3.3.1.2. Контрфорсные плотины

Контрфорсные бетонные плотины состоят из отдельно стоящих контрфорсов треугольного профиля, перекрытого плоскими или вог­ нутыми железобетонными плитами (Ъис. 61).

Рис. 67. Схема контрфорсной плотины с плоским (а) и арочным (б) перекры­ тием: 1 —перекрытие «контрфорс»; 2 —контрфорсы; 3 —продольные балки жесткости

Для обеспечения продольной жесткости плотины применяются продольные балки жесткости, повышающие поперечную устойчи­ вость контрфорсов, общую же устойчивость плотины обеспечивает ее собственный вес и вес воды, пригружающий напорную грань со­ оружения, при этом вес самой плотины и вес воды, оказывающей давление на наклонную напорную грань, должен быть постоянным.

Как правило, в гравитационных плотинах прочность на сжатие бетона, заложенного в тело плотины, полностью не используется, а в контрфорсных этот показатель бетона можно использовать в зна­ чительно большей степени, при этом в случае скального основания контрфорсныеплотны можно сооружатьбез фундаментной плиты. Это обстоятельство позволяет почти полностью избавиться от противодав­ ления, чтозначительноспособствует значительномуснижениювеса пло­ тины, при этомбетон контрфорсной плотинылучшевентилируется и ох­ лаждается, поэтому качество бетона получается выше.

В случае нескального основания для контрфорсных плотин тре­ буется выполнять фундаментные плиты (рис. 68).

Контрфорсные плотины с плоскими плитами перекрытия от­ личаются от массивно-контрфорсных плотин наличием между контрфорсами перекрытий, опирающихся на выступающие кон­ соли контрфорсов (рис. 70).

Рис. 70. Пример конструктивного оформления контрфорсной плотины с плоским перекрытием: 1 — контрфорс; 2 — перекрытие; 3 —продольные балки жесткости

Основным вопросом, возникающим при проектировании контр­ форсной плотины, является установление ее размеров (для задан­ ной высоте плотины): определение расстояния между контрфор­ сами, их толщина; ширина контрфорсов по низу и уклоны верховой (напорной) и низовой граней плотины.

Контрфорсные плотины со сводчатым перекрытием имеют возможность значительно увеличить шаг между контрфорсами, при этом радиус сводчатых перекрытий и стоимость плотины вза­ имно связаны и могут повлиять на целесообразность их возведе­ ния (рис. 71).

В большинстве случаев арки армируются двойной армату­ рой и со стороны водохранилища покрываются торкретом, по мере заглубления внутренний диаметр сфер остается постоян­ ным, а наружный увеличивается для создания необходимой толщины и прочности сфер для выдерживания статистическо­ го давления воды.

ширины и имеют большую высоту, достигающую нескольких сот метров, но начиная с 60-х гг. прошлого века вытесняются более экономичными каменно-земляными плотинами, лучше работаю­ щими в сложных и неблагоприятных топографических и геологи­ ческих условиях выбранных створов.

В настоящее время арочные плотины возводят только при их большой высоте и благоприятных топографических, геологичес­ ких условиях районов строительства.

Условно арочные плотины подразделяются на два вида:

А) Собственно арочные плотины, или тонкие арочные пло­ тины, у которых ширина подошвы составляет от 1/3 до 1/10 вы­ соты плотины и ширина створа 1,5-2 высоты.

У таких плотин большая часть гидростатического давления верхнего бьефа передается на берега, и только меньшая часть - на скалистое основание.

Б) Арочно-гравитационные плотины, у которых ширина по­ дошвы составляет от 1/3 до 1/2 высоты плотины, а ширина створа колеблется от 1,5 до 3,5 высоты.

Такие плотины большую часть гидростатического давления передают на скальное основание, а меньшую - на берега.

По сравнению с гравитационными плотинами арочные требу­ ют в два-три раза меньший объем бетонных работ, но сам бетон дороже на 10-15 %.

