Диссертация (1141446), страница 67
Текст из файла (страница 67)
Еёнижняя грань растягивается, а верховая грань – сжимается. Т.к. ЖБЭрасполагается вверху подэкрановой зоны, то он находится в сжатия (рисунок 6.9).Сжимающие продольные напряжения в ЖБЭ могут превышать 11 МПа(рисунок 6.9а).Однако при этом нижняя часть ПЭЗ испытывает растяжение. В вариантесвойств №x растягивающие продольные напряжения на низовой грани ПЭЗдостигают 3 МПа (рисунок 6.9б). Растягивающие напряжения такой величинынеизбежно приведут к трещинообразованию в ПЭЗ.
По результатам численногомоделирования это в итоге приведёт к образованию трещин в самом ЖБЭ.Длянедопущениятрещинообразованияможнолибоснизитьдеформируемость каменной наброски, либо выполнить в подэкрановой зоне рядпоперечных швов. При снижении деформируемости тела плотины в 4 раза135растягивающие напряжения в ПЭЗ снизились до приемлемых значений – 0,3 МПа(рисунок 6.9б).а)б)Рисунок 6.9 - Продольные напряжения (МПа) в двухслойном экране варианта №3.Обозначения см.
на рисунок 6.5.При сохранении деформируемости каменной наброски для снятиярастяжения потребовалось устройство двух поперечных швов. Растягивающиенапряжения в подэкрановой зоне снизились до 1,6 МПа (рисунок 6.10).Таким образом, вариант №3 может быть принят за основу для разработкинадёжных конструкций каменнонабросных плотин с ЖБЭ.Рисунок 6.10 - Продольные напряжения (МПа) на низовой грани ПЭЗ (вар. №3)Выполненные исследования позволяют сделать следующие выводы:1361) Устройство жёсткой подэкрановой зоны из ГЦБ изменяет схемустатической работы железобетонного экрана в каменно-набросной плотине.
ЖБЭи грунтоцементобетонная ПЭЗ работают совместно как единый двухслойныйэкран. За счёт толщины жёсткость грунтоцементобетонной зоны больше, чем уЖБЭ, поэтому НДС ЖБЭ в основном определяется характером работыподэкрановой зоны.2) Характер деформаций жёсткой подэкрановой зоны из ГЦБ в телеплотины во многом зависит от условий её сопряжения с основанием. Если в узлесопряжения не будет обеспечена свобода перемещений подэкрановой зоны, топри перемещениях плотины нижняя часть ПЭЗ будет испытывать значительныеизгибные деформации.
Наиболее рациональная схема сопряжения с основанием –это устройство наклонного скользящего шва по аналогии с тем, как устроен узелпримыкания ЖБЭ к контурной плите. Однако даже в этом случае сложнояисключить изгибные деформации нижней части подэкрановой зоны.3) Деформацииизгибапредставляютнаибольшуюопасностьдлямассивного двухслойного экрана (включающего ЖБЭ и грунтоцементобетоннуюподэкрановую зону), т.к. они вызывают появление в нём растягивающихнапряжений. В зависимости от характера изгиба растяжение возникает либо вЖБЭ, либо в жёсткой подэкрановой зоне.4) Устройство подэкрановой зоны из грунтоцементобетона повышаетнадёжность конструкции плотины с ЖБЭ – делает её ремонтопригодной, создаётдополнительную противофильтрационную защиту. Однако всё же оно недостигает нужного эффекта – опасность трещинообразования в ЖБЭ сохраняется.Кроме того, следует отметить, что варианты каменной плотины сгрунтоцементобетонной подэкрановой зоной и ЖБЭ будут неэффективны с точкизрения восприятия температурных деформаций.
Жёсткость грунтоцементобетонабудет ограничивать свободу температурных деформаций ЖБЭ, что вызовет в нёмповышенные температурные напряжения.Поэтому при применении ПФЭ из грунтоцементобетона целесообразноотказаться от устройства ЖБЭ, заменив его на экран из геомембраны [Саинов,137Котов, 2013]. Для защиты от температурных воздействий такой ПФЭ можнозаглубитьвтелоплотины[Саинов,2012,Разработкаиобоснованиеконструкции…].6.4.Исследованиеработымассивногопротивофильтрационногоустройства с дублирующей противофильтрационной защитой в видеполимерной геомембраныКак было показано в п.6.3, массивные ПФЭ из грунтоцементных смесеймогут быть подвержены трещинообразованию. Хотя они и ремонтопригодны,образование трещин может привести к появлению фильтрационных нагрузок испровоцировать дальнейшее развитие трещин. Чтобы не допустить этого,целесообразно повысить водонепроницаемость массивного ПФЭ за счётустройства дополнительного, дублирующего ПФЭ.
Например, дублирующийПФЭ можно выполнить из полимерной геомембраны.Опытпримененияполимерныхгеомембрандляпротивофильтрационных устройств высоких плотин. Как известно, покрытиегеомембраной применяется при ремонте железобетонных экранов. Примерамимогут служить плотины Salt Springs в США [Sembenelli, Rodriquez] и Turimiquire вВенесуэле [Scuero, Vaschetti. Underwater repair…]. Полимерные мембраныобладают высокой растяжимостью и прочностью, они могут самостоятельновыдержать давление воды на участке трещины. А укладка мембраны пожелезобетонному экрану избавит её от повреждения на контакте с камнем.Такое решение приемлемо и для суровых климатических условий.
