|
Плотины ПЭС создают напорный фронт
между морем и бассейном. В зависимости от схемы ПЭС они могут иметь различное
назначение и соответственно конструкцию.
Однобассейновая ПЭС имеет одну плотину, отсекающую бассейн
от моря. Она включает в себя глухую часть, водопропускную плотину и здание
ПЭС. В зависимости от конфигурации бассейна при наличии суженного входа в
залив глухая часть может отсутствовать (ее заменяют сопрягающие дамбы). При
совмещенной компоновке также отсутствует водопропускная плотина.
В двух- и многобассейновых ПЭС применяются также
разделительные (между бассейнами) плотины и железобетонные плотины для
коммутации бьефов. Здесь описывается конструкция только глухих плотин,
которые могут применяться, так же как и разделительные, в двухбассейновых
схемах.
Нередко считают, что водонепроницаемость плотины ПЭС
требуется только по условиям суффозионной прочности, так как фильтрация ввиду
неограниченного объема морского бьефа не имеет значения. В действительности
это не так. Фильтрация через плотину ПЭС приводит к уменьшению напоров и
объема полезной сливной призмы. Однако при соответствующем подборе крупности
фракций наброски применительно к условиям конкретного проекта, устройство
фильтрующей плотины ПЭС может быть обосновано. Примером такой фильтрующей
конструкции может служить один из вариантов проекта плотины Кольской ПЭС.
При этом следует отметить, что водопроницаемость плотины
уменьшается вследствие кратковременности действия напора в течение одного
приливного цикла и его знакопеременности, а также благодаря небольшим
напорам, которые в районах с самыми большими приливами не превышают 13 м (ПЭС Фанди), а на Кислогубской ПЭС 2,5 м (в обе стороны). Для условий Кольской ПЭС расход
фильтрации по расчету составит не более 20 м3/с, что приведет к потеоям
напора и выработки в пределах 1—2 %.
Однако знакопеременность напора отрицательно влияет на
суффозион-
ную устойчивость откосов плотины, которая в
противоположность уплотняющему воздействию мелкой волны на пляжный откос
«раскачивает» мелкие частицы грунта. Быстро изменяющийся напор, полная и
быстрая сработка бассейна ПЭС, особенно ощутимая при двусторонней работе ПЭС
и не характерная для условий нормальной эксплуатации речных ГЭС, накладывают
дополнительные требования в отношении предотвращения суффозии и оплывания
откосов. При создании плотин ПЭС, включающих в себя каменно-набросные призмы,
необходимо учитывать, что в условиях приливных течений для укладки материала
в тело плотины имеются определенные преимущества по сравнению с речными
потоками, так как здесь можно использовать остановку течения при смене
прилива отливом. Все работы по закрытию прорана или укладке верхней зоны
наброски должны быть приурочены к периодам квадратурных приливов.
Но кроме облегчения производства работ, обусловленного
приливными явлениями, имеются и специфические трудности. Изучение методов
производства работ по наброске в текущую воду, проведенное в СССР и Франции,
и модельные исследования, выполненные специально для условий ПЭС Ране,
показывают, что взвешивание камня наброски фильтрационным потоком приводит к
оплыванию откоса и образованию дополнительного банкета, а в дальнейшем к
сносу камня. В условиях прилива это явление вследствие знакопеременного
напора будет наблюдаться на обоих откосах наброски и разрушение будет
происходить еще более интенсивно. Поэтому требуется специальный подбор
крупности материала для каждой фазы наброски.
Ниже приводятся примеры конструкций оградительных дамб и
плотин ПЭС.
Отсечение морского залива от океана для создания бассейна
ПЭС аналогично возведению больших морских оградительных дамб.
