Диссертация (1141446), страница 45

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 45)

на рисунке 4.87.2944.13. Исследование работоспособности грунтовой плотиной с многояруснойдиафрагмой, выполненной методом «стена в грунте»Описание исследуемого типа плотины. В 2013 г. специалисты ОАО«Гидроспецпроект» предложили применить диафрагму из буронабивных свай длястроительства более высокой плотины – плотины Гоцатлинской ГЭС [Королёв,Смирнов, Аргал, Радзинский; Патент РФ № 2013111020/13]. Эта плотина имеетвысоту 69 м и располагается на слое гравийно-галечникового основаниямощностью до 23 м. Идея состояла в том, чтобы устроить диафрагму из свай внесколько ярусов (рисунок 4.90). Нижний ярус должен был пересечь слойнескального основания и цокольную часть плотины.

В оставшейся части высотыплотины (59 м) предлагалось устроить ещё 2-3 яруса буронабивных свай, т.к. сваиустраиваются обычно на глубину не более 30 м. Соединение ярусов былопредложено осуществить с помощью устройства плит (“замков”), выполненныхиз глиноцементобетона. Опыта строительства подобных плотин в мире нет,поэтому предложение ОАО «Гидроспецпроект» принято не было, и Гоцатлинскаяплотина была возведена с асфальтобетонной диафрагмой.669НПУ 667замокIII629II600II610IП-1П-2Условные обозначения:П-3О-1577,5О-2СРисунок 4.90 - Конструкция высокой плотины с противофильтрационнымэлементом, возведённым поярусно методом «стена в грунте».I,II,III – ярусы стены, П-1 – суглинистый грунт верховой перемычки, П-2 –гравийно-песчаная центральная часть, П-3 – гравийно-галечниковый грунтупорных призм плотины, О-1 – гравийно-галечниковый грунт основания плотины,О-2 – скальное основание плотины, С – глиноцементобетон стены.295Исследования, выполненные нами ранее [Саинов, Котов, 2014], показали,что конструкция Гоцатлинской плотины с многоярусной диафрагмой может бытьвполне надёжной.

А.В. Радзинский, выполнив при участии автора расчётноеобоснование для сечений плотин различной высоты, показал, что при правильномвыборе материала, возможно строительство подобных плотин даже при высоте100 м [Рассказов Л.Н., Радзинский А.В., Саинов М.П. Плотина высотой 100 м…].Данные расчётные исследования выполнены с целью дать рекомендации повыбору материала для устройства многоярусной диафрагмы.Модель и НДС сооружения. Исследования проводились для плоскогосечения плотины максимальной высоты. Конструкция плотины и основание быларазбита на 738 конечных элементов, из которых 637 – конечные элементысплошной среды, 101 – контактные (рисунок 4.50 Приложения).

Количествостепеней свободы в расчётной области составило 4156.Полученноерасчётомнапряжённоесостояние(рисунок 4.51-4.52Приложения) выявило наличие эффекта зависания грунта плотины на жёсткойдиафрагме. Расчёты показали, что условия работы многоярусной диафрагмызаметно отличаются от условий работы одноярусной диафрагмы. Только верхнийярус находится в благоприятном напряжённом состоянии, напряжения y в нёмневелики.Работа диафрагмы до завершающего наполнения водохранилища.Условия работы нижних ярусов похожи на работу «стены в грунте»,возводимой в основании грунтовой плотины.

Под действием веса плотины,наращиваемой при строительстве, грунт вокруг стены оседает (рисунки 4.91б,4.92б, 4.93б), передавая на стену сжимающие усилия. При применении «мягкого»глиноцементобетона (вариант №1) вертикальные напряжения y не превысятпрочность на сжатие c учётом обжатия (рисунок 4.91в). Использование болеежёсткого глиноцементобетона (вариант №4) вызывает появление в двух нижнихярусах таких сжимающих напряжений y, которые превышают прочностьглиноцементобетона на одноосное сжатие (рисунок 4.92в). При применении вкачестве материала стены железобетона класса B20 с прочностью на сжатие29612 МПа прочность в среднем ярусе будет обеспечена, но в нижнем ярусенапряжения y заметно превысят прочность (рисунок 4.93в).а)б)в)г)Рисунок 4.91 - НДС диафрагмы (вариант №1) на моментзавершения строительства плотины.а – смещения (см), б – осадки (см), в,г – вертикальные напряжения y (МПа),в – на верховой грани, г – на низовой грани.Пунктирной линией обозначено примерное распределение прочности на сжатие.а)б)в)г)Рисунок 4.92 - НДС диафрагмы (вариант №4) на момент завершениястроительства плотины.

