Что такое плотина на реке. Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

Содержание статьи

ПЛОТИНА, массивная перемычка, возводимая для удержания водного потока, основное гидротехническое сооружение при использовании и регулировании водных ресурсов. Уже в доисторические времена в Египте , Месопотамии и других районах обитания человека строились простейшие плотины в виде насыпей из земли и камней. На протяжении многих веков устройство плотин определялось соображениями, почерпнутыми только из практического опыта, и лишь в 1853 французский инженер Де Сазилли теоретически обосновал их конструктивные принципы.

Водосливные плотины возводятся, чтобы повысить уровень воды в реке или отвести водоток, что обычно необходимо при строительстве электростанций, для обеспечения судоходства или орошения земель. Глухими плотинами (без пропуска воды) перегораживают водоток и создают водохранилища, предназначенные для обеспечения городов водой или электроэнергией либо для ирригационных целей и т.п. У многих плотин этого типа верхняя часть устраивается так, что при необходимости может служить водосбросом. Плотина противодействует напору воды либо собственным весом (гравитационные плотины), либо своей конструкцией, силовые элементы которой обеспечивают устойчивость всего сооружения (арочные, контрфорсные плотины). Гравитационные плотины делают в виде каменной кладки, бетонных заграждений, земляного или скального (щебневого) заполнителя; другие плотины строят из бетона, железобетона, стальных конструкций или лесоматериалов.

Сдвигающие силы.

На плотину воздействуют различные сдвигающие силы, обусловленные давлением воды, льда, наносов, ветра, ударами волн, силами тяготения, температурными перепадами, реакцией грунта. В некоторых местностях необходимо учитывать и возможность землетрясений. Недоучет каких-либо сил может привести к разрушению плотины вследствие сдвига ее основания или перегрузки ее конструктивных узлов.

Горизонтальная составляющая давления воды возрастает с глубиной, будучи равной произведению wh , где h – глубина и w – вес единицы объема воды. Следовательно, суммарное гидростатическое давление на единичной длины элемент поперечного сечения тела плотины составляет 1/2 (wh 2), а равнодействующая его вертикального распределения приложена на уровне трети высоты плотины. При расчете давления воды на плотину труднее всего определить фильтрационное давление, действующее на подошву сооружения вследствие того, что под него просачивается вода. Чтобы выяснить порядок величины таких сил, проводятся многочисленные исследования как на моделях плотин, так и в натурных условиях. Значения этих сил изменяются в зависимости от способности грунтового ложа пропускать воду. Если подушкой фундамента плотины служат галька, речной песок, пористая порода или какие-либо неплотные отложения, то давление на основание опорной призмы плотины будет равно полному гидростатическому напору. Когда же основание плотины скрепляется цементным раствором с монолитным скальным грунтом и раствор заполняет все его щели, то такое давление составляет сравнительно небольшую долю (10–40%) гидростатического напора. Уменьшение его вдоль подошвы плотины от верховой опорной призмы к низовой зависит от расстояния и сдвигающих сил и у бровки низового откоса плотины становится меньше напора в нижнем бьефе. Площадь подошвы плотины, на которую действует фильтрационное давление, меняется от полного ее значения (для плотин на песчаном и галечном грунте) до 0 (для плотин с добротным бетонным понуром на скальном грунте). Чтобы уменьшить влияние фильтрационного давления, делают дренажные и обводные пути для водных потоков, способных проникнуть под плотину.

Основное воздействие волн на плотину проявляется в периодическом изменении глубины водной массы, соприкасающейся с плотиной, хотя при некоторых обстоятельствах напорная грань плотины может испытывать и мощные удары волн, обусловленные их кинетической энергией. Хорошее приближение к действительности дает формула Хоксли () зависимости высоты волны h от длины L ее «нагона» (в метрах), т.е. того расстояния, на котором волна набирает свою полную высоту. Давление льда на плотину определяется не вполне точно, но все-таки оно гораздо меньше тех сил, которые возникают из-за увеличения объема водохранилища перед плотиной. Практически приемлемая оценка давления льда составляет в среднем 210 кг/м 2 . Давление от ледяных масс можно уменьшить, продувая воздух через перфорированные трубы, уложенные перед плотиной на большой глубине. Воздушные пузыри, поднимаясь вверх, гонят более теплую воду к поверхности, и она препятствует образованию льда.

Гравитационные плотины.

Гравитационная плотина застрахована от развала, если результирующая всех действующих на нее сил давления и тяжести приложена к основанию сооружения; тем не менее для плотины безупречной конструкции требуется, чтобы эта результирующая прилагалась к основанию ядра, расположенного в средней части тела плотины. Сжимающие напряжения, развивающиеся в низовой и верховой опорных призмах плотины, можно рассчитать из формулы V /b (1 ± 6e /b ), где V – вертикальная составляющая силы реакции опоры, e – удаление точки ее приложения от центра, b – ширина основания плотины; знак плюс в скобках берется для низовой призмы, а минус – для верховой. Если точка приложения результирующей силы выходит за границы средней трети основания призмы плотины, но все же находится в пределах самого основания, то напряжение на низовой призме определяется по формуле 2V /(b /2 – e ). При этом допустимые напряжения должны быть с запасом меньше разрушающих. Сдвигу плотины препятствует в основном ее трение по грунтовому ложу, равное произведению V Ч f , где f – коэффициент трения. Сопротивление сдвигу плотины обеспечивается дополнительно заглублением выступов ее подошвы (зубьев) в грунт.

Гравитационные плотины в плане обычно представляют собой дуги, опирающиеся на крутые и прочные берега реки; таким сооружениям присущи свойства арок. Распределение сопротивления смещениям такой плотины, вообще пропорциональное массе и другим физико-механическим характеристикам материала, из которого она построена, не удается описать точной формулой.

Утечки.

Чаще всего вода просачивается за каменную плотину через подстилающий слой грунта. Если плотина ставится на пласте водопроницаемой породы, то обычно ее диафрагма заглубляется в грунт так, чтобы полностью перекрыть путь фильтрационной воде или свести ее просачивание к минимуму. Напорную грань плотины стараются сделать водонепроницаемой, но все равно в теле плотины желательно заранее предусмотреть дренаж просачивающейся воды. Земляные плотины обычно делают с диафрагмой из бетона либо срединную часть их толщи (ядро) заполняют более плотным грунтом. В каменно-набросных плотинах либо возводятся водонепроницаемые диафрагмы (из конструкций и плотных природных материалов), либо их напорные грани выполняют из бетона, асфальтобетона или листовой стали.

