СОПРЯЖЕНИЕ ГРУНТОВЫХ ПЛОТИН С ОСНОВАНИЕМ
Контакт грунтовой плотины с основанием является наиболее уязвимым ха фильтрации, поэтому подготовке основания и сопряжению плотины с основанием должно уделяться наибольшее внимание. Само основание может быть более проницаемым по отношению к проницаемости тела однородной плотины или к про тивофнльтрационным элементам тела разнородной плотины. В этом случае в основании необходимо создание противофильтрационных устройств, которые выполняются для предотвращения механической или химической суффозии, снижения кривой депрессии при обходной фильтрации, снижения фильтрационного расхода и тд. Тип и конструкция противофильтрационных устройств в основании зависят от геологических условий, конструкции и высоты плотины. При подготовке основания во всех случаях следует предусматривать съем почвенного слоя.
Противофнльтрацяонные устройства в основании плотины. Иэ всего многообразия геологического строения створов можно выделить следующие характерные случаи.
В этом случае в основании, если плотина имеет ядро или диафрагму, может устраиваться «висячая» инъекционная завеса или завеса, доведенная до водоупора.
1. Мощность проницаемых грунтов (коэффициент фильтрации у грунтов основания больше, чем грунтов тела плотины или ее противофилырационного элемента) аллювиального, деллювиалыюго или аллювиального происхождения велика. Практически водоупор находится на недосягаемой для шпунтовой стенки, грунтовой противофнльтрационной стенки или даже инъекционной завесы глубине при этом глубина завесы может быть равна (0,5И ,0) Н и даже больше, где Н напор на сооружение. Устройство завесы возможно из потерн, расположенных в теле ядра (рис. 12.5) или в основании (рис. 12.6). Часто за завесой перед выходом потока в нижний бьеф устраивается плоский или (лучше) глубинный дренаж, который облегчает работу сооружения и позволяет устанавливать эффективность завесы (рис. 12.31). В случае если плотина однородная или имеет экран, удобным проти вофильтрационным устройством является понур, но в некоторых случаях одновременно возможно применение и всякого рода завес или стенок, требующих специального обоснования. Понур иногда устраивается в сочетании с ядром (рис. 12.33 и 12.5), хотя это менее желательно, так как он несколько снижает устойчивость верховой упорной призмы. Призма выполняется обычно из более прочного материала, чем ядро, а в основании призмы оказывается грунт, способствующий формированию поверхности обрушения. Поэтому понур в этом случае лучше проектировать ломаного очертания. Такое решение применяют, когда необходимо повысить фильтрационную устойчивость грунта основания в исключительно ответственных сооружениях, как, например, Асуанская плотина.
Длина понура определяется на основе фильтрационных расчетов в зависимости от выходных градиентов, а иногда в зависимости от фильтрационных расходов, когда основание сложено очень проницаемыми грунтами. На участках, где возможно промерзание понура или его размыв вследствие значительных скоростей воды, понур следует покрывать защитным слоем. Сочетание понура, завесы и дренажа в основании также иногда встречается в практике строительства (рис. 12.5).
2. Мощность проницаемых аллювиальных отложений такова, что их можно пересечь шпунтовой стенкой (до 40 м), «стеной в грунте» (до 100 м) или инъекционной завесой (до 100200 м). В этом случае устройство этих противо фильтрационных конструкций возможно при строительстве плотины с грунтовым ядром или экраном, а также с негрунтовым экраном или диафрагмой.
Грунтовые противофильтрационные стенки в основании плотин («стена в грунте») выполняют, устраивая траншеи специализированными механизмами, которые под защитой бентонитового раствора, заполняющего траншею при ее проходке, обеспечивают производительностью до 7 м/час траншеи шириной по фронту в среднем 2 м и расстоянием между стенками от 03 да 1,4 м. Проходка транша мажет достигать в глубину более 100 м.
Бентонитовый раствор имеет удельный вес у= 1,03+1,05 т/м3 и выше. Этот раствор, имея у>уо и заполняя траншею до самой высокой отметки основной, образует фильтрационный поток из траншея в основание. Образующиеся в этом случае фильтрационные силы удерживают стенки траншеи от обрушения. Создание стены осуществляется заполнением через бетонопнтную трубу диаметром 200 мм траншеи бетоном, иногда кроме цемента добавляют бентонитовую пишу до 30-50 кг/м3, чтобы повысить деформируемость бетона до деформируемого грунта основания (20000-30000 кг/см3). При сравнительно малой деформа руемостн основания в бетон не добавляют бентонитовую глину, я даже опускают арматурные каркасы для обеспечения целостности «стены в грунте» при сейсмических воздействиях (плотина с наклонным ядром высотой 157 м гидроузел Сялондн на реке Хуанхе в КНР). Основание галечниковый конгломерат, глубин «стены в грунте» 70 м (рис. 12.34).