Условные обозначения см. на рисунке 4.91.297а)б)в)г)Рисунок 4.93 - НДС диафрагмы из бетона (вариант №7)на момент завершения строительства плотины.Условные обозначения см. на рисунке 4.91.Построитьобобщающуюстепеннуюзависимостьпоопределениюмаксимальных напряжений в стене по аналогии с (4.3) сложно и не совсемкорректно, т.к. в данном случае рассматривается стена не в основании, а в телеплотины и данная стена – многоярусная. Есть несколько факторов, осложняющиханализ НДС диафрагмы. Во-первых, нагрузка p от веса сооружения здесь неявляется константой, она изменяется по высоте стены. Для среднего яруса вкачестве p было принято давление у подошвы яруса (примерно 1 МПа), а длянижнего яруса – давление у подошвы плотины (1,4 МПа).

Во-вторых, телоплотины неоднородно по своему строению и деформируемости. Хотя стенавыполнена в гравийно-песчаном слое, её деформации в большей степениопределяются гравийно-галечниковым грунтом упорных призм. В-третьих,модуль деформации грунтов не являлся константой. Можно принимать значениямодуля деформации грунта Eгр только приближённо. Для среднего яруса былопринято E=60 МПа, для нижнего – 50 МПа.298ynE В зависимости  ст  показатель степени был получен равным 0,64p  E гр (рисунок 4.94). Это близко к значению, полученному для основания плотиныСиалонгди, где стена также выполнялась в галечнике.Рисунок 4.94 - Изменение значений максимальных сжимающих напряжений y взависимости от модуля деформации стены EстРабота диафрагмы после завершающего наполнения водохранилищаНаполнение водохранилища не внесёт заметного изменения в НДС стеныдиафрагмы.Получаемые(рисунок 4.95-4.97,а)нестенойприводитсмещенияквпоявлениюсторонунижнегозначительныхбьефаизгибныхдеформаций.

При использовании в диафрагме глиноцементобетона (варианты №1,№4) эти изгибные деформации не вызывают появления в ней растягивающихнапряжений y (рисунки 4.95в,г, 4.96в,г). Более того, происходит даже некотороеулучшение НДС диафрагмы. Во-первых, за счёт уменьшение осадок грунтовойплотины (при переходе грунта верховой упорной призмы во взвешенноесостояние) уменьшается уровень сжимающих напряжений y. А, во-вторых,обжатиестеныгидростатическимдавлением,повышаетпрочность299глиноцементобетона на сжатие.

Благодаря этому в варианте №4 только в нижнемярусе диафрагмы не обеспечивает прочность на сжатие (рисунок 4.96в,г).а)б)в)г)Рисунок 4.95 - НДС диафрагмы (вариант №1)на момент окончания наполнения водохранилища.а – смещения (см), б – осадки (см), в,г – вертикальные напряжения y (МПа),в – на верховой грани, г – на низовой грани.Пунктирной линией обозначено примерное распределение прочности на сжатие.а)б)в)г)Рисунок 4.96 - НДС диафрагмы (вариант №4)на момент окончания наполнения водохранилища.Условные обозначения см.

на рисунке 4.95.300В диафрагме, выполненной из бетона (вариант №7), изгибные деформациивызывают в верхней части второго яруса появление растягивающих напряженийy (рисунок 4.97). Они достигают 4,5 МПа. Таким образом, не будет обеспеченапрочность бетона ни сжатие, ни растяжение.а)б)в)г)Рисунок 4.97 - НДС диафрагмы (вариант №7)на момент окончания наполнения водохранилища.Условные обозначения см. на рисунке 4.95.Отдельно необходимо рассмотреть работу глиноцементобетонных «замков»,которые соединяют между собой ярусы диафрагмы. Замки представляют собойплиты толщиной 1 м и шириной 2,4 м.