При строительстве плотин из монолитного бетона необходимо предусматривать специальные меры, исключающие появление трещин, через которые может просочиться вода. Дело в том, что при замесе на воде смеси цемента с песком и гравием или бутовым камнем в образующейся массе жидкого бетона развивается химическая реакция с выделением тепла и повышением температуры, а затем, при затвердевании, бетон остывает неравномерно и происходит его усадка, при которой в нем могут образоваться усадочные раковины и трещины. Вредные последствия разогрева и усадки бетона, способные привести к образованию полостей и трещин, можно уменьшить, контролируя процесс замеса различными способами: использовать в нем цемент с низкой экзотермией; сводить к допустимому минимуму долю цемента; предварительно остужать раствор до его укладки, чтобы создаваемый бетонный блок формировался уже при пониженной температуре; охлаждать замешиваемую массу, используя водяную или какую-либо другую систему охлаждения. Обычно ширина формируемого монолитного блока не должна превышать 15 м, толщина слоя бетонного раствора, укладываемого за один прием, – 1,5–3 м. Следующий слой или смежный блок можно укладывать по истечении некоторого времени или при соответствующем понижении температуры уже уложенного раствора. Стыки соседних блоков перекрываются гидроизоляционными заслонами из резины, пластика или некорродирующего металла. Тем не менее предусматриваются меры для свободного оттока воды с внутренней стороны гидроизоляции.

Арочные плотины.

Арочная плотина в виде единой дуги, перекрывающей речной поток от одного берега до другого, отличается прочностными достоинствами своей конструкции. Она выдерживает напор воды благодаря трем важным свойствам, в совокупности обеспечивающим ее устойчивость: 1) сопротивлению вертикальных элементов ее конструкции (которые действуют как консоли, заделанные в основание); 2) массе; 3) особенностям арочной конструкции, опирающейся концами на береговые устои и передающей через них напор воды. Если речная долина относительно узка, то основную нагрузку водной массы выдерживает арка как таковая; когда русло широко, существенную роль играют и остальные два свойства. У экспериментальной плотины Стивенсон-Крик, рассчитанной на перепад уровней воды 18 м, оторвалась опорная призма напорной грани при перепаде уровней 6 м, но после этого арка выдержала полную нагрузку. При подходящем рельефе местности строительство арочной плотины экономически выгодно, поэтому в 20 в. таких сооружений возведено довольно много.

Нагрузки.

Напряжения, которые испытывают элементы конструкции арочной плотины, иногда рассчитывают, рассматривая плотину как сегмент кругового цилиндра с распределенной радиальной нагрузкой. При этом вид формулы довольно прост: S = 41,9RH /T , где S – напряжение, R – радиус кругового цилиндра, H – высота водяного столба, расположенного выше уровня рассматриваемого элемента конструкции плотины, T – толщина арки плотины на этом уровне. В результате получается, что толщина должна быть постоянна на одном и том же уровне и увеличиваться от гребня к основанию плотины. Поскольку при этом не учитываются напряжения, возникающие из-за температурных изменений, усадки материала и укорачивания ребра арки, модель простого цилиндра нуждается в уточнении и, принимая во внимание размеры плотин, необходимо проводить расчеты по всей последовательности горизонтальных сечений тела плотины, рассматривая каждое из них как упругую арку, заделанную концами в береговые устои. Процедура расчетов подобна той, которая используется при конструировании арочных мостов.

Поскольку поперечное сечение долины реки имеет V-образный профиль, дуга гребня арочной плотины оказывается гораздо длиннее дуги ее основания. Если в расчетах по горизонтальным сечениям от гребня до основания плотины брать за основу дуги одного и того же радиуса, то кривизна основания плотины окажется недостаточной, поэтому некоторые арочные плотины рассчитывают при условии постоянства центрального угла для всех горизонтальных поперечных сечений. Однако это условие иногда приводит к негладким контурам проектируемого сооружения, поэтому на практике обычно находят компромиссные подходы, пользуясь постоянством то радиуса, то центрального угла.

Многопролетные плотины.

Относительно низкие плотины на реках с широким руслом в скальном ложе нередко строят из структурных узлов в виде непрерывных пролетов между опорами, контрфорсами или фермами. Напорные перекрытия, формирующие напорную грань плотины, могут представлять собой бетонные цилиндрические арки, армированные бетонные плиты либо конструкции листовой стали или толстых деревянных досок. Угол наклона напорной поверхности плотины относительно направления течения реки обычно выбирают близким к 45° , поэтому составляющая веса воды, действующая на плотину, способствует повышению ее устойчивости.

Многоарочная плотина компонуется из бетонных полуцилиндров, опирающихся краями на контрфорсы, расположенные через каждые 15 м. Низкие плотины на широких реках со скальным грунтом выгодно делать из таких многоарочных конструкций, так как арки работают в основном на сжатие, благодаря чему при строительстве достигается экономия материалов. Нижние края полуцилиндров обычно снабжаются бетонным анкерным зубом, заглубляемым в скальный грунт. В те места арок, где могут возникать растягивающие напряжения из-за температурных колебаний, вводится стальная арматура; в районах с холодным климатом бетонные арки следует делать толще, чтобы уберечь арматуру от низкотемпературной коррозии. Перекрытия могут выполняться и в виде сегментов купола.

В плотинах с перекрытиями из железобетонных плит опорами служат треугольные контрфорсы, а каждая плита изготавливается так, что заполняет собой пролет между смежными опорами и стыкуется с зубом плотины. В районах с холодным климатом тонкие плиты непригодны для такого типа плотин, так как быстро теряют эксплуатационные характеристики.

Плотин с напорными перекрытиями из листовой стали строилось немного; обычно они рассчитываются на малый напор. В типичной конструкции такого сооружения листы стали, наклоненные под углом 45° к потоку, перекрывают относительно небольшие пролеты стальных рам с анкерным креплением в скальном грунте. Однако листовая сталь прогибается между опорами и испытывает напряжения на растяжение, а не на сжатие (как арка). Для предотвращения просачивания воды под плотину листы у основания сооружения заделываются в зуб плотины. Листовая сталь применяется также в мембранах каменных плотин.

Классификация. В СНиП II-54-77 ; бетонные и железобетонные плотины по конструкции разделяются на следующие основные виды.

Гравитационные (рис. 7.1, а-6): массивные (рис. 7.1, а); с расширенными швами (рис. 7.1,6); с продольной полостью у основания (рис. 7.1,в); с экраном на напорной грани (рис. 7.1, г); с анкеровкон в основание (рис. 7.1,6).

Гравитационная плотина - массивное сооружение, устойчивость которого обеспечивается в основном массой сооружения.

Контрфорсные (рис. 7.1, е-з) с массивными оголовками (массивно-контрфорсные, рис. 7.1, е); с арочным перекрытием (многоарочные, рис 7.1, ж); с плоским перекрытием (рис. 7.1,з).