Над «стеной в грунте» очень желательно располагать потерну. из которой удобно осуществить инструментальный надзор за эффективностью работы этого противофильтрационного устройства, а в случае необходимости можно провести ремонтные работы (инъекцией).
Траншеи иногда заполняют вынутым грунтом, обогащенного глинистым фунтом. Дополнительное уплотнение грунта обычно не производится.
При малой глубине (до 810 м) стенки можно делать жесткими, опуская в траншеи плиты из сборного железобетона с последующим омоноличиванием швов. В этом случае в основании образуется диафрагма.
В последнее время получила развитие струйная геотехнология создания «стены в грунте» без траншейным способом [19].Эта технология нашла, к примеру, внедрение при строительстве Сангтудинского гидроузла на реке Вахш в Таджикистане.
Струйную геотехнологию можно рассматривать как строительную геотехнологию: одно из направлений горной скважинной геотехнологии [19].
Здесь используется технология разрушения грунта водяной струей, гидротранспорт грунта на поверхность и замещение вымытого грунта твердеющим раствором.
Струйная технология осуществляется следующим образом: в пробуренную скважину опускают специальный
Эта технология называется однокомпонентной.
Если в мониторе монтируется соосная воздушная насадка для подачи воздуха под давлением, создавая воздушный поток вокруг струи раствора, то говорят о двухкомпонентной технологии. В двухкомпонентной технологии диаметр грунтобетонной колонны существенно больше, чем в однокомпонентной.
Возможна и трехкомпонентная технология (добавляется отдельно подача воды под большим давлением) (рис. 12.36).. Более подробно эти технологии изложены в указанной выше литературе.
Применение струйной технологии ускоряет и удешевляет процесс создания «стены в грунте», но качество этой конструкции удается оценить позже при анализе работы этих противофильтрационных устройств.
Проектное расстояние между скважинами обычно около 1,5 м, диаметр около 160 мм. Имеется опыт создания этим методом диафрагмы в дамбе высотой 60 м.
Давление при подаче цементного раствора до 0,5 МПа. Размыв фунта под давлением до 32 МПа (возможно и больше), сжатый воздух под давлением до 0,8 МПа. Скорость подъема монитора от 6 до 12 см/мин. Создание в дамбе завесы снизило расход воды в 3 раза. Прочность на сжатие полученного материала в этой завесе от 6 до 12 МПа, а на растяжение до 1,2 МПа, модуль Юнга 7783 МПа.
Фактическая толщина завесы была от 25 до 60 см. В теле завесы были отдельные включения до 50 см диаметром. Эта завеса выполнена по трехкомпонентной технологии, но большинство компаний используют однокомпонеиг ную технологию, но делают несколько рядов. Часто результаты снижения проницаемости более существенны.
Иногда за перечисленными противофильтрационными устройствами в основании целесообразно устраивать дренажные скважины, которые позволяют проверять и контролировать эффективность работы противофильтрационных устройств в различные периоды эксплуатации сооружения. В большинстве случаев дренажные скважины устраивают из тех же галерей, что и инъекционную завесу, но иногда выполняют и самостоятельные дренажные галереи.
Пример плотины с инъекционной завесой в аллювиальной части основания показан на рис. 12.37. В этом случае мощность аллювиального слоя из условия производства работ увеличивалась искусственно.
3. Мощность проницаемых отложений мала (до 1020 м). В этом случае возможно применение самых разнообразных устройств в основании. При проектировании плотины с ядром возможна выемка проницаемого аллювия и сопряжение ядра непосредственно с водоупором в виде замка из материала ядра (рис. 12.38) или бетона.
4. Проницаемые отложения отсутствуют или их мощность мала, но скала, подстилающая их, сильно трещиновата. В этом случае противофильтрационное устройство тела плотины непосредственно сопрягается с водопроницаемым трещиноватым скальным основанием. При быстро выветривающихся породах (обычно полускальные) после вскрытия котлована поверхность покрывают битумом, торкретом или глинистым грунтом. Противофильтрационное устройство в основании в этом случае может выполняться в виде инъекционных завес.