Какизвестно, ПВХ и ПЭ – морозостойкие материалы, которые могут работать призначительныхотрицательныхтемпературах.Крометого,полимерныегеомембраны не боятся ледового воздействий в случае надёжного крепления кжёсткой конструкции (которым и является железобетонный экран).Недостатком такого решения является затруднённость плотины ремонта.Впрочем, у плотины с двойным ПФЭ потребность в ремонте будет существенно138ниже. Кроме того, уже имеется опыт подводной укладки геомембраны на плотинеTurimiquire [Scuero, Vaschetti. Underwater repair…].Можно ожидать, что в условиях низких температур срок службыполимерных геомембран будет очень длительным – от несколько десятков досотен лет.
Об этом говорят результаты экспериментальных исследований[Koerner, Hsuan, Koerner; Tian, Benson, Tinjum, Edil].Исследование работоспособности плотины с противофильтрационнымэлементом на основе полимерной геомембраны было проведено на примеререально существующей плотины. Это плотина Bovilla в Албании, построенная в1996 г. Эта плотина – самая высокая плотина в мире с противофильтрационнымэлементом из полимерной геомембраны. максимальная строительная высотаплотины Bovilla составляет почти 81,6 м.Плотина Bovilla имеет комбинированную конструкцию – в составгрунтовой плотины входит бетонное водоподпорное сооружение высотойпримерно 25 м (рисунок 6.11) [Sembenelli, Sembenelli, Scuero; Cazzuffi, Giroud,Scuero&Vaschetti].
Оно заглублено до скального основания. Каменная насыпьвыполнена с заложением низового откоса 1,6. Заложение её верховой грани –переменное – в верхней части оно составляет 1,55, в нижней – 1,6.Рисунок 6.11 - Устройство плотины Bovilla в условном поперечном сечении.1 – упорная призма из каменной наброски, 2 – бетонное сооружение, 3 –многослойный экран, 4 – слой нескальных грунтов основания, 5 – слой фильтра, 6– скальное основание.139Первоначально плотина Bovilla проектировалась с железобетоннымэкраном, но затем было решено изменить её конструкцию. Плотина имеет экраниз ПВХ-геомембраны толщиной 3 мм.
Экран уложен на слой грунтоцементнойподготовки толщиной примерно полметра. С верховой стороны полимерныйэкран покрыт сборными железобетонными плитами толщиной 20-30 см. С обеихсторон геомембрана защищена слоем геотекстиля. Таким образом, ПФЭ имеетсложную, многослойную конструкцию, в которой геомембрана являетсяосновным, но не единственным противофильтрационным устройством.НаиболеесопряжениесложнымузломконструкциипротивофильтрационногоэкранаплотиныBovillaкаменно-наброснойявляетсячастисбетонным сооружением (рисунок 6.12). Геомембрана жёстко прикреплена кбетону, но уложена с образованием петли(компенсатора),возможностьсмещенияScuero;котораяэкранудаётудлиняться[Sembenelli,иSembenelli,Cazzuffi,Giroud,ДляобеспечениясвободыперемещенийгеомембранымеждугрунтоцементобетономScuero&Vaschetti].железобетоннымиэкраномиустроенаРисунок 6.12 - Устройство узлапесчаная подушка.Совместно со Зверевым А.О.
былопроведеноисследованиеНДСсопряженияэкранасбетоннымсооружением.конструкции плотины Bovilla с целью1 – каменная наброска, 2 – бетонноеоценить надёжность работы её ПФЭ исооружение, 3 – ж/б плиты, 4 –его эффективность по сравнению сподготовка из грунтоцемента, 5 –другими вариантами конструкции.слой фильтра, 6 – песчаная подущка,Были рассмотрены три вариантаконструкции плотины:7 – геомембрана.140 Вариант 1 – неразрезной по длине ЖБЭ, уложенный на грунтоцементнуюподготовку. Это первоначальный, нереализованный вариант ПФЭ плотиныBovilla; Вариант 2 – реализованная конструкция ПФЭ, в которой полимерныйэкран уложен на грунтоцементную подготовку и сверху укрыт железобетоннымиплитами; Вариант 3 – ПФЭ, отличающийся от варианта 2 тем, что полимерныйэкран уложен не на грунтоцементную, а на песчано-гравийную подготовку.Моделирование полимерной геомембраны осуществлялось с помощьюстержневых конечных элементов.
Для грунтоцемента модуль деформациипринимался равным 5000 МПа, коэффициент Пуассона 0,22. Для материалагеомембраны модуль деформации был принят равным 1000 МПа, что примерносоответствует ПЭ низкого давления (высокой прочности).Расчёты показали, что работоспособность противофильтрационной защитыплотины в основном зависит от надёжности узла сопряжения ПФЭ с бетоннымсооружением, именно этот узел имеет неблагоприятное НДС.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