Эти плотины представляют собой ряд расположенных на некотором расстоянии друг от друга контрфорсов 5 (стенок) с напорными перекрытиями в виде массивных оголовков 6, или арок 7, или плоских плит 8 и др. (куполы, гибкие перекрытия).

Арочные - при (рис7.1, м; b - ширина плотины по основанию, h - высота плотины); с защемленными пятами (рис. 7.1,и); с периметральным швом (рис. 7.1, /с); из трехшарнирных поясов (рис. 7.1,л); с гравитационными устоями (рис. 7.1,м).

Обычно арочно-гравитационные плотины считают разновидностью арочных плотин (что принято и ниже в гл. 7.4).

Арочная плотина представляет собой пространственную водоподпорную конструкцию в виде свода, передающего действующие на него нагрузки в основном на скальные берега ущелья.

Часто отдельно выделяют так называемые ячеистые плотины, имеющие полости, обычно заполненные грунтом (рис. 7.2, 7.3). Они могут быть как гравитационными (рис. 7.2, а, б), таки контрфорсными (рис. 7.2,в, 7.3), причем в ряде случаев их можно отнести к каждому из этих типов (рис. 7.2, в).

Бетонные и железобетонные плотины, отличающиеся по конструкции от массивных гравитационных (рис. 7.1,а) и имеющие меньший объем бетона, чем последние, часто называют облегченными (рис. 7.1,6-м, 7.2, 7.3).

По технологическому назначению плотины бывают глухие (рис. 7.1, а- д, ж, з) и водосбросные: с поверхностными (водосливными) отверстиями (рис. 7.1,6, е, 7.2, 7.3), с глубинными отверстиями (рис. 7.23,6) и двухъярусные (рис. 4.1, е).

Общая характеристика основных типов плотин. Рассматриваемые плотины возводят на различных основаниях- скальных, полускальных и нескальных, арочные же - только на скальных. При скальных основаниях обычно строят бетонные плотины, при нескальных - железобетонные. При нескальных основаниях их, как правило, устраивают водосбросными; глухие плотины здесь оказываются обычно неэкономичными, и глухую часть напорного фронта гидроузла перекрывают грунтовой плотиной.

Правильно запроектированные бетонные и железобетонные плотины всех типов являются сейсмостойкими, даже при высокой сейсмичности (но при отсутствии дифференциальных подвижек основания). Бетонные плотины успешно применяют в суровых климатических условиях и на многоводных реках; при достаточно широких створах они позволяют обойтись без туннелей при пропуске строительных расходов; их применяют при различных напорах (высотах), в том числе больших; объемы бетона могут достигать нескольких миллионов кубических метров.

Недостаток плотин данной группы - затраты на их возведение бетона и металла, которые обычно не являются материалами местными (требуют значительных транспортных расходов) и могут быть в определенных условиях дефицитными и относительно дорогими.

Для надежного проектирования и строительства рассматриваемых плотин крайне важно знать и правильно оценить геологические условия в месте строительства гидроузла; получить надежные геотехнические характеристики грунтов (особенно сдвиговые и де- формативные характеристики, в том числе для заполнителей трещин в скальных породах).

Большие успехи в развитии механики грунтов (в том числе механики скальных пород) и методов улучшения оснований за последнее время способствовали совершенствованию и надежному применению бетонных и железобетонных плотин, в том числе при больших напорах и на нескальных основаниях. Наиболее крупные и выдающиеся в инженерном отношении плотины на нескальных основаниях построены в СССР (на реках Свирь, Волга и др.)

Имеется два направления снижения стоимости бетонных плотин.

1. Упрощение конструкции (отказ от устройства в ней различных водоводов, отверстий или сведение их к минимуму; применение простой массивной гравитационной конструкции, уменьшающей количество опалубки и др.). Это дает возможность возводить их высокопроизводительными методами, широко применяя механизацию (послойная укладка невысоких длинных блоков бетона токтогульским методом , использование конвейеров и т. д.); не омоноличивать строительные швы (или омоноличивать не все швы); применять малоцементные укатываемые бетонные смеси ,

При строительстве гравитационной плотины Уиллоу Крик (США, 1982 г., А=66,5 м, объем бетона 306 тыс. м3) из укатываемой бетонной смеси расход цемента у верховой грани был 104 кг на 1 м3 бетона, а во внутренней зоне 47 кг/м3 с добавкой золы-уноса 19 кг/м3.

Укатка осуществлялась вибрационными катками слоями толщиной 25...30 ем за четыре прохода катка; стоимость укатываемого бетона была в 3,4 раза меньше стоимости обычного массивного бетона. Срок и стоимость строительства существенно сократились по сравнению с вариантом гидроузла с каменно-земляной плотиной. 2. Облегчение конструкции - уменьшение объема бетона путем применения контрфорсных и ячеистых конструкций, учета пространственное!» работы сооружения (арочные плотины, гравитационные плотины с замо- ноличенными межсекционными швами и др.), анкеровки (вовлечение в работу основания) и т. д.

В каждом конкретном случае следует проанализировать, какое из этих направлений наиболее рационально. При этом перспективно и может быть целесообразным сочетание этих направлений - разумное облегчение конструкции (не ведущее к существенным производственным усложнениям) и возведение ее высокопроизводительными индустриальными методами, разработанными или модифицированными применительно к данной конструкции. Например, конструкция облегченной (массивно-контрфорсной) Кировской плотины (Л=83 м) была принята такой (достаточно толстые контрфорсы и др.), чтобы ее можно было успешно возвести методом послойной укладки бетона.

При скальном основании облегченные гравитационные плотины (рис. 7.1,6-г) по сравнению с массивными гравитационными (рис. 7.1, а) имеют объем бетона меньше примерно на 8...15 % (редко более 15%). Заанке- ренные плотины при небольших высотах (до 20 или 30 м) могут дать и большую экономию бетона (плотина Олт-на-Лейридж, h=22,2 м-50%). Применение массивно-контрфорсных плотин позволяет получить экономию бетона До 25...40 % (рис. 7.1,е), плотин с плоскими напорными перекрытиями-25...45 % (рис. 7.1,6), многоарочных -30...60 % и более (рис. 7.1,ж). В благоприятных геологических и топографических условиях при относительно узких створах объем бетона арочных плотин (рис. 7.1, и м) сокращается на 50...80 % и более по сравнению с объемом бетона массивной гравитационной плотины в аналогичных условиях. Для арочно-гравитационных плотин это сокращение существенно меньше (порядка 20...30 %).

В стоимости процент экономии меньше (да на 5...10%, иногда больше) ввиду усложнений в производстве работ, некоторого повышения марок бетона и увеличения опалубочных работ при облегченных плотинах и др. Он зависит от многих местных условий - способа пропуска и значений строительных расходов, стоимости рабочей силы и материалов и др.

