БЕТОННАЯ ПЛОТИНА

Полезная модель относится к области гидротехнического строительства и может быть использована при сооружении высоконапорных гравитационных и контрфорсных плотин, преимущественно в суровых климатических условиях.
В суровых климатических условиях тело бетонной плотины в период строительства подвергается нагреву в результате схватывания бетона, после завершения бетонных работ -остыванию под воздействием отрицательной температуры окружающего воздуха, а в процессе эксплуатации - воздействию сезонных колебаний температуры наружного воздуха.
Это обстоятельство создает неблагоприятное напряженное состояние плотины, вызывает температурную усадку ее элементов, что приводит к образованию трещин и раскрытию швов на верховой и низовой частях плотины и в конечном итоге обусловливает недолговечность сооружения. В связи с этим при проектировании бетонных плотин возникает проблема улучшения их напряженного состояния.
Известна бетонная плотина, включающая гребень, прискальную зону и центральную зону, разделенную на верховую и низовую части полостью, заполненной антифрикционным материалом, и расположенной параллельно низовой грани плотины (см. авторское свидетельство СССР №513146, опубликованное 05.05.1976 года. БИ №17, Е 02 В 7/10). Полость, заполненная антифрикционным материалом, выполняет роль скользящего шва, компенсирующего
негативные последствия температурной усадки бетона, в частности, разрыв трубопровода.
Однако, в данной конструкции бетонной плотины низовая часть центральной зоны, отделенная от основного массива центральной зоны скользящим швом, жестко соединена с гребнем, что при температурной усадке бетона и соответствующем в связи с этим укорочением низовой грани, не исключает вероятности образования в ней трещин и нарушения целостности трубопровода в непредвиденном месте.
Этот недостаток устранен в другой конструкции бетонной плотины, включающей гребень, прискальную зону и центральную зону, разделенную на верховую и низовую части полостью, расположенной параллельно низовой грани плотины и заполненной антифрикционным материалом. При этом в низовой части центральной зоны плотины в месте соединения ее с гребнем, в диаметральной плоскости напорного трубопровода выполнена другая полость, заполненная бетоном и сопряженная с полостью, заполненной антифрикционным материалом, причем напорный трубопровод с металлическим и железобетонным слоями облицовки (сталежелезобетонный трубопровод), расположенный в низовой части центральной зоны плотины, разделен этой диаметральной полостью на верхнюю и нижнюю части. Необходимость диаметральной полости обуславливается тем, что перед заполнением бетоном, ширина ее должна увеличиться на величину укорочения нижней части трубопровода при его максимальном охлаждении. Бетон, заполнивший эту полость после охлаждения трубопровода, не даст возможности нижней части трубопровода беспрепятственно удлиниться при его последующем нагреве. В результате этого создастся предварительно-напряженное
состояние трубопровода, устраняющее за счет обжатия неблагоприятные условия для раскрытия диаметральных трещин в железобетонном слое облицовки напорного трубопровода, см. патент РФ на полезную модель №27602 «Бетонная плотина».
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Конструкция бетонной плотины прототипа обладает более благоприятным напряженным состоянием низовой грани плотины, включающей напорный трубопровод, чем аналог по а.с. №513146. Однако, в данной конструкции бетонной плотины при температурной усадке бетона трубопровода и соответствующем в связи с этим укорочением нижней части трубопровода, не исключается вероятность нарушения целостности металлического слоя облицовки напорного сталежелезобетонного трубопровода по диаметральной плоскости температурного шва под воздействием растягивающих деформационных сил.
Другим недостатком конструкции прототипа является то, что при строительстве бетонной плотины в сейсмически активном районе, при землетрясении, нижний участок напорного трубопровода, отделенный от верхнего участка температурным швом, может подпрыгнуть вверх и разорвать металлический слой облицовки по диаметральной плоскости температурного шва.
Заявляемая полезная модель решает задачу устранения негативного влияния температурной деформации напорного трубопровода, а также сейсмических воздействий (землетрясений) на целостность металлического слоя облицовки напорного трубопровода.
Поставленная цель достигается тем, что в бетонной плотине, включающей гребень, и центральную зону, разделенную на верховую и низовую части полостью, расположенной параллельно
низовой грани плотины и сопряженной в диаметральной плоскости с полостью, выполненной в низовой части центральной зоны плотины, в месте соединения этой части с гребнем плотины, причем напорный трубопровод с металлическим и железобетонным слоями облицовки, расположен в низовой части центральной зоны плотины и разделен выполненной в этой части плотины диаметральной полостью на верхнюю и нижнюю части, наружная поверхность участка металлического слоя облицовка напорного трубопровода, расположенного в пределах диаметральной полости, покрыта антифрикционным материалом, при этом концы указанного участка жестко связаны с верхней и нижней частями напорного трубопровода соответственно, а железобетонный слой облицовки разделен температурным швом, который выполнен в диаметральной плоскости напорного трубопровода.
