Диссертация (Напряжённо-деформированное состояние грунтовых плотин с противофильтрационными элементами из материалов на основе цемента), страница 8

В 1970-х годах в Германии былапостроена плотина Формиц высотой 31 м, ПФЭ которой являлось ядро изилистых песков, а в её центре была устроена «стена в грунте» [Lorenz, List; Carl,Strobl]. Стена толщиной 0,6 м возводилась траншейным способом с ярусамивысотой 4 м.Асфальтобетонные диафрагмы получили широкое распространение встранах Западной Европы. Впервые плотина c применением битумной изоляциибыла построена в Португалии (плотина Валь де Гайо) в 1897 г. [Попченко]. Апервая плотина с асфальтобетонной диафрагмой была построена в Германии в1961 г. [ICOLD, 1992; Ляпичев]. Построено несколько десятков подобных плотин,но большинство из них в Европе.Толщина асфальтобетонных диафрагм составляет всего 0,5÷1% от высотыплотин.

С обеих сторон диафрагмы защищаются переходными зонами.В настоящее время самой высокой плотиной с асфальтобетоннойдиафрагмой является плотина Storglomvatn в Норвегии. Её высота 125 м [Höeg]. В2017 году в Китае планируется завершить строительство плотины Quxue высотой164 м.ВРоссиипостроенаБогучанскаяиИрганайскаяплотинысасфальтобетонными диафрагмами [Возведение асфальтобетонной диафрагмы…;Костин, Нейковский, Юркевич].Диафрагмы из полимерных материалов устраиваются гораздо реже. Этосвязано с опасениями в недолговечности этих материалов. В основномполимерные материалы применялись в качестве ПФЭ грунтовых перемычек. Хотяимеется опыт строительства и эксплуатации Атбашинской плотины с диафрагмой41измногослойнойполиэтиленовойплёнки(1960 г.)[Зиневич,Лысенко,Никитенков].

Максимальный напор на плёночную диафрагму составляет 39 м.Новые, прочные и более долговечные полимерные геомембраны появилисьсравнительно недавно и ещё не успели войти в практику строительства плотин.На перемычке плотины Gibe-III в Эфиопии устроена зигзагообразная диафрагмаиз ПВХ [Gibe III: A Zigzag Geomembrane Core…]. Она рассчитана на восприятиенапора 44 м. Зигзагообразный профиль диафрагмы связан с технологией еёвозведения, когда диафрагма возводится постепенно по мере возведения того илииного слоя тела плотины. Учитывая расширение применения полимерных экрановдля гидроизоляции грунтовых плотин, в будущем можно ожидать и расширениесферы применения полимерных диафрагм.Ещё одним перспективным типом ПФЭ грунтовых плотин являетсяинъекционное ядро (завеса).

Если тело плотины и основание сложено гравийногалечниковыми грунтами, то целесообразно продолжить инъекционную завесу,выполняемую в основании, и в нижней части плотины. Примерами такихрешений могут служить Атбашинская [Логинов, Кузнецов], Юмагузинская[Баранов] плотины и плотина Камбаратинской ГЭС-2 [Корчевский, Обополь].Иногда инъекционная завеса выполнялась в теле плотины в целях ремонта.Примером может служить Орто-Токойская плотина (Киргизия) высотой 52 м. Внейбылаосуществленаинъекцияглинисто-цементногораствораиз-заповышенной фильтрации через тело плотины.

Инъекция применялась также и дляремонта ядра плотины Болдерхед (Англия), в глинистом ядре которой в 1967 г.образовались фильтрационные ходы [Ничипорович, Тейтельбаум].Успешный опыт эксплуатации этих плотин показывает, что инъекционнуюзавесу можно использовать и как единственный, основной ПФЭ грунтовойплотины. Такая инъекционная завеса в теле плотины может быть названаинъекционным ядром.Преимуществами инъекционных ядер является то, что они выполняютсяпосле завершения строительства плотин, сразу на большую высоту. Благодаряэтому жёсткое инъекционное ядро будет избавлено от деформаций каменной42насыпи строительной периода.

В случае нарушения водонепроницаемостиинъекционныеядрамогутбытьотремонтированыпутёминъекцииобразовавшихся трещин.Недостатком инъекционных ядер в крупнообломочных грунтах телаплотины, является их большая толщина, что удорожает строительство.Пример плотин с инъекционными завесами в нижней части плотиныпоказывает, что иногда может быть целесообразным применение в одной плотинедвух противофильтрационных устройств, расположенных один над другим. Этоплотины с комбинированным ПФЭ.

В нижней части плотины рациональноиспользовать тот же ПФЭ, который выполнен и в основании плотины. Это можетбыть инъекционная завеса или противофильтрационная стена. Такой подходпозволит возводить плотину безкотлованным способом, т.е. без осушениякотлована. В верхней же части возможно применение гидроизоляции иного типа.Имеются примеры плотин, в которых одновременно выполнены сразу дваПФЭ разных типов. Такие решения характерны для дамб шламонакопителей изолошлакоотвалов, а также других хранилищ токсичных жидких веществ.Например, это одновременно выполняют асфальтобетонный и полимерныйэкраны,междукоторымиустраиваютдренаждлясбораиотводапрофильтровавшей воды [Ляпичев].1.4. Перспективы применения и развития конструкций грунтовыхплотин с негрунтовыми противофильтрационными элементамиКак показывает история развития конструкций грунтовых плотин снегрунтовымиПФЭ,поискновыхконструктивныхрешенийпроисходитпостоянно.

