КЛАССИФИКАЦИЯ ПЛОТИН

Плотины из каменных материалов подразделяются на каменно-земляные и каменнонабросные. Каменно-земляными называются плотины, противофильтрационный элемент которых выполняется из водоупорного грунтового материала, каменнонабросными — такие, у которых противофильтрационный элемент выполняется из негрунтового водоупорного материала. Основная часть плотины — ее тело — в обоих случаях выполняется из каменного материала, к которому наряду с рваным и валунным камнем отнесены также крупнообломочные грунты — материал осыпей, галечно-гравелистые и щебенистые грунты.

В данной терминологии есть известная условность, так как к каменнонабросным плотинам, возводимым обычно наброской камня высокими ярусами без уплотнения или с уплотнением гидромеханическим способом, отнесены также каменнонасыпные, возводимые послойной отсыпкой мелкого камня с механическим уплотнением, а также плотины, возводимые частично наброской камня, частично отсыпкой.

Следует упомянуть еще об особом типе плотин из так называемой армированной земли, который пока не получил распространения, но имеются небольшие примеры его осуществления и проектирования, достойные внимания как первоначальные попытки. Армированная земля (La terre armee) представляет собой естественный несвязный грунтовый материал (вплоть до горной массы) в сочетании с арматурой - линейных элементов из металлических полос, жгутов или пластин, работающих на растяжение.

Существуют еще плотины из каменной кладки насухо, но они не причисляются к каменнонабросным и в настоящей книге не рассматриваются. Плотины из сухой кладки имели распространение в ранний период строительства плотин из местных материалов и в дальнейшем были вытеснены каменнонабросными.

По конструкции противофильтрационного устройства различают плотины с расположением водоупорного элемента на верховом откосе и плотины с расположением водоупорного элемента в центральной части профиля.

Таким образом, каменно-земляные и каменнонабросные плотины бывают различных видов.

Негрунтовые экраны и диафрагмы осуществляются из бетона, железобетона, асфальтобетона, стали, дерева, а также из пластмассы.

Классификация каменно-земляных плотин по капитальности производится согласно п. 3 СНиП П-И.1-62, в соответствии с которыми плотины делятся на четыре класса. Отнесение каменно-земляных и каменнонабросных плотин к классу по капитальности производится в зависимости от народнохозяйственного значения сооружения, мощности гидроузла, в состав которого входит плотина, и других факторов, перечисленных в указанных СНиП или в другом нормативном документе по области строительства, к которой относится плотина.

Ниже приводится краткое описание каждого из видов плотин.

Плотина с грунтовым экраном состоит из несущей насыпной призмы, представляющей тело плотины, и уложенного по верховому ее откосу экрана в виде наклонной призмы из водоупорного грунтового материала. Для защиты последнего от волновых воздействий он обычно прикрывается защитным слоем каменной наброски или бетона.

На контактах грунтового экрана с несущей призмой и защитным слоем устраиваются переходные зоны, представляющие одновременно обратные фильтры. Иногда переходные зоны при экономической целесообразности принимаются широкими с целью частичной замены наброски дешевым грунтовым материалом.

Состав наброски может быть однородным по всему профилю плотины (Кении, Берсимис, Дерош, Миборо, Ириклинская и др.) и разнородным, состоящим из отдельных зон различной крупности (Браунли, Хирфанли, Сан-Габриэль № 1 и др.).

Плотина с Грунтовым ядром состоит из средней грунтовой части — ядра и боковых каменнонабросных призм, отделенных от ядра переходными зонами. Ядро осуществляется из слабопроницаемых связных грунтов. Расположение ядра может быть вертикальным или наклонным. Переходные зоны служат одновременно фильтрами. Боковые призмы плотины иногда состоят из двух-трех зон с разным по крупности составом наброски. Примерами могут служить плотины Каджакай, Кугар, Фурнас, Мессауре, Инфернильо, Амбуклао и др. Часто из экономических соображений переходные зоны, а также экран или ядро принимаются больших размеров, чем это требуется по расчету.

