Научно-практическая монография по проектированию, строительству и мониторингу поведения современных высоких плотин трех типов: из укатанного бетона, каменно-насыпных плотин с железобетонными экранами и с асфальтобетонными диафрагмами

1. 1
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ................................................................................................. 5
Часть 1. Плотины из укатанного бетона
Глава 1. Последние достижения в проектировании
и строительствеплотин изукатанного бетона (УБ)… ......... 7
1.1. Понятие«укатанныйбетон»иисторияегопоявления...............7
1.2. ТенденциивстроительствеплотинизУБвмире.......................8
1.3. Плотины из УБ в Юго-Восточной Азии(ЮВА)… ...................14
1.4. Инновационные конструкции и технологии строительства
плотинизУБвКитае,Таиланде,Вьетнамеи Мьянме ............... 17
1.5. Плотина гидроузла БениХарун (Алжир)…...................................22
1.6. Плотина гидроузлаОливенхейн (США)..........................................25
1.7. Плотины Риалб и Бренья-II (Испания)............................................26
1.8. ПлотиныСальтоКаксиасиКастанао(Бразилия)........................ 28
1.9. Плотины гидроузлов Миель и Итуанга (Колумбия)… ................31
1.10. СовременнаятехнологиястроительстваплотинизУБ.......... 36
1.11. Формированиенаружных гранейплотин из УБ...................... 38
1.12. Стоимость укладки УБ в малых и крупных плотинах............. 43
1.13. ОптимизацияпоперечногопрофиляплотинизУБ................. 45
1.14. Способы повышения устойчивости плотин из УБ .................. 46
1.15. Способыснижения напряжений вплотине из УБ ................... 49
1.16. ЗонированиеУБвтелегравитационнойплотины....................52
1.17. Межсекционныевертикальныешвы.......................................54
1.18. Дренажныегалереивтелеиоснованииплотины ...................55
1.19. Арочные и арочно-гравитационные плотины из УБ ............... 55
1.19.1. Основные тенденции в проектировании этих плотин….55
1.19.2. Примеры высоких арочных плотин из УБ (Китай)………57
1.19.3. ОсобенностисоставаУБдляарочныхплотин..................…..61
1.19.4. Межсекционныешвыиихцементация .............................. 62
21 фото 10 крупных строящихся и построенных плотин из УБ.65
Глава 2. Прочность на сдвиг и качество строительных
швоввплотинах изУБ.................................................... 71
2.1. Прочностьнасдвигукатанногобетонамеждушвами............. 71
2.2. Прочность насдвиг укатанного бетона в швах........................ 71
2.3. Основные факторы, влияющие на прочность на сдвиг
в швахукатанного бетона.........................................................73
2.4. Физико-механические параметры укатанного
и обычного бетона .................................................................... 81
2.5. ОсобенноститрещинообразованиявплотинахизУБ............ 86
2.6. Обобщение натурных данных по фильтрации
через швыитрещинывплотинахизУБ...............................89
Глава 3. Новые плотины из особо тощего укатанного бетона
и камня, упрочненного цементом.................................... 95

2. 2
3.1. Конструкции плотин из особо тощего укатанного бетона
икамня,упрочненногоцементом ......................................... ..95
3.2. Оценка устойчивости, прочности и стоимости смешанных
плотин из УБ и камня,упрочненного цементом...................... 98
3.3. Применение особо тощего УБ и камня, упрочненного
цементомвновыхплотинахсимметричногопрофиля..........102
3.4. Устойчивостьипрочностьсимметричныхплотинизособо
тощегоУБнастатическиеисейсмическиенагрузки .......... 104
3.5. Расчёты устойчивости ипрочности обычныхи симметричных
плотин высотой 60-150 м из обычного и особо тощего УБ на
скальном и мягком основании по программе CADAM… ......... 110
3.5.1. Общая характеристика программы CADAM (Канада)..110
3.5.2. Результаты расчетов устойчивости и прочности плотин.114
3.5.3. Выводы по расчетам плотин из УБ (программа CADAM).118
3.6. Устойчивость и прочность симметричных плотин из УБ и камня,
упрочненного цементом, на статические и сейсмические нагрузки..119
3.7. Оптимизация очертания откосовсимметричных
плотинизособотощегоУБ................................................126
3.8. Примеры симметричных плотин из особо тощего УБ........... 127
3.9. Основные выводы по плотинам из УБ ................................... 146
Литература к части 1 (гл. 1-3).....................................................149
Часть 2. Грунтовые плотины с диафрагмами
из асфальтобетона ..........................................................151
Глава 4. Проектирование и исследование грунтовых плотин
с диафрагмами изасфальтобетона (AФБ)…........................................151
4.1. Основные достоинстваасфальтобетонных диафрагм ........... 151
4.2. ОсновныеположенияпроектадиафрагмыизАФБ.............. 154
4.2.1. ТиповойпроектдиафрагмыизАФБ.................................156
4.2.2. Фильтры–переходныезоны.............................................158
4.2.3. Упорные призмы............................................................... 159
4.3. ПроектированиесоставасмесейАФБиихсвойства............160
4.4. Трехосные испытания образцов АФБ разногосостава…64
4.4.1.МетодикапроведениятрехосныхиспытанийАФБ .......... 164
4.4.2. Сравнение даных трехосных и двухосных испытаний.164
4.4.3. Влияние качества заполнителей на прочность
идеформируемостьАФБ ...................................................165
4.4.4.Влияниесодержанияивязкостибитуманапрочностьи
деформируемость АФБ.........................................................167
4.4.5. Оптимизация деформативности ипрочности
диафрагмы изАФБ насдвиг............................................. 171
4.5. ИспытаниеАФБнаводопроницаемость................................172
4.6. Трещиностойкость АФБпри изгибе.......................................174
4.6.1. Невозможность гидравлического разрыва

