Диссертация (1141446), страница 49
Текст из файла (страница 49)
В РФимеет смысл рассмотреть вариант строительства сверхвысокой плотины с ЖБЭ вТуруханском створе (р. Нижняя Тунгуска) и в створе Канкунской ГЭС [Лащенов,Саакян, Салимов]. На Эвенкийской ГЭС (Туруханский створ) возможновозведение плотины высотой более 200 м, которая создаст водохранилищемноголетнего регулирования объёмом 409 км3. При этом мощность ГЭС составит1220 ГВт.Исторический обзор позволяет сделать следующие выводы:91) Большое количество успешно эксплуатируемых каменно-набросныхплотин с железобетонным экраном говорит о перспективности данного типаплотин, даже при большой их высоте.2) Надёжность плотин с железобетонным экраном в большой степениопределяется деформациями тела грунтовой плотины, поэтому такие плотинытребует качественного уплотнения камня упорных прихм и подэкрановой зоны.3) Одним из важных факторов, определяющих работу экрана, является егосопряжение с основанием.
Во избежание трещинообразования, необходимо спомощью периметрального шва обеспечить свободу деформаций экрана,4) Несмотря на то, что железобетонный экран имеет очень малую толщинупо сравнению с высотой плотиной, экран, не разрезанный швами по высоте, можетработать надёжно.5) Железобетон экрана по разным причинам со временем может приходитьв негодность. Без ремонта плотины с железобетонным экраном к длительнойэксплуатации не пригодны. Необходимо, чтобы конструкция плотина быларемонтопригодна.Теперь рассмотрим, как данный исторический опыт отразился наконструкциях современных плотин.5.3Современныеконструкциикаменно-набросныхплотинсжелезобетонными экранами2Конструкция современных каменно-набросных плотинах с ЖБЭ состоит изчетырёх основных элементов – сам экран, подэкрановая зона (зона 2), упорнаяпризма (зона 3) и присыпка на верховом откосе (экране) (зона 1) (рисунок 5.1)[ICOLD, 2010, В.141; Ляпичев; Cooke; Sherard, Cooke].2Более подробно данный материал изложен в п.5.2 Приложения.10Рисунок 5.1 - Схема устройства и зонирования грунтов в плотине с ЖБЭУпорная призма состоит из нескольких зон, т.е.
производится зонированиекамня по крупности и качеству уплотнения.В верховой призме (зона 3B), расположенной под ЖБЭ, каменную наброскутщательно уплотняют. В низовой призме (зона 3С) используется более крупныйкамень, который укладывается слоями большей толщины (до 2 м). Иногда междузонами 3B и 3C устраивается зона T, в которую укладывается каменьпромежуточногокачества.Зона3Аявляетсяпереходнойзоноймеждуподэкрановой зоной (зона 2) и верховой упорной призмой (зона 3B).Подэкрановаязона(зона2)предназначенадлясглаживаниянеравномерности деформаций ЖБЭ, а также для выравнивания поверхности подэкран и для борьбы с суффозией в случае нарушения целостности ЖБЭ.
Толщинапереходной зоны обычно не менее 3 м.Зона 2 разделяется на две подзоны: 2A и 2B. Зона 2B подстилает. В неёукладывается сортированный щебенистый грунт с высоким содержанием мелкихфракций. Зона 2А расположена под экраном в районе контурного шва. В эту зонуукладывается гравийно-песчаный грунт.Грунт подэкрановой зоны укладывается тонкими слоями и тщательноуплотняется.
Поверхность подэкрановой зоны выравнивается для укладки экранаслоем бетона или выкладывается из сборных железобетонных блоков.Защитная призма (зона 1) предназначенная для снижения фильтрациичерез экран в случае образования в нём трещин. В зону 1В (над экраном)укладывается илистый, заглинизированный песок для кольматации возможныхтрещин.
