительные деформации, при этом водопроницаемость ее не нарушается.

Металлические экраны выполняют из листовой нержавеющей стали. Размеры листов берут максимальные, стандартные по длине и ширине, чем достигается уменьшение общей длины швов. Металлические экраны отличаются большой гибкостью, но они значительно дороже экранов из других материалов. В СССР металлический экран из нержавеющей стали толщиной 8 мм применен в набросной плотине Храмской ГЭС, построенной в 1947 г.

Деревянные экраны отличаются достаточной гибкостью, позволяющей воспринимать значительные осадки. Наиболее приемлема многослойная конструкция, состоящая из двух или трех рядов горизонтальных досок толщиной 6—7 см, уложенных с зазорами. Доски прибивают к вертикальным брусьям, которые заделывают в подэкрановую кладку. Чтобы обеспечить водонепроницаемость, между рядами досок прокладывают битумные маты. Для предупреждения загнивания деревянного экрана, находящегося в условиях переменной влажности (колебание уровня верхнего бьефа), рекомендуется деревянные элементы пропитывать нерастворяющимися в воде антисептиками.

Пластичные экраны устраивают из суглинка, глины, глинобетона, асфальтобетона, а в последнее время стали применять пластические материалы на полиэтиленовой основе. Экраны из глинистых грунтов мало отличаются от таких же экранов в земляных плотинах, только в данном случае между экраном и наброской обязательно укладывают переходной слой в виде обратного фильтра. С напорной стороны экрана укладывают защитный слой из пористого материала.

Противофильтрационные устройства в средней части плотины делают в виде жесткой железобетонной диафрагмы или пластичного ядра. Железобетонные диафрагмы бывают сплошными и полыми. Диафрагму обычно жестко заделывают в скальное основание, поэтому деформации низовой части наброски могут привести ее к прогибу и срезыванию. Во избежание образования трещин сплошные диафрагмы разрезают водонепроницаемыми вертикальными температурными и осадочными швами. Существенные недостатки, обнаруженные при эксплуатации каменнонабросных плотин с жесткими диафрагмами, привели к тому, что строительство таких плотин почти прекратилось.

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