Přehrady

Jsou mohutné stavby vybudované napříč údolím, jejíž účelem je vytvářet vodní nádrž.

Pro manipulaci vody v nádrži (kolísání hladiny, převedení průtoku přehradním profilem) slouží manipulační zařízení.

Podle účelu můžeme rozdělit nádrže na :

Ochranné – chrání území a objekty pře d velkými vodami. Budují se v horních částech toku, kde zachycují povodňové vlny.
Zásobní – zachycují v době nadbytečných průtoků ve svém zásobním prostoru tolik vody, kolik ji bude potřeba v době nedostatku.
Smíšené nádrže – spojují zásobní a ochranou funkci.

Rozdělení celkového prostoru nádrže:

Prostor stálého nadržení – je nezbytný pro správné umístění odběrných zařízení, která musí být chráněna před zanášením a nesmí docházet ke strhávání splavenin do těchto zařízení.
Zásobní prostor – je nad prostorem stálého nadržení, je určen k akumulaci vody pro VH účely.
Ovladatelný prostor – sahá od hladiny zásobního prostoru ke koruně přelivu, zachycují se zde povodňové vlny.
Neovladatelný přepadový prostor – je vymezen tloušťkou přepadového paprsku.


Obr. 5	Rozdělení prostoru nádrže a) ochranná nádrž, b) zásobní nádrž, c) smíšená nádrž; 1 – prostor stálého nadržení, 2 – ovladatelný ochranný prostor, 3 – neovladatelný ochranný prostor, 4 – zásobní prostor [4]

Plnění nádrže vodou – záleží na její poloze ke zdroji. Nádrž zřízena na toku je plněna přímo.

Prázdnění nádrže – se děje odtokem vody výpustmi nebo přepadem velkých vod bezpečnostním zařízením (přelivy) a odběrným zařízením.

Účel přehrady:

hromadění vody k vodohospodářským účelům (pitná voda),

zadržování škodlivých povodní (povodňových vln),

získání spádu pro energetické využití vodní energie,

získání spádu pro gravitační dopravu vody potrubím,

rekreační účely.

Rozdělení přehrad podle materiálu

přehrady z místních materiálu
- zemní (stavební hmota je zemina),
- kamenité(stavební hmota je kámen bez pojiva),
přehrady z zděné,
přehrady z betonu,
přehrady z ostatních materiálů (dřevěné, ocelové)

Rozdělení přehrad podle statického působení

přehrady tížné (gravitační) – vlastní tíhou vzdorují zatížením, která na ně působí a přenášejí je do podloží.

přehrady tížné pilířové – přenášejí zatížení do podloží pomocí pilířů,
přehrady tížné vylehčené – jsou vybudovány z prostého betonu, nichž jsou vytvořeny velké dutiny,
přehrady tížné s klenbovým účinkem – větší část zatížení se přenáší tížným účinkem do podloží a zbývající část zatížení klenbovým účinkem do boku údolí.

přehrady klenbové – přenášejí převážnou část zatížení do boku údolí,

přehrady kupolové – klenbové přehrady s výrazným zakřivením konstrukce v příčném řezu,
přehrady klenbové s tížným účinkem – větší část zatížení přenášejí klenbovým účinkem do boku údolí a menší část tížným účinkem do podloží,

přehrady členěné – jejichž konstrukce je rozdělena na několik prvků s různou funkcí a hmotnosti. Hradící prvky tvoří hradící stěnu a přenášejí zatížení na soustavu pilířů, jejichž tížným účinkem se zatížení přenáší do podloží.

přehrady členěné deskové – hradící stěnu tvoří desky, které přenášejí zatížení do pilířů,
přehrady členěné klenbové – hradící těleso tvoří soustava kleneb, které přenášejí zatížení do pilířů,
přehrady členěné kupolové – mají výrazné zakřivení kleneb i ve svislém směru
přehrady zvláštní konstrukce :
přehrady kotvené – její konstrukce je spřažena s podložím soustavou předpjatých kotev pod základovou spárou,
přehrady předpjaté – vybudované z předpjatého monolitického betonu,
přehrady z dílců – větší část přehrady je smontována z dílců z prostého, předpjatého betonu nebo železobetonu.

