Устройство бетонной водосливной плотины гравитационного типа на скальном основании

ЛЕКЦИЯ 5

Существует большое разнообразие водосбросных плотин на скальном основании, среди которых различают плотины с донным режимом сопряжения потока с нижним бьефом, с низким и высокими уступами.

Как уже отмечалось выше, вакуумные профили плотин обычно оказываются нерациональными, поэтому их применение возможно лишь в исключительных случаях. Плотину с низким уступом рационально использовать только при необходимости пропуска больших масс льда, а в остальных случаях из-за невыгодного режима придонных скоростей в нижнем бьефе, а также в связи с наличием сбойности течения, которые вызывают необходимость выполнять дополнительные мероприятия по обустройству нижнего бьефа (креплению его дна), их применение является нерациональным. Плотину с высоким уступом обычно проектируют при значительной высоте сооружения (не менее 40 м) и только на скальных основаниях.

Основные схемы сопряжения бьефов водосбросных гравитационных плотин всех классов в зависимости от высоты сооружения и ширины створа принимаются по табл. 5.1.

Таблица 5.1

Относительная ширина створа	высота плотины, м	Схема сопряжения бьефов
lch/h > 3	До 40	Донный гидравлический прыжок Незатопленный поверхностный прыжок*
	Св. 40	Отброс струй носками-трамплинами
lch/h £ 3	Любая	Донный гидравлический прыжок
Примечание: Сопряжение бьефов с помощью незатопленного поверхностного прыжка для плотин высотой более 40 м допускается при гидравлическом обосновании. lch — ширина ущелья по хорде на уровне гребня плотины, h — высота плотины.

Плотина, представленная на рис. 6.1, выполнена в виде классического профиля водосливной плотины с плавным сопряжением водосливной части с дном нижнего бьефа и с устройством водобойного колодца. Сброс воды в нижний бьеф осуществляется посредством подъема сегментных затворов, опирающихся на разделительные бычки. Бычки также являются опорами для мостового перехода через плотину.

Рис. 6.1. Водосливная плотина на скальном основании с водобойным колодцем:
1 — тело плотины; 2 — смотровая потерна; 3 — разделительный бычок; 4 — сегментный затвор;
5 — транспортный переход (автодорожный мост); 6 — водобой

Профиль плотины, представленной на рис. 6.2, отличается от профиля на рис. 6.1 наличием высокого уступа, позволяющего отбросить поток воды на значительное расстояние. В виду большого напора для уменьшения фильтрационного противодавления, действующего на флютбет плотины, в ее основании с верховой стороны предусмотрены цементационная завеса и дренаж. Для сбора фильтрующей через бетон воды у верховой грани предусмотрены смотровые галереи и вертикальный дренаж, вода из которого отводится в конечном итоге в нижний бьеф сооружения.

Рис. 6.2. Плотина на скальном основании с высоким уступом

В случае устройства за водосливной плотиной здания ГЭС вода сбрасывается по перекрытию здания (рис. 6.3). В этом и предыдущем случаях уступ проектируют таким образом, чтобы образованная в результате падения струи воронка размыва находилась на некотором удалении от низовой грани плотины для предотвращения возможного подмыва сооружения и потери устойчивости сооружения.

Рис. 6.3. Водосливная плотина в комплексе со зданием ГЭС:
1 — сегментный затвор; 2 — водослив; 3 — машинный зал ГЭС; 4 — турбинный водовод в теле плотины

Основание плотин

К скальным основаниям относят массивы прочных пород с жесткими связями между частицами, характеризующиеся пределом прочности на сжатие более 5 МПа, более 1 МПа на растяжение и модулем деформации более 5 ГПа. Массивы оснований и породы с меньшими показателями относят к полускальным грунтам.

В состав скальных пород могут входить три основные группы:

1 Магматические — интрузивные (граниты, сиениты, габбро, диориты) и эффузивные или лавовые (базальты, диабазы, порфириты, андезиты), которые отличаются высокими показателями прочности (на сжатие до 100÷320МПа).

2 Осадочные — крепкие известняки и доломиты (прочность на сжатие до 140 МПа), песчаники кремнистые (прочность — 100÷230 МПа).

3 Метаморфические — кристаллические сланцы, гнейсы, кварциты, филлиты.

Скальные основания чаще всего неоднородные и имеют сложную структуру, в связи с чем получение достаточного объема информации о геологическом строении района створа гидроузла с показателями геомеханических свойств пород и особенностями их напластования является первоочередной задачей.

При подготовке скального основания под плотиной выполняют следующие виды работ:

· Удаление с поверхности скалы всех аллювиальных отложений.

· Удаление поверхностного разрушенного слоя разборной скалы, т. е. скалы, которую можно удалить без применения взрывных работ.

· Удаление оставшегося слоя трещиноватой скалы до проектной отметки — обычно до поверхности «здоровой» скалы. Необходимо отметить, что при разработке скальных оснований, имеющих явно выраженные отдельности или напластования с общим или местным падением в сторону нижнего бьефа, поверхность основания обрабатывают уступами с подъемом в сторону нижнего бьефа с уклоном 1:5, что примерно соответствует направлению главных напряжений в основании сооружения (рис. 6.4).

Рис. 6.4. Зубья-уступы фундаментной части плотины:
1 — верховой подплотинный зуб; 2 — противофильтрационная завеса;
3 — траектория главных сжимающих напряжений

· Укрепление раздробленных участков (при необходимости) различными связями и конструкциями.

· Подготовка основания к бетонированию путем его очистки от глинистых грунтов, грязи пыли мусора, следов масла.

· Бетонирование первого слоя.

· Цементация основания путем устройства в верховой зоне основания плотины в месте возможного возникновения растягивающих напряжений площадной связующей цементации, а в низовой части — укрепительной. Глубина связующей цементации обычно составляет 3÷5 м, а укрепительной — 7÷15 м. Диаметр скважин, через которые под давлением нагнетают цементный, цементно-глинистый или битумизированный раствор, составляет 45÷76 мм, а шаг скважин от 1,5÷2 до 3÷4 м.