Фильтрационное и взвешивающее давление воды по подземному контуру бетонной плотины

Основания бетонных плотин проницаемы для воды (в том числе и скальные). Вода движется по порам и трещинам из зоны большего давления в зону меньшего давления (из верхнего бьефа в нижний бьеф). Это движение воды уже упоминалось и называлось фильтрацией. Поскольку подземный контур бетонной плотины является водонепроницаемым (или частично водопроницаемым), вода оказывает давление на подошву плотины. Это давление называется фильтрационным противодавлением (из-за направленности его противоположно силе тяжести).

На рис. 6.3 эпюра противодавления разбита горизонтальной прямой на прямоугольник и треугольник. Прямоугольник W_h обязан своим происхождением взвешивающему гидростатическому давлению, равному в любой точке подошвы плотины весу столба воды высотой, равной h_d (глубина нижнего бьефа). Треугольник W_s обязан своим происхождением напору на сооружение и, как следствие, возникающему фильтрационному, гидродинамическому давлению, равному со стороны напорной грани напору H_d, а со стороны низовой грани — нулю (см. рис. 6.3).

Рис. 6.3. Взвешивающее и фильтрационное противодавление

Таким образом, противодавление складывается из взвешивающего и фильтрационного противодавления. Противодавление «облегчает» сооружение, уменьшает его вес и сопротивление сдвигающим сооружение горизонтальным силам.

Наличие цементационной завесы и дренажа уменьшает эпюру противодавления по контакту плотины со скальным основанием. В этом случае характерными ординатами эпюры противодавления служат: h_up — напор воды у верховой грани; H_as — остаточный фильтрационный напор по оси цементационной завесы; H_dr — остаточный фильтрационный напор по оси дренажа; h_d — напор воды у низовой грани (рис. 6.3 и 6.4). Ординаты эпюр H_as и H_dr можно найти по табл. 6.2 при известном расчетном напоре H_d.

Таблица 6.2

Значения ординат эпюры противодавления для гравитационной плотины I класса

Сочетание нагрузок
Основные и особые при ФПУ и нормальной работе противо- фильтрационных и дренажных устройств			Особые в случае нарушения нормальной работы противофильтра- ционных и дренажных устройств (в верхнем бьефе НПУ)
плотины с цемзавесой		плотины без цемза- весы	плотины с цемзавесой		плотины без цемза- весы
0,4	0,2	0,2	0,5	0,3	0,4

При проектировании и расчетном обосновании некоторых гидросооружений иногда необходимо, чтобы они одновременно удовлетворяли требованиям как российских, так и американских стандартов. Именно такое решение было принято заказчиком при проектировании гравитационной плотины Шон-Ла с цементационной завесой и дренажем во Вьетнаме. На рис. 6.4 приводятся эпюры противодавления, утвержденные в критериях проектирования плотины Шон-Ла. Эпюра противодавления с пометкой 1 соответствует российскому стандарту, с пометкой 2 — американскому. При нормальной работе противофильтрационных устройств ординаты эпюр противодавления были найдены из следующих условий:

• • H_as = 0,4(h_up - h_d) + h_d (российский стандарт);
• • H_dr = 0,2(ft - h_d) + h_d (российский стандарт);
• • H_dr = 1/3(h_up - h_d) + h_d (американский стандарт).

При нарушениях в работе противофильтрационных устройств:

• • H_as = 0,5(h_up - h_d) + h_d (российский стандарт);
• • H_dr = 0,3(h_up - h_d) + h_d (российский стандарт);
• • падение напора на цементационной завесе и дренаже не учитывается (американский стандарт).

Рис. 6.4. Противодавление на подошву плотины при нормальной работе подземного контура (слева) и нарушении работы подземного контура (справа)

по российским (1) и американским (2) стандартам

Ледовые нагрузки

Ледовая нагрузка может быть статической или динамической. Статическое давление может быть обусловлено температурным расширением ледяного покрова перед гидросооружением; навалом остановившегося ледяного поля на гидросооружение под воздействием течения и ветра; навалом зажорной массы льда (мелкобитого льда); примерзшим к сооружению ледяным покровом при колебаниях уровней воды. Динамическое давление льда может быть обусловлено встречей с сооружением движущегося льда.