При нескальном основании существенную экономию бетона (до 20... 45%) по сравнению с массивной конструкцией (см. рис. 7.25) удается обычно получать лишь при загрузке полостей балластом, то есть при применении различных ячеистых конструкций с засыпанными полостями (рис. 7.2, 7.3). Это связано с тем, что при сплошной фундаментной плите (рис. 7.2,6), которая обычно требуется для облегченной плотины при нескальном основании (кроме конструкции А. М. Сенкова, рис. 7.2, а), фильтрационное давление не уменьшается по сравнению с массивной гравитационной плотиной (при облегченных плотинах на скале, приведенных на рис 7.1,6,в, и контрфорсных оно уменьшается), а значительное уполаживание напорной грани контрфорсной плотины, необходимое из условия обеспечения устойчивости плотины на сдвиг при отсутствии загрузки грунтом полостей между контрфорсами, почти всегда приводит к недостаточно конструктивному решению.

Массивные гравитационные плотины на скальном основании (рис. 7.1, а) получили большое распространение из-за своей простоты. Плотины с расширенными швами (рис. 7.1,6) в ряде случаев были успешно применены, но большого распространения не получили; плотины с продольной полостью (рис. 7.1, а) нашли применение лишь в единичных случаях. Это можно объяснить тем, что экономия бетона при таких типах облегченных плотин не очень велика, производство же работ по их строительству несколько усложняется. Плотины с экраном на напорной грани пока строят редко, но в последнее время на них было обращено внимание, причем был выполнен ряд интересных проработок и исследований применительно к Курпсайской плотине (был принят вариант этой плотины без экрана). В такой конструкции при надежной работе экрана можно допустить растягивающие напряжения на верховой грани (что дает более обжатый профиль) и понизить требования к марке бетона (снять требование водонепроницаемости, допустить образование трещин у верховой грани). Их применение сдерживают весьма высокие требования к качеству выполнения экрана (из нержавеющей стали или полимерных материалов) и сомнения в возможности надежного обеспечения этих требований, а также сложности ремонтных работ в случае нарушения целостности экрана.

Заанкеренные плотины (рис. 7.1, с?) применены в ряде случаев, причем выполнены они как гравитационные и как контрфорсные при высотах, обычно не превышающих 55...60 м (при больших высотах возникают трудности с созданием требующегося для получения надлежащего эффекта предварительного натяжения анкеров), на хороших скальных основаниях, позволивших осуществить надежную анке- ровку.

Анкеровку использовали и при надстройке плотин . Большого распространения такие плотины не получили, в основном из-за некоторой сложности выполнения данной конструкции, затруднений размещения различных водопропускных отверстий в плотине при наличии анкеров, достаточно высоких требований к основанию и к качеству выполнения анке- ровки.

Из различных типов контрфорсных плотин, особенно за последние 30... 40 лет, наибольшее распространение получили массивно-контрфорсные (рис. 7.1, е), имеющие достаточно толстые элементы и небольшое армирование (5...15 кг стали на 1 м3 бетона и менее), что дает возможность строить их индустриальными методами и применять в суровых климатических условиях. Многоарочные плотины используют значительно реже, что объясняется сложностью их возведения и большим армированием (30... 50 кг стали и более на 1 м3 бетона). Плотины с плоскими напорными перекрытиями в настоящее время строят очень редко. Из относительно новых плотин данного вида можно упомянуть лишь плотины Мада в Малайзии, построенную в 1970 г., и Кордова в США (h = 27,4 м, пролеты между осями контрфорсов 12,5м). Это связано с тем, что конструкции таких плотин получаются относительно тонкостенными (что не всегда приемлемо по условиям современного производства работ), а перекрывать значительные пролеты плитами обычно нецелесообразно. К тому же требуется довольно значительное армирование конструкции (20...40 кг стали на 1 м3 бетона и более). Относительная тонкостенность элементов иногда может быть нежелательной и из условия долговечности.

Значительно большее распространение массивно-контрфорсных плотин по сравнению с близкими к ним гравитационными с расширенными швами, вполне закономерно, так как они дают большую экономию бетона (см. выше) без существенного дополнительного усложнения конструкции. Контрфорсные плотины, кроме того, позволяют получить большие (по модулю) вертикальные сжимающие напряжения а» в основании у напорной грани (рис. 7.4,а, б) и этим исключить раскрытие контактного шва в основании в зоне цементационной завесы. При контрфорсных плотинах можно при необходимости получить достаточно равномерную эпюру напряжений в основании, что относится к их достоинствам и осуществлено в ряде плотин, особенно на относительно низкомодульных основаниях. Это может быть достигнуто устройством более пологой низовой грани в нижней части контрфорса (прилив А на рис. 7.4, в), а при необходимости дополнительного уменыде- ния напряжений и устройством полной или частичной фундаментной плиты (плотины -Андижанская - см. рис. 7.44, Бен Метир ).

В теле контрфорсных плотин напряжения распределяются более равномерно, чем в массивных гравитационных.

Указанный недостаток массивных гравитационных плотин (малое оу в контактном шве) можно устранить или уменьшить применением анкеровки (рис. 7.1, д, 7.4, г), устройством продольной полости (рис. 7.1, в), применением соответствующей разрезки плотины временным, замоноличиваемым перед наполнением водохранилища швом (рис. 7.4, д), а также использованием «активного шва» с плоскими домкратами (рис. 7.4, е). Последнее эффективное мероприятие применено на практике лишь для контрфорсных плотин; оно вовлекает в работу основание и позволяет уменьшить объем бетона при благоприятном распределении напряжений в основании. Активные швы с плоскими домкратами просты и оправдали себя на практике .

Принципиально иным решением, учитывающим возможность раскрытия контактного шва в гравитационной плотине в случае малых расчетных значений оу, которые в действительности могут оказаться и растягивающими (особенно при обжатом профиле), является устройство короткого понура с цементационной завесой под ним, несколько вынесенной в ВБ за зону возможного возникновения растягивающих напряжений (см. рис. 7.1, г). При таком решении весьма ответственны уплотнения в шве между коротким понуром (или массивом над завесой) и телом плотины, ремонт которых затруднителен. Это решение можно считать необходимым, когда на верховой грани плотины допускаются растягивающие напряжения. Оно разрешается СНиП II-54-77 лишь при наличии гидроизоляции верховой грани (см. рис. 7.1, г). Его следует рассматривать при неблагоприятном разномодульном основании, когда под низовой частью плотины оно имеет более низкий модуль деформации, чем под верховой.