3. 3
диафрагм изАФБ принаполнении ВБ ...........................176
4.7. Оптимизация водонепроницаемости АФБ.............................. 176
Глава 5. Технология строительства диафрагм
из уплотняемого асфальтобетона (АФБ)........................179
5.1. Преимущества технологии строительствадиафрагм
из уплотняемого АФБ по сравнению с литым АФБ ............... 179
5.2. Технология строительства уплотняемых диафрагм............... 181
5.3. Асфальтобетонный завод......................................................... 186
5.4. УкладкаиуплотнениеАФБвоснованиидиафрагмы........... 186
5.5.Гарантиякачестваиконтрольработ...................................... 188
Глава 6. Расчеты НДС и мониторинг поведения грунтовых
плотин с диафрагмами из асфальтобетона.............. 189
6.1. НатурныеданныепоплотинеФинстерталь ......................... 189
6.2. Натурные данные по плотинеГросс Дюн..............................193
6.3. Измерения деформаций в диафрагмахиз АФБ.......................199
6.4. Расчеты НДСплотин Финстерталь и ГроссДюн...................200
6.4.1. МетодикарасчетовНДС..................................................200
6.4.2. Результаты расчетов НДС плотины Финстерталь ............ 202
6.4.3. Результаты расчетов НДС плотины Гросс Дюн и
сравнениеихснатурнымиданными ................................ 206
6.4.4. Сравнение расчетных и натурныхданных
по поведению плотины Гросс Дюн................................... 209
6.5. Результаты расчетов НДС плотины Сторватн
(Норвегия) иих сравнение снатурными данными ............... 211
6.6. РезультатырасчетовНДСплотинывысотой200м...............214
6.6.1. Расчетные случаи и характеристики материалов..............214
6.6.2. Строительный случай при различной степени
уплотнения соседних зон вокруг диафрагмы (С-1, С-2)….216
6.6.3. НаполнениеВБприразличнойстепениуплотнениякамня
соседних зон вокруг диафрагмы (СВБ-1 и СВБ-2)………217
6.7. Расчет НДС Богучанской плотины на основе
новойдвухфазноймоделиАФБ............................................219
6.8. Проблема безопасности строящейся Богучанской каменно-
насыпнойплотинысдиафрагмойизАФБ..............................224
6.9. Оценка безопасности литой и укатанной диафрагм
впроектеБогучанскойкаменно-наброснойплотины............226
6.10. Выводы и рекомендации по обеспечению безопасности
Богучанскойкаменно-наброснойплотины............................ 232
6.11. Выводыпогрунтовымплотинам сдиафрагмамиизАФБ.. 233
6.12. Проект Канкунской каменно-наброснойплотиной
с составной диафрагмой из асфальтобетона (АФБ)…..............235
6.12.1. Варианты Канкунской КНП с диафрагмой из АФБ ........236
6.12.2. Основные положения расчетанапряженно-

4. 4
деформированного состояния КНП с диафрагмой из АФ..238
6.12.3. Расчеты фильтрационного режима в основании КНП.239
6.12.4. РасчетытермическогорежимаКНПиоснования......... 239
6.12.5. ДанныерасчетовНДСвариантовдиафрагмыизАФБ ..241
6.12.6. Результаты расчетов статической прочности КНП с
составной диафрагмой.......................................................245
6.12.7.Расчеты сейсмостойкости КНП с составной диафрагмой….245
6.12.8. Технико-экономическое сравнение вариантов КНП…….246
Литература к части 2 (гл. 4-6)........................................................247
Часть 3. Грунтовые плотины с железобетонными экранами. 249
Глава 7. Проектирование конструкций грунтовых
плотин с железобетонными экранами ......................249
7.1. Условиястроительстваиглавные достоинства................... 249
7.2. Проектированиепрофиляплотиныиегозонгрунтов..........255
7.3. Подготовка основания под контурную плиту........................ 267
7.4. Контурная противофильтрационная плита экрана................. 273
7.5. Условия работы экрана, разрезкашвами, армирование .........276
7.6. Конструкции уплотненийшвов экрана..............................…..283
7.7. Поэтапноевозведениенасыпииэкранаплотины..................288
7.8. Парапетная подпорная стенка на гребне плотины ..................290
7.9. Поведение грунтовых плотин с экранами из ЖБ
пристатическихвоздействиях.............................................. 292
7.10. Деформации и трещины в железобетонных экранах ............296
7.11. Общая картина деформаций плотин с экранами из ЖБ.304
7.12. Поведение грунтовых плотин с экранами из ЖБ
присейсмических воздействиях ........................................ 309
7.13. Оценка сейсмостойкости плотины Джедра (Алжир)….314
7.14. ОценкасейсмостойкостиплотиныЛимон(Перу)…............317
7. 15. Новые конструкции плотин с экранами: Камбаратинская,
275 м (Киргизия); Согамосо, 190 м (Колумбия); Проект, 300 м...326
7.16. Повышение сейсмостойкости высоких грунтовых плотин...333
Глава 8. Технология строительства грунтовых плотин
с железобетонными экранами ...................................….335
8.1.Краткие технико-экономические преимущества этих плотин.335
8.2. Формированиеверховогооткосаплотин...............................335
8.3. Технология укладки и укатки грунтов упорных призм..........338
8.4. Строительство железобетонного экрана плотины...................342
8.5. Экономические показатели строительства грунтовых
плотин с экранами из железобетона и глинистыми ядрам..354
8.6. Выводы по грунтовым плотинам с экранами из ЖБ............355
10 фото 5 строящихся и построенных плотин с экраном из ЖБ. 356
Литература к части 3 (гл. 7 и 8).....................................................358

