Страница 47 из 85
7-6. ПРИЧИНЫ РАЗРУШЕНИЙ И ПОВРЕЖДЕНИЙ ПЛОТИН
Ни одно инженерное сооружение при разрушении не наносит такого ущерба, как разрушение плотины, сопровождающееся сотнями человеческих жертв. При разрушении 1 декабря 1923 г. многоарочной плотины Глено (Италия) высотой 50,0 м, которое произошло вскоре после ее постройки, погибло свыше 500 чел. и убытки исчислялись в 150 млн. лир. Разрушение гравитационной плотины Сан-Френсис (США) высотой 62,6 м, происшедшее 12 марта 1928 г., спустя несколько дней после заполнения водохранилища, повлекло за собой гибель свыше 400 чел. и убытки составляли 10 млн. долл. 2 декабря 1969 г. произошло разрушение арочной плотины Мальпасо (Франция) высотой 60 м, во время которого погибло 400 чел. и убытки составляли 300 млн. франков, что превышает стоимость плотины. То же самое можно сказать в отношении аварии в 1963 г. каменноземляной плотины Болдуин Хилc в США. Аварии плотин продолжаются и поныне, а за последние 20 лет их число составило около 1% числа построенных плотин. Более трети всех аварий плотин произошли из-за недостаточной изученности оснований, около трети — вследствие катастрофических паводков и остальные по разным другим причинам.
Основной причиной разрушения каменноземляных и каменно-набросных плотин является перелив воды через гребень из-за недостаточной пропускной способности водосбросных сооружений. По этой причине произошло разрушение ряда плотин, описанных ниже.
В 1883 г. в США разрушилась плотина Инглиш высотой 30,5 м.
В 1890 г. через 2 года после постройки в США разрушилась плотина Уолнат-Гров высотой 42,4 м.
В 1893 г. через 3 года после постройки в США разрушилась каменно-земляная плотина Лейк-Аволон 1 высотой 14,7 м. Плотина была восстановлена на новом месте в 1904 г., но снова разрушилась под влиянием фильтрации воды в основании, вызванной землеройными животными и дефектами сопряжения тела плотины с основанием.
В 1909 г. через 1 год после постройки плотина Блу-Уотер в США высотой 10,7 м разрушилась в результате перелива через гребень воды слоем 1,5 м.
В 1916 г. разрушилась плотина Лоуэр-Отэй, построенная в 1897 г. Сначала эту плотину намечали построить гравитационной, но затем в процессе строительства ее заменили каменнонабросной, а выполненную часть бетонной кладки высотой 8,5 м использовали как основание диафрагмы. По проекту намечалась плотина с откосами 1 : 1,5, а выполнена с откосами около 1 : 1,0. Клепаная металлическая диафрагма толщиной 6,5—8,5 мм была заделана в бетон в русле и в скалу на берегах. С верховой стороны диафрагма была покрыта пропитанным битумом брезентом и слоем асфальтобетона. Для придания большей жесткости, а также для защиты от ударов камня во время производства работ диафрагма с обеих сторон была прикрыта слоем бетона толщиной 0,3 м. Плотина была выполнена из наброски мелкого камня. В верховой клин применялись карьерная мелочь и даже грунт.
Водосбросные сооружения состояли из берегового водослива, рассчитанного на расход воды 68 м3/с, и донного водоспуска, рассчитанного на расход воды 12 м3/с. 27 января 1916 г. уровень воды в водохранилище достиг отметки гребня плотины, и вода затопила расположенные в теле плотины для наблюдения за работой диафрагмы смотровые шахты. Вода начала переливаться через гребень плотины слоем 5 см, а на низовом откосе плотины появились отдельные струйки, местами — небольшие потоки, вызвавшие вываливание отдельных камней из откоса. Вслед за этим произошло оползание откоса, приведшее к резкой осадке низовой призмы. Перегруженная диафрагма разорвалась, что привело к мгновенному разрушению плотины. Быстрое разрушение плотины может быть объяснено давлением, которому подверглась низовая призма после затопления. Уклон низового откоса был слишком крутым и не обеспечил необходимой устойчивости плотины. Повышение давления от переполненного водохранилища и поступление воды в низовую призму оказались достаточными, чтобы вызвать оползание откоса. Разрушению плотины способствовало также наличие в наброске мелкого камня, карьерной мелочи и грунта. При разрушении плотины Лоуэр-Отэй погибло 14 чел. и убытки составили 250 тыс. долл.
