Диссертация (Напряжённо-деформированное состояние грунтовых плотин с противофильтрационными элементами из материалов на основе цемента), страница 6

Вторая – заполнение траншеи водонепроницаемым материалом(местные глинистые грунты или материалы на основе цемента).Этот метод создания получил широкое распространение при созданиипротивофильтрационных устройств. Траншейным методом была построена самаябольшая по площади противофильтрационная стена в мире – стена плотиныКерхе в Иране. Её площадь 190000 м2 [Mirghasemi, Pakzad, Shadravan;Heidarzadeh, Eslamian, Mirghasemi].

Противофильтрационные стены выполнялисьтакже в основании плотин Peribonka (Канада) [Balian], Merowe (Судан) [Ehrhardt,Scheid, El Tayeb], Dhauliganga (Индия) [Brunner], Watkins [Demars, Pledger,31Barrett], Arminou (Кипр) [Brown, Bruggemann]. На плотине Sylvenstein методом«стена в грунте» был произведён ремонт противофильтрационной защитыоснования взамен инъекционной завесы [Noll, Langhagen, Popp, Lang].Помимо траншейного метода для возведения «стен в грунте» применяетсяметод буросекущихся свай.

В этом методе стена возводится от отдельных,частично пересекающихся друг с другом свай [Производство гидротехническихработ, часть 2] (рис.1.2 Приложения). Выемка грунта под сваю производится подзащитой обсадной трубы, которая позже извлекается. Диаметр устраиваемых свайсоставляет обычно 1,0÷1,4 м. Соответственно стена получается толщиной 0,8÷1 м.Впервые стена из буросекущихся свай была устроена в 1940-1944 гг. восновании плотины Hales (США) для борьбы с фильтрацией в закарстованныхизвестняках [Траншейные стенки в грунтах].Метод буронабивных свай был использован в 2000-2002 гг. при ремонтеплотины Курейской ГЭС [Малышев, Шишов, Кудрин, Бардюгов], в ядре которогопроизошло образование сквозного фильтрационного хода. В 2013 году стена избуросекущихся свай была выполнена на Гоцатлинской плотине [Королёв,Смирнов, Аргал, Радзинский].

Имеется пример, когда буросекущиеся сваи быливыполненыдляремонтапротивофильтрационнойзащитыоснованиядействующей бетонной плотины [Amos, Bruce, Lucchi, …].Перечисленными методами противофильтрационные устройства могутвыполняться в любых грунтах, в т.ч. в скальных. Траншейным методом «стена вгрунте» противофильтрационные завесы возводятся на глубину до 135 м [Balian],методом буросекущихся свай – на глубину до 40 м.В последнее время стали применяться новые методы создания стен – методперемешивания и метод струйной цементации.

В этих методах выемка грунта непроизводится, он входит в состав искусственного камня противофильтрационногоустройства. Метод перемешивания разработан в Японии в 1993 г. В этом методесмешивание цемента и грунта происходит в процессе разработки сваи. В 2008 г.он был использован для создания ПФЭ в теле и основании дамбы Herbert Hoovereвокруг озера Lake Okeechobe в США. Её длина 21,4 мили, т.е. более 34 км32[Development of Dam Engineering in the United States, Achievements andAdvancements in U.S.

Dam Engineering].В методе струйной цементации (англ. jet grouting) струя цементногораствора или воды, подаваемая под давлением, размывает грунт, освобождаяместо для цементного раствора [Бройд] (рис.1.3 Приложения). Давлениесоставляет 35÷45 МПа при использовании цементного раствора и 5÷8 МПа прииспользовании воды [Юркевич]. Этот метод был использован при строительствеплотиныСангтудинскойГЭС-1вТаджикистане[Возведениепротивофильтрационной завесы…], Xianlongdi в Китае [Захаров, Радченко,Семенов…].Понуры представляют собой водонепроницаемые покрытия, укладываемыена поверхность основания.

Они являются продолжением ПФЭ тела плотины,поэтому часто выполняются из того же материала. Это могут быть бетон,асфальтобетон и геомембраны. Железобетонный понур часто используется всовременных каменно-набросных плотинах с железобетонным экраном дляудлинения пути фильтрации и удобства цементации скального основания[ICOLD, 1989; Ляпичев].Заключение.Современныетехнологиипозволяютсоздатьпротивофильтрационную защиту в любых грунтах. Эти технологии постоянносовершенствуютсяиполучаютраспространениеновыематериалы.Противофильтрационные устройства в основании чаще всего выполняются изнегрунтовых материалов, особенно из материалов на основе цемента.1.3. Опыт использования противофильтрационных элементов изнегрунтовых материалов в теле грунтовых плотинКонструкцииПФЭвомногомопределяютсясвойствамигидроизоляционного материала и расположением в теле плотины.

В зависимостиот положения в теле плотине они могут быть наружными или внутренними – ввиде экранов (обычно наружных), а также диафрагм, ядер и завес (внутренние).33Многие искусственные строительные материалы, которые используются дляборьбы с фильтрацией, практически водонепроницаемы и очень водостойки, этопозволяет выполнять из них противофильтрационные устройства малой толщины.По толщине ПФЭ грунтовых плотин можно разделить на тонкие, листовые(плёночные) и широкие. Тонкие элементы имеют толщину около 1% от высотыплотины[Гидротехническиесооружения,ч.1].Онивыполняютсяизискусственного строительного камня (бетона, асфальтобетона и др.). Листовые(плёночные) ПФЭ выполняются из геосинтетических, полимерных изделий, атакже из стали.

