Диссертация (Напряжённо-деформированное состояние грунтовых плотин с противофильтрационными элементами из материалов на основе цемента), страница 84

Главные напряжения 3 на верховой грани стены (вариант №1)(а – на момент завершения строительства, б – на момент окончания наполнения)шкала напряжений – на рис.4.61.258а)б) 669 6693ий ярус 6403ий ярус 6402ой ярус2ой ярус 610левыйбортборт–10 610правыйлевый1ый ярусбортборт 577,5бортбортшкала перемещений [см]1ый ярус 577,5правыйбортборт–8–6 –4 –202468 10 12 14 16 18 20Рисунок 4.64. Смещения Ux верховой грани стены (вариант №7)(а – на момент завершения строительства, б – на момент окончания наполнения вдхр.)а)  669б)3ий ярус 6403ий ярус 6402ой ярус2ой ярус 610левыйбортборт1ый ярус 669 610 6001ый ярусправыйлевыйбортбортборт напряженийборт[МПа]шкала 577,5 600правыйбортборт 577,5–30 –27–24 –21 –18 –15 –12 –9 –6–3036912 15Рисунок 4.65.

Напряжения y на верховой грани стены (вариант №7)(а – на момент завершения строительства, б – на момент окончания наполнения)а) 640б) 6693ий ярус 6402ой ярус 6101ый ярус 6693ий ярус2ой ярус 610 6001ый ярус 600левыйправыйлевыйправыйбортбортбортборт 577,5 577,5бортбортбортРисунок 4.66. Напряжения z на верховой грани стены (вариант №7) борт(а – на момент завершения строительства, б – на момент окончания наполнения)шкала напряжений – на рис.4.65.259а) 669б) 6693ий ярус 6403ий ярус 6402ой ярус2ой ярус 610левыйбортборт–30 –271ый ярус 610 6001ый ярусправыйлевыйбортбортбортбортшкала напряжений [МПа] 577,5–24–21 –18–15–12–9–6–3 600правыйбортборт 577,503691215Рисунок 4.67. Главные напряжения 3 на верховой грани стены (вариант №7)(а – на момент завершения строительства, б – на момент окончания наполнения)а) 6693ий ярус 640б) 6693ий ярус 6402ой ярус2ой ярус 610левыйбортборт–30 –271ый ярус 610 6001ый ярусправыйлевыйбортбортбортбортшкала напряжений [МПа] 577,5–24–21 –18–15–12–9–6–3 600правыйбортборт 577,5036912Рисунок 4.68.

Главные напряжения 1 на верховой грани стены (вариант №7)(а – на момент завершения строительства, б – на момент окончания наполнения)15260Приложение 5.ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЁННО-ДЕФОРМИРОВАННОГОСОСТОЯНИЯ КАМЕННО-НАБРОСНЫХ ПЛОТИНС ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫМ ЭКРАНОМПриложение к п.5.1.Исторический опыт строительства и эксплуатации грунтовых плотин сжелезобетонными экранами.Первые каменные плотины с ЖБЭ были построены в США ещё XIX в., т.е.больше 100 лет назад.

По данным ICOLD [ICOLD, 1989] такие плотины началистроиться ещё в 1850-х годах. Одной из первых таких плотин была плотинаФордайс в Калифорнии, построенная в 1873 г. [Моисеев].На рис.5.1. показано изменение высот плотин с железобетонным экраном вовремени [Cooke; Радченко, Глаговский, Кассирова…].Рисунок 5.1. Изменение во времени высот построенных грунтовых плотин сжелезобетонными экранами.Серым цветом обозначены плотины с использованием сухой каменнойкладки, коричневым – каменно-набросные плотины до 2010 г., красным –строящиеся плотины и плотины построенные недавно, жёлтым цветомобозначены проектируемые плотины.Цифровые обозначения соответствуют плотинам: 1 – Morena, 2 – Dix River,3 – Salt Springs, 4 – Paradela, 5 – New Exchequer, 6 – Areia, 7 – Aguamilpa, 8 Campos Novos, 9 – Shuibuya, 10 – Xiaoshixia & Dashixia.Анализ исторического опыта строительства и эксплуатации грунтовыхплотин с ЖБЭ позволяет понять особенности работы этих плотин и определитьпути к созданию надёжных конструкций современных плотин.261Первые плотины с железобетонным экраном возводились из сухойкаменной кладки или полунабросными [Моисеев].

Плотины из сухой кладкиприменялись до 1960 г. Примерами таких плотин могут служить плотины Варньо(Италия, 1919 г.), Пиана Гречи (1922 г.), В. Коларова (ныне Биляр-Беглик,Болгария, 1951 г.) и др. В полунабросных плотинах (плотины Релиеф, Шинг Муни др.) сухая кладка применялась в качестве подэкрановой зоны (рис.5.2).Благодаряиспользованиюкаменной сухой кладки уклонверховогооткосаплотиныдостигал 1:0,4 и даже круче. Ктакимплотинамотносятсяплотины Релиеф (США, 1910 г.,рис.5.2), Тепукстепек (Мексика,1929 г.),Шинг-Мун(Китай,1935 г) и др.Следуетотметить,чтоРисунок 5.2. Плотина Релиеф (США)плотины из сухой кладки могли1 – сухая кладка; 2 – наброска, 3 –испытыватьзначительныесмещения и осадки, как это железобетонный экран; 4 – гранит основания.произошло на плотине Коларова.

