В одной из предыдущих наших статей мы начали наше знакомство с гидроэлектростанциями из материала, качество которого не вызывает никаких сомнений в том, что он способен десятилетиями выдерживать напор воды – из бетона. Но его гидростроители используют далеко не всегда, поскольку затраты, иневстиции в него требуются очень серьезные.
Приходится начинать строительство с возведения бетонного завода, везти к нему материалы, временные линии электропередач и много чего еще. Дорого, хлопотно, времени отнимает больше, чем даже возведение нефранцузских АЭС. Да, бывают условия, когда по-другому никак, но условия бывают разными, иногда они позволяют обойтись и материалом попроще.
Многие ли из нас видели вблизи плотины ГЭС, сделанные из камня? Ну, вот, к примеру, ГЭС, стоящая на Ангаре – Богучанская, у которой обе части, примыкающие к берегам, сделаны из камня.
Строительство Богучанской ГЭС (вид с нижнего бьефа, май 2011 года), Фото: wikimedia.org
Что, давненько не катались в городок Кодинск? Ну, тогда вспомним зимние репортажи из США, с плотины Оровилл, к которым стоит присмотреться повнимательнее. Точно такая же конструкция – от берегов сплошной камень, и только в центре, где работают механизмы ГЭС – бетон.
Плотина Оровилл (США), Фото: imgix.net
Да, каменные плотины зачастую тоже гравитационные – они препятствуют напору воды своим гигантским весом, но возникает простой, «детский» вопрос. Какие бывают плотины, кроме гравитационных, мы еще обязательно расскажем, это ведь далеко не последнее знакомство с миром гидроэнергетики. А почему вода сквозь камни не бежит, не протекает? Камни в реке вы уж точно все видели – обогнула его река, да и побежала дальше. Накидали кучу, гору камней – вода, которая, как все мы знаем, камень точит, должна бежать сквозь нее. Но плотины, набросанные из камня стоят десятки лет, водохранилища покорны им – конечно, если за плотинами присматривают и поддерживают их в порядке. Где спрятана главная хитрость, каким таким способом камень удерживает воду?
Какие работы требуются для того, чтобы остановить течение реки при помощи плотины, журнал Геоэнергетика уже рассказывал. Этот порядок неизменен и в случае каменной плотины – первичные перемычки и котлован, потом перемычки и котлован второй очереди. Принцип не нами изобретен, ему в буквальном смысле «тыщу лет в обед», но никакого другого способа просто нет. Но с каменными плотинами «хитрить», конечно, приходится – иначе вода действительно зажурчит сквозь них. Хитростей не так мало, но разберемся с ними по очереди.
Начнем с того, что далеко не всякие камни годятся для возведения плотин. Вода, да еще под давлением, которое обеспечивает водохранилище, накладывает довольно жесткие ограничения. Галька, щебень, гравий и то, что гидростроители называют «рваным материалом» – добытый из карьеров базальт, гранит, доломит, кварцит. Нет, стоп, дальше в «породы» камня не полезем, все желающие могут найти соответствующие разделы в учебниках по геологии. В общем, камень найти можно, и далеко не все реки имеют настолько стремительное течение, чтобы остановить их мог только бетон. Но, конечно, для проектировщиков гидросооружений найти места, где и залежи камня есть, и перегородить реку будет удобно – сплошная головная боль, но, как вы понимаете, есть такие «комплекты» на реках. Находит тот, кто ищет.
Водохранилище – это всегда много воды, а она тяжелая и весьма мощно давит на грунт, пытаясь просочиться сквозь него и уйти под основание плотины. В случае каменно-набросных плотин в верхнем бьефе (часть водохранилища, примыкающая к плотине в верхнем течении) приходится работать с дном будущего водохранилища, обустраивая на нем так называемый «понур». Это водонепроницаемое покрытие, которое заставляет воду фильтроваться под основание плотины на участке как можно большей длины. Понуры бывают жесткие – в виде железобетонных плит с литой гидроизоляцией, которые используют в случае глинистого дна. Понуры бывают гибкие – из асфальта, глинистого грунта, полимерных материалов, которые можно использовать на песчаном грунте. Гибкие понуры, конечно, присыпают-пригружают сверху слоем грунта, чтобы их попросту не смыло.