Голландская оградительная дамба большой протяженности,
высотой 10—20 м, распластанного профиля (1:9 в основании к 1:3,5 в верхней
части), с креплением откосов вверху каменной наброской, а внизу фашинными
тюфяками была разрушена в шторм 1953 г. Образование брешей и прорыв дамб произошли в местах слабого крепления откоса и недостаточного превышения гребня
над максимальным уровнем моря. Заделки брешей производились установкой в
текущую воду массивов «Феникс» (63X 19X 18 м, толщина стенок 30 см, масса 75 тыс. т. водоизмещение 25 тыс. т). Для предотвращения размыва дно выстилалось
фашинными тюфяками, позади крупных массивов устанавливались более мелкие
размером 7,5Х 11X о стороны моря устраивалась насыпь из глины, а массивы
замывались песком с образованием песчаного клина со стороны суши.
Для бесперемычечного перекрытия протоков с большими
скоростями в 1954— 1966 гг. в Нидерландах возведена с массивами оригинальной
сквозной конструкции, допускающей пропуск воды через массив после его
установки. Это достигается устройством разборных отверстий в стенке массива,
обращенной к направлению потока. Для получения необходимой устойчивости после
выхода из дока и спуска на воду массивы заполняются песком н бетоном.
При буксировке такая конструкция имеет минимальное
сопротивление. Благодаря вырезам в продольных и поперечных переборках она не
оказывает большого сопротивления ударам волн и ветру. После погружения на
заранее подготовленную наброску массив стесняет сечение потока всего на 25 %.
Но и это сужение русла может привести к глубоким вымоинам ниже сооружения,
так что требуется предварительное крепление дна фашинными тюфяками. При
подъеме уровня воды после установки массива отверстия постепенно закрываются
вододействующими затворами. Под защитой затворов устраиваются железобетонные
переборки, далее массив заполняется песком и превращается в ядро, вокруг которого
возводится песчаная дамба
Аналогичное решение с применением наплавных блоков
сквозной конструкции было осуществлено также в Нидерландах в 1961 г. при сооружении плотины Вишер- гат.
В качестве примера плотин ПЭС можно привести два варианта
плотины ПЭС Квод- ди
Первый вариант плотины предназначался для перекрытия
мелководных проливов. Плотина состоит нз набросной каменной призмы, прикрытой
с верховой стороны земляной насыпью. Высота плотины до 40, ширина в основании
260 м, уклон верхового откоса 1:4, низового 1:1,75.
Второй вариант плотины предназначался для перекрытия
наиболее глубоких проливов, разделяющих верховой и низовой бассейны ПЭС.
Глубина в этих проливах на участке протяженностью 900 м достигает 38—91 м, а основание сложено слоями глины и наносов мощностью 30—40 м, подстилаемыми
скальными породами.
Конструкция плотины принята по условиям максимального
использования материалов (глина, песок, гравий,скала) из выемки под здание
ПЭС и водопропускные отверстия. Профиль плотины выполняется от отметки 91,5
до отметки 40 м в виде насыпаемых слоями набросных призм, между которыми
отсыпается гра- вийно-песчаная смесь. Выше отметки 40 м г помощью специальных бадей в ядро под воду отсыпалась глина. Такой способ до. пустим в виду
большого количества глины, получаемой из полезной выемки (13 млн' м3). Часть
ее будет израсходована на замыв наброски морскими течени ям и (которые здесь
составляют 3, а при перекрытии достигнут 6 м/с). Ввиду значительных волн
верхняя часть откосов (от отметки — 7,6 м до гребня с отметкой -f- 7,6 м) имеет более пологий уклон (со стороны верхового бассейна 1:3 и низового 1:2) и
укреплена отсыпкой крупного камня. На более низких отметках плотина имеет
уклон 1:1.75
Такой уклон достигается устройством водопроницаемого ядра,
замываемого между двух призм каменной наброски, или прикрытием каменной
наброски водопроницаемым экраном.
Следует отметить, что именно эта плотина при ее больших
объемах явилась одной из причин отказа от строительства ПЭС Кводди. Вот
почему при проектировании ПЭС одна из главных задач заключается в уменьшении
объема и удешевлении конструкции плотины.