Особенность возведения арочной плотины заключается в фор­ ме выбранного створа: если створ прямоугольный, то тело плоти­ ны должно быть у основания значительно толще, для принятия значительных гидростатических нагрузок, а если створ треуголь­ ного сечения, то толщина плотины у подошвы незначительно от­ личается от толщины по гребню.

Наиболее выгодными считаются симметричные створы пара­ болического и треугольного вида с геологическими данными. Берега и основание должны слагаться из прочных скалистых пород, не иметь трещин и быть водостойкими - не выщелачиваться под воздействием фильтрационных потоков.

Требования к скальному основанию арочных плотин значитель­ но выше, чем к скальным основаниям гравитационных плотин, крайне нежелательно в створах арочных плотин допускать текто­ нические нарушения скалы.

В настоящее время имеются примеры строительства арочных плотин высотой до 200 м на сильно трещиноватых известняках и мергелях.

При проектировании арочных плотин обращают внимание не только на прочностные характеристики скальных пород в створе плотины, на устойчивость самой плотины, но и на устойчивость скальных склонов каньона в нижнем бьефе.

Очертания верховой и низовой поверхности плотины описыва­ ются дугами окружности (возможно, разных радиусов, в зависи­ мости от принятых конструктивных особенностей сооружения).

Как правило, гребень арочной плотины не имеет проезжей час­ ти и принимается шириной от 1,5 до 4 м, напорная поверхность покрывается торкретом или окрашивается битумом.

Дренаж тонких арочных плотин не выполняется, дренажи ароч­ но-гравитационных плотин предусматривают с целью недопуще­ ния выхода фильтрационных вод в низовую зону плотины.

Наиболее ответственным элементом арочной плотины явля­ ется сопряжение плотины с берегами и основанием, конструкция пяты плотины должна обладать прочностью, выдерживающей ста­ тические нагрузки напорного фронта плотины (рис. 73).

При расчетах арочных плотин учитывается собственный вес пло­ тины, давление воды и наносов, от­ ложившихся перед плотиной, сей­ смические силы, действующие на тело плотины и на присоединенные к нему массы воды. Особенно опасными считаются сейсмичес­ кие силы, возникающие поперек каньона створа плотины. При рас­ чете арочно-гравитационных пло­ тин учитывается фильтрационное противодавление.

ваний, берегов и образующихся в трещиноватых скальных породах фильтрационных потоков.

Для определения гидростатического давления между арками и консолями составляют схему его распределения, если расхожде­ ние между соответствующими прогибами'оказывается более 5 %, то изменяют распределение гидростатического давления и расчет производится заново (рис. 75).

Рис. 75. Схема распределения гид­ ростатического давления между ар­ кой и консолями в горизонтальном се­ чении плотины: 1 - эпюра давления на

арку; 2 - эпюра давления на консоли

По уточненным данным арки могут оказаться нагружены не­ равномерно по длине - тогда расчет повторяют по измененным параметрам.

Данный метод является исключительно трудоемким, и его заме­ няют на экспфиментальный. При этом создается эксперименталь­ ная модель плотины, выполненная по предварительному расчету.

Модель (из гипса, бетона и т.д.) нагружают соответствующи­ ми усилиями и исследуют ее работу. При этом для упругих моде­ лей измеряют соответствующие деформации, по которым можно судить о напряжениях и надежности сооружения.

Появление трещин в арочных плотинах, конструкциях, много­ кратно статически неопределенных, т.е. с липшими связями, не столь опасно, как появление трещин в гравитационных плотинах.

Критерии прочности арочных плотин аналогичны критериям других типов плотин, со своими особенностями. Арочная плотина передает весьма большие усилия на скальные берега, которые обычно разделены трещинами на отдельные блоки, которые не­ обходимо оценивать на устойчивость под воздействием опорного давления плотины, собственного их веса, воздействия фильтраци­ онных и сейсмических сил, действующих на выбранной для стро­ ительства территории.

Пята свода плотины должна быть заглублена в рассматривае­ мый берег настолько, чтобы устойчивость отдельных береговых скальных блоков, воспринимающих давление свода арочной пло­ тины, была обеспечена.