Широкая плита необходима для того,чтобы обеспечить соединение ярусов даже в случае, если в процессе созданиябуронабивных свай отклонится от своей вертикальной оси (отклонение можетпревышать 1% от высоты сваи [Малышев, 2001]). Каждый из замков устраиваетсяпосле того, как завершается возведение ниже расположенного яруса диафрагмы,путём уширения его оголовка. В последующем при устройстве вышерасположенного яруса, буронабивные сваи углубляются в замок на 30 см.Нарисунок 4.98,рисунок 4.53Приложенияпоказанонапряжённоесостояние верхнего замка, расположенного между вторым и третьим ярусамидиафрагмы. На момент до возведения третьего яруса верхняя часть плиты замкаиспытываларастягивающиенапряженияхвеличинойдо0,1 МПа301(рисунок 4.98а).

Они явились следствием её изгибных деформаций, возникающихиз-за неравномерного распределения осадок. Средняя часть плиты, опирающаясяна глиноцементобетонную стену, имеет мéньшие осадки, чем свободные краяплиты, оседающие вместе с грунтовой плотиной. После возведения третьего ярусарастягивающие напряжения х в плите замкá увеличиваются до 0,33 МПа(рисунок 4.98б).Этопроисходитиз-затого,чтоещёнезатвердевшийглиноцементобетон третьего яруса при восприятии собственного веса интенсивностремится расшириться в стороны и растягивает сдерживающую его плиту.а)40б)40393393шкала напряжений [МПа]–2 –1,8 –1,6 –1,4 –1,2 –1,0 –0,8 –0,6 –0,4 –0,20,00,20,40,60,81,0Рисунок 4.98 - Распределение напряжений x в верхнем замке диафрагмы.а – на момент времени до создания третьего яруса диафрагмы, б – на моментвремени после создания третьего яруса диафрагмы.Нижний замок, соединяющий нижний (первый) и средний (второй) ярусыдиафрагмы, имеет более благоприятное напряжённое состояние (рисунок 4.99,рисунок 4.54Приложения).Намоментдовозведениявторогоярусарастягивающие напряжения х в нём отсутствуют (рисунок 4.99а).

Но послеустройства второго яруса в верхней части плиты появляется зона растягивающихнапряжений х величиной до 0,08 МПа (рисунок 4.99б). После наполненияводохранилища они исчезают (рисунок 4.99в).Возникновение в глиноцементобетонном замке растягивающих напряженийможет вызвать появление в нём растягивающих напряжений и нарушить его302водонепроницаемость. По данным А.В.Радзинского (Рассказов, Радзинский,Саинов) среднее значение прочности глиноцементобетона на растяжениепримерно в 4 раза меньше прочности на сжатие, т.е. для данного составасоставляет примерно 0,3 МПа. Есть вероятность нарушения прочности нарастяжения. Для повышения прочности глиноцементобетона можно использоватьполимерную фибру. Кроме того, пластичный глиноцементобетон обладаетспособностьюсамозалечиваниятрещин,чтопозволитснизитьводопроницаемость зон нарушений.а)1009310б)10093в)09709310г)097093Шкалу напряжений см.

на рисунке 4.98.Рисунок 4.99 - Распределение напряжений в нижнем замке диафрагмы.а,б,в – напряжения x, г – напряжения y, а – на момент времени до созданиявторого яруса диафрагмы, б – на момент времени создания второго ярусадиафрагмы, в,г – после завершения наполнения водохранилища.По результатам исследований можно сделать следующие выводы:1) Использованиепротивофильтрационноготехнологииэлементабуронабивныхвновьсвайвозводимойдляплотинысозданияявляетсяперспективным не только для плотин малой высоты, но и для средненапорных303плотин. В этом случае противофильтрационный элемент может возводиться ввиде многоярусной диафрагмы.2) Условия работы ярусов диафрагмы сильно различаются. Верхний ярусне испытывает сжатия от осадок окружающего грунта, поэтому его НДС болееблагоприятное.

Для нижних ярусов деформации тела плотины под собственнымвесомявляютсяопределяющимфакторомвформированииНДС.Ониконцентрируют в стене вертикальные сжимающие напряжения, которыеугрожают нарушением прочности на сжатие.3) «Стена в грунте» из глиноцементобетона находится в благоприятномнапряжённом состоянии – она обжата боковыми напряжением. Это способствуетповышению её прочности на сжатие.4) Изгибные деформации стены малы, поэтому при использованииглиноцементобетона в ней не образуются растягивающие напряжения.

Характеристики

Список файлов диссертации