Для обеспечения водонепроницаемости каменнонабросных плотин применяются также железобетонные диафрагмы. По конструкции диафрагмы бывают сплошными и полыми. Диафрагма в плотине подвергается с верховой стороны полному гидростатическому давлению воды и активному давлению наброски верховой призмы, находящейся во взвешенном состоянии. Этим воздействиям сопротивляется пассивное давление низовой призмы. Чтобы его увеличить и создать большую определенность при исчислении активного давления в работе диафрагмы, устраивают плоскости скольжения в низовом клине наброски (плотина Порьюс) либо облицовывают верховой откос низового клина упорного массива, чтобы уменьшить трение наброски при осадке (плотина Уэд Кебир).
Железобетонная диафрагма обычно жестко заделывается в основание плотины, поэтому деформации низовой призмы наброски могут привести к ее смещениям и прогибу. Размер прогиба зависит от степени податливости наброски и жесткости диафрагмы. Прогибы диафрагмы при аварии плотины Эйлдон достигали 2,28 м, а на плотине Мельтон 0,44 м.
Диафрагмы могут разрезаться по длине водонепроницаемыми вертикальными швами через каждые 12,0—15,0 м либо быть неразрезными. Диафрагма каменнонабросной плотины Прист высотой 45,0 м, кроме обычных вертикальных швов через 15,0 м, разделена также системой горизонтальных швов на отдельные плиты высотой 4,8 м.
Диафрагмы представляют собой полые конструкции, образованные двумя тонкими продольными стенками, соединенными поперечными. Полости диафрагмы выполняют роль дрен, улавливающих проникающую в диафрагму воду. Вода собирается в продольном коллекторе, откуда она отводится галереей в нижний бьеф. Полости диафрагмы, а также коллекторные и отводные галереи имеют размеры, позволяющие вести надзор за их работой и своевременно исправлять обнаруженные дефекты.
Полости диафрагмы плотины Уэд Кебир с верховой стороны очерчены полуциркульными сводами; с низовой они выполнены по коробовым кривым и имеют толщину стенок в ключе 0,25 м у основания и 0,10 м у гребня. Образующим диафрагмы придан уклон 1:0,1, поэтому ширина диафрагмы по основанию достигает 9,0 м. Слабость профиля плотины, наличие в наброске камня низкого качества и большая жесткость диафрагмы привели к тому, что под влиянием давления воды диафрагма была срезана по основанию, сдвинута на 0,12 м и получила при этом относительный прогиб 1:440. В наружных стенках диафрагмы появились многочисленные трещины, а в некоторых — разрывы. Только наличие упорного массива в низовом клине плотины и срочное опорожнение водохранилища спасли плотину от разрушения.
Для обеспечения водонепроницаемости сплошных железобетонных диафрагм, считаясь с возможностью образования трещин, перед диафрагмой часто устраивают тонкое ядро из глины или глинобетона. Толщина такого ядра по основанию принимается (0,10- 0,15)Н. На плотине Харспрангет высотой 51,0 м, построенной в 1951 г. в Швеции из наброски камня, применена неразрезная тонкая железобетонная сильно армированная диафрагма толщиной 0,4 м. Она рассчитана с учетом появления в ней трещин, для кольматажа трещин с верховой стороны уложен слой суглинка. Такая конструкция диафрагмы, основанная на принципе совместной работы железобетона и суглинка, применена успешно и на других плотинах, построенных в Швеции. За последние годы находят применение и асфальтобетонные диафрагмы плотин.
Таблица 5-3
Плотины с асфальтобетонными диафрагмами
* Железобетон.
Такие диафрагмы имеют существенные преимущества перед асфальтобетонными экранами, поскольку диафрагма лучше защищена от атмосферных воздействий; сопряжение диафрагмы с основанием плотины проще, чем экрана. Хотя на единицу площади диафрагмы и требуется в 6—8 раз больше асфальтобетона, чем экрана, стоимость диафрагмы с учетом затрат может оказаться не выше стоимости экрана.
При назначении размеров диафрагмы следует учитывать зависимость работ по отсыпке плотины от работ по возведению диафрагмы.
В табл. 5-3 приведены данные по плотинам с асфальтобетонными диафрагмами, построенными за последние годы. Из этих данных видно, что толщина асфальтобетонных диафрагм по основанию находится в пределах 0,5— 1,2 м, а у гребня обычно принимается равной 0,4—0,8 м. Верховой откос плотин принимается в пределах 1:1,4—1:2,5, а низовой — 1:2.
Чтобы не уполаживать низовой откос обжатого профиля плотины с диафрагмой, по условиям устойчивости плотины на сдвиг по подошве такие диафрагмы делаются наклонными в пределах верхового клина.