При этом их строительство требовалоприменения ручного труда, поэтому постепенно они были вытеснены каменнонабросными плотинами [Моисеев].Каменно-набросные плотины стали использоваться примерно с 1930-х гг.Камень в тело плотины отсыпался слоями от 5 до 60 м и более. Уплотнение камняпроизводилось с помощью струи гидромонитора. В качестве подэкрановой зонычаще всего применялась каменная кладка. Плотины подобного типа довольночасто строились в Америке и Европе.Во Франции за период с 1948 по 1959 гг. было построено 6 каменнонабросных плотин с ЖБЭ высотой 2030 м [Проектирование и строительствоплотин из местных материалов, 1966].

Конструкции этих плотин схожи междусобой. Сопряжение с основанием было осуществлено с помощью зуба.Опыт эксплуатации этих плотин выявил значительный недостатокнабросных плотин с железобетонным экраном – опасность трещинообразования вэкране вследствие смещений и осадок каменной наброски.Во французских плотинах (Гранд-Патюр, 1948 г., рис.5.3 и Партьон, 1950 г.)трещины в экране возникли в месте его сопряжения с зубом, которое быловыполнено без устройства шва [Проектирование и строительство плотин изместных материалов]. Утечки воды из водохранилища плотины Партьондостигали 400 л/с. Ремонт этих плотин проводили, опорожнив водохранилище.После проведённых в 1954-1955 гг. ремонтных работ по заделке трещин битумом,утечки составили 340 л/с. При повторном ремонте на верховую грань экранананесли торкрет по сетке толщиной 6-8 см.

Это уменьшило потери воды до50 л/с.262Рисунок 5.3. Плотина Гранд-Патюр (Франция)1 – штукатурка по металлической сетке, 2 – бетонный экран, 3 – сухая кладка, 4 –бетонный зуб, 5 – труба для нагнетания раствора, 6 – каменная наброска, 7 – откосиз уложенного камня с заливкой швов.На построенных позже плотинах Грезиоль, Шамме и Эскубу в экране былустроен контурный шов. Однако только в экране плотины Шамме (рис.5.4) ненаблюдалось образования трещин.

Фильтрационный расход через трещины вэкране плотины Грезиоль составил около 200 л/с. После замены шпонок наметаллические и заделки всех трещин он снизился до 5 л/с.Рисунок 5.4. Поперечный профиль плотины Шамме (Франция)1 – бетонный зуб, 2 – горизонтальный шов, 3 – армированный бетонный экран, 4 –сухая каменная кладка, 5 – наброска камня, 6 – сухая кладка толщиной 0,75 м, 7 –горизонтальные швы низового откоса, 8 – фундаментная плита, 9 – дренажныеотверстия, 10 – дренажный лоток.В США в период с 1901 по 1935 г. было построено 60 набросных плотин сэкранами [Моисеев].

Самой высокой из них была плотина Салт-Спрингс (SaltSprings, высота 100,1 м), построенная в 1931 г. (рис.5.5). ЖБЭ разрезался263вертикальными температурными швами, а от основания отделялся контурнымшвом.Рисунок 5.5. Плотина Салт Спрингс (США)1 – наброска, 2 – подэкрановая кладка, 3 – железобетонный экран, 4 – засыпка,5 – плотно слежавшийся аллювий, 6 – гранит.Во многих случаях железобетонные экраны, применённые в США в тотпериод, не оправдали себя. Причиной к этому послужило появление уже в периодстроительства в них трещин, вызванное осадкой наброски.

В результатеобразования трещин потери на фильтрацию достигали 1 м3/с и более. Например, вплотине Салт-Спрингс при первом наполнении водохранилища образовалисьтрещины с раскрытием до 25 мм, а потери воды на фильтрацию превышали750 л/с [Моисеев]. Ремонт плотины выполнялся с помощью заделки трещинторкретом после опорожнения водохранилища. Всего за историю своегосуществования железобетонный экран ремонтировался 20 раз. В ходе последнегокапитального ремонта ЖБЭ был покрыт полимерной геомембраной, чтопозволило полностью решить проблему с фильтрацией.Для борьбы с трещинообразованием в 1930-е годы была разработана гибкаяконструкция железобетонного экрана.

Она впервые была применена в 1931 г. вплотине Коготи (Cogoti, Чили) (рис.5.6).Рисунок 5.6. Плотина Коготи (Чили)1 – наброска; 2 – угол естественного откоса отсыпки камня в наброске; 3 –подушка из гравия; 4 – слоистый железобетонный экран; 5 – гибкое сопряжениеэкрана с зубом.264Гибкий экран состоял из нескольких слоёв железобетонных плит ширинойдо 9 м и толщиной до 18 см (рис.5.7). Слои разделены битумной смазкойтолщиной 4 мм. Эта плотина в 1943 г.

подверглась 9-балльному землетрясению,однако гибкий экран не пострадал [Моисеев].Рисунок 5.7. Схема слоистого экранаплотины Коготи1 – нижняя плита переменной толщины, 2 –швы нижних плит без уплотнения, 3 –непрерывная арматура, 4 – верхняя плитапостоянной толщины, 5 – прокладкабитумом, 6 – поверхность плит, 7 – меднаяпротивофильтрационная пластинка,8 – анкер, 9 – закрепительная балка черезкаждые два ряда плит, 10 – отверстия.Рисунок 5.8.Шарнирноесоединениежелезобетонногоэкрана плотины Когсвилл с зубом1 – три плиты толщиной по 10 см,2 – четыре слоя битума спрокладкой брезента, 3 –асфальтобетон;4 – слой битума; 5 – опорнаяжелезобетонная плита; 6 – гравий;7 – скважины для цементацииглубиной до 15,5 м.В 1935 г. гибкая конструкция железобетонного экрана была применена вСША на плотине Когсвилл (Cogswill или Сан Габриэль 2) [Моисеев].