Каменно-земляные плотины в большинстве случаев строятся в осушенном котловане под прикрытием перемычек и с отводом реки из зоны расположения плотин. До последнего времени считалось, что на многоводных реках по условиям отвода больших расходов строительство каменно-земляных плотин по сравнению с бетонными нс может быть оправдано. Однако опыт строительства таких плотин как в СССР, так и за рубежом показывает, что они успешно строятся и на многоводных реках с паводковыми расходами, м3/с:
Акосомбо, р. Вольта ... 34 000
Мангла, р. Джелум .. 31 000
Тарбела, р. Инд 21 500
Фурнас, р. Рио-Гранде . 13 000
Ви.пойская, р. Вилюй .. 12 300
Усть-Хантайская, р. Хантайка ... 12 000
Высотная Асуанская, р. Нил . . . 11000
Инфернильо, р. Бальсас .. 11000
Колымская, р. Колыма 10 700
Отвод многоводных рек представляет большие трудности, повышает затраты и удлиняет сроки строительства плотины, хотя водоотводные сооружения в большинстве случаев частично или полностью используются при эксплуатации плотин.
Рис. 9-8. Перекрытие русла пионерной отсыпкой каменного банкета.
Отвод реки во время строительства плотин осуществляется следующими способами:
а) чаще всего строительными туннелями (Нурекская и Чарвакская плотины), донными трубами (Мингечаурская, Колымская и Серебрянская плотины), которые в дальнейшем используются для устройства водоспусков или же закрываются;
б) открытыми каналами, совмещаемыми с подводом и отводом воды к зданию ГЭС (Высотная Асуанская плотина) или временными, закрываемыми плотиной (плотина Тарбела);
в) оставляемым для этого прораном в плотине или секционно по части русла с устройством строительного туннеля или трубы для отвода только меженных расходов (плотины Вилюйская и Акосомбо);
г) таким же способом, как в пункте «в», но с затоплением плотины при пропуске паводка первого или второго года строительства (Усть-Хантайская плотина).
Каменно-земляные плотины при определенных условиях строятся и без осушения котлована и ограждения его перемычками. В этом случае для отвода реки используются:
а) штрабленые блоки здания ГЭС (Иркутская и Высотная Асуанская плотины);
б) заранее подготовленный водослив (плотина Ярквиссле) или отверстия, временно оставляемые в бетонных сооружениях (Хуг Кинлейсайд и Ириклинская плотины).
Ограждающие котлован перемычки выполняются каменно-земляными, и они полностью или частично входят в профиль плотины. Эти перемычки достигают значительных размеров:
Так как па постройку таких перемычек отводится меженный период не более 6—7 мес, в том числе зимний, то выполнение этих работ, особенно в горных и суровых климатических условиях, бывает связано со значительными трудностями.
В зимних условиях на строительстве Иркутской (1955) и Нурекской (1967 г.) плотинах работы велись с интенсивностью 30 тыс. м3/мес.
Во время строительства таких перемычек выполняется и перекрытие русла рек (рис. 9-8), обычно пионерно отсыпаемым каменным банкетом. Чтобы удлинить срок строительства перемычек с одного сезона до двух, их строительство иногда рассосредоточивается по высоте на две очереди. В этом случае перемычка первой очереди должна быть водосливной (Токтогульская перемычка и плотина Оровилл).
Строительные туннели на ряде плотин достигают также значительных размеров, что требует значительных затрат и существенно удлиняет срок подготовительного периода. В тех случаях, когда строительные туннели в дальнейшем не используются при эксплуатации плотины, их постройка только для пропуска паводковых расходов является обременительной.
Там, где возможно, строительные туннели целесообразно заменять открытыми каналами (Тарбела и Высотная Асуанская плотины) или оставляемыми у одного из береговых примыканий траншеями-проранами (Вилюйская плотина). Однако для закрытия таких проранов, что обычно бывает в наиболее напряженном пусковом году, целесообразно иметь донный водоспуск или туннель небольшого сечения. Это позволяет существенно упростить выполнение очень ответственных работ закрытия прорана, и, кроме того, такие сооружения бывают полезными для управления заполнением водохранилища до вступления в работу водосбросных сооружений.
На реках с относительно небольшими паводковыми расходами вместо туннелей применяются донные трубы (Ссребрянские плотины) в качестве временных сооружений, а также и постоянных с использованием их как донных водоспусков и водосбросов. Донные галереи в виде железобетонной четырехпролетной рамы (рис. 9-9) были применены при строительстве Мингечаурской плотины высотой 80,0 м. Строительная труба-канал для пропуска паводковых расходов р. Вороньей построена на Серебрянских плотинах (рис. 9-10). Труба с каналом над нею рассчитана на пропуск расхода 1120 м3/с при повышении паводковых уровней над меженными во входном портале на 11—42 м на Серебрянской плотине 1.
Рис. 9-10. Строительные трубы для отвода рек Вороньей (а) и Кольмы (б).
1 — пучковые анкеры; 2 — шпуровые дрены; 3 — граниты.