Арочные плотины получили значительное распространение в горных районах во многих странах мира и хо

рошо зарекомендовали себя в эксплуатации . Они обычно экономичны, хорошо вписываются в окружающий ландшафт, красивы, надежно работают в условиях высокой сейсмичности и при перегрузках. Так, плотина Пакои- ма высотой 116 м (Калифорния, США) без повреждений перенесла очень сильное землетрясение с максимальным горизонтальным ускорением 1,25g и вертикальным до 0,75g, а итальянская тонкая плотина Вайонт высотой 266 м и толщиной понизу 23 м уцелела, получив очень небольшие повреждения, когда через нее в 1963 г. перехлестнула волна высотой около 70 м, вызванная огромным оползнем в водохранилище, в которое за 5...7 мин обрушилось около 300 млн. м3 скальных пород.

Наиболее распространены арочные плотины с защемленными пятами (рис. 7.1, и), а также с периметральным (контурным) швом (рис. 7.1,с); нередко строят и плотины с устоями (рис. 7.1, м). Более сложные в строительстве плотины, расчлененные швами на отдельные арки (в том числе и из трехшарнирных поясов - рис. 7.1,л), работающие в основном как плоские системы, возводят лишь в единичных случаях при небольших высотах.

В последнее время получили распространение арочные плотины купольного типа, то есть со значительно искривленными вертикальными сечениями (так называемыми консолями). В таких плотинах обычно удается получить наиболее благоприятное распределение напряжений.

Арочно-гравитационные плотины применяют в настоящее время преимущественно при больших напорах, в достаточно широких створах и при расположении в теле плотины водопропускных отверстий - водосбросов, трубопроводов гидростанции (плотины Саяно-Шушенская, Глен Каньон).

Бетонные и железобетонные плотины, как правило, строят из монолитного бетона. Лишь в единичных случаях и при сравнительно небольших высотах такие плотины выполняли полностью из сборных элементов (многоарочная плотина Мефруш в Алжире высотой 25 м, экспериментальная ячеистая плотина на р. Степной Зай в СССР и некоторые другие). Это в основном связано с тем, что такие плотины не являются массовыми типовыми сооружениями и сборные нетиповые конструкции в большинстве случаев неэффективны даже при малых и умеренных высотах сооружений.

При небольших напорах (5...7 м) в ряде случаев были применены сборномонолитные ячеистые конструкции, состоящие из блоков в виде спаренных железобетонных плит, омоноличи- ваемых бетоном (рис. 7.2,6). Четыре плотины такого типа построены по проектам Гипросельэлектро (Красноярская на р. Медведица, Перевозская, Лыковская и Шильская) . Плотина подобного типа сооружена в Ираке (проект Союзгипроводхоза).

Отдельные сборные элементы, облегчающие производство работ (пазовые конструкции, парапеты, плиты железобетонной постоянной опалубки контрфорсных плотин, постоянная железобетонная опалубка смотровых галерей и др.), используют при строительстве бетонных и железобетонных плотин.

Гравитационные, контрфорсные и арочные плотины можно выполнять не только из бетона, но и из каменной кладки на растворе . В настоящее время плотины из каменной кладки практически вытеснены бетонными, имеющими существенные производственные преимущества (возможность широкой механизации, высокие темпы работ и др.). Лишь в Индии иногда еще строят гравитационные плотины из каменной кладки. В 1969 г. там было закончено строительство каменной плотины Нагарджанасагар высотой 124,7 м - самой высокой в мире плотины такого типа .

По назначению плотины бывают водохранилищные, водоопускающие и водоподъёмные. Подпор уровня воды у водоподъёмных плотин невысок, целью устройства таких плотин является улучшение условий водозабора из реки, использования водной энергии и пр. Водохранилищные плотины отличаются заметно большей высотой, как следствие, большим объёмом создаваемого водохранилища. Отличительной особенностью больших водохранилищных плотин является способность регулировать сток, малые плотины, с помощью которых создают, например, пруды, сток не регулируют. Чаще всего подобное функциональное разделение плотин на водохранилищные и водоподъёмные является условным, в силу трудности определения более важной функции. Вместо этого может использоваться деление плотин по высоте подъёма воды: низконапорные (глубина воды перед плотиной до 15 м), средненапорные (15-50 м), высоконапорные (более 50 м).

Поперек рек и речек плотины устраиваются с целью поднять уровень воды и образовать искусственный водопад , которым пользуются как механическою силою или же чтобы сделать мелкие реки судоходными и распространить судоходство и сплав далее вверх по течению реки.

Ручьи, балки, овраги и ложбины заграждаются плотинами для задержания в них дождевых и снеговых вод, образующих пруды и резервуары, запасами которых пользуются в сухое время года для орошения полей, для водопоя и других потребностей в домашнем хозяйстве или же для водоснабжения населенных мест, для питания судоходных каналов, а также для пропусков воды в реки при недостаточной глубине их для судоходства (реки Мста , Верхняя Волга и другие).

Плотины вдоль рек возводятся для направления течения соответственно потребностям судоходства, а по берегам рек, озёр и морей - для предохранения от наводнений и для предупреждения вторжения морских вод внутрь страны.

Классификация плотин

Тип и конструкция плотины определяются её размерами, назначением, а также природными условиями и видом основного строительного материала. Плотины различаются по типу основного материала, из которого они возводятся, по назначению и по условиям пропуска воды.

По типу материала

По типу основного материала различают плотины:

По способу возведения

• насыпные
• намывные
• направленного взрыва

По способу восприятия основных нагрузок

• гравитационные
• арочные
• контрфорсные
• арочно-гравитационные

По условиям пропуска расхода воды

• глухие (не допускают перелива воды через гребень)
• водосбросные
• фильтрующие (пропуск воды осуществляется через тело плотины)
• переливные (катастрофического действия)
• разборные

История

Искусство возведения плотин известно уже с глубокой древности. О водоподъёмных плотинах упоминает Геродот . Абу-л-Фида сообщает о плотине, построенной персами для отвода воды от города Тостара . Аббас I Великий соорудил близ Кашана каменную плотину длиной 36 метров, высотой 16 м и толщиной 10 м, снабженную у подошвы каналом для пропуска воды. Наконец, в древние времена строились также весьма большие плотины для ограждения местностей от наводнений, например, арабами во II столетии н. э. Подобные же работы, по рассказу Абу-л-Фиды, предприняты были Александром Македонским для предупреждения разлива озера Кадис близ сирийского города Эмесы .

Самая древняя из известных плотин датирована 3000 годом до нашей эры. Располагалась она в ста километрах от Аммана ; это была каменная стена 4,5 метра в высоту и 1 метр в толщину . В 2800 /2600 году до нашей эры в 25 километрах от Каира была возведена плотина протяжённостью 102 метра; она была вскоре разрушена ливнем . В середине III века была построена целая система рядом с индийским городом Дхолавира . Римляне строили весьма разнообразные плотины, в первую очередь - для получения водохранилищ на засушливые периоды ; самая высокая римская плотина достигала 50 метров в высоту и была разрушена лишь в 1305 году .