Přehrady z místních materiálů

Budují se převážně z místních zemin nebo nespojovaného kamene. Podle toho je můžeme rozdělit:

zemní přehrady – základní stavební hmotou je zemina;
kamenité přehrady – základní stavební hmotou je kámen bez pojiva;
balvanité přehrady – balvanité přehrady zhotovené z velkých kamenů;

Zemní přehrady

Zemní hráze jsou většinou lichoběžníkového průřezu. Povrch hráze na straně nádrže je tzv. návodní svah, opačný povrch je vzdušní svah. Horní plocha hráze se nazývá koruna. Pronik návodního svahu přehrady se dnem nádrže se nazývá návodní pata přehrady. Pronik vzdušního svahu přehrady se dnem nádrže se nazývá vzdušní pata přehrady.

Stabilizační část hráze – přenáší napětí do podloží hráze, zajišťuje stabilitu přehradního tělesa. Je zhotovena ze zeminy která má:

velkou objemovou hmotnost,
velký úhel vnitřního tření,
malou stlačitelnost,
dostatečnou objemovou stálost.

Těsnící část hráze – zabraňuje pronikání vody hrází. Použitá zemina musí mít malý koeficient propustnosti. Těsnění hrází se provádí z jílu, hlíny, zdiva, betonu, železobetonu, asfaltu, dřeva, oceli nebo plastických hmot.

Těsnění se umísťuje jako:

návodní – promáčí menší část hráze,
středové – je lépe chráněno před poškozením.

Nejčastějším materiálem je jíl nebo hlína s malým koeficientem propustnosti. Těsnící jádro se zapustí až do nepropustného podloží hráze, pokud je ve snadno dosažitelné hloubce.

Jílové těsnění je nutno chránit před vysýcháním a před promrznutím dostatečně mocnou vrstvou zemního materiálu.

Výhoda jílového těsnění – snadno se přizpůsobuje deformacím a neporušuje se sedáním hráze.

Nevýhoda jílového těsnění – lze je budovat jen za příznivých povětrnostních podmínek.

Betonové a žb těsnění se zřizuje jako stěna uprostřed hráze, nebo jako deska položená na návodním svahu.

Ochranná část – chrání přehradní těleso proti účinku vody nádrži, zejména proti účinkům vlnobití, proti vymílání dešťovou vodou stékající po vzdušním svahu a proti větrné erozi.

K opevnění návodního líce se používá: dlažba z kamene (do betonu, na sucho). Místo dlažby z kamene se dnes používá dlažba betonová (betonové desky s dilatačními spárami, nebo z betonových dlaždic).

K opevnění vzdušního líce se používá nejčastěji osetí nebo drnování, osázení křovinami.

Rozdělení zemních hrází

sypané zemní hráze – u nichž se zemina těží, dopravuje, ukládá do hráze a zhutňuje stroji na zemní práce;
naplavované zemní hráze – zemina se dopravuje naplavováním, kde se v místě hráze usazuje. Nejčastěji se používají hlinité písky ;
polonaplavované zemní hráze – zemina se dováží v suchém stavu a v přehradním tělese se rozplavuje tryskáči;
homogenní zemní hráze – celé těleso je vybudováno ze zeminy, která současně zajišťuje funkci stabilizační i těsnící. Nejčastěji se používá směs hlín, štěrků a písků.
nehomogenní zemní hráz – budují se z různých zemin ukládající se do hráze a obsahují těsnící prvek;

Rozměry průřezu zemní hráze

Musí vyhovovat výpočtům stability, průsaku vody hrází a komunikačním požadavků.

Výška hráze se určí podle maximální hladiny vody v nádrži, voda se nesmí v žádném případě dostat přes korunu hráze (převýšení hráze nemá být menší než 2 m, budují se vlnolamy).

Šířka koruny hráze se navrhuje nejméně 3m, většinou 5 až 6 m. Sklon koruny je buď oboustranný nebo jednostranný směrem ke vzdušnímu líci.

Sklony svahu hráze nejsou obvykle strmější než 1:2,5 až 1:3 na návodní straně, a 1:2,0 až 1:2,5 na straně vzdušní.

