Арочная плотина — это бетонная плотина , изогнутая вверх по течению в плане. [1] Арочная плотина спроектирована таким образом, что сила воды, действующая на нее, известная как гидростатическое давление , давит на арку, заставляя арку слегка выпрямляться и укрепляя конструкцию, поскольку она вдавливается в ее основание или опоры. Арочная плотина больше всего подходит для узких каньонов или ущелий с крутыми стенами из устойчивой породы для поддержки конструкции и напряжений. [2] Поскольку они тоньше, чем плотины любого другого типа, для их строительства требуется гораздо меньше материала, что делает их экономичными и практичными в отдаленных районах.
В целом арочные плотины классифицируются на основе отношения толщины основания к высоте конструкции (b/h) следующим образом: [1]
Арочные плотины классифицируются по высоте конструкции следующим образом: [1]
Развитие арочных плотин на протяжении всей истории началось с римлян в I веке до нашей эры, и после того, как было разработано несколько конструкций и методов, относительное единообразие было достигнуто в XX веке. Первая известная арочная плотина, плотина Гланум , также известная как плотина Валлон-де-Бом, была построена римлянами во Франции и датируется I веком до нашей эры. [3] [4] [5] Плотина была около 12 метров (39 футов) в высоту и 18 метров (59 футов) в длину. Ее радиус составлял около 14 м (46 футов), и она состояла из двух каменных стен. Римляне построили ее, чтобы снабжать близлежащий Гланум водой.
Плотина Монте-Ново в Португалии была еще одной ранней арочной плотиной, построенной римлянами в 300 году нашей эры. Она была 5,7 метра (19 футов) в высоту и 52 метра (171 фут) в длину, с радиусом 19 метров (62 фута). Изогнутые концы плотины встречались с двумя крылатыми стенами, которые позже поддерживались двумя контрфорсами. Плотина также имела два водосброса для привода мельниц вниз по течению. [6]
Плотина Дара была еще одной арочной плотиной, построенной римлянами, о конструкции которой историк Прокопий писал: «Эта преграда не была построена по прямой линии, а была изогнута в форме полумесяца, так что изгиб, лежащий против течения реки, мог оказывать еще большее сопротивление силе потока». [3]
Монголы также строили арочные плотины в современном Иране. Их самая ранняя плотина была Кебар , построенная около 1300 года, которая была 26 м (85 футов) в высоту и 55 м (180 футов) в длину и имела радиус 35 м (115 футов). Их вторая плотина была построена около 1350 года и называется плотиной Курит . После того, как в 1850 году к плотине добавили 4 м (13 футов), она стала высотой 64 м (210 футов) и оставалась самой высокой плотиной в мире до начала 20-го века. Плотина Курит была каменной конструкции и построена в очень узком каньоне. Каньон был настолько узким, что длина ее гребня составляла всего 44% от ее высоты. Плотина все еще стоит прямо, хотя часть ее нижней стороны вниз по течению отвалилась. [4]
Плотина Тиби в Тиби , Испания, была арочной плотиной, построенной в период с 1579 по 1594 год, и первой в Европе со времен римлян. Плотина была высотой 42,7 метра (140 футов) и длиной 65 метров (213 футов). Эта арочная плотина опирается на склоны гор. [4]
В начале 20-го века первая в мире арочная плотина переменного радиуса была построена на Салмон-Крик около Джуно , Аляска . Верхняя часть плотины Салмон-Крик выпячивалась вверх по течению, что снижало давление на более прочные, изогнутые нижние арки около устоев. Плотина также имела больший носок, который компенсировал давление на верхнюю пяту плотины, которая теперь изгибалась больше вниз по течению. Технология и экономические преимущества плотины Салмон-Крик позволили создавать более крупные и высокие конструкции плотин. Таким образом, плотина была революционной, и подобные конструкции вскоре были приняты во всем мире, в частности Бюро мелиорации США . [4]
В 1920 году швейцарский инженер и проектировщик плотин Альфред Штуки разработал новые методы расчета арочных плотин [7], внедрив концепцию упругости при строительстве арочной плотины Монсальвен в Швейцарии и тем самым улучшив профиль плотины в вертикальном направлении за счет использования параболической формы арки вместо круглой.