Рис. 9-11. Плотина Ринкон-дель-Бонэт и железобетонные трубы-водоводы.
1 — каменная наброска; 2 — железобетонный экран; 3 — цементационная галерея; 4 — малофиры; 5 — швы экрана; 6 — железобетонные водоводы.
Канал-врезка в склон отделен от плотины железобетонной стенкой высотой до 6,7 м, которая после пропуска паводка первого года в пределах ядра была удалена. На следующий год паводок пропускался только через трубу, для чего насыпь плотины была отсыпана на высоту 35,2 м над входным порогом трубы. Для отвода р. Колымы запроектирована аналогичная железобетонная траншея размером 16,0x21,5 м, перекрытая сводом, рассчитанная на пропуск паводкового расхода 10700 м3/с при скоростях до 25 м/с.
На плотине Ринкон-дель-Бонэт (рис. 9-11) для отвода реки были использованы четыре железобетонных водовода диаметром 7,0 м, подводящих воду к зданию гидроэлектростанции.
На строительстве плотины Биас для отвода реки построены пять туннелей диаметром по 9,15 м общей длиной 4640 м, из которых три будут использованы как деривационные для подвода воды к зданию ГЭС, а два как водоспуски для подачи воды на орошение. По такой же схеме отводилась р. Джелум на строительстве плотины Мангла.
Ниже дается описание схем отвода рек на строительстве ряда плотин.
Отвод р. Грихальва на строительстве плотины Чикуасен осуществлен двумя строительными (необлицованными) туннелями сечением 13X13 м и длиной по 100 м каждый, рассчитанными на расход 4500 м3/с. Для отвода меженных расходов 20 м3/с были возведены перемычки: верховая высотой 61 м и низовая высотой 26 м. Для пропуска меженных расходов был пройден временный туннель сечением 6X7 м и длиной 343 м, что позволило сократить срок строительства на 7 мес.
Отвод р. Пис на строительстве плотины Беннет осуществлен тремя строительными туннелями диаметром 15,9 м и длиной по 765 м с постройкой перемычки высотой 42.5 м, входящей в профиль плотины.
После отвода реки и осушения котлована были развернуты работы по подготовке основания плотины, устройству бетонного зуба с цементационной галереей, по дренажу, поверхностной цементации и начата отсыпка боковых призм плотин.
Отвод р. Чирчик на строительстве Чарвакской плотины был осуществлен строительным туннелем диаметром 11,0 м и длиной 800 м, который переходит в открытый канал. После отвода реки в строительный туннель начались работы по подготовке котлована в русле и досыпке верховой перемычки, которая конструктивно входит в профиль плотины. Такая схема отвода реки обеспечивала работы по строительству плотины на первом этапе до начала заполнения водохранилища. Для второго этапа работ и пропусков воды на ирригацию во время заполнения водохранилища был подготовлен строительный туннель второго яруса, расположенный на 72 м выше первого. Туннель диаметром 9,0 м и длиной 250 м соединяется быстротоком с отводящим каналом нижнего туннеля.
Отвод р. Нил на строительстве Высотной Асуанской плотины был выполнен каналом длиной 1,6 км с шестью туннелями диаметром 15 м и длиной по 282 м. Эти сооружения использованы для подвода воды к зданию гидроэлектростанции. Последнее предопределило совмещенную конструкцию подводной части здания ГЭС с водопропускными сооружениями. Русло р. Нила было перекрыто через 53 мес. от начала работ и река была переведена в канал, где к этому времени была выполнена подводная часть здания гидроэлектростанции в объеме, позволившем вести посекционно его достройку.
Отвод р. Вольта на строительстве плотины Акосомбо в Гане проходил по иной схеме. В створе плотины русло реки разделено скальным островом на две протоки: левую — узкую и правую — широкую. Расходы реки изменяются от 425 до 34 000 м3/с. Для постройки плотины принята секционная схема ее возведения за ограждающими перемычками, допускающая затопление одной из них при пропуске расчетного паводка. Для отвода расходов меженного периода до 710 м3/с длительностью 7 мес. был построен строительный туннель диаметром 9,2 м и длиной 305 м. При такой схеме производства работ основной проблемой строительства плотины Акосомбо был пропуск расчетного 1%-ного паводка до 13 000 м3/с. Залегающие в русле реки песчано-гравелистые грунты слоем до 14 м в левой протоке и 30 м в правой до начала строительства перемычек были удалены землесосами в объеме 1150 тыс. м3.
Ко времени окончания работ по строительному туннелю русло было очищено от наносов и летом того же года перекрыто верховой перемычкой высотой 33,5 м и начата отсыпка низовой перемычки. Осенью того же года через левобережную протоку, частично закрытую перемычками, проходил расход 1420 м3/с. При увеличении расходов свыше 5700 м3/с гребень верховой перемычки был срезан на 2,5 м и перемычка затоплена. В таком виде через перемычки был пропущен паводок 1962 г. В октябре после снижения расходов проран в низовой перемычке был закрыт, а гребень верховой перемычки снова поднят на 2,5 м. Существенных повреждений перемычек при их затоплении не произошло.