10.3. При проектировании гравитационных плотин на скальных основаниях (рисунок 9) следует рассматривать техническую возможность и экономическую целесообразность применения наряду с массивными плотинами гравитационных плотин с расширенными швами (рисунок 1, б, в) и с продольной полостью у основания.
а)
б)
а - глухая плотина; б - водосливная плотина;
1 - гребень; 2 - напорная грань;
3 - низовая грань; 4 - противофильтрационная
(обычно цементационная) завеса; 5 - дренаж скважины
основания; 6 - дрены тела плотины; 7 - цементационная
галерея; 8 - дренажная галерея; 9 - смотровые галереи;
10 - межсекционные швы; 11 - противофильтрационные
уплотнения; 12 - гребень водослива; 13 - водосливная
грань; 14 - носок-трамплин; 15 - промежуточный бык
водосливной плотины; 16 - паз основного затвора;
17 - паз ремонтного (аварийно-ремонтного) затвора;
18 - подошва
Рисунок 9. Отдельные части и элементы
гравитационных плотин на скальном основании
В плотинах с расширенными швами ширина шва должна быть не более половины ширины секции плотины.
Для массивных гравитационных плотин следует рассматривать возможность применения для внутренних зон малоцементного жесткого бетона, в том числе бетона, уплотняемого укаткой. Водонепроницаемость и долговечность такой плотины обеспечивается укладкой со стороны верхнего бьефа слоя из вибрированного бетона. Со стороны нижнего бьефа зона малоцементного жесткого бетона защищается слоем из вибрированного бетона или путем установки сборных бетонных блоков специальной формы.
10.4. Для створов, в которых (где - ширина ущелья по хорде на уровне гребня плотины, h - высота плотины), следует рассматривать целесообразность применения наряду с плотинами с постоянными температурными швами (разрезные плотины) плотин с частично или полностью омоноличенными поперечными температурными швами или без швов (неразрезные плотины).
10.5. Для повышения сейсмостойкости бетонных гравитационных плотин следует предусматривать:
уширение поперечного профиля плотины в нижних сечениях;
облегчение верхней части сооружений за счет применения оголовков облегченного типа (коробчатого, контрфорсного и т.п.);
использование топографии створа для устройства клиновой ("токтогульской") разрезки сооружения на секции;
армирование тела плотины.
Рекомендуется рассматривать возможность применения обжатия зоны напорной грани предварительно напряженными анкерами.
10.6. Для снижения фильтрационного противодавления в основании гравитационных плотин должно предусматриваться устройство дренажа основания.
10.7. В тех случаях, когда основание плотины сложено грунтами со средним коэффициентом фильтрации K >= 0,1 м/сут, в составе подземного контура плотины должны предусматриваться противофильтрационные устройства (цементационная завеса, понур) и дренаж. При этом расстояние от напорной грани плотины до оси цементационной завесы должно быть, как правило, (0,10 - 0,25)b (где b - ширина подошвы плотины), если подземный контур плотины состоит только из цементационной завесы и дренажа.
Расстояние между дренажными и цементационными скважинами должно быть больше радиуса цементации и не менее 4 м.
С целью улучшения напряженного состояния приконтактной зоны плотины и основания рекомендуется рассматривать целесообразность устройства выносной цементационной завесы, короткого бетонного понура. Сопряжение понура с напорной гранью плотины следует осуществлять в соответствии с 9.33.
В тех случаях, когда грунты, слагающие основание плотины, водонепроницаемы или слабоводопроницаемы (K < 0,1 м/сут), рекомендуется рассмотреть целесообразность отказа от цементационной завесы. Решение об отказе от устройства цементационной завесы и, в таком случае, месте размещения дренажа основания должно обосновываться фильтрационными исследованиями.
10.8. Глубину заделки крупных разрывных нарушений в скальном основании следует определять по результатам расчетов напряженного состояния плотины совместно с неоднородным основанием из условия обеспечения прочности и устойчивости гравитационной бетонной плотины.
10.9. Проектирование гравитационных плотин на основаниях из полускальных грунтов выполняется так же, как плотин на основании из скальных грунтов; в расчетах таких плотин должны использоваться соответствующие характеристики полускальных грунтов.
10.10. Основные схемы сопряжения бьефов водосбросных гравитационных плотин всех классов в зависимости от высоты сооружения и ширины створа принимаются по таблице 9.