Схема водослывной плотины на нескальном основании, Рис.: konspekta.net
Ладно, понур придумали-соорудили. Что мы еще про камень помним? Да то, к примеру, что он, сваленный в кучу, норовит обсыпаться вниз. Если тело плотины начнет рушиться в сторону водохранилища или в нижний бьеф – это катастрофа, это потоп и просто ужас. Надо предусмотреть, чтобы такого не произошло? Безусловно. Очередная хитрость – низовые и верховые упорные призмы. Почему «низовые» и «верховые», очевидно из названия – они обустраиваются либо в нижней, либо в верхней части бьефа. А вот что такое «упорная призма», проще всего понять, припомнив курс школьной геометрии. Вот она, призма-то.
Вспомнили? Если такую призму соорудить на дне бьефа, сделав ее из материала более прочного, чем материал плотины, да как следует закрепить при помощи бетонных зубьев – камням из плотины «стекать» некуда, все в порядке.
Вообще, если сравнивать энергетику атомную и гидроэнергетику, то вторая куда как проще для понимания. Никаких ядер атомов с электронами, все основано на знаниях вполне традиционных, для понимания которых достаточно житейской логики. И она, житейская логика, подсказывает: если строится плотина большой высоты, упорная призма, которая стоит в самом низу, у основания плотины, со своей функцией, с предназначением, может и не справиться. Начнется обвал в самой верхней части и просто завалит эту самую упорную призму, вот и все. Потому мастера плотин еще в старые времена придумали еще одну хитрость, да еще и назвали ее не очень просто – контрбанкет. Не очень удобное слово, но уж какое есть, в каждой отрасли инженерных наук всегда имеется собственная терминология. Не иначе, как специально придумывают, чтобы простого человека с толку сбить и в его глазах волхвами показаться, знающими какие-то невероятные заклинания. А, на самом деле, контрбанкет – штука простая, ничего хитрого.
Каменно-набросная плотина и асфальтобетонная диафрагма Богучанской ГЭС, Фото: rushydro.ru
Вот эти горизонтальные светлокоричневые «ступенечки» и есть те самые контрбанкеты. Склон сделан не сплошным, а вот такими ступеньками не просто умышленно, а на основании весьма строгих расчетов – где его делать и какой ширины, чтобы откос плотины ни при каких обстоятельствах не стал «стекать» вниз. Чем выше плотина – тем больше приходится обустраивать таких контрбанкетов, что тоже совершенно логично.
Ой, мы еще и рисунок нашли такой, на котором видна «главная хитрость» каменных плотин, и никакой интриги не осталось… Ну, бывают и у Геоэнергетики ошибки, не получилось вот сохранить таинственность и загадочность. Вот большими красными буквами вся тайна и выдана – в середине плотины спрятана диафрагма, вертикальная стена из водонепроницаемого материала. На рисунке она асфальтобетонная, но используются и другие материалы. Из этого рисунка видно, что диафрагма не очень толстая, а уж на фоне толщины плотины она смотрится и вовсе миниатюрненько. Ну, собственно говоря, она потому и называется «диафрагма», а не «толстенная стенка» – хитрости у строителей плотин весьма прозрачные.
Каменные плотины бывают, конечно, не только с диафрагмами, но и с экранами, но про них рассказывать – это вообще без интриги остаться, поскольку экран это попросту бетонные плиты, которые прикрывают откосы плотины. Конечно, с соответствующей гидроизоляцией и высочайшего качества, но рассказывать про них особого смысла нет, с ними и так все понятно. Если посмотреть на чертеж внимательно, становится понятно, зачем в предыдущих наших рассказах про плотины ГЭС мы подробно рассказывали, что такое цементная завеса – чтобы сейчас ни слова не говорить, поскольку читатель Геоэнергетики с каждой статьей становится умнее и культурнее. Мы ведь помним, что живя в эпоху промышленной революции, культура – это еще и знание основ главных технологий. Разве можно не знать, как «работает» плотина и считать себя культурным человеком и даже, не побоимся этого слова, интеллигентом? Ни в коем случае!
Каменные плотины бывают набросными и из сухой кладки, но и про кладку рассказывать ничего не будем – кладут гидростроители камни и кладут, безо всякого цементного раствора, зато аккуратно. Но набросные каменные плотины позволяют экономить – каменщики, которые еще и не сразу понимают, как можно кладкой без раствора заниматься, зарплату хотят получать, да и, с учетом грандиозности подобного рода строек, таких специалистов надо много, жилье им надо обустраивать и так далее. Набросать – проще, тут техника нам в помощь. Слово «набросать» надо понимать в буквальном смысле: строят эстакады, на которые удобно заезжать самосвалам, да и сбрасывают. Чем больше высота – тем лучше, камни поплотнее улягутся.
