Стіна гідроелектростанції висотою з хмарочосів, і вона тримає за собою ціле море. І найцікавіше, що ця стіна ніколи не буває абсолютно сухою. Думка лякає, але це реальність, з якою миряться творці найпотужніших електростанцій світу. Витоку на гігантських ГЕС — це не завжди ознака біди, насправді греблі дозволяють контрольовано протікати, запобігаючи таким чином появі значно більших неприємностей та катастрофічних наслідків.
1. Не протікання, а фільтрація
Бетон не монолітний
Мега-гребель – це не монолітний, непроникний щит. Насправді бетон більше схожий на дуже щільну губку, пронизану мікроскопічними порами і капілярами. При цьому конструкція відчуває жахливий тиск, коли стовп води заввишки кілька Ейфелевих веж з величезною силою тисне на стіну. Цікаво, що вода під цим натиском неминуче продавлюється через природні канали – пори та тріщини. Цей процес інженери називають не протіканням, а фільтрацією. І це дефект, а продумана особливість. Боротися з цим фізичним законом просто неможливо, набагато ефективніше та простіше ним керувати.
Тунелі в ГЕС
Щоб зробити це, усередині кожної гігантської греблі, прямо в її тілі, ховається справжня кровоносна система – найскладніша мережа дренажних галерей, труб та колодязів. Ці лабіринти, прокладені в товщі бетону, цілеспрямовано збирають воду, що просочилася, і відводять її в спеціальні вимірювальні резервуари. Кількість цієї води ретельно відстежується день у день, рік у рік. Для фахівців ГЕС ці цифри як пульс і тиск для лікаря: стабільні показники означають, що гребля здорова.
2. Випробування на міцність
Наслідки вимивання ґрунту
Фільтрація крізь тіло греблі – це її природне дихання, а головна небезпека таїться не в бетоні, вона глибоко під ним. Наприклад, якщо поставити важку шафу на піщаний пляж, то під її вагою пісок трохи просяде. І якщо під цим піском є підземний струмок, він почне вимивати піщинки з-під ніжок шафи. Рано чи пізно той просяде чи перекоситься. Так само вода шукає слабкі місця над самій греблі, а її основі — в скельному масиві, у якому вона стоїть. Цей підступний процес називається суффозією. При цьому потужний тиск води у водосховищі діє як гігантський прес, намагаючись проштовхнути воду в найдрібніші тріщини і розломи в скелі під фундаментом. Якщо порода неідеальна (а ідеальної породи у природі немає), вода починає вимивати з неї дрібні частинки, створюючи приховані порожнечі і канали. Гребля, власне, починає втрачати опору.
Катастрофа на греблі Мальпасе
Найяскравіший і найтрагічніший приклад — катастрофа на греблі Мальпассе у Франції 1959 року. 66-метрова арка впала за лічені хвилини. Причина – підступна суфозія. Вода під величезним тиском проникла в скельний основу, розмила його, і гребля, втративши опору, просто перекинулася. Водяний вал, що обвалився, висотою 40 метрів стер з лиця землі місто Фрежюс, забравши життя 423 людей. Цей випадок назавжди змінив підхід до проектування ГЕС, змусивши інженерів дивитися не тільки вгору, на бетон, а й глибоко вниз, в загрозу, що таїться в скелях.
Будівництво греблі
Сьогодні із цим невидимим ворогом борються, створюючи багаторівневий захист. Під основу греблі впроваджують так звану цементаційну завісу — по суті, підземну стіну із закачаного під високим тиском цементного розчину, який заповнює всі порожнечі та тріщини у скелі на глибину десятки, а іноді й сотні метрів. Поруч із нею будують складну систему підземного дренажу — мережу труб та тунелів. Вони відводять ту воду, якою все ж таки вдалося просочитися, знімаючи тим самим небезпечний тиск з-під фундаменту. Це титанічна, невидима оку робота, від якої залежить доля всієї гігантської споруди.