С 1998 года в десятках стран мира ежегодно 14 марта по инициативе организации «Международная сеть рек» отмечается «Международный день действий против плотин » (иначе: «День действий в защиту рек, воды и жизни ») . Активистам движения против плотин уже удалось добиться реальных результатов: в Соединённых Штатах были демонтированы две шестидесятиметровые плотины, а в Швеции принят закон, который запрещает строить плотины более пятнадцати метров в высоту .

Гравитационные плотины

Давление от масс воды гравитационные плотины воспринимают своей массой. Сопротивление сдвигу происходит за счёт сил трения или сцепления подошвы плотины по основанию. Вследствие этого такие плотины имеют массивный характер, чаще близкое к трапецеидальному сечение в поперечнике.

Арочные плотины

Арочные плотины давление от масс воды передают на берега ущелья (реже - на искусственные устои). В силу этого такие плотины чаще возводятся в горной местности, где берега сложены прочными породами. Часть нагрузок арочная конструкция передаёт на основание. При этом, чем шире арка, тем больше давление на основание. Это требует увеличение ширины плотины в нижней части, и приводит к появлению арочно-гравитационных плотин. Арочные плотины с контрфорсами в нижней части арки называют арочно-контрфорсными. В них работа арки ограничивается верхней частью, что позволяет применять арочные плотины в более широком диапазоне мест расположения.

Арочно-гравитационные плотины

Арочно-гравитационные плотины совмещают в себе свойства арочных и гравитационных плотин.

Контрфорсные плотины

Как и арочные плотины позволяют уменьшить массу тела плотины, её размеры за счёт более эффективной расчётной схемы. Стена в контрфорсной плотине более тонкая, чем в гравитационной благодаря её усилению с низовой стороны подпорными конструкциями (стенами).

Грунтовые плотины

Грунтовые, или земляная плотина строится из грунтовых материалов, в том числе песчаных, суглинистых, глинистых, как правило, без перелива воды через неё. Обычно форма поперечного сечения приближается к трапецеидальной . Грунтовые плотины просты по конструкции, строительство их возможно в очень широком диапазоне геологических условий. Учитывая это, а также использование при возведение плотины местных строительных материалов, почти полную механизацию труда и сокращение трудозатрат, грунтовые плотины можно считать самым распространённым типом водоподпорного сооружения. Грунтовые плотины относятся к гравитационным плотинам .

Грунтовые плотины были в числе самых первых плотин в истории человечества. С давних пор такие плотины строились и в России. Известна Змеиногорская плотина XVIII века, построенная выдающимся русским инженером Козьмой Фроловым .

Современные грунтовые плотины достигают весьма больших размеров, к примеру, Нурекская плотина достигает высоты трёхсот метров, а плотина Тарбела объёма 130 миллионов кубических метров. География плотин чрезвычайно широка: Вилюйская , Усть-Хантайская , Колымская плотины возведены в условиях вечной мерзлоты, в Средней Азии строится самая высокая в мире Рогунская плотина, существуют плотины на Кавказе - Сарсангская , Мингячевирская , известны плотины на Дальнем Востоке, Карпатах, Крыму.

Классификация грунтовых плотин

Грунтовые плотины классифицируются по материалу тела плотины, по конструкции, методу производства работ, высоте, типу противофильтрационных устройств в основании.

Низкими считаются плотины высотой до 25 метров, средними в диапазоне 25-75 метров, выше 75 метров - высокие плотины. Особо высокие плотины (более 150 м) относятся к «сверхвысоким».

Расчёты грунтовых плотин

При проектирование современных грунтовых плотин проводятся расчёты с учётом напряжённо-деформированного состояния при статических и динамических воздействиях. При проведении расчётов используются компьютеры , а инженеру-проектировщику требуются знания теории упругости и пластичности , ползучести , численных методов . Работа грунта моделируется с учётом наиболее важных его свойств, и применение методов механики сплошных сред позволяет получить весьма близкие к реальности результаты расчётов. Современное проектирование грунтовых плотин учитывает иногда и реологию грунтов .

При проектировании плотин следует провести несколько групп расчётов, среди которых:

• расчёты фильтрации в теле плотины;
• расчёты основания плотины;
• расчёты тела плотины;
• расчёты, связанные с сейсмостойкостью;
• расчёты устойчивости откосов плотины;
• расчёты сопряжения плотины с основанием.

Расчёты фильтрации в теле плотины необходимы для проведения прочих расчётов, например, устойчивости откосов. Фильтрационный поток через плотину влияет на работу плотины в целом. Параметры фильтрационного потока определяют конструкцию как плотины, так и сопутствующих устройств. В ходе расчёта фильтрации определяются скорости движущейся грунтовой воды, фильтрационные расходы через тело плотины, строится гидродинамическая сетка движения фильтрационного потока и депрессионная поверхность (верхняя граница фильтрационного потока в теле плотины).

При расчётах основания определяются осадки основания, несущая способность грунта, прогнозируется уплотнение (консолидация) основания.

Расчёты тела плотины определяют его осадки, проверяются прочность грунтовых материалов, даётся оценка трещинообразования.

Конструкции грунтовых плотин

Конструкция плотины во многом определяется свойствами местных грунтов, имеющихся вблизи створа. Также на конструирование влияют инженерно-геологическая ситуация места строительства, гидрологические характеристики реки и стока, климатические условия, сейсмичность района, наличие парка необходимых строительных машин.

В ходе конструирования решаются следующие задачи:

• назначаются габаритные размеры сооружения (высота плотины, заложение откосов, ширина гребня, размеры берм);
• выбирается тип укрепления откосов и гребня;
• определяются противофильтрационные устройства в теле плотины;
• разрабатываются дренажные устройства;
• конструируется подземный контур плотины;
• назначается тип сопряжения плотины с основанием и берегами.

Разрушения плотин и обеспечение безопасности

Ущерб от разрушения плотины может быть чрезвычайно большим. Обусловлено это тем, что разрушение непосредственно конструкции плотины является, зачастую, лишь небольшой частью общего ущерба, в который включаются потери от разрушения сопутствующих сооружений (поскольку плотина почти всегда является лишь частью гидроузла), потери предприятий, производство на которых может быть парализовано в результате прекращения поступления от ГЭС, потери от разрушений, произведённых катастрофическим водосбросом в нижнем бьефе плотины.

Крупные катастрофы на плотинах

Список некоторых крупных катастроф, произошедших на плотинах .

Обеспечение безопасности

В Российской Федерации безопасность гидротехнических сооружений регулируется Федеральным Законом «О безопасности гидротехнических сооружений», принятым Государственной Думой 23 июня 1997 года. Плотины должны проектироваться в соответствии с действующими нормативными документами: строительными нормами и правилами (СНиПами), Государственными стандартами (ГОСТами), ведомственными нормативными документами (РД).