Зона 1А из каменной отсыпки защищает грунт зоны 1B.11Железобетонный экран в настоящее время выполняют однослойным. Еготолщина составляет всего около 1% от напора. Для сопряжения экрана соснованием и бортами применяют контурную плиту и ПФЭ других типов.Контурная плита выполняет роль понура, а также создаёт удобную площадку дляпроведения цементации основания [ICOLD, 1989; ICOLD, 2010, В.141].Экран отделяется от контурной плиты периметральным (контурным) швом.Примыкание экрана к плите выполняют таким образом, чтобы экран находился наслое камня, а не опирался на скалу.На гребне плотины иногда устраивают подпорные стенки высотой 4-7 м дляуменьшения отметки гребня и объёма отсыпаемого в плотину грунта [Ляпичев].Укладку бетона в ЖБЭ производят посекционно, снизу-вверх, сразу набольшую высоту. Предварительно отдельно сложные бетонируются нижниеучастки, “стартовые плиты”.
Для экранов используется бетон марок не ниже 200 иводопроницаемостью не ниже W8 [Радченко, Курнева, Ротченко].Армирование ЖБЭ производят как правило однорядным, одинаковым вобоих направлениях [Ляпичев]. Считается, что растягивающих напряжений вэкране не возникнет, поэтому арматуру устанавливают только для восприятиятемпературно-усадочных деформаций.Швы в экране.
Экран разрезается на секции вертикальными температурноусадочными швами через 1220 м (чаще 15 м) (рисунок 5.2). В направлениипоперёк откоса экран современных плотин швами обычно не разрезается.Рисунок 5.2 - Схема расположения швов в ЖБЭ.1 – периметральный шов, 2 – вертикальные межсекционные швы.12Периметральный (контурный) шов, отделяющий ЖБЭ от контурной плиты,является наиболее важным элементом конструкции, т.к.
он обеспечиваетводонепроницаемость экрана и свободу его деформаций. Толщину шва назначают10-20 мм. Герметичность шва обеспечивается установкой уплотнений (от одногодо трёх).Уплотненияпериметральноговоспринимаютсмещенияэкранаотносительно контурной плиты (рисунок 5.3), а также раскрытия шва.а)б)Рисунок 5.3 - Компоненты перемещений в периметральном шве.а – на виде с верхнего бьефа, б – на границе экрана с основаниемR – раскрытие шва, N – нормальное перемещение (контурный прогиб), Т –продольное перемещение (перемещение вдоль шва). Пунктиром показанопервоначальное положение плиты экрана. 1 – вершина рёбер экрана доперемещений, 2 – то же, после перемещений.Уплотнение периметрального шва может выполняться снаружи экрана(наружное), под экраном (нижнее) и в шве (промежуточное) (рисунок 5.4).Наружное уплотнение устраивается всегда.
Как правило, оно выполняется ввиде битумной мастики, закрытой синтетической оболочкой [Freitas]. Нижнееуплотнение выполняется, как правило, в виде медной шпонки (рисунок 5.4).Промежуточное уплотнение из ПВХ или медного листа в современных плотинахвысотой до 100 м чаще всего не устраивается [Ляпичев].Вертикальные швы как правило выполняют в виде узкой прорези суплотнением в виде нижней медной шпонки (рисунок 5.5а) [ICOLD, 2010, В.141].13В береговых секциях экрана, где шов может испытывать растяжение,вертикальныйшовможетиметьдвауплотнения(верхнееинижнее)(рисунок 5.5б).
После ряда аварийных ситуаций, когда из-за сжимающихнапряжений происходило образование в экране трещин, в ряде сверхвысокихплотин (Shibuya, Bakun) вертикальные швы стали выполнять расширенными[Freitas] с закладкой внутрь деревянной доски или листа ПВХ.Рисунок 5.4 - Сопряжение ЖБЭ и понура плотины Salvajina [ICOLD, 1989].1 – крышка из ПВХ, 2 – битумная мастика, 3 – доска из дерева, 4 – шпонка изПВХ, 5 – медная шпонка, 6 – неопреновая трубка, 7 – заполнение пенопластом, 8– асфальто-песчаная подушка, 9 – зона фильтров тела плотины, 10 – стальнаярабочая арматура, 11 – арматура против скалывания.а)б)Рисунок 5.5 - Устройство вертикальных швов ЖБЭ.а – шов, работающий на сжатие, б – шов, работающий на растяжение.1 – шов, промазанный битумом, 2 – водонепроницаемое уплотнение(металлическая или из ПВХ), 3 - цементно-песчаная подушка, 4 – битумноеуплотнение с крышкой из ПВХ.145.4.Данныенатурныхнаблюденийзасостояниемплотинсжелезобетонным экраномПредметом натурных наблюдений является определение осадок и смещенийкак тела плотины, так и самого железобетонного экрана, определениеперемещений в швах экрана, а также наблюдения за фильтрационным расходом.Осадки и смещения экрана.Максимальный прогиб экрана обычно наблюдается на высоте от 0,4Н до0,5Н (Н - высота плотины).