Оригинальный способ возведения на небольших глубинах
песчаной протяженной дамбы для образования бассейнов ПЭС был предложен в
проекте Северн. Он состоит в том, что при отсыпке тела плотины используется
аркообразный щит, в своде которого имеются отверстия-бункера для отсыпки
песка. Поверх песка укладывается сортированный материал и наброска.
Одним из способов уменьшения объема тела плотины является
устройство упорной призмы из тяжелого материала (наброска крупных камней и
массивов) при наличии достаточно хорошего основания и местного материала для
наброски. Но здесь также имеется ограничение: если плотина расположена на
мелководье и волна, идущая со стороны океана, разбивается на этом мелководье,
передняя грань плотины не должна иметь крутого уклона, для того чтобы не
воспринимать лобового удара разбитой волны, достигающего 0,2—0,3 МПа. Так, в
проекте плотины аргентинской ПЭС Сан-Хосе ( 13.3, в), несмотря на выполнение
облицовки наружных граней из крупных блоков массой от 0,05 до 1 т и ядра из
камня массой 3— 100 кг, предусматривались следующие уклоны откосов: 1:2 —
обращенные к морю, 1:1 — к бассейну. При высоте плотины 18 и ширине по гребню
10 м размер плотины понизу составляет 64 м.
Значительное уменьшение объема насыпи было достигнуто в
проекте плотины французской ПЭС Аргенон и Лансье, отсекающей бассейны от моря
(напор 13 м). Плотина выполняется при помощи шпунтовой перемычки, позади
которой устанавливаются подводимые на плаву круглые железобетонные кессоны.
Масса каждого блока после заполнения составляет 7000 т. Блоки погружаются за
счет наполнения вибриро- ванным песком, который закрывается бетонными
плитами. Центральная часть заполняется каменной наброской через отверстие со
съемной крышкой. Со стороны моря перед шпунтовой стенкой отсыпается призма
каменной наброски. Кессоны соединяются между собой водонепроницаемыми швами.
Со стороны бассейна плотина имеет отсыпку из глинистого песка с вымощенным
откосом.
Эта конструкция благодаря ее простой разборке послужила
прототипом для перемычек в проекте ПЭС Шозе и в дальнейшем
усовершенствованная в виде гребенки из наплавных колонн была осуществлена в
качестве перемычки, ограждавшей котлован, в котором возводилось здание ПЭС
Ране.
Поскольку в последних проектах принимается наплавной
метод, необходимость в этой конструкции, как и вообще перемычек при
строительстве ПЭС, отпала.
Такое решение было использовано в проекте Лумбов- ской ПЭС
1940—1941 гг. для плотины, отсекающей бассейн от моря в виде многоярусных
набросных призм, а в одном из вариантов проекта Кольской ПЭС (1983 г.) оно было дополнено металлическим шпунтом, забиваемым с воды в песчаное тело плотины.
Насколько многоярусная наброска уменьшает объем плотины, видно из сравнения
профиля плотины Кольской ПЭС и профиля набросной плотины ПЭС Северн.
Плотины ПЭС в зал. Фанди высотой до 50 м выполняются из сортированной горной массы крупностью до 200 мм с откосами 1:2 (со стороны бассейна) и 1 : 1,75 (со стороны моря). В теле плотины расположен наклонный
песчано-гравелистый мощный слой толщиной 9 м, окруженный 3-метровым обратным фильтром, на откосах уложено двухслойное крепление.
В проектах ПЭС Фанди был предложен оригинальный способ
отсыпки набросной (замыкающей) дамбы с металлической эстакады, в которой
имеются пазы для установки экрана из сборных железобетонных плит.
В проекте плотины ПЭС Северн первоначально был предложен
профиль, в котором водо- Ю* непроницаемость обеспечивалась диафрагмой из металлического
шпунта. В дальнейшем он бьш изменен на более распластанный, аналогично
принятому в проекте ПЭС Фанди. Эта конструкция отвечает сложным условиям
возведения плотины при скоростях, достигающих 5 м/с. Упорная призма,
отсыпаемая в воду с использованием динамики приливного потока, состоит из
каменной наброски, на которую по слою обратного фильтра производится намыв
бассейнового клина плотины. На откосе послойная отсыпка обратного фильтра,
горной массы, двух слоев бетонных массивов или каменных блоков.