Мероприятия по обеспечению безопасности должны выполняться начиная со стадии проектирования. В ходе возведения плотины должна производиться проверка на соответствие работ, свойств оснований и строительных материалов проектным данным. В ходе эксплуатации сооружения требуется осуществлять натурные наблюдения - мониторинг плотины с помощью контрольно-измерительной аппаратуры. Установка аппаратуры в сооружении должна предусматриваться ещё на стадии проектных работ и обеспечивать, в зависимости от класса сооружения, наблюдения за осадками, горизонтальными смещениями, параметрами фильтрационного потока в теле плотины, температурой, напряжённо-деформированным состоянием и прочим.

Помимо аппаратного мониторинга на всех плотинах следует выполнять натурные визуальные и

Из всех плотин самое большое впечатление безусловно производят арочные. Кажется совершенно невероятным, как тонкая выгнутая бетонная стена держит миллиарды тонн воды, да еще при этом имеет огромный запас прочности. Ну и в конце концов, арочные плотины просто очень красивы.

Сяовань — высочайшая арочная плотина мира. Фото отсюда

Принцип действия арочных плотин принципиально отличается от всех других типов плотин. Если гравитационные и контрфорсные плотины давят на основание, то арочные переносят нагрузку на берега. Арочная плотина может быть даже специально отрезана от основания особым швом-разрезом (так иногда делают для разгрузки напряжений, возникающих в некоторых типах плотин).

Плотина Люмей со швом в основании

При этом, бетон в арочной плотине работает на сжатие, а в такой ситуации его прочность чрезвычайно велика. Соответственно, арочная плотина может быть удивительно тонкой — при высоте в сотню метров ее толщина может составлять всего 2-3 м.

В то же время, такие тонкие арочные плотины строят не всегда. В зависимости от конкретных условий, более эффективным может оказаться строительство более толстой или даже арочно-гравитационной плотины, устойчивость которой обеспечивается как упором в берега, так и собственным весом.

Главное преимущество бетонной плотины — значительная экономия бетона, достигающая 80% от количества бетона в гравитационной плотине. В то же время, арочные плотины предъявляют особые требования к берегам — к ширине долины, ее форме и качеству пород.

Ингурская плотина. Фото отсюда

В широких долинах строительство арочных плотин неэффективно. Существует специальный коэффициент, отражающий отношение длины арочной плотины по гребню к ее высоте (L/H). Наиболее эффективно строительство арочных плотин в случае, если этот коэффициент не превышает 3,5, хотя известны случаи строительства арочных плотин и в относительно широких створах — так, для Саяно-Шушенской ГЭС L/H=4,56, для плотины Пьеве ди Кадоре в Италии L/H=7,45.

Плотина Пьеве ди Кадоре. Фото отсюда

Не любят арочные плотины и ассиметричных долин — в их арка нормально не работает. При необходимости, прибегают даже к строительству специальных врезок и подпорных стенок. Ну и наконец, породы, в которые упирается арочная плотина, должны быть весьма прочными. Соответственно, идеальное место для арочной плотины — горное ущелье, где собственно они в основном и строятся.

Схема плотины ГЭС Сяовань.

Устойчивость арочных плотин чрезвычайно велика. В модельных экспериментах они разрушались лишь при нагрузках, в 3-5 раз превышающих расчетные. Известен пример катастрофы на плотине Вайонт (очень высокой и очень тонкой), когда сошедший в водохранилище оползень вызвал перелив воды через плотину слоем не менее 70 м — плотина устояла и более того, почти не была повреждена.

Плотина Вайонт. Фото отсюда

В России арочных плотин немного — три чисто арочных (Чиркейская, Миатлинская и Гунибская) и две арочно-гравитационных (Саяно-Шушенская и Гергебильская). Существует проект Агвалинской ГЭС на р.Андийское Койсу с арочной плотиной высотой 210 м.

Чиркейская ГЭС. Фото отсюда

Высочайшей арочной плотиной мира является плотина китайской ГЭС Сяовань на р.Меконг высотой 292 м, введенная в эксплуатацию в 2010 году. До того, долгое время лидерство удерживала плотина Ингурской ГЭС в Грузии, ее высота 271,5 м. Много высотных арочных плотин строится в Китае — например, плотина ГЭС Силуоду высотой 278 м (кстати, мощность ГЭС тоже впечатляет — 13 860 МВт!). Там же строится и высочайшая арочная плотина мира — Жинпинь-1 высотой 305 м. Впрочем, и это не предел — существует красивый проект плотины Абу-Шенейла в Судане высотой 335 м!

