Глава 23
Деревянные плотины
§ 23-1. ПРИМЕНЕНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ ПЛОТИН
В нашей стране, обладающей огромными лесными богатствами, строительство деревянных плотин получило с давних времен широкое распространение. В документах ХIII и XIV веков упоминается о водяных мельницах, построенных искусными русскими мастерами — «водяными людьми». С развитием в XVII и XVIII веках заводской промышленности (металлургическом и горнорудной) на Урале, под Москвой и Тулой было построено много земляных и деревянных плотин. В начале XVIII века но замыслу Петра I началось строительство первой в России искусственной водной системы — Вышне-Волоцкой, соединяющей р. Волгу с р. Невой. Одним из ее строителей был Μ. И. Сердюков, построивший на реках деревянные плотины, образовавшие несколько водохранилищ для питания системы водой. Деревянные ряжевые плотины Мариинской водной системы, построенной в начале XIX века, явились образцами для последующих строителей деревянных плотин; с тех пор ряжевые плотины называют плотинами русского типа. После Великой Октябрьской социалистической революции на многочисленных реках СССР построены тысячи деревянных плотин различной конструкции. Наибольшее применение деревянные плотины имеют в районах, богатых лесом, где дерево является местным дешевым материалом, а также в тех местах, куда древесина поступает сплавом.
Деревянные плотины обычно строят для обеспечения необходимых водных условий при сплаве леса, а также для образования небольших водохранилищ в обводнительных и оросительных целях и т. д.
Преимущество деревянных плотин состоит в возможности строительства их в течение всего года, в простой обработке элементов плотины, несложной механизации и организации работ по возведению этих сооружений. При массовом строительстве деревянных плотин следует внедрять типовые конструкции их и заводское изготовление элементов.
Недостатком деревянных плотин является краткий срок службы, измеряемый 15—20 годами, вследствие гниения древесины, которая в гидротехнических сооружениях находится в условиях переменной влажности, а также в результате деформации узлов сооружения из-за не вполне жесткого соединения конструктивных элементов плотин. Увеличение срока службы может быть достигнуто предупреждением загнивания частей сооружений осмолкой или обмазкой поверхности полов, стен и других частей, находящихся в условиях переменной влажности, антисептиками: креозотовым маслом, нефтяным жидким неком и пр., а также употреблением в зоне переменной влажности более стойких в этих условиях древесных пород: лиственницы и сосны. Пропитка дерева креозотом на специальных заводах, как это делается с железнодорожными шпалами, наиболее целесообразна для предохранения древесины от загнивания, особенно при стандартном изготовлении элементов плотин. Срок службы плотин во многом зависит от доброкачественного производства работ, главным образом от тщательной забивки шпунтовых рядов, а также от правильной эксплуатации и своевременного ремонта.
Применяемый в деревянных плотинах круглый и пиленый лес должен удовлетворять требованиям ГОСТ 9463—60.
§ 23-2. ТИПЫ ПЛОТИН
Деревянные плотины строят обычно с затворами на пороге, реже — без них. Водосбросные плотины с затворами на пороге возводят с напорами до 6 м.
По конструкции флютбета, надфлютбетных частей (устоев) и промежуточных опор плоских затворов эти плотины можно подразделить на следующие типы (табл. 23—1).
Таблица 23—1
Без затворов на водосливе строят низконапорные (с напором до 3 м) плотины: шпунтовые, свайно-заборчатые, стланевые, контрфорсные и ряжевые (см. § 23—8).
Плотины с напором более 6 м строят только ряжевой конструкции из вертикальных или наклонных ряжей, и без затворов на гребне водослива (см. § 23—7).
В плотинах с затворами пропуск воды производят через отверстия по флютбету. Если ширина отверстия плотины, определенная из условия пропуска расчетного расхода, получается более 8 м (пролет до 8 м может быть перекрыт балочным мостом), то такое отверстие разделяется быками или контрфорсами (более легкими промежуточными опорами, чем быки) на несколько меньших отверстий, величина которых не должна превышать 4—5 м при контрфорсах и 7—8 м мри быках (рис. 23—1). В отверстиях между быками или контрфорсами ставят постоянные или съемные промежуточные стойки на расстоянии от 0,8 до 1,5 м друг от друга, в зависимости от напора. Между стойками закладывают деревянные плоские затворы. Для предохранения промежуточных стоек от повреждений льдом перед отверстием ставят ледорезы. Крайние пролеты плотины ограничивают устоями, примыкающими к коренным берегам непосредственно или с помощью земляных дамб. Если при проходе максимального паводка уровень воды повышается не менее чем на 1—1,5 м над нормальным подпорным уровнем и вода затопляет пойму, устои и быки плотины иногда не возводят выше максимального уровня воды. В этом случае плотина будет затопляться в паводок, а ее пролетное строение (затворы, стойки и мостик) делают съемным, разбираемым на период пропуска паводка.
Рис. 23—3. Стоечно-обшивная плотина с контрфорсами.
Свайно-обшивными называют такие плотины, у которых устои, а также быки устроены из свай, обшитых пластинами или досками. Эти плотины строят при напорах до 2,5—3,0 м. Расстояние в ряду между сваями берется равным 1—2 м. Для уменьшения диаметра свай и увеличения расстояния между ними при напорах более 2,5 м устанавливают анкерные схватки из пластин или бревен, прикрепляемых одним концом к свае устоя, а другим к специальной — анкерной свае (рис. 23—2). Преимуществом свайнообшивных плотин является меньшая затрата лесоматериалов по сравнению с ряжевой плотиной (примерно на 30—40%) и уменьшение объема земляных работ по выемке котлована под устои. К недостаткам этого типа плотин следует отнести усложнение производства работ по соединению обшивки со сваями, а также необходимость тщательного уплотнения обратной засыпки за устоями, в особенности при наличии анкерных схваток, так как наиболее частым дефектом подобных плотин является вымыв грунта из-за стен устоев и гниение анкерных схваток, ведущее к перекосам свай и повреждению соединений элементов плотины.
Стоечно-обшивные плотины отличаются от свайно-обшивных тем, что в них степные сван заменены стойками, устанавливаемыми на специальный брус, уложенный вдоль стенки устоя (рис. 23—3). В остальном конструкция их одинакова со свайно-обшивными плотинами. Преимущества и недостатки их такие же, как и у плотин предыдущего типа.
Ряжевая плотник русского типа является наиболее распространенным и старым типом деревянных плотин. Ряж представляет собой срубленный из бревен ящик (без дна), загруженный камнем или грунтом. Плотины этого типа строят при напорах в 4—6 м (рис. 23—4). Преимущество ряженых плотин — в простоте производства работ и быстроте их выполнения (особенно при предварительной заготовке бревен ряжей), а также в надежности и в большей, по сравнению с другими типами деревянных плотин, долговечности. Наблюдения над существующими плотинами показали, что, несмотря на вымытую загрузку, ряжи устоев большей частью лишь частично подвергаются разрушению. Недостаток ряжевых плотин — в большом расходе лесоматериалов, а также в значительном объеме работ по выемке котлована под устои.
Помимо перечисленных наиболее распространенных типов деревянных плотин, было предложено несколько конструкций их, например свайноподкосные (контрфорсные) плотины, особенность которых состоит в вертикальных опорах, образованных сваями с подкосами. Эти опоры, или контрфорсы, располагают по линии королевого шпунта в пролетной и береговых частях плотины. Распространения этот тип плотины не получил.
