Как 242-метровая плотина Саяно-Шушенской ГЭС удерживает 30 миллиардов тонн воды

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

31 миллиард кубометров воды — это гигантское рукотворное море, запертое в глубоком горном каньоне Енисея. На нижние слои плотины давит колоссальная масса, способная снести любое обычное сооружение. Классическая бетонная стена в таких условиях должна была стать толще египетских пирамид и поглотить цементные запасы целой страны. Инженеры «Ленгидропроекта» пошли вопреки традиционной схеме и заставили само сокрушительное давление воды работать на удержание этой стихии. А решение кроется в геометрии, которую можно заметить, лишь взглянув на ГЭС с высоты птичьего полета.

Обычная гравитационная плотина работает по принципу тяжелого сундука: она просто стоит на дне реки и удерживает напор исключительно за счет собственной массы. Но когда высота сооружения подбирается к 250 метрам, стихия начинает диктовать совсем другие правила. Водяной столб ищет малейшую слабость, пытаясь сдвинуть бетонный блок по основанию или перевернуть его как спичечную коробку. Сделать стену еще шире означало потратить десятки лет на укладку миллионов лишних тонн бетона. И тогда советские проектировщики вспомнили архитектурный прием, который веками спасал каменные мосты и своды соборов.

Автор: MVVAlt / CC BY-SA 3.0

Вместо прямой стены в Карловском створе Енисея возвели гигантскую бетонную дугу длиной больше километра, выгнутую навстречу течению реки. Радиус этой дуги по напорной грани составляет ровно 600 метров. Когда миллиарды тонн воды упираются в такую изогнутую поверхность, физика процесса меняется кардинально. Нагрузка больше не пытается повалить сооружение навзничь — она распределяется вдоль всей дуги и уходит в противоположные стороны. Но куда именно девается эта сокрушительная энергия?

Как Саянские скалы держат гигантский монолит

Она со всей силой упирается прямо в берега каньона, сложенные из прочнейших саянских пород. Инженеры глубоко врезали края бетонного монолита в скалистые массивы: в левый берег — на 15 метров, а в правый — на 10 метров. В результате возник уникальный синергетический эффект: 60% нагрузки плотина гасит собственным весом, а остальные 40% напрямую передает на горные кручи. Получается парадокс: чем выше поднимается уровень воды в водохранилище, тем сильнее водяной столб давит на центр дуги и тем глубже края бетонной конструкции вклиниваются в скалы. Вода буквально заклинивает плотину в горном тиске.

Бетон и натуральный камень обладают фантастической прочностью на сжатие, но не любят работать на изгиб. В плоской стене гигантское давление создает изгибающий момент, формируя микротрещины и постепенно расшатывая конструкцию. В арочно-гравитационной системе изгиб сменяется сжатием — вся монолитная дуга находится в состоянии постоянной спрессованности. Стихия сама блокирует собственное продвижение, не оставляя бетону шансов дать слабину. Но насколько такой подход оказался выгоден при строительстве?

Ликвидация последствий аварии на Саяно-Шушенской ГЭС / CC BY 4.0
Ликвидация последствий аварии на Саяно-Шушенской ГЭС / CC BY 4.0
Автор: МЧС России / Александр Неменов Источник: commons.wikimedia.org

Миллионы кубометров экономии и «живой» бетон

Такое нестандартное конструкторское решение позволило уменьшить объем бетонной кладки почти на четверть. Строители сэкономили больше двух миллионов кубометров бетона — этого количества хватило бы на возведение еще одной среднесрочной гидроэлектростанции. При этом прочность сооружения выросла: плотина получила способность безболезненно выдерживать сейсмические толчки мощностью до 8-9 баллов. Однако за такую элегантность пришлось заплатить динамикой, о которой большинство наблюдателей даже не догадывается.

Дело в том, что монолит высотой 242 метра — это не застывший истукан, а дышащий инженерный организм. Внутри плотины проложена разветвленная сеть продольных галерей протяженностью в километры, где специальные приборы непрерывно фиксируют микросмещения. Летом под солнечными лучами бетон расширяется, зимой сжимается, да и уровень воды в водохранилище колеблется в зависимости от сезона. В результате гребень плотины ежегодно гуляет вперед и назад на несколько сантиметров. И это расчетная норма: будь конструкция абсолютно жесткой, она давно разрушилась бы под действием внутренних напряжений.

Автор: Сайга20К / CC BY 3.0 Источник: commons.wikimedia.org

Когда стоишь у подножия и смотришь на этот белоснежный изгиб, перегородивший реку, сложно поверить, что перед тобой не просто массивная стена, а колоссальный физический замок. Человек привык бороться с природой напролом, но Саяно-Шушенская ГЭС доказывает: иногда достаточно немного изменить форму, чтобы сила противника начала работать на твою защиту.

Интересно, многие ли из тех, кто проезжает мимо этой сибирской плотины, задумываются о том, что её удерживает от падения та самая вода, которую она сдерживает?

Изображение в превью:
Автор: МЧС России / Александр Неменов / CC BY 4.0
Источник: commons.wikimedia.org
Автор не входит в состав редакции iXBT.com (подробнее »)

0 комментариев

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Морских выдр почти выбили ради меха — после этого морские ежи начали уничтожать подводные леса

В XVIII веке морская выдра была обычным хищником огромной полосы побережья северной части Тихого океана — от Японии и Курильских островов через Алеуты и Аляску до Калифорнии. Через...

Карьера Эстебана Окона в Формуле-1 подошла к концу: что случилось с французским гонщиком?

Эстебан Окон был досрочно уволен из «Хааса» и остался без места в Формуле-1. Поклонники гонок и так знали, что француз покинет американскую команду по окончании текущего сезона, но ситуация резко...

Почему многие огромные пляжи Африки так и не стали популярными курортами

Африка омывается двумя океанами и двумя морями. Здесь есть песчаные пляжи, тропические острова и места, где почти круглый год тепло. Казалось бы, идеальные условия для отдыха. Однако крупные...

Морковь под зиму: зачем ждать морозов, чтобы получить ранний урожай

Грядка уже схватилась морозом, по краям лежит первый снег, а в заранее приготовленные бороздки ещё раскладывают семена. Так поздней осенью сеют морковь, которую собираются убирать в начале...

Поезд без рельсов: как работал 174-метровый автопоезд LeTourneau

Прежде чем отправить грузовой поезд в отдалённый район, туда нужно проложить железную дорогу. Для регулярных перевозок такие затраты могут окупиться, но ради нескольких рейсов строить сотни...

Почему многие считают, что пингвины живут только в Антарктиде, и где они обитают на самом деле

Когда речь заходит о пингвинах, в воображении большинства людей сразу возникает картина ледяных просторов, снега и сурового холода Антарктиды. Эти чёрно-белые нелетающие птицы стали почти символом...