Многообразно: подъем уровня воды и увеличение глубин в верхнем бьефе благоприятствуют судоходству, лесосплаву, а также водозабору для нужд орошения и водоснабжения; сосредоточение напора у П. создает возможность энергетического использования стока реки; наличие водохранилища позволяет регулировать сток, т. . увеличивать расход воды в реке в меженные периоды и уменьшать максимальный расход в паводок , способный привести к разрушительным наводнениям. П. и водохранилище существенно воздействуют на реку и прилегающие территории: изменяются режим стока реки, температура воды, продолжительность ледостава; затрудняется миграция рыбы ; берега реки в верхнем бьефе затопляются; меняется микроклимат прибрежных территорий. П. обычно является основным сооружением гидроузла. Плотиностроение возникло так же давно, как и гидротехника , в связи со значительным развитием искусственного орошения территорий у земледельческих народов Египта, Индии , Китая и др. стран. Возведение П. потребовалось для строительства гидросиловых установок, а затем и сооружения гидроэлектростанций. Энергетическое использование водных ресурсов явилось основным стимулом увеличения размеров и совершенствования конструкций П., появления гидроузлов на многоводных реках. На территории СССР водяные мельницы с П. строились еще во времена Киевской Руси. В 17-19 вв. горнодобывающая, металлургическая, текстильная, бумажная и др. отрасли промышленности на Урале, Алтае, в Карелии и центральных областях России использовали в основном механическую энергию гидросиловых установок; их П. были незначительны по размерам и сооружались из местных материалов. Мощные гидроэлектростанции с бетонными и земляными П. больших размеров начали строить лишь при Советской власти, после принятия плана ГОЭЛРО . В 1926 была построена первая бетонная водосливная П. Волховской ГЭС . В 1932 сооружена высокая бетонная П. Днепровской ГЭС (ее наибольшая высота около 55 м). Водосливная П. Нижнесвирской ГЭС - первая П., построенная на слабых глинистых грунтах. В 50-70-х гг. на многоводных реках были сооружены: намывные земляные П. на Волге у Куйбышева и Волгограда, бетонные П. Братской ГЭС на Ангаре (высота 128 м) и Красноярской ГЭС на Енисее (124 м) (рис. 1), высокая 300-метровая каменно-земляная П. Нурекской ГЭС на р. Вахш , арочная П. Саянской ГЭС на Енисее (высота 242 , длина по гребню 1070 м; находится в стадии сооружения, 1975) и многие др. Проектирование и строительство П. в СССР отличаются высоким техническим уровнем, позволившим советскому плотиностроению занять одно из ведущих мест в мире. Из П., сооруженных за рубежом, следует отметить: многоарочную П. Бартлетт, высота 87 м (США, 1939), каменную П. Парадела, высота 112 м (Португалия, 1958), земляную П. Сер-Понсон, высота 122 м (Франция, 1960), каменно-земляную П. Миборо, высота 131 м (Япония, 1961), гравитационную бетонную П. Гранд-Диксанс, высота 284 м (Швейцария, 1961). Тип и конструкция П. определяются ее размерами, назначением, а также природными условиями и видом основного строительного материала. По назначению различают П. водохранилищные и П. водоподъемные (предназначенные лишь для повышения уровня верхнего бьефа). По величине напора П. условно подразделяют на низконапорные (с напором до 10 м), средненапорные (от 10 до 40 м) и высоконапорные (более 40 м). В зависимости от роли, выполняемой в составе гидроузла, П. может быть: глухой, если служит лишь преградой для течения воды; водосливной, когда предназначена для сброса избыточных расходов воды и оборудована поверхностными водосливными отверстиями (открытыми или с затворами) или глубинными водоспусками; станционной, если имеет водозаборные отверстия (с соответствующим оборудованием) и водоводы, питающие турбины ГЭС. По основному материалу, из которого возводят П., различают земляные плотины, каменные плотины, бетонные плотины, деревянные плотины. Земляная П. возводится полностью или частично из малопроницаемого грунта. Уложенный по верховому откосу П., малопроницаемый грунт образует экран; при расположении такого грунта внутри тела П. создается ядро . Наличие экрана или ядра обеспечивает возможность возведения остальной части П. из проницаемого грунта или из каменных материалов (каменно-земляная П.). У подошвы низового откоса земляной П. для отвода воды, профильтровавшейся через тело и основание П., устраивают дренаж . Верховой откос П. защищают от воздействия волн бетонными плитами или каменной наброской. При возведении земляной насыпной П. грунт добывают в карьере экскаваторами, транспортируют к месту сооружения самосвалами, укладывают в тело П., разравнивают бульдозерами и уплотняют послойно катками. Возведение намывной П. включает разработку грунта землесосами или гидромониторами, транспортировку пульпы по трубам и распределение ее по поверхности возводимой П., после чего вода уходит, а оседающий грунт самоуплотняется. Для подготовки основания и возведения земляной П. в русле реки ее котлован ограждается перемычками, а река отводится по заранее проложенным временным водоводам, закрываемым после возведения П. В каменной (набросной) П. экран или центральный водонепроницаемый элемент (диафрагму) выполняют из железобетона, асфальта, дерева, металла, полимерных материалов. Требование малой водопроницаемости распространяется и на основание П. Если грунт основания проницаем на большую глубину, его покрывают перед П. понуром (например, из глины), образующим с экраном одно целое. П. с ядром дополняется устройством в основании стальной шпунтовой стенки или противофильтрационной завесы. Камень в каменнонабросную и каменно-земляную П. отсыпается слоями большой высоты. Бетонные П. обычно классифицируют по конструктивному признаку в зависимости от условий работы на сдвиг ; соответственно этому различают 3 основных типа П. (рис. 2) - гравитационные плотины, арочные плотины, контрфорсные плотины. Осн. материалом для современных бетонных П. (преимущественно гравитационных) служит гидротехнический бетон . Один из важнейших вопросов при возведении бетонных П. - снижение фильтрации воды в основании. С этой целью в основании высокой бетонной П. вблизи верховой грани устраивается противофильтрационная завеса. На остальном участке основание дренируется для уменьшения давления воды на подошву П., что повышает устойчивость сооружения. Гравитационная и контрфорсная П., во избежание образования трещин вследствие температурных колебаний, разрезаются по длине на короткие секции, швы между которыми перекрываются водонепроницаемыми уплотнениями (см. Гидроизоляция). Для предотвращения появления трещин в результате усадки бетона при твердении и снижения температурных напряжений П. бетонируют отдельными блоками ограниченных размеров, применяют искусственное охлаждение составляющих бетонной смеси и уложенного в блоки бетона посредством циркуляции охлаждающей жидкости (от холодильной установки) по системе труб, проложенных в теле П. Бетонная П. в русле реки обычно сооружается в 2 очереди под защитой ограждающих котлованы перемычек. При возведении первой очереди П. река течет по свободной части русла; при второй - через оставленные в П. отверстия (прораны), которые закрывают по окончании всех строительных работ. Если русло реки узкое, бетонная П. строится в один прием, с временным отводом реки в береговые водоводы. Распространенная в практике гидротехнического строительства низконапорная бетонная водосливная плотина, возводимая на нескальном основании и предназначенная для пропуска больших расходов воды, имеет конструкцию, показанную на рис. 3. Основу ее составляют водосливные пролеты, образованные бетонным флютбетом и быками и перекрываемые гидротехническими затворами. За водосливами устраивается массивное крепление русла - водобой (иногда заглубленное в виде водобойного колодца), далее располагается более легкое крепление - рисберма. Под водобоем устраивается дренаж. С берегами или земляными П. водосливная П. сопрягается массивными устоями. Низконапорная бетонная водосливная П. обычно строится с применением армирования, часто всего сооружения (см. Железобетонная плотина). уровень верхнего бьефа, а суда и плоты идут через шлюз . В многоводный период затворы и мосты убирают, фермы контрфорсов укладывают на флютбет, открывая судам и плотам путь через П. Общая тенденция современного плотиностроения - увеличение высоты П. Технически достигнутые высоты могут быть превзойдены, однако в экономическом отношении сооружение двух последовательно расположенных П. меньшей высоты часто оказывается более рациональным, чем одной высокой. Совершенствование типов П. из грунтовых материалов осуществляется при одновременном удешевлении и ускорении их строительства за счет повышения мощности строительных механизмов и транспортных средств. Повышение экономичности бетонных П. достигается уменьшением их объема, заменой гравитационных П. контрфорсными и более широким применением арочных П. Этой тенденции сопутствуют улучшение и специализация свойств цемента и бетона. Весьма эффективно совмещение в одном сооружении водосливной плотины и здания ГЭС, что обеспечивает сокращение бетонной (наиболее дорогостоящей) части напорного фронта гидроузла. Эта гидротехнических работ, М., 1970. А. . Можевитинов.