Таблица 9
┌──────────────────────┬───────────────┬──────────────────────────────────┐
│ Относительная ширина │Высота плотины,│ Схема сопряжения бьефов │
│ створа │ м │ │
├──────────────────────┼───────────────┼──────────────────────────────────┤
│ l /h > 3 │ До 40 │Донный гидравлический прыжок │
│ ch │ │Незатопленный поверхностный прыжок│
│ │ │<*> │
│ ├───────────────┼──────────────────────────────────┤
│ │ Св. 40 │Отброс струй носками-трамплинами │
├──────────────────────┼───────────────┼──────────────────────────────────┤
│ l /h <= 3 │ Любая │Донный гидравлический прыжок │
│ ch │ │ │
├──────────────────────┴───────────────┴──────────────────────────────────┤
│ <*> Сопряжение бьефов с помощью незатопленного поверхностного прыжка│
│для плотин высотой более 40 м допускается при гидравлическом обосновании.│
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
10.11. Конструктивное оформление водосбросов в виде поверхностных (водосливов) или глубинных должно приниматься с учетом способа сопряжения бьефов и в зависимости от условий пропуска расходов воды, а также льда и плавающих тел. Способ сопряжения бьефов за водосбросными гравитационными плотинами: отбросом струи носками-трамплинами, донным или поверхностным гидравлическим прыжком принимается в зависимости от высоты сооружения, ширины створа, общего и удельного сбросного расхода, диапазона колебаний уровня нижнего бьефа, компоновки гидроузла и размеров русловой или приплотинной гидроэлектростанции, судоходных или других сооружений, характеристик грунтов дна и берегов в русле нижнего бьефа.
10.12. При сопряжении бьефов донным гидравлическим прыжком в качестве гасителей энергии надлежит принимать водобойные колодцы, водобойные стенки, при необходимости в сочетании с установленными на водобое гасителями. При скорости потока в сжатом сечении более 25 - 30 м/с следует предусматривать аэрацию придонной зоны потока и покрытие дна водобойного колодца бетонами с повышенной кавитационной стойкостью.
При проектировании креплений русел в нижнем бьефе необходимо учитывать возможность неравномерных деформаций оснований при промерзании, криогенном пучении и оттаивании полускальных пород.
Для уменьшения толщины водобоя следует предусматривать:
анкерное крепление плит к основанию - независимо от высоты плотины;
устройство в плитах дренажных колодцев в плотинах высотой до 25 м, а при гидравлическом обосновании - в плотинах высотой до 40 м с учетом 9.16 и 9.43;
придание водобойной плите цилиндрической формы с распором ее в боковые стенки-устои (для узких ущелий).
Расчеты плотин на прочность и устойчивость
10.13. Расчеты плотины и ее элементов на прочность, устойчивость и трещиностойкость, а также ее железобетонных конструкций на раскрытие трещин надлежит выполнять согласно требованиям СП 41.13330, СП 23.13330, раздела 8 и указаниям настоящего раздела.
10.14. Расчеты гравитационных плотин разрезной конструкции, имеющих плоские постоянные поперечные швы, на прочность и устойчивость следует производить по схеме объемной задачи теории упругости для отдельно взятой секции. Напряженное состояние плотины следует определять для каждого вида секций (глухих, водосливных, станционных) с учетом специфики их возведения и статической работы.
Основной схемой расчета неразрезных гравитационных плотин на прочность и устойчивость является все сооружение в целом совместно с основанием и береговыми примыканиями. Расчеты выполняются методами теории упругости в рамках пространственной задачи.
10.15. Расчеты общей прочности бетонных гравитационных плотин выполняются на полный состав нагрузок и воздействий основных и особых сочетаний в соответствии с 7.2 - 7.4.
При этом:
в качестве температурных воздействий рассматриваются изменения температурного состояния сооружения, определенные с учетом начального и проектного эксплуатационного температурного состояния основания, режима твердения бетона, температуры замыкания строительных швов, остывания бетонной кладки до проектного эксплуатационного состояния плотины, сезонных колебаний температуры наружного воздуха и воды в водохранилище, наличия эксплуатационного подогрева или охлаждения сооружения, а также, в случае нарушения эксплуатационного подогрева или охлаждения сооружения, перехода температурного режима сооружения от проектного к естественному;
силовое воздействие фильтрующейся воды в теле плотины и основании принимается в виде объемных и поверхностных сил согласно 7.13;
сейсмические воздействия определяются согласно указаниям СП 14.13330; при этом для плотин I и II классов расчет выполняется на два уровня сейсмических воздействий: ПЗ и МРЗ, а для плотин III и IV классов - только на ПЗ.
При специальном обосновании в полный состав нагрузок и воздействий эксплуатационного периода для основного сочетания допускается включать воздействия набухания бетона верховой грани плотины.
10.16. Расчеты общей прочности бетонных гравитационных плотин выполняются в два этапа.
На первом этапе в расчеты включаются следующие нагрузки и воздействия при основном их сочетании:
собственный вес сооружения;
давление воды на верховую и низовую грани плотины при НПУ верхнего бьефа и минимальном уровне нижнего бьефа при полностью работоспособных дренажных и противофильтрационных устройствах;
гидродинамическое давление на подошву плотины.
В этих расчетах принимается, что коэффициент .
Задача расчетов первого этапа - определение профиля плотины, отвечающего условиям общей прочности: во всех точках тела плотин всех видов:
, (11)
где , и - коэффициенты, определяемые в соответствии с 8.11;
- максимальное главное сжимающие напряжение, МПа;
- расчетное сопротивление бетона сжатию, МПа.