Размер бетонных массивов оказался предметом дискуссии, так
как это поставило под вопрос осуществление всего проекта. Если первоначальная
стоимость плотин в проекте ПЭС Северн составляла всего 10 % общей сметы, то
после экспертизы фирмы NEDECO, предложившей довести массу каждого массива на
морском откосе до 55 т, стоимость возросла с 4,1 до 10 млрд. ф. ст. из-за
необходимости очень дальней доставки этих массивов. Однако проектировщики
отстояли свою точку зрения на основании результатов эксплуатации мола в
районе порта Талбот, который укреплен массивами массой всего от, а
выдерживает волновые воздействия более сложные, чем в створе ПЭС Северн.
В последнем проекте Котантен— Центр на участках небольших
глубин кольцевая дамба отсыпа
ется из грунта, защищаемого каменной наброской или
бетонными массивами 20—40 т, а ядро выполняется из биту- мизированного песка
или бетона.
В проектах Лумбовской и Тугур- ской ПЭС крепление морского
откоса решено путем наплавных железобетонных плит.
Стремление кардинально решить задачу индустриализации
возведения плотин привело к появлению проектов плотин из наплавных элементов.
Первая такая конструкция была предложена Эрме в 1950 г. для ПЭС Шозе. Она представляет железобетонную плотину с полостями, загружаемыми водой и
грунтом. Высота плотины может изменяться в зависимости от рельефа дна от 30
до 100 м и должна противостоять океанской волне, идущей из Ла-Манша. Плотина
состоит из сборных железобетонных элементов, образующих блоки размерами 52 X
X 26x38 м. Указанные элементы доставляются к месту сооружения на плаву. В
собранном виде масса полого массива составляет 3000—5000 т, что обеспечивает
его устойчивость при рачетной высоте волны.
В 1958 г. предложен проект плотины ПЭС из более крупных
наплавных блоков [1161. При водоизмещении 32 тыс. т они будут иметь осадку 23 м. Изготовление предлагается вести на стапелях, расположенных на одном из островов архипелага
Шозе, с последующей буксировкой к створу плотины. Стоимость 1 м длины такой плотины при высоте ее 35 м оказалась на 20 % меньше стоимости каменно-набросной
плотины.
В проекте Котантен—Центр 1982 г. возведение ограждающих кольцевых плотин на глубинах до 12 м принято из железобетонных ячеистых наплавных блоков высотой около 30 м
Следует отметить, что в проектах ПЭС наплавной способ
возведения плотин в отличие от аналогичного способа возведения зданий не
нашел широкого применения. Это объясняется, очевидно, значительным расходом
железобетонных конструкций на 1 м длины плотины (например, для Ту- гурской
ПЭС это составляет 1000, а при замене грунтовыми материалами 1300 м3 наброски) и соответственно большей стоимостью (для условий Тугурской ПЭС 32 тыс. руб. при
железобетонных конструкциях и 19 тыс. руб. при наброске).
На побережьях, где створы ПЭС расположены в необжитых
районах с суровым климатом, особенно при значительной протяженности плотины
(например, в Мезенском заливе), выбор способа возведения плотины приобретает
решающее значение для обоснования всего сооружения, поскольку ведение работ
на месте обходится весьма дорого. Например, в условиях Мезенской ПЭС
возведение плотины ПЭС длиной 80 км традиционным способом из грунтовых
материалов может составить 20 % сметы и затрудняет экономическое обоснование
сооружения ПЭС. Поэтому здесь рассматривается новый способ создания протяженных
плотин ПЭС взрывом с применением концентрированных зарядов. Это позволит
уменьшить отоимость устройства таких плотин Б _3—4 раза.
|