Диссертация (Напряжённо-деформированное состояние грунтовых плотин с противофильтрационными элементами из материалов на основе цемента), страница 7

Условно защитную призму можноназвать дополнительным ПФЭ элементом каменно-набросных плотин с ЖБЭ.Плотины с асфальтобетонным экраном начали применяться уже в 19301940х годах [Моисеев]. Сначала они устраивались на плотинах из сухой кладки, азатем стали применяться и в насыпных плотинах. Асфальтобетонные экранымогутбытьоднослойнымиилимногослойными.Первоначальноэкраныустраивали в виде слоя асфальтобетона толщиной 1015 см, укрытого сверхубетонными плитами толщиной 8÷15 см [Попченко]. Затем стали применятьконструкцию, состоящую из двух слоев плотного асфальтобетона (толщиной1215 см) с дренирующей прослойкой из щебня или пористого асфальтобетона.

В36настоящее время двухслойные экраны выполняют без защитного слоя. Плотины сасфальтобетонным экраном распространены в Европе и северной Африке.Недостатком асфальтобетонных экранов является частая потребность времонте. Асфальтобетонный экран плотины Де Гриб в Алжире заменялся чаще,чем раз в 20 лет. Потребность в ремонте вызывается потерей асфальтобетономсвоих свойств, особенно из-за температурных воздействий. Под действиемвысокой температуры возможно местное «оплывание» асфальтобетона [Моисеев,Моисеев].

При отрицательных температурах в экранах могут образовыватьсятрещины (как на плотинах Монтгомери и Альма) [Попченко]. Большую опасностьдля экранов представляет воздействие льда. По этим причинам асфальтобетонныеэкраны и закрывали защитными слоями в виде железобетонных плит. По этимпричинамплотинысасфальтобетоннымиэкранаминепригодныдлястроительства высоких плотин в условиях России.Экраны из битумных геомембран применяются для строительства дамбхранилищ жидких отходов промышленного производства, т.к. битумныегеомембраны практически водонепроницаемы [Меглен, Брель, Гордин].Плотины с полимерными экранами появились в середине XX в.

Первойплотиной с противофильтрационным элементом их полимерной плёнки считаетсяплотина Contrada Sabetta в Италии, построенная в 1959 г. [Cazzuffi; Рельтов,Кричевский; ICOLD, 2010, B.135]. Её экран толщиной 2 мм был выполнен изполиизобутилена (или оппанола), уложенного между бетонными плитами.Подобного типа экран был применён на плотине Dobsina (Добчина) в 1960 г.

вЧехословакии [Моисеев; Гольдин, Рассказов], но её экран был выполнен из ПВХ.Чаще всего экраны из полимерных материалов применяются пристроительстве хранилищ жидких отходов промышленного производства, т.к. этопозволяет не допустить попадание в почву вредных веществ [Косиченко, Баев].Строятся такие дамбы и в суровых климатических условиях [Складнев, Глебов,Лысенко].На плотинах гидроузлов полимерные экраны применяются в основном какПФЭ перемычек [Бруссе, Глебов, Детков; Глебов, Лысенко; Гольдин, Рассказов].37Причины к этому следующие: во-первых, полимерные материалы считаютсянедолговечными, а, во-вторых, очень малая толщина полимерного экранавызывает опасения в их повреждении.Поэтому для полимерных экранов особую роль играет устройствоподэкрановой подготовки, т.к.

она должна быть очень гладкой. В современныхплотинах геомембрана экрана укладывается на слой геотекстиля. Для защиты отсолнечного света иногда поверх экрана могут укладывать защитные слои. Экраниз ПВХ-плёнки каменной плотины Добчина заключён между сборнымифигурными железобетонными элементами [Рельтов, Кричевский]. По сути, этотэкран является комбинированным полимерно-железобетонным экраном.Но есть примеры применения полимерных экранов и в конструкцияхсовременных плотин. На плотине Камбаратинской ГЭС-2 в Киргизии экран изПВХ воспринимает напор 20 м [Корчевский, Обополь]. Самой высокой плотинойс полимерным экраном в настоящее время является плотина Bovilla в Албаниивысотой 91 м [ICOLD, 2010, B.135; Скуеро, Васкетти]. Экран из геомембраныПВХ толщиной 3 мм уложен на слой грунта, укреплённый цементом.В последнее время полимерные экраны устраивают на уже существующихплотинах в целях ремонта их противофильтрационных негрунтовых экранов[Scuero, Vaschetti, 2005].

Примерами могут служить плотины Salt Springs[Sembenelli, Rodriquez], Turimiquire [Scuero, Vaschetti, 2010]. В этом случаежелезобетонный экран играет роль подэкрановой зоны и можно говорить ополимерно-железобетонномэкране.Полимерныегеомембранымогутиспользоваться в суровых климатических условиях [Scuero, Vaschetti, 2005].Такимобразом,негрунтовыежелезобетонные,асфальтобетонныеиполимерные экраны, если учитывать подэкрановые и защитные слои, частопредставляют собой многослойные ПФЭ.Плотин со стальным экраном в мире построено более 30. Примерами могутслужить плотина Храмской ГЭС-1 высотой 32,2 м в Грузии, экран которойосуществлён из листов нержавеющей стали толщиной 8 мм, а также плотинаСалазар высотой 64 м в Португалии [Гольдин, Рассказов].