Необходимость устройства завесы, часто в сочетании с дренажом, определяется геологическими изысканиями и фильтрационными расчетами. Во всех случаях завеса должна предотвратить вынос фильтрационным потоком заполнителя трещин основания. Для этой же цели служит и дренаж, который перехватывает фильтрационный поток за завесой и организационно отводит его в нижний бьеф. Завеса в дренажные скважины часто выполняются из потерн, расположенных в бетонной подушке, зубе или просто с поверхности основания, ядра или экрана (рис. 12.39).
При такой схеме устройства завесы часто возникают задержки в производстве работ по противофильтрационному устройству, так как работы в бортах (выемка скалы под потерну, бетонные работы, покрытие поверхности бетона водонепроницаемым покрытием и т. д.) трудоемки. Учитывая сказанное, удачным решением можно считать устройство завесы и дренажа для каменноземляных плотин из галерей, заложенных в основании плотины (рис. 12.6).
Сопряжение такой завесы с ядром или экраном осуществляется восходящими скважинами.
Указанный способ создания противофильтрационного устройства в основании удобен еще и тем, что позволяет более детально исследовать грунты основания при проходке штолен в основании и вести работы по созданию галереи и инъектированию независимо от ведения основных работ по плотине. Остаета только один контрольный срок завершения работ (общий для всех работ по плотине) наполнение водохранилища.
Глубина инъекционной завесы устанавливается на основе геологических изысканий и обычно составляет (0,15Ю,6) Н, но имеются случаи, когда завеса достигает глубины 2Я.
5. Мощность проницаемых отложений мала или они отсутствуют, например, в бортах, или подстилаются малопроницаемым скальным основанием. В этом случае специальных противофильтрационных устройств в скальном основании не требуется и ограничиваются врезкой противофильтрационного устройства тела плотины в скалу. Такие случаи очень редки.
При возведении плотимы из грунтовых материалов на нескальном основании, водопроницаемость которого не превышает водопроницаемости ядра (экрана) тела плотины, последние сопрягаются с основанием аналогично сопряжению с малопроницаемым скальным основанием с предварительным удалением верхнего растительного слоя или слабых илистых отложений. В основании дополнительных противофильтрационных устройств не требуется.
Сопряжение упорных призм грунтовых плотин с основанием. В этом случае должна обеспечиться максимальная прочность (устойчивость) плотины. Все случаи сопряжения разделяют на следующие.
1. В основании залегают значительно более слабые грунты (часто илы), чем грунты упорных призм. Устойчивость сооружения на таком основании будет определяться прочностными показателями грунта основания. Примеров строительства сооружения в таких условиях много. Прежде всего, необходимо предусмотреть мероприятия по повышению прочности и снижению деформируемости такого основания, если это возможно по технологии производства работ (см. п. 12.2). Затем независимо от упрочнения основания следует проверить грунт основания на фильтрационные деформации на контакте основания с упорной призмой. Если фильтрационные деформации имеются, то необходимо укладывать фильтр между основанием и упорной призмой в соответствии с рекомендациями п. 12.2. На Асуанской плотине укладка фильтра под воду на глубину до 20 м была затруднена, и там был применен новый, ранее не встречавшийся в практике плотнностроения способ предотвращения фильтрационных деформаций подводный замыв отсыпаемой каменной наброски песком (рис. 12.5). Возводить упорные призмы из значительно более прочного (по значениям <р и с) материала, чем основание, не всегда целесообразно. Идти на это следует только при отсутствии менее прочного и более дешевого материала.2. В основании залегают равнопрочные телу упорных призм грунты. В этом случае следует убрать только верхний почвенный слой.
3. Основание скальное, но прикрыто рыхлыми небольшой мощности отложениями. Эти отложения должны быть исследованы в лаборатории и определенны прочностные показатели отложений в условиях ненарушенной структуры. Если эти показатели ниже соответствующих прочностных показателей фунта упорных призм, то рыхлые отложения должны быть убраны. Если разница в значениях сопротивления сдвигу материала упорных призм и отложений невелика, а рельеф местности не способствует формированию плавной поверхности обрушения по этим отложениям, то они могут быть оставлены в основании упорных призм.
