Бетонные плотины имеют в поперечном разрезе обычно треугольный профиль. Такие плотины называются гравитационными, так как сдвигу плотины препятствуют силы трения, образующиеся в ее основании и зависящие от ее веса (рис. 14.3, а).
В теле плотины проложены галереи. Нижняя галерея служит для контроля за работой противофильтрационных завес в основании плотины. Расположенные выше галереи позволяют контролировать фильтрацию через тело плотины, собирать фильтрующую воду не допуская ее движения на наклонную грань плотины.
Рис. 14.3. Профили бетонных плотин на скальном основании:
а – гравитационная; б – контрфорсная; в – арочная; 1 – тело плотины;
2 – гребень; 3 – галерея; 4 – цементационная завеса; 5 – плита; 6 – контрфорс
Из галерей выполняются работы (цементация) по ликвидации очагов фильтрации.
Кроме гравитационных, из бетона стоятся контрфорные и арочные плотины. Контрфорные плотины удерживают напор воды, опираясь на прочные скальные основания через наклонные ребра (контрфоры). Арочные плотины выполняются в виде арок или свода и основную часть горизонтальной нагрузки передают на крутые скальные берега.
Арочные плотины строятся в основном в узких скальных каньонах.
Бетонные водосливные плотины (рис. 14.4) имеют отверстия для сброса воды при регулировании уровня водохранилища. Эти отверстия перекрываются затворами. Если водосбросы работают редко, например, один раз в год или раз в несколько лет, при сбросе наиболее крупных паводков, то затворы на плотинах выполняются плоскими. При более частой работе водосбросов затворы выполняются сегментными, вальцовыми и др. Если затворы плоские, то подъем всех затворов плотины производится одним и тем же механизмом. Таким механизмом может быть козловый кран, установленный на гребне плотины. При необходимости открытия отверстий в водосливной плотине кран перемещается по рельсовым путям, уложенным по гребню плотины, останавливается и автоматически берет один из затворов, поднимает его в вертикальных пазах на необходимую высоту, после чего фиксирует его подхватами. Затем, при необходимости, поочередно поднимаются другие затворы водосливной плотины.
Этим же краном может обслуживаться станционная плотина, где необходимо при ремонте рабочих затворов опускать и поднимать ремонтные затворы, а также заменять устанавливаемые перед водоводами сороудерживающие решетки. Козловые краны, перемещаемые по гребню плотины, имеют консоль, снабженную захватным механизмом в виде многочелюстного грейфера. Это устройство необходимо для подъема мусора, приплывающего к сороудерживающим решеткам водоводов.
При размещении водосливной плотины на скальном основании для предотвращения размыва в нижнем бьефе используется эффект отброса струи, для чего нижняя часть водослива заканчивается носком- трамплином. При работе водослива вода отрывается от трамплина и, попадая в воздушную среду, насыщается воздухом (аэрируется), при этом теряя часть кинетической энергии. Дальнейшее гашение энергии происходит за счет удара струи о поверхность воды.
Несмотря на предварительное гашение энергии потока в месте падения струи происходит значительный размыв скального дна, при этом глубина воронки размыва составляет 30 м (Красноярская ГЭС). Однако, так как воронка размыва удалена от подошвы плотины, то такой размыв на устойчивости плотины не сказывается.
Кроме поверхностных водосливов в бетонных плотинах устраиваются глубинные (трубчатые) водосбросы. Эксплуатация таких водосбросов достаточно сложна из-за значительной величины гидростатической нагрузки на затворы водосбросов.
Для предотвращения фильтрации через трещиноватые скальные основания под плотиной устраивается глубокая цементационная завеса. Устройство такой завесы обеспечивается бурением ряда скважин и закачкой в них под давлением раствора, заполняющего трещины в основании.