Чудо 20 века — так называли плотину Цимлянской ГЭС 70 лет назад. Огромный напор степного моря в Ростовской области, сравнимый по площади и объемам воды с крупнейшими озерами Европы, сдерживает плотина, насыпанная из обычного песка!
Плотина - уникальное сооружение. За счет простой и надежной конструкции она может сдерживать колоссальный напор воды десятки лет. Но, как и любое сооружение, плотина требует регулярного обследования и специальных технических работ по повышению надежности.
О таких особенностях плотины «Блокноту» рассказал известный ветеран-гидротехник Николай Фоменко. После окончания профильного вуза, он проходил практику на Каховской ГЭС в УССР, а затем много лет отработал в службе эксплуатации плотины и судоходных шлюзов в Волгодонске. Много лет он возглавлял и саму службу гидротехнических сооружений. После увольнения, он успел поработать и на рыболовецком промысле. Поэтому Цимлянское водохранилище и уникальную плотину он знает как свои «пять пальцев».
Как сдержать море валом из песка
Общая протяженность плотины Цимлянской ГЭС превышает 13 километров. Это в несколько раз больше, чем на других крупных гидроэлектростанциях. Плотина начинается от улицы Портовой в Волгодонске и завершается рядом с городским пляжем Цимлянска. 96,3% протяженности плотины приходится на огромный «вал» из песка и суглинка.
Только рядом с Цимлянской ГЭС находится короткий участок плотины с водопропускными устройствами шандорами, протяженностью в 496 метров, построенный из прочного железобетона. Именно здесь плотина достигает максимальной высоты в 43 метра 65 сантиметров.
Остальная часть огромного сооружения, которое и выдерживает подпор всего Цимлянского водохранилища, приходится на плотину, насыпанную или намытую из мелкозернистого речного песка, взятого буквально на месте строительства из поймы Дона. До 1949 года такой материал допускался только для сооружения небольших плотин или дамб.
Устойчивость плотины была обеспечена за счет огромной толщины слоя песка и защитой из массивных железобетонных плит со стороны водохранилища. Со стороны плотина кажется меньше, по сравнению с ее настоящими размерами. Мы видим сравнительно узкий гребень плотины, на котором, тем не менее, умещаются однопутная железнодорожная линия и техническая автомобильная железная дорога.
Отношение ширины по основанию к высоте плотины колеблется от 8,4 до 14 раз. Соответственно различаются и высота, и ширина гидротехнического сооружения: они становятся пропорционально выше и шире по мере движения от Волгодонска в сторону Дона и Цимлянской ГЭС. Ближе к реке ширина основания плотины достигает 330-345 метров, а высота - 35 метров, что больше, чем обычный девятиэтажный жилой дом.
Николай Фоменко
Плотина требует заботы
Песок — это материал, который невозможно поломать, но само «тело плотины», то есть - песчано-земляная насыпь, может постепенно снижать конструкционную надежность. Главная проблема здесь — это постепенное разрушение швов, которые соединяют бетонные плиты между собой. Особенно уязвимой становится та часть плотины, которая находится на границе раздела фаз воды и воздуха. В этой зоне, защитные швы разрушаются быстрее.
- Плотина - это как живой организм, она даже "дышит". Я проработал на гидросооружениях более 27 лет. Моя дипломная работа — это как раз глухие намывные плотины. Наша Цимлянская плотина была первым сооружением такого рода в СССР, а плотина Каховской ГЭС — второй. После окончания вуза, так получилось, я как раз был на практике на Каховском гидроузле. А потом много лет работал на Цимле. Как сейчас обстоят дела на плотине? Несколько лет проектный горизонт подпора воды не набирался. Между Доном и водохранилищем плотина принимает напор в 25 метров. Со стороны водохранилища плотина облицована железобетонными армированными плитами. Размер каждой плиты — 8 на 10 метров, а толщина — 40 сантиметров. Опалубочные швы между плитами были заделаны обрезными досками. Доски за эти годы сгнили.
В результате вода заходит, а затем и уходит из-под плит. Таким образом песок из под плит вымывается. Образовались огромные пустоты под плитами на всем протяжении плотины. Можно было в рост человеческий туда встать. Проблема эта поднималась неоднократно. Вроде бы, ее стали решать. Начали замывать эти пустоты. Пригнали трактор, бойлер в водой, пробили шурф и закачивали вниз песок. А ведь объем вымыва песка из-под плотины такой, что песчаную смесь под плитами следует насосами нагнетать. Продукт этих вымывов (песок) находится недалеко от арочного перехода труб водозабора над плотиной перед шлюзом №14. Там в углу между телом плотины и дамбой, на которой находится водозабор, образовалась настоящая гора из песка, который наносится ветром и течениями. Работа по ремонту плотины ведется, но насколько объем этих работ достаточен?