5. 5
Введение
К настоящему времени назрела потребность в учебном пособии,
обеспечивающим студентов, аспирантов по специальности
«Гидротехническое строительство» и инженеров-гидротехников научно-
практическим материалом по проектированию, строительству и мониторингу
поведения современных высоких плотин. К этим плотинам относятся:
грунтовые плотины с однослойными экранами из железобетона и
диафрагмами из укатанного асфальтобетона и плотины из укатанного
бетона, включая новые конструкции плотин из особо тощего укатанного
бетона.
За последние 30 лет и в ближайшие 10-20 лет эти три типа высоких
плотин (высотой до 270 м) доминируют среди построенных и
проектируемых высоких плотин в различных (включая тяжелых)
природных условиях многих стран, особенно передовых в отношении
гидротехнического строительства (Китай, Бразилия, Япония, Испания,
Колумбия, США, Канада, Турция, Иран, Австралия и др.).
Эти конструкции плотин характеризуются не только более высокой
надежностью и экономичностью, но и, главное, намного большей
технологичностью или высокой скоростью строительства, мало
зависящей от местных природных факторов, чем традиционные
плотины. Именно это обстоятельство и привело к настоящему
«прорыву» и доминированию этих плотин в мире.
В современных проектах этих плотин проектирование (расчеты,
исследования, конструирование и др.) и технология строительства
неразрывно связаны в единый процесс, причем уже технология
определяет конструкцию плотины. Технология строительства этих плотин,
особенно из укатанного бетона, постоянно совершенствуется, ряд стран имеет
свои достижения, которые быстро совершенствуются и применяются в других
странах, происходит обмен передовым опытом проектирования и
строительстванамногихконференциях.
В настоящем пособии автор попытался показать и объяснить большое
разнообразие конструктивно-технологических достижений в проектах этих
плотин, основываясь на передовом зарубежном опыте и своем 30-летнем опыте
консультанта ряда проектов этих плотин, в основном в странах Латинской
Америки, а также в России.
Пособие состоит из трех частей, в каждой из которых подробно
рассмотрен один из трех типов современных высоких плотин (плотин из
укатанного бетона, грунтовых плотин с диафрагмами из укатанного
асфальтобетона и грунтовых плотин с однослойными железобетонными
экранами). В каждой части дана справка (на конец 2010 г.) по строительству
данного типа плотины в мире, отмечены тенденции и достижения в их
проектировании и строительстве, подробно рассмотрены наиболее интересные
конструкции плотин, технология их строительства, мониторинг их
поведения во время строительства и эксплуатации, включая сравнение
натурных данных с данными численных расчетов их напряженно-
деформированного состояния. Большое внимание в пособии уделено
исследованиям физико-механических характеристик укатанного бетона и
его рабочих горизонтальных швов, контролю их качества в плотинах. То же
относится к грунтовым плотинам с диафрагмами из укатанного
асфальтобетонаис железобетоннымиэкранами.

6. 6
Первое издание пособия 2004 г. быстро разошлось и получило хорошие
отзывы от многих российских и зарубежных специалистов. Во втором
издании пособия существенно дополнены и обновлены главы 1, 3, 4, 6 и
7 и внесен ряд исправлений в текст.
При составлении этого пособия автор старался уйти от обычной
схематизации и разрыва в рассмотрении конструкций плотин и технологии
их строительства, от описания известных методов расчетов и отдал
предпочтение новому материалу со многими примерами современных
конструкций высоких плотин и технологии их строительства, надеясь
заинтересовать студентов и инженеров-гидротехников в совершенствовании
своих знаний. В нынешних условиях быстрого прогресса в проектировании и
строительстве плотин данноепособие отражает этот прогресс.
Автор надеется, что его пособие заинтересует студентов и инженеров-
гидротехников, поможет им обновить свои знания и стать готовыми вновь
занятьпередовыепозициивмировойгидротехнике.