Для образования водохранилища Ластиул было построено пять плотин высотой от 11,5 до 27,0 м и длиной от 98 до 520 м, объемом 370 тыс. м3 (рис. 5-24). В основании плотин залегают моренные грунты толщиной 6 м, подстилаемые гранитогнейсами. Для отсыпки плотин использован прочный базальт. При подготовке котлована плотин Ластиул в пределах подошвы были удалены моренные грунты и диафрагмы врезаны в скальное основание зубом глубиной 2,5 м, продолжением которого является противофильтрационная завеса. В плотины было уложено 17,6 тыс. м3 асфальтобетона. Базальт отсыпался слоями по 1,0 м и уплотнялся 8-тонными вибраторами или виброкатками. Камень не смачивался только из-за затруднений с откачкой воды из котлованов глубиной до 10 м. Для повышения устойчивости на сдвиг низовой призмы диафрагма имеет уклон 1:0,4 в сторону верхового откоса. При коэффициенте трения наброски по скальной поверхности 0,86 для плотины с вертикальной, диафрагмой прилилось бы уположить принятый в проекте низовой откос.
С 1972 г. в морском заливе Гуньмунь на о. Сянгань строятся плотины Хиг-Айленд: Восточная высотой 109 м и Западная высотой 101 м для создания водохранилища емкостью 270 млн. м3.
Основание плотин скальное, прикрыто слоем аллювия 12 м и современных морских отложений 20 м. В пределах подошвы плотин наносные грунты удаляются.
Рис. 5-24. Плотина Ластиул.1 — каменная отсыпка из базальта; 2 — асфальтобетонная диафрагма; 3 — асфальтобетонный зуб; 4 — противофильтрационная завеса: 5 — морена; 6 — скала—гранит.
Рис. 5-25. Плотина Дюнн.
1 — каменная отсыпка; 2 — наблюдательная шахта из железобетонных колец; 3 — трубы для расположения аппаратуры наблюдений за асфальтобетонной диафрагмой; 4 — фильтр слоем 0.25—0,8 м; 5 — диафрагма; 6 — покрытие откоса камнем; 7 — бетонный зуб и противофильтрационная завеса; 8 — аллювий; 9 — скала.
Рис. 5-26. Плотина Эберласт.
1 — отборная морена крупностью до 200 мм; 2 — обычные моренные грунты; 3 — каменная наброска; 4 — подготовка из морены; 5 — пригрузка из аллювия; 6 — асфальтобетонная диафрагма; 7 — щебень до 150 мм; 8 — сортированный фильтр двухслойный; 9 — то же однослойный; 10 — дренажный колодец диаметром 40—62 см, глубиной 50 м; 11 — противофильтрационная завеса в грунте; 12 — перемычка с асфальтобетонным экраном.Плотины сооружаются из каменной отсыпки, укладываемой слоями по 1,0 м и уплотняемой виброукаткой. Водонепроницаемость плотин достигается асфальтобетонными диафрагмами из мелкозернистого асфальтобетона с крупностью заполнителя 5—19 мм и содержанием битума 6%. Толщина диафрагм 1,2 м, нижняя часть до отметки 12,0 м выполняется двухслойной с устройством дренажной галереи. Выше этой галереи диафрагма выполняется наклонной под углом 75°, а ее толщина уменьшается до 0,8 м. Через каждые 60 м по длине двуслойные части диафрагмы соединяются поперечными стенками из асфальтобетона, что повышает прочность диафрагмы и ограничивает фильтрацию в пределах отдельных ее секций. В основании диафрагма заделывается в бетонную плиту толщиной 1,5 м и шириной 12 м, через которую выполняется противофильтрационная завеса глубиной 61 м.
Укладка асфальтобетона в диафрагму производится слоями по 20 см специальной машиной, которая разогревает ранее уложенный слой, формирует укладываемый слой диафрагмы и переходных зон, а также их уплотняет.
Плотина Дюнн высотой 35,0 м, построенная в 1963 г. в ФРГ, выполнена из сланца, отсыпанного слоями по 0,6 м, с укаткой 7-тонными виброкатками (рис. 5-25). Плотина Эберласт высотой 28,0 м, длиной 480 м и объемом 850 тыс. м3, построенная в 1968 г. в Австрии, возведена на аллювиальных отложениях за три летних строительных сезона (рис. 5-26).
Для диафрагмы плотины Эйхаген, построенной в 1964 г. в ФРГ, разработана и применена технология укладки в диафрагму толщиной 0,90—0,70 м асфальтобетона с крупным заполнителем — камня размером 10—30 см, который втапливался с помощью 4,5-тонных вибраторов. Содержание такого заполнителя в асфальтобетоне достигало 42—45%.