3. Шви, тріщини та температурні ігри
Гребель складається з окремих частин
Здавалося б, що може бути міцнішим за монолітну стіну з бетону? Але парадокс: щоб бути по-справжньому міцною, гігантська гребля не повинна бути монолітом. Якщо залити єдиний бетонний блок розміром з гору, то при застиганні бетонна маса виділятиме колосальне тепло – температура в ядрі може досягати 40-50°C. Коли цей розпечений моноліт почне остигати і стискатися, він неминуче покриється хаотичними тріщинами, як пересушена глина. Щоб цього уникнути, греблю зводять окремими блоками – пілонами, між якими залишають спеціальні деформаційні шви.
Все герметично, але не вічно
Ці шви – свого роду амортизатори та компенсатори гігантської конструкції. Вони дозволяють окремим секціям трохи дихати – трохи зміщуватися під жахливим натиском води, не руйнуючи сусідні блоки. Ці шви заповнюють спеціальними пружними матеріалами-герметиками, але ідеальної вічної панацеї від просочування води через них не існує. Згодом вони можуть втрачати ідеальну герметичність. Окрема історія — звані холодні шви. Це не заплановані проміжки, а межі між порціями бетону, укладеними в різний час. Стик між вчорашнім та сьогоднішнім бетоном – завжди потенційно слабке місце.
Зміна сезонів – серйозне випробування
Крім того, гребля — це живий організм, який реагує на зміну пір року. Влітку, під наповненим водосховищем, вона ледь помітно прогинається вперед, як цибуля під напругою тятиви. Взимку, коли рівень води знижується, вона повертається назад. Ці мікрорухи, хоч і прораховані до міліметра, також постійно відчувають на міцність усі шви та з'єднання. Саме тому на найбільших греблях, таких як американська гребля Гувера, можна побачити візерунок з ідеально рівних ліній – це і є ті шви, які дозволяють конструкції залишатися цілою і неушкодженою, незважаючи на всі примхи природи і колосальні навантаження.
4. Коли «потіє» – норма
Гребель – дуже складна будова
Гігантські ГЕС — не монолітні фортеці, а складні будови із власною системою дихання та амортизації. Але як же інженери розуміють, що невинна фільтрація переростає в небезпечну протікання? Для цього кожна велика гребля оснащена своєю власною нервовою системою – найскладнішим комплексом моніторингу. Усередині бетонного масиву та в скельній основі на глибині десятків метрів ховаються сотні та тисячі датчиків. Це п'єзометри, які постійно вимірюють тиск води у породах. Тензометри, що вловлюють найменші деформації бетону – його розтягування та стиск. Інклінометри, що стежать за тим, щоб вся конструкція не почала кренитися. Вся ця інформація в режимі реального часу стікається в центральний пульт управління, де комп'ютери та фахівці аналізують кожну зміну греблі.
Вода відводиться через дренаж
Існує і проста, але надзвичайно ефективна візуальна ознака. Ключовий показник — це не так кількість, як якість води, яку збирають дренажні галереї. Поки що вода в дренажних колодязях залишається чистою і прозорою — це гарний знак. Це означає, що вода просто фільтрується через масив бетону, не вимиваючи жодних частинок. Але якщо вода раптом стає каламутною, з домішкою глини чи піску – це найтривожніший сигнал. Він означає, що десь почався процес суффозії – винесення частинок ґрунту з-під фундаменту або з тіла самої греблі.
Гребля міцна, але не монолітна
Так і виходить, що «протікання» гігантських ГЕС — це здебільшого не помилка проектувальників, а продуманий та прорахований інженерний компроміс, без якого грандіозні споруди навряд чи простояли б так довго. Поки високотехнологічна гребля потроху пропускає воду, вона працює без проблем і не перекидається. Цей процес знаходиться під постійним контролем і виконує роль своєрідної сигналізації, що повідомляє про майбутні неприємності.
Ще цікаве з нашого каналу:
Рибний день: навіщо його вигадали в СРСР і чому він був саме у четвер
У пошуках ефективніших джерел енергії інженери працюють над цікавими проектами альтернативних електростанцій . Вони енергія видобувається з вкрай незвичайних джерел, як-от вітер, природні джерела тепла чи рух хвиль.