Когда был низкий горизонт водохранилища на отметке 34 метра и до нормального уровня не добирали 2 метров, все швы в верхней части плотины были оголены. Их тогда и следовало заделывать. Такой низкий уровень воды держался несколько лет - 2-3 года. Но момент упустили. А теперь уровень воды поднялся, и вымыв идет, а эти проблемные швы оказалась под водой, - рассказал Николай Фоменко.
"Осенью при низком уровне воды обнажается обширная песчаная отмель, материалом для котором послужил вымытый из тела плотины песок",- так утверждает Николай Фоменко.
По его словам, саму земляную плотину можно разделить на три участка. Первый из них, самый короткий и просто устроенный идет от Волгодонска до шлюза №14. Прилегающая к Волгодонску часть плотины, начало которой находится рядом с железнодорожным переездом на улице Портовой, была не намыта, а отсыпана из суглинка - рыхлой осадочной породой из песка, пыли и глины. Выполненные перед началом строительства расчеты показали, что для доставки к этому участку плотины песчановодяной смеси требовалось не менее 2 перекачек, что привело бы к значительному удорожанию работ. Суглинок добывали в нескольких сотнях метров от плотины на дне будущего водохранилища, а затем перевозили к месту укладки тела плотины на грузовиках. Длина этого участка плотины составляет 2 километра 741 метр, максимальная ширина основания - 115 метров, а максимальная высота - 11,87 метров. Объем перемещенного грунта все равно составил значительную величину: 1,1 миллиона тонн суглинка и песка. К плотине прилегают не открытые воды Цимлянского моря, а защищенная волноломами акватория порта, что значительно снижает волновую нагрузку на сооружение. Отношение ширины по основанию к высоте насыпной части плотины составляет от 8,4 до 10 раз.
Поперечное сечение левобережной намывной части плотины Цимлянского гидроузла. Огромная ширина плотины (более 240 метров у основания) делает ее устойчивой.
Оставшиеся одиннадцать с половиной километров плотины были намыты из речного песка. При строительстве Цимлянского гидроузла было перемещено 81 миллион 350 тысяч кубических метров или более 120 миллионов тонн земли, преимущественно песка, добытого из русла или поймы Дона. Цимлянскую плотину одновременно намывали до 11 земснарядов, выполнивших до 70% земляных работ по формированию насыпи плотины. В зависимости от сезона работ и гранулометрического состава грунта на отдельных участках работали от 4 до 8 земснарядов.
От шлюза №14 до Цимлянской ГЭС протяженность песчаной плотины составляет 6 километров 760 метров, основание плотины достигает ширины в 327,5 метров, а максимальная высота - 25 метров. На этом участке плотина проходит по ранее регулярно затопляемой пойме Дона, поэтому соотношение ее высоты и ширины было сделано максимально возможным (от 11 до 14 раз). За Цимлянской ГЭС намывная плотина переходит на правый берег Дона. Здесь она приобретает более «поджатый» профиль с отношением ширины к высоте всего 9,4, что было обусловлено хорошим грунтом основания, плотными песками на надпойменных террасах. Длина этого участка плотины составляет 3 километра 171 метр, основание достигает 345 метров, а высота — 35 метров.
Общий вид Цимлянского гидроузла. Волгодонск - сверху.
В 2024 году наивысший уровень воды в Цимлянском водохранилище был достигнут в конце мая на отметке 35,5-35,6 метров, что ниже, чем проектный уровень в 36 метров. До проектного уровня водохранилище набирать не стали, хотя условия для этого были. Фоменко считает, что это было сделано для избежания создания лишней нагрузки для плотины. Разница в 50 сантиметров или полметра с учетом огромной площади водохранилища является существенной.
- Мои бывшие коллеги по работе на шлюзах рассказали, что в этом году водохранилище не стали наполнять до проектной отметки в 36 метров, потому что плотина за эти годы сделалась «сухой». При наличии таких пустот наполнять водохранилище следует крайне медленно. Более 35 метров набрали, а до 36 метров боятся набирать. Плотина наполнится и «поедет», - рассказал Фоменко.
Другая важная часть обеспечения надежности работы плотины - это создание и поддержание запасов материалов и оборудования на случай ЧП.
- Раньше в ведении сотрудников гидроузла был аварийный запас инструмента и техники, в том числе компрессоры, отбойные молотки. Техника стояла опломбированной на особом складе, регулярно обслуживалась. Ее могли использовать только в момент ЧП на плотине. Если такую пломбу вскроешь, то будет большая неприятность. А сейчас ничего нет (весной 2024 года на плотине все же был сформирован запас камня — ред.), - рассказал Николай Фоменко.
