Узкие створы, хорошее скальное основание на многоводных реках с большими паводковыми расходами более пригодны для строительства бетонных плотин. Широкие долины, нескальное основание, умеренные паводковые расходы при наличии благоприятных условий для размещения водосбросных сооружений пригодны для строительства плотин из грунтовых материалов (земляных, каменно-земляных и каменнонабросных).
Для обоснования створа плотины проводится сопоставление возможных створов и различных компоновок гидроузла. Для плотин из грунтовых материалов решающее значение имеет наличие вблизи створа карьеров грунтов и камня, пригодных и экономически целесообразных для возведения плотины.
Тип плотины определяется наличием и качеством местных строительных материалов: камня для наброски или отсыпки и грунта для противофильтрационных устройств, а также геологическими условиями основания и устанавливается в проекте на основе техникоэкономического сравнения возможных типов плотин и компоновок узла сооружений с учетом производства работ.
Каменнонабросная плотина с экраном (рис. 1-10) обычно принимается для следующих условий: наличие хорошего по прочности и составу камня для наброски; отсутствие на месте работ грунтов, пригодных для отсыпки экрана, ядра и фильтров; ограниченные сроки строительного сезона; возможная сработка водохранилища и доступность осмотра и ремонта экрана.
Для устранения влияния осадки тела плотины на деформации экрана прежде строились каменнонабросные плотины с подпорной стенкой, на которую опирается экран (см. рис. 1-1). Такой тип плотины требует скального основания, но допускает использование для наброски камня посредственного качества. Стенка в плотине допускает независимую осадку низового клина и выполняется из сухой (при наличии квалифицированных каменщиков), бутовой кладки или бетона.
Каменно-земляные плотины с экраном (рис. 1-11) обычно принимаются при наличии: скального, полускального или аллювиального основания, состоящего из гравелисто-галечного грунта; удовлетворительного по качеству камня; грунта с высокими показателями фильтрационной и сдвиговой прочности для отсыпки экрана и карьерных грунтов, пригодных для отсыпки переходных зон.
Для отсыпки таких плотин могут быть использованы и крупнообломочные аллювиальные грунты.
Каменно-земляные плотины с ядром (см. рис. 1-9) обычно принимаются для тех же условий, что и плотина с экраном. Однако для строительства такой плотины могут быть использованы: камень для наброски или отсыпки посредственного качества и грунты для ядра, обладающие пониженной сдвиговой прочностью.
Плотина с ядром обеспечивает лучшее сопряжение с крутыми берегами, чем плотины с экраном, и предпочтительна для более деформируемого основания.
Рис. 1-10. Каменнонабросная плотина Минасэ.
1 — каменная наброска; 2 — подэкрановая кладка; 3 — железобетонный экран 50—30 см; 4 — покрытие щебнем по слою торкрета; 5 — туфовый песчаник; 6 — аргиллиты; 7 — скважины противофильтрационной завесы.
Ширина ядра по подошве и переход к водоупорной призме, кроме фильтрационной прочности и производственных соображений, определяется климатиче скими условиями района строительства, техникоэкономическими обоснованиями и сроками выполнения работ. При некоторых условиях плотина с ядром может быть построена и в неосушенном котловане отсыпкой камня боковых призм в воду (Иркутская и Высотная Асуанская плотины).
В ряде случаев для одной плотины принимаются два конструктивных решения противофильтрационных устройств с центральным ядром и грунтовым экраном, как, например, это выполнено на плотине Берсими или предусмотрено проектом Шамхорской плотины. Это определяется только геологическими условиями створа плотины. Для Шамхорского створа, где в русле р. Куры залегает скала на небольшой глубине, принята плотина из гравелисто-галечного грунта с центральным ядром, а в пределах поймы, где основанием является толща аллювия, принята плотина с грунтовым экраном и понуром. Сопряжение таких водоупорных частей на Шамхорской плотине достигается посредством расположенных в русле бетонных сооружений; на плотине Берсими — скальным массивом, которым разделены плотины (Берсими с экраном и понуром и Десрошес с ядром).
При прочих равных условиях плотина с экраном по сравнению с плотиной с ядром имеет следующие производственные преимущества:
а) возможность опережающего выполнения наброски перед отсыпкой экрана, которая укладывается на наброску, получившую некоторую осадку;
б) отсыпка наброски в малой степени зависит от выполнения работ по цементации основания, которые для плотины с экраном могут совмещаться с отсыпкой камня;
в) возможность начать эксплуатацию частично заполненного водохранилища с выполнением минимального объема работ по плотине, если это допускают водосбросные сооружения.
Рис. 1-12. Сарсангская плотина.
1 — перемычка; 2 — отсыпка из песчано-гравелистого грунта; 3 — переходные зоны из карьерного песчано-дресвяного грунта;
4 — ядро из суглинка; 5 — крепление откоса камнем; 6 — противофильтрационная завеса; 7 — туфобрекчий; 8—бетонная плита.
Для боковых призм плотин с ядром могут быть использованы гравелисто-галечные и булыжные грунты, например Чирюртская плотина или Сарсангская плотина (рис. 1-12). В зависимости от грунта, укладываемого в ядро, от соотношения цен на отсыпки и наброску камня, а также климатических условий строительства ядро плотин может быть: узким — до 0,5Н (плотина Ростан), широким — (0,5-1,5)Н (плотина Мад Маунтин) и массивным — до 2Н (плотина Черри-Вэлли).
Положение ядра в плотине, вертикальное по оси плотины (Араксинская) или слабонаклонное (Гальская), определяется проектом. Если грунтовой экран имеет собственную устойчивость, то наклонное ядро такой устойчивости не имеет и оно должно отсыпаться одновременно с боковыми призмами.
Для снижения стоимости рассматриваемых плотин необходимо использовать в наброску и отсыпку весь камень, получаемый в карьере и из выемок котлованов узла сооружений, с минимумом его отходов. Это должно учитываться в балансе земельно-скальных работ как обязательное условие при выборе типа плотины. В соответствии с этим строится и календарный план производства работ по строительству плотины.
Таким образом тип плотины определяется наличием имеющегося камня и грунта, уточняется на основе технико-экономических расчетов с учетом следующих условий:
а) отсыпку крупнообломочных грунтов можно выполнять с меньшей единичной стоимостью, чем отсыпку камня, но профиль такой плотины будет иметь более пологие откосы и больший объем;
б) наиболее дорогим элементом в каменноземляной плотине являются обратные фильтры, единичная стоимость которых в 2,0— 2,5 раза выше стоимости наброски или отсыпки, а поэтому их объем должен быть сведен к требуемому минимуму или, где это возможно, заменен переходной зоной из карьерного или обогащенного аллювия, размеры которой могут быть в 2,5—3,0 раза больше фильтров;
в) размеры ядра определяются фильтрационной прочностью н климатическими условиями строительства, однако при наличии грунтов, допускающих их отсыпку в воду, следует стремиться к тому, чтобы ядро выполнить таким способом, который обеспечивает более высокое качество работ и меньшую единичную стоимость.
