Гидроэлектростанции – самые большие и тяжёлые сооружения на планете. Для их строительства традиционно используют высокопрочный бетон и местами стальную арматуру: только так можно сдержать огромный напор воды. Правда, есть несколько исключений, а самые большие и высокие плотины возводились отнюдь не из бетона, а из камней, гравия и глины. Яркий тому пример — Рогунская ГЭС, чья проектная высота составляет 335 метров.
1. Землетрясения
Дамба электростанции возводилась в глубоком и узком ущелье реки Вахш, и обычные методы строительства здесь не работали. Здесь очень часто случаются землетрясения, сила подземных толчков порой доходит до 9 баллов, и плотина при этом должна выдерживать огромные нагрузки. Каменистая почва буквально плывёт под её основанием, а само огромное сооружение может в один момент сместиться на несколько метров. В таких условиях бетон – самый неподходящий материал. Изготовленный и уложенный по специальным технологиям, он обладает огромной твёрдостью и выдерживает большие нагрузки на сжатие, но эластичности у него практически нет. Когда скала под плотиной начинает двигаться и вибрировать, в бетоне появляются трещины, и всё это сооружение легко может быть смыто огромной массой воды.
Именно поэтому Рогунскую ГЭС строили по совершенно другим принципам: у неё гибкая и пластичная структура, и она буквально движется вместе с землетрясением. Фактически это рукотворная гора, которую насыпали посреди ущелья, а работает она как демпфер, поглощая и рассеивая колебания. Камни, валуны и куски скальной породы укладывали слоями по специальной технологии, и они могут немного смещаться относительно друг друга. Во время подземных толчков напряжения внутри насыпной горы рассеиваются, и вся эта конструкция остаётся целой.
2. Глина и самолечение
У насыпанной из камней дамбы есть очевидный недостаток – через неё легко просачивается вода, и через такое решето водохранилище в итоге просто вытечет. Решение этой проблемы инженеры подсмотрели у природы и для удержания воды использовали глину: из суглинка с мелкой фракцией сделали центральную часть дамбы, так называемое ядро. Она спрессовывается огромным весом камней и превращается в отличную гидроизоляцию, которая удерживает на месте глубоководное водохранилище.
Интересно, что глиняное ядро выполняет ещё одну важную функцию, которую сами инженеры называют самолечением. Само глиняное ядро, спрессованное тысячами тонн камней, обладает большой плотностью, но при этом оно эластичное и движется во время землетрясений. Если при этом в глиняной стене образуется трещина, она затягивается сама по себе, и глиняное ядро восстанавливает свою целостность: пластичная масса деформируется и затекает в образовавшиеся пустоты.
3. Сложности доставки
Впрочем, забота о безопасности – это лишь одна из многих причин для выбора столь экзотичного метода строительства. Другая, не менее важная, касается непосредственно логистики: Рогунский гидроузел возводится в труднодоступной местности, поэтому организовать быстрые поставки бетона и прочих строительных материалов практически невозможно. Ситуация настолько плохая, что строительство дамбы по классической схеме наверняка растянулось бы на несколько десятилетий, и инженерам пришлось использовать альтернативный метод, чтобы ускорить процесс и сделать его менее дорогостоящим. Ко всему прочему заливка огромного количества бетона в жаркую погоду сама по себе вызывает большие проблемы. Во время его застывания образуется большое количество тепла, и без принудительного охлаждения бетон разорвало бы ещё во время строительства.
С каменно-набросной плотиной всё оказалось гораздо проще, поскольку строительные материалы буквально валялись под ногами. Прочная скальная порода, гравий и речная галька добывались прямо на месте; фактически это были отходы, оставшиеся после проходки многочисленных тоннелей, а также материалы, добытые из карьеров в русле реки Вахш. Строительные материалы непрерывным потоком доставлялись тяжёлыми карьерными самосвалами, а экономия на дорогостоящей логистике была очевидной.
4. Доказанные технологии
Какой бы странной ни казалась эта технология, это самый простой и довольно распространённый способ перегораживания рек, просто случай с Рогунской ГЭС уникальный. Настолько экстремальная высота потребовала сложных и нестандартных инженерных расчётов. Точно такой же подход использовался во время строительства Нурекской ГЭС, которая была запущена в работу ещё в 1970-х годах. За прошедшие несколько десятков лет плотина выдержала много сильных землетрясений без какого-либо ущерба.
К настоящему времени безбетонные технологии усовершенствовали и смогли ещё больше нарастить высоту плотины. Рогунская ГЭС всё ещё строится, и к настоящему моменту итальянские подрядчики уже успели сделать насыпь более 190 метров высотой. Всего на этой электростанции будет работать шесть гидротурбин, две из них уже запустили, а строительство планируют завершить в 1935 году.
Вопреки распространённому мнению, плотина гидроэлектростанции – это не абсолютный монолит. Полностью изолировать воду практически невозможно, а протечки строго контролируются и фактически являются обычным делом.