Их толщина – всего несколько миллиметров. Массивныепротивофильтрационные конструкции (ядра, завесы) занимают в теле плотинызначительный объём.Негрунтовые экраны представляют собой тонкие плиты, пластины, листы,уложенные на поверхности верхового откоса плотины. В отличие от грунтовыхони имеют малую толщину. Они могут выполняться из всех перечисленных вышенегрунтовых материалов (бетон, асфальтобетон, дерево, сталь, полимеры).Негрунтовые экраны укладываются на выровненную, подготовленнуюгрунтовую поверхность. В плотинах из камня между экраном и телом плотиныустраивается специальная подэкрановая зона.

Её задача выровнять деформацииэкрана и подготовить удобную поверхность для его укладки. В первых плотинах сжелезобетонными и асфальтобетонными экранами подэкрановую зону выполнялииз каменной кладки, а позже – из каменной наброски или из отсыпки камня[Моисеев]. Иногда основание под негрунтовыми экранами укрепляют цементом.Среди негрунтовых экранов наибольшее распространение получилижелезобетонные и асфальтобетонные.Первые плотины с железобетонным экраном (англ. concrete faced rockfiildam - CFRD) были построены ещё в середине XIX в. в США [ICOLD, 1989]. Онивозводились из сухой каменной кладки (до 1960 г.) или полунабросными[Моисеев].

В полунабросных плотинах сухая кладка применялась в качествеподэкрановой зоны. Благодаря использованию каменной сухой кладки уклонверхового откоса плотины достигал 1:0,4 и даже круче.34У первых плотин железобетонный экран (далее – ЖБЭ) углублялся в видезуба в скальное основание.

В ряде плотин в результате смещений плотины междуэкраном и зубом образовались трещины [Проектирование и строительство плотиниз местных материалов]. После этого стали отделять ЖБЭ от основанияконтурным (периметральным) швом.В 1931 г. высота плотин с ЖБЭ достигла 100 м (плотина Salt Springs в США)[ICOLD, 1989].

Однако большие осадки каменной наброски часто приводили кобразованию трещин в ЖБЭ этих плотин, в т.ч. в плотине Salt Springs. По этойпричине в 1930-е годы были разработаны полужёсткая и гибкая конструкциижелезобетонныхэкранов.В полужёсткойконструкцииэкранразрезалсягоризонтальными швами на отдельные плиты размером примерно по 10-18 м[Айрапетян]. В гибкой конструкции экран представлял собой многослойнуюжелезобетонную конструкцию, между слоями которой укладывались слоибитума. Однако из-за повышенных осадок каменной наброски сложная гибкаяконструкция экрана плотины Cogswill (США) пришла в негодность [Моисеев].После этой аварии около двух десятилетий плотины с ЖБЭ не строились[Радченко, Глаговский, Кассирова].

Они уступили своё место каменно-землянымплотинам. За это время технология возведения каменно-набросных плотин былаусовершенствована. Вместо технологии каменной наброски стали применятьтехнологию послойной отсыпки с уплотнением катками. Это позволило снизитьдеформируемостькаменнойнасыпи.Благодаряэтомув1950-хгодахстроительство каменно-набросных плотин с ЖБЭ возобновилось. КонструкцияЖБЭ вновь стала однослойной и неразрезной по высоте.Каменно-набросные плотины с ЖБЭ стали интенсивно строиться в странахЛатинской Америки и Китае [ICOLD, 1989]. В 1990-х годах их высота превысила200 м.

В 2006 г. была построена самая высокая в настоящее время плотинаShuibuya (Китай) высотой 233 м [Song, Sun Y, Li, Wang; Zhongming, J., Qing].Однако следует отметить, что плотины с ЖБЭ возводятся в основном встранах с тёплым климатом. Самой северной плотиной является плотина35Toulnustous в Канаде [Chartrand, Claiss, Beauséjour]. В России плотины с ЖБЭ нестроились, хотя применение плотин данного типа является перспективным.Несмотря на большой мировой опыт в проектировании и строительствекаменно-набросных плотин с ЖБЭ на многих из них были отмечены аварийныеситуации, связанные с нарушением их водонепроницаемости.

В результатераскрытияпериметральногошвапроисходилонарушениегерметичностипериметрального шва и образование трещин в самом экране [Sherard, Cooke;Stapledon; ICOLD, 2010, B.141; Cooke, Sherard; Campos Novos dam during secondimpounding; Freitas]. Достоверно причины трещинообразования не известны.Иногда образование трещин было связано с особенностями взаимодействиякаменной насыпи со скальным основанием или с её просадками, которыеприводили к недопустимым деформациям экрана [Маркес Фильо, Пинто].Таким образом, каменные плотины с ЖБЭ – перспективный тип грунтовыхплотин, но не обладающий гарантией надёжности.Поэтомувкачестведополнительногопротивофильтрационногомероприятия в нижней части современных плотин с ЖБЭ, устраивают защитнуюгрунтовую призму с экраном из мелкозернистого грунта [ICOLD, 1989; ICOLD,2010, B.141]. В случае образования трещин в экране или нарушениягерметичностипериметральногошва,мелкозернистыйгрунтсможетзакольматировать фильтрационные ходы.