Совершенствование качеств искусственных строительных материалов,появление новых, развитие и совершенствование строительных технологийпозволяет предлагать и внедрять новые конструкции противофильтрационныхустройств, даже новые типы плотин. На одном историческом этапе какой-либо тип43плотин может не иметь перспектив применения, а на другом – вновь статьперспективным.Частоисточникомновыхконструктивныхрешенийнегрунтовыхпротивофильтрационных устройств проектируемых грунтовых плотин становилсяопыт эксплуатации уже построенных плотин и необходимость выполнения ихремонта. Так, необходимость ремонта аварийных грунтовых плотин с грунтовымиядрами привела к использованию в качестве ПФЭ тела плотин инъекционныхзавес и стен, выполняемых методом «стена в грунте».

А ремонт плотин сжелезобетонными экранами «легализовал» применение полимерных изделий,которые ранее в основном использовались для борьбы с фильтрацией вовременных или незначительных сооружениях.Можно ожидать, что конструкции типа «стена в грунте», инъекционныезавесы и полимерные геомембраны станут чаще применяться в качестве ПФЭгрунтовых плотин.ДляРоссииактуальнымявляетсявопросовозведениикрупныхвысоконапорных гидроузлов в Сибири [Лащенов, Саакян, Салимов]. Слабоеразвитие инфраструктуры и транспортных коммуникаций, а также суровыеклиматические условия этих районов делает затруднительным строительствобетонной плотины, поэтому на первый план выходят варианты гидроузлов сгрунтовой плотиной.

Но в суровом климате сложно строить и грунтовые плотины,если их ПФЭ выполнять из глинистого грунта. Поэтому перспективным являетсяприменение негрунтовых противофильтрационных элементов.Однако,какпоказываетопытгидротехническогостроительства,внастоящее время не создано надёжных негрунтовых ПФЭ для строительствасверхвысоких грунтовых плотин (высотой более 150 м). Многие существующиепротивофильтрационные устройства не смогут надёжно работать в условияхбольших деформаций, которые присущи высоким плотинам.

Как показываютисследования [Рассказов, Смирнова; Орехов], в сверхвысоких плотинах сасфальтобетонной диафрагмой возможно проявление значительных смещений.Поэтому необходимы новые конструктивные решения. Вопросу выбора типа44грунтовой плотины для условий Севера России посвящён ряд работ [Кудояров;Рассказов, Смирнова; Заирова, Филиппова, Орищук, …; Корчевский, Обополь;Саинов, Котов, 2011, Сравнение вариантов…; Саинов, Котов, 2013, Разработка иобоснование…].По всей видимости, из противофильтрационных устройств, используемыхнастоящее время, в сверхвысоких плотинах могут использоваться толькожелезобетонные экраны (ЖБЭ) и инъекционные завесы.

Однако в России ещё нетопыта применения ЖБЭ. При этом необходимо повысить надёжность конструкцийЖБЭ, которые, как показывает практика, не всегда достаточно надёжны.Необходимо выявить причины образования трещин в железобетонных экранах ипредложить мероприятия по предотвращению данного явления. Кроме того,требуется обосновать возможность применения их в условиях сурового климатасеверных территорий России.Необходимость строительства новых сверхвысоких грунтовых плотинзаставляет выбирать такие конструкции, которые имели бы повышеннуюнадёжность.

Кроме того, эти конструкции должны быть ремонтопригодными, т.е.доступными для ремонта. Эти два требования создают перспективы дляприменения плотин с негрунтовыми ПФЭ.Требование ремонтопригодности конструкции ведёт к рассмотрениювариантов плотин с массивными негрунтовыми ПФЭ, ремонт которых может бытьосуществлён инъекцией трещин гидроизоляционных растворов.Повышенная надёжность может быть также достигнута за счёт комбинациии дублирования ПФЭ или даже применения плотин комбинированного типа. Этоне новый подход в проектировании – противофильтрационные экраны,применяемые в настоящее время, часто являются многослойными, состоящими изнескольких слоёв разных материалов, каждый из которых выполняет своюфункцию (например, защитную).КомбинацияПФЭ может повысить не тольконадёжность, ноиэффективность строительства плотин.

Анализ современных конструктивныхрешений грунтовых плотин с негрунтовыми ПФЭ выявляет тенденцию к45строительству безкотлованным методом. В этом случае гидроизоляция нижнейчасти плотины осуществляется ПФЭ, выполненным в основании. В этой роливыступают инъекционные завесы и конструкции типа «стена в грунте». В верхнейже части выполняется ПФЭ другого типа. В этом случае возникает задача онадёжном сопряжении двух противофильтрационных устройств (выполненных восновании и в теле плотины), о разработке надёжной конструкции узласопряжения.Подобнаяжезадачавозникаетдляпроектированияплотинкомбинированного типа, т.е.