Металлические экраны38применены также на зарубежных плотинах Скегуей (22,2 м, США), Гозна (40 м,Румыния), Ист-Бивер Крик (30,5 м, США), Агуада Бланка (Перу) [Моисеев].У противофильтрационных экранов имеется серьёзный недостаток – для ихзамены или капитального ремонта экрана требуется срабатывать водохранилища.Диафрагмыпредставляютсобойтонкиевертикальные(илислабонаклонные) стены, расположенные внутри тела плотины. В случае, есливертикальный негрунтовый ПФЭ в плотине имеет довольно большую толщину, тоон может быть классифицирован как негрунтовое ядро.В земляных плотинах уже давно используются диафрагмы, выполненные издеревянного или металлического шпунта.

Они возводятся по завершении отсыпкитела плотины, так же, как сооружаются шпунтовые завесы в основании плотин.Самой высокой плотиной с металлической диафрагмой является Серебрянскаяплотина-2 высотой 64 м [Гольдин, Рассказов].Диафрагмы из бетона стали использовать в начале XX в. Они представлялисобой широкие полые оболочки или ячейки из железобетона [Моисеев, Моисеев].По сути это были не диафрагмы, а полые железобетонные ядра в теле каменныхплотин. Но попытки строительства подобных плотин часто заканчивалисьнеудачей. Жёсткие бетонные ядра-диафрагмы работали как подпорные стены,воспринимая практически полностью гидростатическое давление. Тело каменнойплотины в силу своей податливости практически не участвовало в удержаниидавления воды. Поэтому такие жёсткие ядра-диафрагмы срезались по основанию.Примерами могут служить плотина Уэд-Кебир в Тунисе [Моисеев], Мельтон[Моисеев, Моисеев].Попытки строительства бетонных диафрагм, но уже в виде тонких стен,предпринимались и позже, но все они терпели неудачу из-за нарушенияпрочности бетона (плотина Эйлдон в Австралии [Гольдин, Рассказов]).

Жёсткаяжелезобетоннаястенанеможетприспосабливатьсякзначительнымдеформациями грунтовой насыпи. По этой причине бетонные стены-диафрагмыне проектируются и возводятся.39В последнее время вновь появились предложения по строительствумассивных бетонных ядер в теле каменно-набросных плотин [Канкунская ГЭС нар.Тимптон…; Патент РФ № 2013106146/05]. Для придания им большей гибкостипредлагается разрезать их по высоте горизонтальными швами на отдельные блоки(рис.1.4 Приложения).

Однако такая конструкция представляется ненадёжной инерациональной. Во-первых, по нашим исследованиям [Саинов, Котов, 2011]бетонное ядро, несмотря на разрезку швами, будет находиться в неблагоприятномнапряжённомсостоянии.Во-вторых,строительствотакойплотины,предусматривающее выполнение большего объёма как каменно-земляных, так ибетонных работ, является экономически невыгодным.Тем не менее, у бетонных диафрагм есть дальнейшие перспективыиспользования в качестве ПФЭ грунтовых плотин. Это показал опыт ремонта рядакаменно-земляныхобразовалисьплотин,трещины.впротивофильтрационныхПримеромможетслужитьядрахплотинакоторыхBalderhead(Болдерхед) [Vaughan, Kluth; Ничипорович, Тейтельбаум]. Другой пример плотина Курейской ГЭС, на одном из участков которой в 1992 г. произошлааварийная ситуация, которая сопровождалась повышенной фильтрацией ивыносом грунта ядра фильтрационным потоком [Мызников; Малышев, Рассказов,Солдатов;].

Восстановить водонепроницаемость ядра было невозможно, поэтомуремонт было предложено осуществить путём создания нового ПФЭ избуронабивных свай [Ремонт плотины Курейской ГЭС; Малышев, Шишов,Кудрин, Бардюгов]. Ремонт был выполнен в 1998-1999 гг. и после этого плотинапродолжаетуспешноэксплуатироваться.Длясозданияновыхпротивофильтрационных диафрагм в теле ремонтируемых плотин применяют итраншейный метод [Fenoux].

Он применялся для ремонта плотин Fontenelle[Bellport], Mud Montain (США) [Graybeal, Levallois].С учётом опыта устройства диафрагм в теле ремонтируемых плотин и в ихосновании позволил специалистам предложить новый тип ПФЭ плотины –диафрагму из буронабивных свай, возводимую ярусами [Королёв, Смирнов,Аргал, Радзинский; Патент РФ № 2013111020/13].40Надо отметить, что зарубежом эта идея была реализована гораздо раньше.Ещё в 1970х -1980х годах методом «стена в грунте» были выполнены диафрагмыряда грунтовых плотин [Радченко, Лопатина, Николайчук, Радченко].

Т.к.причиной неудач строительства плотин с бетонными диафрагмами была еёповышенная жёсткость, то было предложено в качестве материала диафрагмыиспользовать более мягкий материал – глиноцементобетон. Например, на плотинеWadi Hawashinah (Оман) высотой 6,5 м траншейным методом была устроенадиафрагма толщиной 0,6 м [Strobl, Shmid].