Kamenité a balvanité přehrady

Skladba příčného profilu kamenité hráze se shoduje se skladbou příčného profilu nehomogenní zemní hráze.

Budují se z volně sypaného kamene nebo z kamene rovnaného (objem kamene 0,05 až 0,5 m³).

Kámen musí být zdravý, odolný proti větrání a velmi pevný v tlaku.

Sedání kamenitých hrází je značné, pohybuje se v rozmezí 0,3 až 5 % výšky hráze.

Kamenitá hráz , pokud je jejím účelem vzdouvat vodu, musí být vybavena vždy těsnícím prvkem.

Kamenité hráze bez těsnícího prvku vytvářejí retenční nádrže pro zachycení povodňových průtoků.

Sklony svahů (boků) kamenitých hrází jsou strmější než u hrází zemních.

Návodní líc se dělá ve sklonu 1:0,7 až 1:1,4 (nejčastěji 1:1).

Vzdušní líc 1:1,3 až 1:1,6 .

Těsnění kamenitých hrází

Těsnění se provádí z jílu, betonu, žb, oceli, na bázi asfaltových hmot.

Umísťuje se buď uprostřed nebo u návodního líce (výhodnější, vodnímu tlaku vzdoruje celý průřez hráze).

Betonová a železobetonová těsnění – tento typ způsobil na mnoha přehradách vážné problémy. Střední betonové těsnění je velmi citlivé na deformace tělesa hráze a není možné toto těsnění opravit.

Tloušťka návodního těsnění je navrhována 0,3 m v koruně hráze. S hloubkou se tloušťka těsnění zvětšuje ( 2 mm tloušťky těsnění na 1 m hloubky u nás 0,5 mm na 1m). Deska je rozdělena dilatačními spárami , vzdálenými od sebe 8 až 15 m.

Kovové těsnění – použitý kov musí mít dobré mechanické vlastnosti (musí být pružný, musí se dobře svářet). Plechové tabule se svařují a každá druhá se kotví do podkladního betonu. Při strmém návodním líci se plech vyztužuje žebry.

Těsnění na bázi asfaltových hmot – Návodní asfaltobetonová těsnění přehrad dosahují tloušťek od desítky centimetrů až k polovině metru (včetně podkladních a připojovacích vrstev).

Tloušťka návodního asfaltobetonového těsnění se po výšce přehrady nemění.

Obr. 6 Skladba asfaltového těsnění používaná v dnešní době [4]

Obr. 7 Skladba asfaltobetonového návodního těsnění (starší typ) [4]

Obr. 8 Napojení asfaltobetonového těsnění na objekt [4]

Fóliové těsnění – začalo se přibližně rozvíjet před 40 lety. Fólie se aplikují ve formě návodního nebo vnitřního těsnění. Prováděcí technologie je jednoduchá a rychlá., ale je nutno zajistit ochranu fólie před mechanickým poškozením. Použití tohoto druhu těsnění pro hráze s výškou menší než 40 m.

Ochranné vrstvy v zemních a kamenitých hrází

Ochranné vrstvy zemních a kamenitých hrází tvoří následující prvky:

ochranné vrstvy zemních těsnění a drénů – filtry
ochranné a podkladní prvky nezemních těsnících prvků
vrstvy zajišťující ochranu návodního líce proti účinkům vody v nádrži a vzdušního líce proti povrchové erozi

Filtry

Používají všude tam, kde by mohlo dojít v tělese hráze a na jeho styku s podložím k vyplavování částic zeminy (vliv prosakující vody, vlnobití, kolísání hladiny). Zřizují se na styku těsnícího jádra se sousedními částmi hráze, kolem drenážních prvků.

Materiál - používá se drcené kamenivo, přírodních nebo tříděných písků, geotextilie (umělí materiál, snížení pracnosti).

Ochranné a podkladní prvky nezemních těsnících prvků

Nezemní těsnící prvky , jsou v mnoha případech náchylné k mechanickému poškození. Fóliové těsnění je nutno chránit jak z návodní tak vzdušní strany (použití písků, štěrkopísků, geotextilií), nebo můžeme vložit fólii mezi bet. prefabrikáty.

