Каменно-земляные плотины - Требования, предъявляемые к экранам каменнонабросных плотин

5-3. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ЭКРАНАМ КАМЕННОНАБРОСНЫХ ПЛОТИН
Экран каменнонабросной плотины находится под непосредственным воздействием воды, давление которой он передает через подэкрановую подготовку наброске или отсыпке плотины. К конструкции экрана должны быть предъявлены строгие требования не столько в отношении прочности, сколько в отношении гибкости и водонепроницаемости, поскольку каменнонабросные плотины подвержены большим осадкам, чем каменно-земляные.
Опыт эксплуатации каменнонабросных плотин показал, что вследствие осадки наброски деформация экранов приводит к образованию в них трещин (плотина Солт Спрингс), а иногда и разрывов (плотина Когсвил). С этой точки зрения экраны из полимеров и асфальтобетона могут в большей мере следовать за осадками наброски без нарушения водонепроницаемости, чем железобетонные.
Тип плотины, ее высота, состав камня в наброске, способы его уплотнения, а также условия производства работ предопределяют тип и конструкцию экрана. На ряде каменнонабросных плотин, построенных в высокогорных и малодоступных районах, с успехом применены деревянные экраны. Сооружение ряда высоких плотин в сейсмических районах потребовало применения специальной подэкрановой подготовки и сейсмостойких слоистых конструкций экрана.
В настоящее время экраны каменнонабросных плотин можно классифицировать по конструктивным особенностям — полужесткие и гибкие, по выполнению — однослойные и многослойные, по материалам — деревянные, бетонные, железобетонные, асфальтобетонные, металлические, а также из полимерных материалов.
Чтобы равномерно передать давление воды, не вызвать появления дополнительных напряжений в экране, требуется тщательная подготовка основания под экран. Назначением подэкрановой подготовки является выравнивание поверхности откоса наброски и неравномерных его осадок, за счет создания упругой относительно плавной деформирующейся постели. Такая подготовка не может быть жесткомонолитной и обычно выполняется в виде сухой кладки из крупных, хорошо подобранных по месту и правильно уложенных камней с заполнением пустот между ними более мелким камнем. Железобетонный экран укладывается непосредственно на откосе кладки, в которой оставлены углубления для опорных балок экрана.
При бетонировании экрана на подэкрановой поверхности возникает сцепление экрана с кладкой, не допускающее смещения плит экрана при температурных и осадочных деформациях. В этих условиях экран работает, как монолит, вместе с кладкой. При отслаивании экрана от кладки, со смещением по плоскости откоса, неровная поверхность экрана уже не будет соответствовать опорной поверхности основания и неизбежно образование трещин в экране. Поэтому для обеспечения свободного смещения отдельных плит экрана при осадке плотины и температурных деформациях, а также для более равномерной передачи давления экрана на кладку ее поверхность сглаживается бетоном. Такая подготовка экрана была применена на плотинах Строберри, Когсвил и Парадела. 

Рис. 5-13. Подэкрановая кладка (а) и подэкрановая подготовка (б).
1 — каменная наброска; 2 — сухая кладка; 3 — подготовка из уплотненного виброукаткой щебня или гравия; 4 — экран.
Толщина подготовки определяется слоем бетонирования (0,10— 0,15 м). Для того чтобы уменьшить силу трения при смещениях плит экрана, получить ровную опорную поверхность и придать ей большую водонепроницаемость, сглаживающий слой бетона часто покрывают несколькими слоями битума.
Сухая подэкрановая кладка связана с выполнением достаточно трудоемких работ, а потому ее начинают заменять отсыпкой камня, уплотненного виброукаткой (рис. 5-13). Так выполнена подготовка под железобетонный экран на плотинах Сассьер, Фад и Нью-Эксчекер. В сейсмостойких конструкциях каменнонабросных плотин для обеспечения под экраном сжимаемого буфера предусмотрена отсыпка слоя гравия, который и служит основанием для экрана. Примерами такой конструкции являются плотины Коготи и Урто-Токойская.
Уклон верхового откоса в плотине с подэкрановой кладкой определяется отсыпкой камня и обычно равен 1:1,25—1:1,35, а уклон откоса с подэкрановой подготовкой определяется отсыпкой такой подготовки и обычно равен 1:1,5-1:1,7.
Для того чтобы в плитах экрана каменнонабросных плотин в результате осадки возникали только сжимающие напряжения, плоскости верхового откоса придают вогнутое очертание в профиле и выпуклое в плане. В этом случае экран укладывается по поверхности, имеющей двойную кривизну. Так выполнены откосы большинства плотин: Строберри, Солт Спрингс, Лоуэр Бэр Ривер, Уишон и Кортрайт.