Кроме того на верхнем полукольце железобетонного слоя облицовки верхней части напорного трубопровода, в диаметральной плоскости температурного шва, может быть выполнен выступ, направленный в сторону нижней части напорного трубопровода.
Заявителю не известны, какие-либо технические решения, обладающие такой же совокупностью признаков, что и заявляемое. Это позволяет сделать вывод о том, что заявляемая полезная модель удовлетворяет критерию «новизна».
Сущность полезной модели иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 изображено поперечное сечение, предлагаемой бетонной плотины, а на фиг.2 отдельно показано поперечное сечение сталежелезобетонного напорного трубопровода.
Плотина содержит прискальную зону 1, центральную зону 2 и гребень 3. Полость 4, параллельная низовой грани 5 плотины, заполнена антифрикционным материалом (отдельной позицией не
обозначено) и разделяет центральную зону 2 на две части: верховую часть (обозначена той же позицией 2,что и вся центральная зона) и низовую часть 6. Напорный сталежелезобетонный трубопровод 7.включен в низовую часть 6 центральной зоны 2. Облицовка 8 трубопровода 7 имеет 2 слоя: металлический, стальной, слой 9 и железобетонный - 10. Заполненная бетоном полость 11 выполнена в низовой части центральной зоны плотины и сопряжена в диаметральной плоскости трубопровода 7 с полостью 4. Внутри полости 11 размещен компенсационный участок 12 металлического слоя 9 облицовки трубопровода 7. Наружная поверхность участка 12 металлического слоя 9 облицовки трубопровода 7 покрыта антифрикционным материалом 13. Концы участка 12 жестко соединены с верхней 14 и нижней 15 частями трубопровода 7. В диаметральной плоскости трубопровода 7 выполнен температурный шов 16. На верхнем полукольце 17 железобетонного слоя 10 облицовки 8 верхней части 14 трубопровода 7, в диаметральной плоскости температурного шва 16, выполнен выступ 17, направленный в сторону нижней части 15 напорного трубопровода 7.
Работа полезной модели осуществляется следующим образом. В строительный период верховая часть 2 и низовая часть 6 центральной зоны по - разному реагируют на разогрев бетонного массива под воздействием реакции схватывания бетона, т.к. каждая из них выполнена из бетона, отличающегося содержанием в нем в нем цемента: верховая часть 2 выполнена из укатанного бетона, с меньшим содержанием цемента, а низовая часть 6 - из вибрированного бетона с большим содержанием цемента. Температурный разогрев бетонного массива верховой части 2 в связи с этим меньше чем разогрев бетонного массива низовой части
6. В результате во время разогрева и последующего остывания двух частей центральной зоны, разделенных скользящим швом, представляющим полость 4, заполненную антифрикционным материалом, происходит проскальзывание одной части относительно другой. Поскольку низовая часть, совместно с трубопроводом 7 жестко соединены нижним концом с при скальной зоной 1, а трубопровод включен в состав низовой части 6, то при температурных деформациях происходит проскальзывание низовой части 6 центральной зоны 2 без образования трещин и разрывов напорного трубопровода 7.
Это обстоятельство позволяет вести независимое возведение верховой и низовой частей центральной зоны 2.
На втором этапе, после охлаждения бетонных массивов центральной зоны, низовая ее часть 6, включающая напорный трубопровод 7, сжимается и за счет проскальзывания по скользящему шву 4 опускается вниз, при этом компенсационный участок металлического слоя 9 облицовки 8 трубопровода 7, растягивается на величину упругой деформации металла, после чего полость 11 заполняется бетоном. Полость 11, заполненная бетоном, после остывания низовой части, создает предварительное обжатие низовой грани плотины 6, улучшая ее напряженное состояние в эксплуатационный период, после принятия плотиной напора и при сезонных изменениях температуры наружного воздуха. Во время землетрясения нижняя часть 15 напорного трубопровода 7 может по плоскости температурного шва 16 подняться вверх и нарушить целостность металлического слоя 9 облицовки 8. Для предотвращения такого явления на верхнем полукольце 17 железобетонного слоя 10 облицовки 8 в верхней части 14 напорного трубопровода, в диаметральной плоскости температурного шва 16,
выполнен выступ 17, направленный в сторону нижней части 15 напорного трубопровода.
Таким образом, заявляемая полезная модель улучшает напряженное состояние низовой части бетонной плотины по сравнению с прототипом и обеспечивает защиту напорного трубопровода от разрушения во время землетрясения.
Для осуществления заявляемой полезной модели могут быть использованы обычные строительные материалы и технология.
Указанное обстоятельство, по мнению заявителя. свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию «промышленная применимость»