Полученный при этом профиль плотины (ее объем) не может быть сокращен в результате расчетов второго этапа (без специального технико-экономического обоснования).
На втором этапе расчетов профиль плотины, определенный по расчетам первого этапа, проверяется на общую прочность при расчете сооружения на полный состав нагрузок и воздействий в соответствии с указаниями 8.4 - 8.19 и 10.16 - 10.20. По результатам этих расчетов профиль плотины первого этапа может быть откорректирован, в том числе и за счет увеличения объема сооружения.
10.17. Расчеты общей прочности плотин на полный состав нагрузок и воздействий производятся:
а) для начального периода эксплуатации построенного сооружения, когда его остывание до среднемноголетних эксплуатационных температур еще не произошло;
б) для установившегося периода эксплуатации сооружения, когда оно полностью остыло до среднемноголетних температур.
Проверка условий общей прочности плотины в обоих случаях выполняется, как правило, для февраля и августа.
10.18. Условие прочности и долговечности гравитационных плотин, рассчитываемых на основное сочетание нагрузок и воздействий эксплуатационного периода, принимается достаточным, если на верховой (напорной) грани плотин обеспечиваются близкие по величине к нулю напряжения сжатия.
Это условие должно соблюдаться как при расчетах плотин на сокращенный, так и полный состав нагрузок и воздействий.
Примечание. В строительный период глубина температурных трещин и сезонного раскрытия горизонтальных строительных швов не должна быть более 1/3 расстояния от напорной грани до оси дренажа, принимаемого в соответствии с 6.14.
Условие прочности и долговечности железобетонных плотин, рассчитываемых на полный состав нагрузок и воздействий строительного и эксплуатационного периода, принимается достаточным, если глубина сезонного раскрытия горизонтальных швов со стороны напорной грани не превышает 1/3 - 1/2 расстояния от напорной грани плотин до оси дренажа, положение которой определяется в соответствии с 6.14.
10.19. Расчеты плотин на полный состав нагрузок и воздействий эксплуатационного периода выполняются методами теории упругости с учетом возможности раскрытия строительных (горизонтальных) межблочных швов у низовой и верховой граней сооружений при отрицательных температурах наружного воздуха.
10.20. Напряжения и усилия, возникающие в сооружении при сейсмических воздействиях, определяются согласно указаниям СП 14.13330. В расчетах напряженно-деформированного состояния плотин с учетом сейсмических воздействий следует применять расчетные схемы, как правило, соответствующие таковым для расчета сооружения на нагрузки и воздействия основного сочетания.
10.21. В тех случаях, когда в районе расположения плотины в основании не имеется многолетнемерзлых грунтов и амплитуда сезонных колебаний температуры наружного воздуха не превышает 17 °C, расчеты прочности плотин IV класса допускается выполнять методами сопротивления материалов. В таких расчетах температурные воздействия исключаются из рассмотрения, сейсмические воздействия во всех случаях представлены только на уровне ПЗ, а силовое воздействие фильтрующей воды учитывается в виде сил противодавления, приложенных на контакте "бетон-скала".
10.22. Местные напряжения в теле плотины вокруг отверстий потерн, проемов и полостей определяются расчетами.
Концентрация напряжений во входных углах проемов не учитывается при оценке прочности тела плотины и назначении количества арматуры.
10.23. Расчеты прочности элементов конструкции гравитационной плотины следует производить на те же сочетания нагрузок и воздействий, что и расчет общей прочности плотины, а условия прочности принимать согласно указаниям СП 41.13330.
10.24. Расчет устойчивости гравитационных плотин на сдвиг выполняется согласно СП 23.13330. Устойчивость плотины должна рассматриваться как по контакту сооружения с основанием, так и по другим возможным расчетным поверхностям сдвига, полностью или частично проходящим ниже подошвы плотины. При назначении таких возможных поверхностей сдвига следует учитывать наличие в основании слабых прослоек, полого падающих трещин, зон размыва, льдистых распученных грунтов, контакта талых и мерзлых грунтов, размещения в нижнем бьефе плотины каких-либо сооружений и т.д.
10.25. При проверке устойчивости плотины следует учитывать совместную с ней работу на сдвиг здания ГЭС или других массивных сооружений, непосредственно примыкающих к плотине со стороны нижнего бьефа. Доля общего сдвигающего усилия, приходящаяся на здание станции или другое сооружение, определяется расчетом напряженного состояния контакта плотины и примыкающего к ней сооружения.
В расчетной схеме по определению сдвигающего усилия для здания станции следует учитывать конструкцию сопряжения здания станции с низовой гранью плотины.
а - массивной; б - с расширенными швами и контрфорсной;
h - напор над контактным сечением у верховой грани
со стороны верхнего бьефа (высота плотины); b - ширина
плотины по основанию; длина секции; t - длина секции;
- толщина секции в пределах расширенных швов (толщина
|