Asfaltová a betonová těsnění nejsou náchylná k mechanickému poškození, ale vyžadují při budování na dostatečně nosných podkladních vrstvách (pórovitý asfaltobeton, beton).

Vrstvy zajišťující ochranu návodního líce proti účinkům vody v nádrži a vzdušního líce proti povrchové erozi

K opevnění návodního i vzdušního líce můžeme použít kamenný pohoz. K opevnění návodního líce je možno použít beton, betonové desky a pohozy zpevněné asfaltovými hmotami.

K opevnění vzdušního líce se využívá vegetačního opevnění z travních porostů, vysázení křovinných porostů (borovicová kleč).

Drenážní vrstvy v zemních a kamenitých hrází

Napomáhají bezpečnému převedení průsaků tělesem hráze. Zajišťují bezpečnost z hlediska vnitřní eroze. Nejpoužívanějším materiálem pro stavbu drénů je hrubý štěrk, makadam (frakce 32-63, 63-125), geotextilie.

Rozdělení drénů:

vnitřní,
plošné,
patní.

Při návrhu hráze je nutno zajistit filtrační stabilitu okolí drénu !!!

Tížné (gravitační) přehrady

Popis gravitační přehrady

Budují se z lomového kamene nebo betonu.
Průřez tížných přehradních zdí je trojúhelníkový.
Koruna hráze má nejmenší šířku min. 3m.
V přehradní zdi je jedna nebo více revizních chodeb, do nichž zaúsťuje svislá drenáž, odvodňující návodní líc přehrady.
Revizní chodby bývají 1 m široké a 2 m vysoké.
Přehradou prochází základová výpust, která slouží k úplnému vyprázdnění nádrže, a k regulaci odtoku.
Pro převedení velkých vod slouží nejčastěji korunové přelivy.
Pod přelivy a základovou výpustí je umístěn vývar pro tlumení vodní energie.

Obr. 9 Schéma řezu tážnou hrází: 1 – základová výpust; 2 – tabulový uzávěr; 3 – segmentový uzávěr; 4 – zavzdušňovací potrubí; 5 – česle; 6 – drážka pro provizorní hrazení; 7 – revizní šachta; 8 – revizní chodba; 9 – vývar; 10 – rozrážeče; 11 – strojovna uzávěru; 12 – strojovna tabulového uzávěru [4]

Podmínky stability tížné přehrady

Průřez tížné hráze musí odolávat bezpečně účinkům všech vnějších i vnitřních sil.

Využívá se pro návrh a posouzení tzv. základní nebo ideální statický trojúhelník. Vrchol je v úrovni nejvyšší vodní hladiny, stěny mají sklon na návodní straně 3 až 5 % výšky, vzdušní straně 70 až 80 % výšky.

Obr. 10 Statický trojúhelník [4]

Poměr šířky statického trojúhelníka k jeho výšce se nazývá štíhlostním poměrem přehradní zdi:

Bezpečnost hráze vyžaduje splnění následujících podmínek:

bezpečnost proti převrácení,
odolnost proti posunutí,
vyloučení napětí v tahu,
namáhání základové půdy,
namáhání zdiva.

Přehrady z lomového zdiva

Patří mezi nejstarší přehrady. Velmi ojediněle jsou budovány i dnes. Při výstavbě zděných přehrad se ve velké míře neužívá mechanizace, nýbrž se stavba realizuje ručně.

Zděné přehrady se budují z kamenů o velikosti 0,3 – 0,5 m³, menší kameny se používají k uklínování.

Kladení kamenů se provádí do maltového lože velké tloušťky.

Kámen – musí být zdravý, pevný, nenasákavý, bez trhlin, odolný proti mrazu.

Malta – musí být vodotěsná a dostatečně pevná, neboť na jejich vlastnostech závisí vodotěsnost a bezpečnost hráze.

Odvodnění přehradní zdi – prosáklá voda návodním lícem se zachycuje drenáží umístěnou 3 až 3,5 m od návodního líce . Vzájemná vzdálenost drenážních trub je asi 3m.

Betonové přehrady

Betonové tížné přehrady jsou náročné na kvalitu základových poměrů. Je nutno je zakládat na dostatečně únosné sklaní podloží s ohledem na rovnoměrné sedání.