Примером может служить плотина Фош ду Арейавысотой 160 м (рисунок 5.6а), максимальный прогиб экрана которой составил69 см (0,43% от высоты плотины) [Маркес Фильо, Пинто]. Прогиб экранаплотины Синго (Xingo) [Sherard, Cooke] составил 30 см после первого заполненияводохранилища и 51 см – через 5 лет эксплуатации).Рисунок 5.6 - Прогибы ЖБЭ плотин по данным натурных наблюдений.а – плотина Фош-ду-Арейя, б – плотина Агуамилпа.На ряде плотин максимальные прогибы наблюдались в верхней частиэкрана, например, на плотине Тяньщенцяо 1 (Tianshengqiao 1).
Однако чаще всегоэто связано с повышенной деформируемостью каменной наброски в районегребня. Например, максимальный прогиб экрана плотины Агуамилпа (Aguamilpa,Мексика) величиной 30 см наблюдался ближе к гребню плотины (рисунок 5.6б),однако это связано со значительными просадками каменной наброски низовойпризмы (зона 3C) [Маркес Фильо, Пинто], которые возникли из-за замачивания15камня ливневыми дождями в период эксплуатации. В результате просадоккаменной наброски в ЖБЭ образовались горизонтальные трещины.Для определения максимальновозможныхзначенийпрогибовэкрана (см) в зависимости от высотыH (м) Ю.П. Ляпичев рекомендовал[Ляпичев] эмпирическую формулуS = 0,002 H2.(5.1)В таблице 5.1 и на рисунке 5.7приведены данные о перемещения15 плотин по данным натурныхРисунок 5.7 - Натурные прогибы ЖБЭплотин в зависимости от высотыизмерений [Pinto, Marques].Таблица 5.1 - Данные о перемещениях высоких каменно-набросных плотин с ЖБЭтип Высота ДлинаПлотинагрунтаммCethanaг.м.110213A.Anchicayaг.м.145260Foz do Areiaг.м.160828Segredoг.м.140705Xingoг.м.140850Aguamilpaг.г.г.187660Salvajinaг.г.г.148330Golillasг.г.г.130125Shiroroг.м.125560Lower Pieman г.м.122Mackintoshг.м.75Murchisonг.м.89Bastyanг.м.75Khao Laemг.м.1301000Kotmaleг.м.97620площадь прогиб Смещения шва,экрана экранамм2тыс.
мсмRST241211.57.42213125 106 15139692355 168634135303034137151916 5.55010722 141416160653050 21352277027164.820 2.8164129.671964.8211401358602205Примечание: г.м. – горная масса, г.г.г. – гравийно-галечниковый грунт.16Величины смещений плотины возрастают по квадратичному закону сростом её высоты. Осадки гребня плотины в эксплуатационный период обычно непревышают 0,20,25% высоты плотины после 3-5 лет эксплуатации. Например, вплотине Агуамилпа через 3 года эксплуатации они достигли 40 см – 0,22% отвысоты плотины.Перемещения в периметральном шве.Натурные наблюдения показывают, что периметральный шов позволяетэкранусмещатьсяотносительноконтурнойплитывовсехвозможныхнаправлениях [ICOLD, 2010, В.141].Смещения в направлении, перпендикулярном к поверхности откоса, могутбыть довольно значительными.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