В 1925 г. разрушилась плотина с бетонной диафрагмой Бюлли-Крик высотой 38,2 м, построенная в 1913 г. в США. Плотина была затоплена вследствие забивки льдом отверстий водослива.
В 1933 г. разрушилась плотина Каслвуд высотой 21,4 м, построенная в 1888 г. в США. Накануне разрушения водохранилище было заполнено на 14,0 м, а на следующий день вследствие недостаточной пропускной способности водослива вода начала переливаться через гребень. Через 20 мин., когда высота переливающегося слоя воды достигла 30 см, плотина разрушилась.
Другим подобным примером явилось разрушение водосливной плотины с бетонной диафрагмой Будлас в Норвегии. Водосливный порог длиной 28 м был заложен на 1,0 м ниже гребня плотины. Для защиты (от размыва низовой откос на длине 35 м был укреплен крупным камнем. При переливе воды крепление было размыто, что повлекло за собой разрушение плотины на длине 70 м.
В 1957 г. после затопления паводком перемычки из каменной наброски высотой 13,5 м на строительстве плотины Серр-Понсон и перелива слоя воды 2,0 м перемычка была разрушена. При таких же обстоятельствах в 1958 г. разрушилась перемычка на строительстве плотины Льюис Смит.
В 1960 г. в результате затопления во время строительства была разрушена плотина Орос в Бразилии. Эта плотина высотой 54,0 м создавала водохранилище емкостью 4,0 млрд/ м3 для регулирования стока, используемого на орошение. Когда водохранилище достигло объема 700 млн. м3 вода слоем 35 см начала переливаться через недостроенную плотину. Через образовавшийся проран за 30 ч прошло около 1,0 млрд/ м3 воды, в результате чего было вынесено 800 тыс. м3 грунта. Через несколько дней дожди, вызвавшие этот паводок, прекратились. Анализ этого разрушения показал, что его могло и не быть, если бы выполнение работ на плотине не задержалось всего на 1 мес.
Ниже приводятся примеры повреждений плотин во время их строительства и эксплуатации.
На плотине Свифт, построенной в 1914 г. в США, во время производства работ, когда наброска была выведена на высоту 9,1 м, по верховому откосу произошел оползень, повлекший за собой сползание около 4500 м3 камня. При назначении откосов плотины был неправильно учтен угол естественного откоса наброски, выполненной из относительно мелкого камня. В результате оползня верховой откос уположился с 1 : 1,0 до 1 : 2,25—1 : 1,5.
После первого же заполнения водохранилища в 1929 г. была повреждена полая железобетонная диафрагма плотины Уэд-Кебир; диафрагма была срезана по основанию и сдвинута в сторону нижнего бьефа. При слишком крутом низовом откосе проектного профиля плотины пассивное давление низовой призмы на диафрагму не обеспечило устойчивости жесткой конструкции диафрагмы, что и привело к ее срезу. После усиления профиля плотины разрушенная диафрагма была восстановлена, и с 1931 г. плотина находится в эксплуатации.
В 1927 г. фильтрация через каменно-земляную плотину Фиш-Крик привела к образованию в плотине промоины, через которую просачивалось до 5,6 м3/с воды. Причиной образования фильтрации явился родник, который подмыл основание, что привело к неравномерной осадке. Развитию фильтрации и выносу грунта способствовало отсутствие переходной зоны между отсыпкой и каменной наброской плотины. Такая фильтрация была бы разрушительной для земляной плотины, но она не оказала влияния на устойчивость наброски, выполненной из крупного камня.
В 1929 г. произошло оползание верхового откоса плотины Эйлдон, которое привело к прогибу железобетонной диафрагмы до 1,42 м и ее повреждениям. Оползание откоса плотины произошло из-за укладки массивного глиняного ядра без верховой переходной зоны и наличия глинистых грунтов в основании плотины. Глиняное ядро вследствие потери устойчивости сдавилось, а верховая призма дала вертикальную осадку до 8,0 м и горизонтальное смещение до 16,8 м. Взамен разрушенной плотины в 1955 г. ниже ее построена новая.
Во время постройки были затоплены каменно-земляные плотины Хэлл-Хоул в США и Брайдль Драйфт в ЮАР, которые от этого были частично размыты.