Строительство каменно-набросной плотины, Фото: wikimedia.org
Но при этом те, кто сидит за баранками самосвалов – люди с отменной квалификацией. Все та же житейская логика подсказывает, что правильная плотина на внешних слоях состоит из крупных камней, а мелочевку можно «прятать» в серединку. Значит, кузов надо «задирать» не как попало, а в нужном месте в нужное время, так что не все так просто. Ну, и, само собой, с какой бы высоты ты камень ни набрасывал, уверенности в том, что он уляжется с максимально возможной плотностью нет и быть не может. Набросали слой – выгоняем на работу виброкатки, которые трамбуют, уплотняют долго и старательно, не забывая самым тщательным образом формировать контрбанкеты. Диафрагма у нас ведь тонкая, функция каменного тела плотины – как можно больший напор воды принять на себя. И так – слой за слоем, без спешки и суеты, всякий раз перестраивая эстакады для самосвалов.
Каменные плотины для ГЭС строят, само собой, там, где напор воды не очень сильный, иначе придется строить из бетона, который выдержит напор с гарантией. Но обустраивать саму станцию в камне – это уж увольте, это просто цирк. Тут только бетон, внутри которого рабочие колеса, турбины с роторами и статорами чувствуют себя максимально комфортно. Да и водосброс в теле каменной плотины – безумный риск, поскольку никто и ничто не гарантирует, что вода не потащит камни, постепенно разрушая плотину. Вот фотография, на которой хорошо видно, как обычно выглядит комплект из плотины каменной и плотины бетонной
Стыковка каменной и бетонной плотин, Фото: wikimedia.org
Весь центр со всеми механизмами водотоков к колесам и водостоков, как видно – бетон и только бетон. Если внимательно присмотреться к правой стороне фотографии по центру, то видно, как обустроен стык бетона и камня. Бетон как бы «приобнимает» каменную часть, укрывая ее от напора воды. И логика подсказывает, что это совершенно разумно – линия стыка должна быть максимально защищена, поскольку является уязвимым местом.
От риска обвалов контрбанкеты предохраняют настолько надежно, что верхний гребень плотины спокойно выдерживает дополнительную нагрузку – автомобильное шоссе, а то и железную дорогу. На фотографии шоссе еще не заасфальтировано, но фотография сделана не по окончании всего объема работ, а в процессе строительства. Так что все перечисленные нами гидростроительные хитрости – они не только из любви к инженерному искусству, но еще и для того, чтобы плотина приносила нам как можно больше пользы.
Контрбанкеты каменно-насыпной плотины, Фото: wikimedia.org
В середине у нас идет генерация электроэнергии, а по верху мы катаемся с ветерком с одного берега на другой, потому что мы с вами умные и расчетливые. Правда, мы уже настолько привыкли к такого рода «пейзажам», что далеко не всегда задумываемся, сколько ума, труда и прилежания приходится прикладывать гидростроителям, чтобы нам было светло, тепло, и чтобы мы еще и в автомобильных пробках не стояли, когда нам приспичит реку переехать. Знать это, на наш взгляд, полезно еще и потому, что это интересно и – как знать – может вполне пригодиться нашим детям.
Энергопотенциал наших российских рек до сих пор использован едва-едва на 20%, так что нельзя исключать того, что найдутся еще места, где будут строиться новые и новые плотины ГЭС. Конечно, у каждой медали есть две стороны. Плотины ГЭС – это зачастую затопленные территории, что не особо привлекательно, что огорчает экологов, что заставляет людей менять привычные места обитания. Но, с другой стороны, ГЭС – это то место, куда для генерации электроэнергии нет нужды везти-тащить ресурсы, трубы с газом тянуть, где никогда ничего не дымит и никакими угарными газами атмосферу не загрязняет. Больше того – есть ГЭС, которым и плотины-то не нужны, которые дают электроэнергию, не нарушая никаких ландшафтов. Не знали? Ну, ничего страшного – будет повод почитать следующие статьи нашего журнала.
Фото: rushydro.ru
© 2009 Технополис завтра
Перепечатка материалов приветствуется, при этом гиперссылка на статью или на главную страницу сайта "Технополис завтра" обязательна. Если же Ваши правила строже этих, пожалуйста, пользуйтесь при перепечатке Вашими же правилами.