Плотины с верховой и центральной грунтовой призмой в принципе являются разновидностью плотин с грунтовым экраном или ядром. В этих плотинах размеры грунтового элемента значительно превышают потребные из условий фильтрационной прочности; к этому прибегают в случаях технико-экономической целесообразности замены каменного материала грунтовым.

Плотины с негрунтовыми экранами отличаются большим разнообразием конструкции и материала экрана. В общем виде они представляют призму из каменной наброски с покрытием верхового откоса водонепроницаемой конструкцией из бетона или железобетона, асфальтобетона, стали, дерева, пластмассы, укладываемых по специальному слою из сухой кладки, бетона, или балластного материала, называемому подэкрановой подготовкой.

На плотинах с железобетонным экраном подэкрановая подготовка в ряде случаев осуществляется из сухой кладки, выравнивающей откос наброски (Солт Спрингс, Когсвилл, Парадела, Уишон и др.); она может быть осуществлена также из бетона, бутобетона, бутовой кладки или из балластного материала (при соответствующем уположении откоса наброски).

Железобетонные экраны бывают однослойными и многослойными.

Асфальтобетонные экраны по конструкции существенно отличаются от железобетонных. Благодаря гибкости асфальтобетона устройства деформационных швов не требуется; экран обычно укладывается из двух или более слоев асфальтобетона между двумя рядами бетонных либо железобетонных плит (Ириль Эмда, Федайа, Врла).

На плотинах, построенных в последний период, экран устроен из двух слоев асфальтобетона с прослойкой так называемого черного фильтра из пористого асфальта (Хенне, Генкель).

Стальные экраны выполняются из листовой стали (иногда с примесью меди или других присадок, предохраняющих от коррозии) или из нержавеющей стали (Храмская). Конструкция экрана требует устройства компенсаторов температурных напряжений, а также анкерного крепления в подэкрановую подготовку.

Деревянные экраны обычно состоят из одного или двух рядов горизонтальных досок, чаще с гидроизоляционной прокладкой между ними, состоящей из битумных матов (Сабрина, Дрю, Маткожненская, Малоульбинская, Широковская). Наиболее совершенной конструкцией деревянного экрана является многослойная. Подкрановая подготовка в большинстве случаев устраивается из бетона, уложенного на сухую кладку, разравнивающую откос наброски тела плотины.

Пластмассовые экраны самые новые из всех видов экранов, поэтому пока немногочисленны. Экран из пластмассы представляет гибкий ковер, склеенный или сваренный из листового или рулонного полимерного материала, уложенный на верховой откос плотины между двумя рядами бетонных или железобетонных плит (Добчина, Контрада Сабетта) либо между слоями мелкозернистого грунтового материала (Мишн, Мэст).

Плотина с диафрагмой состоит из верховой и низовой призм, отсыпанных из камня или грунтового материала, и диафрагмы, расположенной в центральной части профиля.

Диафрагма возводится обычно из бетона или железобетона в виде жесткой плиты, разрезанной вертикальными швами (Крэнвэлей, Харспрангет, Порьюр, Эйлдон), или в виде ячеистой конструкции (Уэд Кебир, Силвен, Рокуэна, Кончос). Имеются также примеры металлических диафрагм клепаной конструкции, изготовленных из листового железа (Лоуэр Отей, Ист-Кеньон, Бевер).

Для повышения водонепроницаемости бетонных диафрагм их стеики покрываются асфальтом. В Советском Союзе осуществлена диафрагма из полиэтиленовой пленки (Атбашинская плотина).

Плотина из армированной земли состоит из грунтового материала любого гранулометрического состава (кроме глыбового материала), укладываемого слоями обычно до 40 см (но не более 75 см), между которыми вдоль поперечного профиля плотины закладывается арматура из антикоррозионной стали в виде полос или пластин толщиной 3 мм на рассстоянии 50—100 см.

За счет армирования земля приобретает большее сцепление, обусловленное трением между грунтом и металлом, благодаря чему откос армированного грунта держится круче откосов обычных грунтовых насыпей и профиль плотины получается более обжатым, т. е. значительно экономичнее.

Из армированной земли в 1972 г. во Франции построена плотина высотой 10 м (Валлон-де-Бим) с переливом воды (1 м) через гребень. Ведется проектирование такой же плотины высотой 40 м.

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