Проектирование каменно-земляных и каменнонабросных плотин

Современное плотиностроение развивается в основном в направлении создания облегченных гравитационных и арочных плотин из бетона и плотин рациональных конструкций из грунтовых материалов. Применение современных высокопроизводительных строительных механизмов и прогрессивных методов производства земельно-скальных работ значительно снижает единичную стоимость разработки и укладки грунтовых и каменных материалов и ускоряет процесс производства работ, создавая благоприятные условия для широкого внедрения плотин из грунтовых материалов. Поэтому при наличии на месте достаточных запасов камня и грунта, пригодных для возведения каменно-земляных, каменнонабросных и земляных плотин, эти плотины являются весьма рентабельными, способными конкурировать со всеми другими типами, требующими применения привозных материалов.

Благодаря этому начиная с 50-х годов наблюдается рост строительства каменно-земляных и каменнонабросных плотин как в СССР, так и за рубежом.

Особенно большое распространение каменно-земляные и каменнонабросные плотины получили в США; из общего числа построенных там за 1960—1966 гг. плотин 91% составляют каменно-земляные. Среди строящихся плотин 77%, а проектируемых 79% представляют плотины из местных грунтовых материалов.

Подобная тенденция наблюдается и в СССР: если за весь период до 60-х годов построено 8 плотин высотой от 22 до 59 м, то за последние 10 лет строятся такие высокие плотины, как Нурекская (300 м), Понойская (146 м), Сарсангская (125 м), Жинвальская (102 м), Толорсская (69 м), Усть-Хантайская (65 м) и построены Чарвакская (167 м), Серебрянская (78 м), Вилюйская (74,5 м). В СССР запроектирована Высотная Асуанская плотина высотой 110 м.

В настоящее время проектируются высокие каменно-земляные плотины: Рагунская (325 м) на р. Вахше, Худонская (170 м) на среднем течении р. Унгури и др.

Следует упомянуть и о проектах высоких каменно-земляных плотин, разработанных в качестве вариантов для выбора типа; среди них заслуживают внимания: Саяно-Шушенская высотой 225 м, Красноярская 110 м, Братская 116 м, Бзыбская 168 м, Чиркейская 250 м, Ингурская 270 м, Токтогульская 210 м, Намахванская 160 м, Усть-Илимская 97 м, Понышская 94 м, Зейская 100 м, Курпсайская 110 м и др.

Благодаря достигнутому в проектировании и строительстве прогрессу существенно увеличились высота и объем указанного типа плотин; стали использоваться створы и местные грунтовые материалы, ранее признанные непригодными, а также выработались более экономичные типы и конструкции плотин из местных материалов и рациональные методы их возведения (направленным взрывом, отсыпкой в воду и др.).

Освоено и широко развернулось строительство в суровых климатических условиях (Вилюйская, Серебрянская, Усть-Хантайская, Мессауре и др.).

Широко используются новые способы устройства противофильтрационных завес в сильнофильтрующих грунтах основания и тела плотин. Инъекционная диафрагма осуществлена, например, в нижней части профиля Атбашинской и Асуанской плотин, также в теле Ортотокойской плотины. Глубокие инъекционные завесы устроены в толще речных отложений в основаниях плотин Серр-Понсон, Маттмарк, Асуанской, Зильвенштейн и других.

Созданы новые типы противофильтрационных буро-бетонных стенок-диафрагм, выполняемых траншейным способом, заменяющих глубокие зубья, ранее устраиваемые в открытых котлованах с интенсивным водоотливом.

Совершенствуются методы расчета с применением современной вычислительной техники, позволяющие установить напряженно-деформированное состояние плотины и ее элементов, а также их устойчивость и фильтрационную прочность.

Действующий в настоящее время СНиП П-53-73 «Плотины из грунтовых материалов» охватывает большой круг вопросов, подлежащих нормированию; однако не все положения удается нормировать, так как многообразие факторов, от которых зависят основные положения по проектированию, а именно — выбор и обоснование типа и конструкции плотины, материалов и методов укладки и уплотнения, не позволяет ограничивать решения рамками нормативов.

Затрудняет расчет также отсутствие технических условий на проектирование плотин указанного типа и во многих случаях бывает полезно пользоваться аналогами из практики плотиностроения. После выхода первого издания книги в 1968 г. накоплен опыт современного отечественного и зарубежного проектирования и строительства высоких каменно-земляных и каменнонабросных плотин. Это привело к необходимости развить и дополнить первое издание книги, особенно в расчетной части, на основе новых положений в проектировании и обновленных нормативных документов.

В книге использованы теоретические исследования и расчеты, лабораторные и натурные исследования отечественных институтов: Гидропроекта имени С. Я. Жука, ВНИИГ имени Б. Е. Веденеева, ВОДГЕО, ВНИИГиМ имени А. Н. Костякова, кроме того, использованы доклады Международных конгрессов по большим плотинам, книги и статьи зарубежных авторов, обзоры по зарубежному опыту, опубликованные в периодической печати.

В книге рассмотрены основные вопросы проектирования и строительства современных высоких каменно-земляных и каменнонабросных плотин; собран и систематизирован материал по построенным, строящимся и запроектированным плотинам как в СССР, так и за рубежом, и приведены некоторые рекомендации по выбору конструкции и материала плотин данного типа.

За просмотр рукописи и ценные указания автор приносит благодарность канд. техн. наук В. М. Липкинд и инж. Г. Б. Дубинской, а также заслуженному инженеру Грузинской ССР М. И. Мамасахлисову.

Р.А. Айрапетян, Проектирование каменно-земляных и каменнонабросных плотин, М., Энергия, 1975