Рядом с плотиной добывают песок
По словам ветерана-гидротехника, при эксплуатации плотины следует воздержаться от масштабной добычи песка в районе гидросооружений.
- В районе судомеханического завода организовали песчаный карьер. Добывают землесосом песок и намывают его на берег вблизи от подошвы плотины. Это настоящая «бомба» для сооружения! Раньше песок добывали вдалеке от плотины в вблизи станицы Романовской. В мою бытность начальником шлюзов в 80- годы почти 30% всего шлюзований на шлюзах №№ 14 и 15 приходилось на баржи с песком. Мы их в шутку «пескарями» называли. В районе Романовской песок добывали, а затем возили его в порт Волгодонска. Кто сейчас согласовывает такой объем добычи песка вблизи плотины? Подходить к такой работе следует очень осторожно и только после точного расчета всех самых маловероятных последствий. Когда я еще работал на шлюзах, в прокуратуре уточнил вопрос о нормальности такой работы. Ответа там я так и не получил, - отметил ветеран-гидротехник.
Плотина всегда "плачет"
Обратил внимание Фоменко и на состояние дренажной системы, которая обеспечивает отвод лишней воды от плотины. Вопреки некоторым заблуждениям, плотина из песка изначально должна пропускать воды. В таком «мокром состоянии» плотина становится тяжелее и приобретает дополнительную прочность. Задачи полностью перекрыть поступления воды у железобетонной облицовки плотины нет.
Вода отводится через сложную систему дренажа. В теле плотины пробурены специальные скважины, одни из которых являются наблюдательным и позволят оценить уровень воды, а другие — отводят избыток воды. Вода отводится через систему дренажных канав, общая протяженность которых превышает 20 километров. У одного из таких искусственных родников в 80-е годы была установлена скульптора авторства известного скульптора Василия Полякова героиня шолоховского «Тихого Дона» Аксинья.
Аксинья и дренажный ручей
Самые крупные дренажные канавы больше напоминают реки. Одна из таких канав, используется для сброса воды русло реки Сухая, которая была перекрыта при сооружении ГЭС. При зарастании и замусоривании дренажной системы, а также при снижении дебета водоотводных скважин, плотина начинает «промокать», ее устойчивость ухудшается. Как раз состояние дренажной системы и вызывает опасение.
- Посмотрите в каком состоянии все дренажные канавы и железобетонные лотки! Сейчас часть дренажной системы заросла и заилена, часть замусорена. В некоторых местах уже не камыш, а деревья и кустарники растут! А если вода из тела плотины не отводится как надо, то она набухает. С этой проблемой сталкивались и ранее. В 1962-1963 годах уровень воды набирали выше отметки в 36 метров, то есть проектного уровня. Воду просто не было некуда девать. Тогда просчитались с расчетом водного баланса водохранилища, и все до Ростова просто «плавало». Тогда мы баржами скот вывозили из затопленных станиц. Для того, чтобы снять избыточный напор воды в теле плотины, пробурили 4 дополнительные разгрузочные скважины. Одну из этих скважин пробурили как раз в том месте, где позднее поставили памятник Аксинье, - говорит Фоменко.
Система основных дренажных канав Цимлянского гидроузла
Плотина не простит ошибок!
У города уже был неудачный опыт размещения инженерных сооружений на плотине еще в 80- годы. Тогда при повышении уровня воды были повреждены водозаборные сооружения, построенные заводом «Атоммаш». Часть дамбы, где стоял водозабор, было размыта. Ликвидировать прорыв удалось за 2 суток авральной работы.
- Подмыло трубы, которые снабжали город водой. Я тогда работал начальником гидроузла. Первый секретарь горкома Игорь Учаев звонит и требует отчета, как до такого состояния довели плотину. А ведь «Атоммаш» строил водоводы и не соблюдал технические условия, которые были выставлены Управлением Волго-Донского судоходного канала имени Ленина. И знаете, чем пришлось закрывать тот прорыв? C Комбината строительных материалов №5 возили туда все: бетон, готовые лестничные марши. Двое суток возили, заделывали провал. Как сильный северный ветер утих, засыпанное место провала залили жидким бетоном, - вспоминает Николай Фоменко.
В 2018 году часть дамбы, которая ограждает акваторию речного порта в Волгодонске была повреждена во время шторма при максимальном уровне воды в 36 метров.
Цимлянская плотина - уникальное гидротехническое сооружение, которое будет служить людям еще много лет. Но ее следует беречь и грамотно обслуживать.
- В России уже были случаи, когда разрушались плотины. Наша Цимлянская плотина больше, надежнее и имеет огромный запас прочности. Наша плотина тянет такие условия эксплуатации, но если ничего не делать, она просто «поедет», - считает Николай Фоменко.
Константин Прибрежный
Новости на Блoкнoт-Волгодонск