Průřez hráze se navrhuje jako trojúhelníkový.

Návodní líc se buduje jako svislý nebo ve sklonu 12:1.

Vzdušní líc se buduje ve sklonu 1: 1,35.

V podélném směru je těleso přehrady rozděleno (z technických důvodů) dilatačními spárami na bloky o šířce 15 m.

Největší klasickou tížnou přehradou je přehrada GRANDE DIXENCE ve Švýcarsku. Vybodována v roce 1961, výška 285 m.

Obr. 11 Betonová tížná přehrada [4]

V dnešní době se využívá při stavbě hrází technologie válcovaného betonu. První přehrada z válcovaného betonu Ohkawa v Japonsku 1976.

Obr. 12 Přehrada Concepción – Honduras 1990 – válcovaný beton [4]

Dilatační spáry

Jsou vedeny od návodního líce až po vzdušný líc. Musí umožňovat vzájemný pohyb betonových bloků při smršťování a roztahování betonu.

Dříve se používalo k těsnění dilatačních spár měděného plechu, který byl zabetonován do sousedních bloků. Šířka plechu 70 – 150 cm, tloušťka plechu 1,5 – 3 mm.

Pryžové těsnění se provádí pryžovými profilovanými pásy, zabetonovanými do sousedních bloků.

Kromě uvedených způsobů těsnění můžeme použít i další typy: asfaltových provazců, asfaltových zálivek a pryžových klínů.

Obr. 13 Těsnění dilatační spáry: 1 – měděný plech; 2 – železobetonový klín; 3 – revizní šachta; 4 - revizní chodba [1]

Obr. 14 Těsnění dilatačních spár pryží; 1 – pryžový pás; 2 - dřevěný trámec [1]

Klenbové přehrady

Vzdorují vodnímu tlaku klenbovým účinkem a přenášejí největší část zatížení do boků údolí.

Vyznačují se štíhlým průřezem. Úspora betonu oproti přehradám tížným je 50 – 70 %.

Pro v stavbu klenbové hráze jsou vhodná zaříznutá kaňonovitá údolí.

Statické řešení

Ze statického hlediska je přehrada prostorově zakřivený deskový nosník. Staticky se řeší např. pomocí Ritterovi metody.

Tvar přehrady

jednoduchý tvar válcové klenby s konstantní tloušťkou (zakřivení pouze ve vodorovném směru),
tenké klenby s dvojitou křivostí (zakřivení jak ve vodorovném tak i svislém směru).

Obr. 15 Tvary příčných řezů klenbových přehrad [4]

Obr. 16 Klenbová přehrada [1]

Členěné přehrady

Jsou mladým konstrukčním typem, neboť jejich budování a navrhování vyžaduje kvalitní technologie.

Hradící těleso tvoří desky, nebo klenby opřené o pilíře.

Je možné je zakládat i na méně únosném skalním podloží.

Podle tvaru hradící stěny rozeznáváme dva druhy členěných přehrad:

deskové,
klenbové.

Deskové členěné přehrady

ŽB deska se opírá o pilíře, které jsou konzolovitě rozšířené.

Vzdálenost pilířů 5 až 6 m, u novějších konstrukcí 15 až 20 m.

Hradící deska – vyztužená z obou stran, krytí výztuže 3 až 5 cm . Tloušťka. desky min. 30 cm.

Vzdušní část přehrady je obvykle otevřená.

Pilíře jsou trojúhelníkového průřezu. Proti vybočení jsou zabezpečeny vyztužujícími žebry.

Klenbové členěné přehrady

Hradící těleso je složeno z řady kleneb, které se opírají o trojúhelníkové pilíře. Osová vzdálenost pilířů je 15 – 20 m.

Klenby jsou vybetonovány buď monoliticky s pilíři, nebo častěji samostatně. Pro větší vzdálenosti pilířů se využívá kupolovitých kleneb (zakřivení v podélném, i příčném směru.

Obr. 17 Členění přehradní zdi: a) deskové; b) klenbové; p – pilíř; z – ztužující trámec [4]

Obr. 18 Schéma členěné přehrady [4]

Kotvené přehrady

Vzdouvací staby