Статьи / Основы гидроэнергетики. Грунтовые плотины

Полезные материалы для участников Олимпиады
Блог РусГидро

Казалось бы, ну что может быть проще грунтовой плотины? Засыпал реку землей – и нет проблем. Однако, грунтовая плотина – это отнюдь не просто куча земли, а тщательно просчитанное и зачастую имеющее довольно сложную конструкцию сооружение.


Плотина Ататюрка в Турции. Фото отсюда

Как я уже рассказывал, грунтовые плотины делятся на земляные, каменно-земляные и каменные. Расскажем поподробнее о каждой из них.

Земляные плотины состоят из мелкозернистых грунтов (песков, супесей, суглинков) более чем на 50%. Это самый распространенный, самый конструктивно простой и самый древний тип плотин. Чаще всего земляные плотины имеют однородную конструкцию, хотя встречаются и плотины такого типа с различными противофильтрационными элементами (экраном, ядром или диафрагмой). В целях обеспечения устойчивости и низкой фильтрации через плотину земляные плотины имеют «распластанный» профиль – отношение их ширины к высоте весьма велико. В связи с этим, земляные плотины обычно имеют не очень большую высоту.


Земляная плотина Волжской ГЭС высотой до 47 м.

Земляные плотины строятся в огромных количествах в качестве различных ограждающих дамб, плотин различных прудов и небольших водохранилищ, отстойников и т.п. При создании ГЭС, такие плотины обычно сооружаются при строительстве низконапорных равнинных гидроэлектростанций. По способу создания земляные плотины делятся на насыпные и намывные. При создании крупных равнинных гидроузлов широко используется намывной способ создания плотин, как более быстрый и технологичный; однако, такой способ имеет и свои ограничения, например высокую требовательность к грунтам (намывные плотины создают преимущественно из песков).


Земляная плотина Рыбинской ГЭС.

Основная часть тела каменно-земляных плотин состоит из каменной наброски, а из суглинка изготовлен противофильтрационный элемент в виде ядра или экрана. Каменно-земляные плотины надежны, просты в эксплуатации, могут создаваться в тяжелых сейсмических и климатических условиях. Они занимают ведущее место среди высоких и сверхвысоких плотин в мире – в частности, самые высокие функционирующая и строящаяся плотины (Нурекская и Рогунская) относятся именно к этому типу.

Друг от друга каменно-земляные плотины отличаются конструкцией противофильтрационного элемента. Наибольшее распространение получили плотины с центральным ядром, поскольку в этом случае объем плотины, а соответственно и ее стоимость минимальны.


Типичная каменно-земляная плотина с центральным ядром – Юмагузинская

Каменно-земляные плотины нередко имеют весьма сложную конструкцию. В качестве примера можно привести Асуанскую плотину на р.Нил в Египте, представляющую собой своеобразный гибрид земляной и каменно земляной плотины, с массой различных переходных зон, дренирующих элементов и т.п.


Плотина Асуанской ГЭС. Фото отсюда

Каменно-земляные плотины с экраном встречаются реже. В России такую конструкцию имеет, например, плотина Вилюйской ГЭС:

Промежуточное положение между плотинами с центральным ядром и экраном занимают плотины с наклонным ядром:

Каменные плотины формируются целиком из камня различного размера, иногда даже просто путем взрыва склонов речной долины. В конструкции таких плотин предусматривается какой-либо противофильтрационный элемент – экран или диафрагма.

Экраны изготавливают из самых разных материалов – стали (например, плотина Храмского гидроузла в Грузии), дерева (Малоульбинская плотина в Казахстане), синтетических пленок, бетона, железобетона и асфальтобетона. Экраны размещают по грани плотины со стороны верхнего бьефа.


Плотина Широковской ГЭС с деревянным экраном.

Диафрагмы, в отличие от экранов, располагаются в центральной части плотины. Для диафрагм используются те же материалы, что и для экранов; большое распространение получили плотины с асфальтобетонными диафрагмами, в частности такую конструкцию имеют плотины Ирганайской и Богучанской ГЭС.


Схема плотины Ирганайской ГЭС


Плотина Богучанской ГЭС в процессе строительства. По центру видна асфальтобетонная диафрагма. Фото отсюда