Плотины и их устройство. Основания плотин

Регулирование распределения жизненно важных для человечества водных ресур­сов всегда являлось его первоочередной задачей. Тысячелетиями единственным инструментом такого регулирования слу­жили плотины.Их возводили, чтобы из­менить направление течений и русел рек, накопить воду и использовать ее для по­лива земель. Многие современные пло­тины выполняют те же функции (полив­ное земледелие, водоснабжение и т.п.), однако появились и новые цели их строи­тельства: выработка электроэнергии ги­дроэнергетическими установками, мелио­рация, борьба с эрозией путем изменения направления потоков воды, предотвраще­ние образования наносов и т.п.

Применение перемычек для отвода ча­сти речной воды в ирригационные каналы практиковалось английскими инженера­ми уже в XIX в. и было широко использо­вано в шт. Пенджаб на севере Индии. Французские инженеры построили по­добную плотину на р. Нил. Она позволя­ла пропускать излишки воды в летний па­водок и обеспечивала ирригационные си­стемы водой весной и в начале лета. Это дало возможность превратить огромные засушливые территории в плодородные земли.

Разработка современных материалов и методов строительства позволила ис­пользовать плотины не только для отво­да отдельных участков рек, но и для со­здания искусственных водохранилищ за плотиной. Типичный пример плотин старых конструкций – плотина Гувер Дэм, перекрывающая р. Колорадо (США, 1936). Она позволила создать водохра­нилище объемом 38 км3 и обеспечить вы­работку 1340 МВт мощности турбинами гидроэлектростанции.

Основания плотин. При возведении бетонной плотины тре­щины в ее скальном основании запол­няют жидким цементом. Фильтрацион­ную воду из тела плотины выводят дренажной системой во избежание повы­шения давления под плотиной. Обычно дренаж осуществляют системой скважин, пробуренных в скальном основании из общей галереи, проходящей вдоль всей плотины.

Для сооружения основания плотины до перекрытия реки строят отводящий тун­нель в скале, на которую будет опираться плотина. Затем возводят временную перемычку, предназначенную для отвода реки в туннель, и на осушенном дне ниже перемычки начинают строить плотину.

Прежде чем возвести плотину, реку отводят в тун­нели [2], поставив временную перемыч­ку [1]. Постоянная плотина возводится ниже перемычки.

Сначала уклады­вают и уплотняют ядро из каменных материа­лов [3]. Крутой во­гнутый склон плотины [6], обращенный к во­дохранилищу, покры­вают каменной наброской [4] и водонепроницаемой облицовкой [5], а на нижнем по течению склоне оборудуют водослив [7]. Очень важно предупредить осадку плотины. Во избежание просачи­вания воды водоне­проницаемая обли­цовка углублена в дно реки [8]. Пере­мычку обычно вклю­чают в конструкцию постоянной плотины.

Плотину следует возводить с таким расчетом, чтобы она пропускала избыток воды во время паводка, не вызывая эро­зии. Для этого поток сбрасываемой воды дробят одним из трех способов: пропу­ская ее или по облицованному бетоном водосливу, проложенному ниже гребня плотины, или через водосбросную шахту (обычно с туннельным входом), идущую вертикально вниз из водохранилища, или же через водосбросный канал (либо тун­нель), проложенный в скальном массиве берега к руслу ниже плотины.

Плотина на р. Кубук (10 км севернее Анкары) не только обеспечивает основную потребность города в воде (из водохранилища объемом 10 км3), но и снабжает его электричеством, которое вырабаты­вает построенная здесь же ГЭС. Плотина, сооружен­ная в живописной местности, сыграла заметную роль в индустриальном развитии восточных районов Турции. В это красивое место отдыха стекаются многочисленные туристы.

Возведению плотины предшест­вуют лабораторные испытания гидравли­ческих моделей, что позволяет предусмотреть возможные последствия, связанные с эрозией и размывом. В проект вносятся соответствующие поправки.

Возведение земля­ных насыпных плотин начинают с выемки грунта до обнажения скальной породы. В траншею укладывают первый слой мате­риала, образующего водонепроницаемое ядро (например, глину) [1]. Следующие слои глины [2] утрамбо­вывают до полного уплотнения. Основа­ние считается завер­шенным только после формирования водонепроницаемого ядра [3]. В тело плотины укладывают слоями любой грунт [4]. Напорную сторону плотины [5] покрывают слоем гравия [6] и каменной наброс­кой [7]. Низовой склон [8] укрепляют травяным покро­вом [9]. Там же сооружают водо­слив [10], позво­ляющий пропускать избыток воды.