Арочная плотина представляет собой бетонную плотину , изогнутую в плане вверх по течению. [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, когда она вдавливается в ее фундамент или опоры. Арочная плотина наиболее подходит для узких каньонов или ущелий с крутыми стенами из устойчивой скалы, поддерживающей структуру и напряжения. [2] Поскольку они тоньше, чем плотины любого другого типа, для их строительства требуется гораздо меньше строительных материалов, что делает их экономичными и практичными в отдаленных районах.
В целом арочные плотины классифицируются по соотношению толщины основания к высоте конструкции (b/h) как: [1]
Арочные плотины классифицируются по конструктивной высоте: [1]
Развитие арочных плотин на протяжении всей истории началось римлянами в I веке до нашей эры, и после того, как было разработано несколько конструкций и технологий, относительное единообразие было достигнуто в 20 веке. Первая известная арочная плотина, плотина Гланум , также известная как плотина Валлон-де-Боме, 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. Его радиус составлял около 14 м (46 футов), и он состоял из двух каменных стен. Римляне построили его для снабжения водой близлежащего Гланума .
Плотина Монте-Ново в Португалии была еще одной ранней арочной плотиной, построенной римлянами в 300 году нашей эры. Его высота составляла 5,7 метра (19 футов), длина 52 м (171 фут) и радиус 19 м (62 фута). Изогнутые концы дамбы встречались с двумя крылатыми стенами, которые позже были поддержаны двумя контрфорсами. Плотина также имела два водовыпуска для привода мельниц вниз по течению. [6]
Плотина Дара была еще одной арочной плотиной, построенной римлянами, о конструкции которой историк Прокопий писал: «Этот барьер не был построен по прямой линии, а был изогнут в форме полумесяца, так что кривая, лежа против течения реки, возможно, сможет оказать еще большее сопротивление силе потока». [3]
Монголы также построили арочные плотины на территории современного Ирана. Их самой ранней была плотина Кебар, построенная около 1300 года, которая имела высоту 26 м (85 футов), длину 55 м (180 футов) и радиус 35 м (115 футов). Их вторая плотина была построена около 1350 года и называется Куритской плотиной . После того, как в 1850 году к плотине было добавлено 4 м (13 футов), она стала высотой 64 м (210 футов) и оставалась самой высокой плотиной в мире до начала 20 века. Куритская плотина имела каменную конструкцию и была построена в очень узком каньоне. Каньон был настолько узок, что длина его гребня составляла всего 44% высоты. Плотина все еще стоит, хотя часть ее нижней части ниже по течению обрушилась. [4]
Плотина Тиби в Тиби , Испания , представляла собой постсредневековую арочную плотину, построенную между 1579 и 1594 годами и первую в Европе со времен римлян. Плотина имела высоту 42,7 метра (140 футов) и длину 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 ручье Салмон-Крик недалеко от Джуно , Аляска . Лицевая сторона плотины Салмон-Крик, расположенная вверх по течению, выпирала вверх по течению, что уменьшало давление на более сильные изогнутые нижние арки возле устоев. У плотины также был более крупный носок, который компенсировал давление на верхнюю часть плотины, расположенную выше по течению, которая теперь больше изгибалась вниз по течению. Технологические и экономические преимущества плотины Салмон-Крик позволили построить плотину большего и более высокого размера. Таким образом, плотина была революционной, и подобные конструкции вскоре были приняты во всем мире, в частности, в Бюро мелиорации США . [4]
В 1920 году швейцарский инженер и проектировщик плотин Альфред Стуки разработал новые методы расчета арочных плотин, [7] введя понятие упругости при строительстве арочной плотины Монтсальвенс в Швейцарии, тем самым улучшив профиль плотины в вертикальном направлении за счет использования параболическая форма арки вместо круглой формы арки.
Плотина Пенсакола , построенная в штате Оклахома в 1940 году, считалась самой длинной многоарочной плотиной в США. Разработанный WR Holway , он имеет 51 арку. и максимальная высота 150 футов (46 м) над руслом реки. Общая длина плотины и ее секций составляет 6565 футов (2001 м), длина многоарочной секции - 4284 футов (1306 м), а ее комбинация с секциями водосброса - 5145 футов (1568 м). Каждая арка плотины имеет пролет в свету 60 футов (18 м), а каждая контрфорса имеет ширину 24 фута (7,3 м). [8]
В проектах арочных плотин будут продолжаться испытания новых ограничений и конструкций, таких как двойная и множественная кривая. Альфред Стаки и Бюро мелиорации США разработали метод распределения веса и напряжений в 1960-х годах, и тогда строительство арочных плотин в Соединенных Штатах пережило свой последний всплеск с такими плотинами, как 143-метровая плотина двойной изогнутой формы Морроу-Пойнт в Колорадо. завершено в 1968 году. [9] К концу 20-го века конструкция арочной плотины достигла относительного единообразия в дизайне во всем мире. [4] В настоящее время самой высокой арочной плотиной в мире является плотина Цзинпин-I высотой 305 метров (1001 фут) в Китае , строительство которой было завершено в 2013 году. [10] Самая длинная многоарочная плотина с контрфорсной плотиной в мире — Даниель- Плотина Джонсон 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 принят на вооружение в 1970 году. [11]
Плотина Пенсакола была одной из последних арочных сооружений нескольких типов, построенных в Соединенных Штатах. В заявке NRHP говорится, что это произошло из-за того, что три плотины этого типа вышли из строя: (1) плотина Джем-Лейк, плотина Святого Франциска (Калифорния), плотина озера Ходжес (Калифорния). Ни одна из этих неисправностей не была по своей сути вызвана конструкцией с несколькими арками. [8]
Проектирование арочной плотины – очень сложный процесс. Все начинается с первоначальной компоновки плотины, которая постоянно совершенствуется до тех пор, пока цели проектирования не будут достигнуты в рамках критериев проектирования. [1] [12]
Основными нагрузками, на которые рассчитана арочная плотина, являются: [1] [12]
Другие различные нагрузки, влияющие на плотину, включают: нагрузки от льда и ила, а также давление подъема. [1] [12]
Чаще всего арочную плотину изготавливают из бетона и размещают в V-образной ендове. Фундамент или устои 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 кривые как вверх, так и вниз по течению, радиус которых систематически уменьшается ниже гребня. Плотину, имеющую двойную кривизну как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях, можно назвать купольной плотиной . Арочные плотины с более чем одной смежной аркой или плоскостью называются многоарочными плотинами . Ранние примеры включают римскую плотину Эспаррагалехо, а также более поздние примеры, такие как плотина Дэниела-Джонсона (1968 г.) и плотина Итайпу (1982 г.). Однако из-за разрушения плотины Глено вскоре после ее строительства в 1923 году строительство новых многоарочных плотин стало менее популярным. [13]
Компенсационные швы обычно размещаются каждые 20 м в арочной плотине и позже заполняются раствором после того, как контрольный материал остынет и затвердеет. [14]