Плотина Пенсакола , построенная в штате Оклахома в 1940 году, считалась самой длинной многоарочной плотиной в Соединенных Штатах. Спроектированная У. Р. Холвеем , она имеет 51 арку и максимальную высоту 150 футов (46 м) над руслом реки. Общая длина плотины и ее секций составляет 6565 футов (2001 м), в то время как многоарочная секция имеет длину 4284 фута (1306 м), а ее комбинация с водосбросными секциями составляет 5145 футов (1568 м). Каждая арка в плотине имеет чистый пролет 60 футов (18 м), а каждый контрфорс имеет ширину 24 фута (7,3 м). [8]
Проекты арочных плотин продолжали испытывать новые пределы и конструкции, такие как двойная и множественная кривизна. Альфред Стаки и Бюро мелиорации США разработали метод распределения веса и напряжения в 1960-х годах, и строительство арочных плотин в Соединенных Штатах увидело свой последний всплеск тогда с плотинами, такими как 143-метровая двойная кривая плотины Морроу-Пойнт в Колорадо, завершенная в 1968 году. [9] К концу 20-го века проектирование арочных плотин достигло относительного единообразия в дизайне по всему миру. [4] В настоящее время самой высокой арочной плотиной в мире является 305-метровая (1001 фут) плотина Цзинпинь-И в Китае , которая была завершена в 2013 году. [10] Самой длинной в мире многоарочной плотиной с контрфорсами является плотина Дэниела-Джонсона в Квебеке , Канада . Его высота составляет 214 метров (702 фута), а длина по гребню — 1314 метров (4311 футов). Он был завершен в 1968 году и введен в эксплуатацию в 1970 году. [11]
Плотина Пенсакола была одним из последних многоарочных типов, построенных в Соединенных Штатах. В ее заявке NRHP указано, что это произошло из-за того, что три плотины этого типа потерпели неудачу: (1) плотина Джем-Лейк, плотина Св. Франциска (Калифорния), плотина Лейк-Ходжес (Калифорния). Ни одна из этих неудач не была изначально вызвана многоарочной конструкцией. [8]
Проектирование арочной плотины — очень сложный процесс. Он начинается с первоначального макета плотины, который постоянно совершенствуется до тех пор, пока не будут достигнуты проектные цели в рамках проектных критериев. [1] [12]
Основные нагрузки, на которые рассчитана арочная плотина: [1] [12]
Другие различные нагрузки, которые влияют на плотину, включают: ледовые и иловые нагрузки, а также подъемное давление. [1] [12]
Чаще всего арочная плотина изготавливается из бетона и размещается в V-образной долине. Фундамент или опоры для арочной плотины должны быть очень устойчивыми и пропорциональными бетону. Существует две основные конструкции арочной плотины: плотины постоянного радиуса , которые имеют постоянный радиус кривизны, и плотины переменного радиуса , которые имеют как восходящие, так и нисходящие изгибы, которые систематически уменьшаются по радиусу ниже гребня. Плотина, которая имеет двойную кривизну как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях, может быть названа купольной плотиной . Арочные плотины с более чем одной смежной аркой или плоскостью описываются как многоарочные плотины . Ранние примеры включают римскую плотину Эспаррагалехо с более поздними примерами, такими как плотина Дэниела-Джонсона (1968) и плотина Итайпу (1982). Однако в результате разрушения плотины Глено вскоре после ее строительства в 1923 году строительство новых многоарочных плотин стало менее популярным. [13]
Деформационные швы обычно размещаются через каждые 20 м в арочной плотине и позднее заполняются цементным раствором после того, как контрольный раствор остынет и затвердеет. [14]
