ВЫБОР ТИПА ГРУНТОВОЙ ПЛОТИНЫ
Выбор типа плотины из грунтовых материалов наиболее ответственное решение при проектировании гидроузла. Оно должно приниматься на основе техникоэкономического сопоставления вариантов всего гидроузла с учетом эффекта от сроков ввода сооружений в эксплуатацию. На выбор типа плотины с учетом производства работ влияют: наличие тех или иных грунтовых материалов в специальных карьерах и возможность использования грунтов из полезных выемок; климатические условия в районе строительства; геологические условия в основании и бортах плотины; назначение плотины и ее высота; топографические условия в створе; транспортные условия района строительства; гидрологические условия; квалификация и технические возможности строительной организации; сроки строительства гидроузла; емкость водохранилища
Свойства грунтов в карьерах и расстояние карьеров от створа плотины во многом предопределяют ее тип. Карьеры мелкозернистых грунтов, которые могут использоваться для тела плотины или противофильтрационных элементов, исследуют для определения их объемов, прочностных и фильтрационных свойств, однородности гранулометрического состава. При возможности выбора предпочтение следует отдавать более «тощим» и скелетным грунтам. При строительстве высоких и сверхвысоких каменноземляных плотин предпочтение обычно отдают мелкозернистым грунтам с включениями крупнообломочных грунтов (материалы конуса выноса и морена) как менее деформируемым, более прочным и удобоукладываемым, хотя они часто требуют дополнительных технологических операций по осреднению гранулометрического состава и отбору крупных (обычно более 200-300 мм) фракций. Если такие грунты в окрестностях створа отсутствуют, то их создают, искусственно смешивая глинистый грунт и гравийногалечниковый грунт или горную массу часто в пропорции 1:1 по весу.
При строительстве низких и средней высоты плотин часто предпочтение отдают. песчаным и песчаногравелистым грунтам, так как в этом случае можно использовать средства гидромеханизации. Чаще всего возводят однородные пло I тины или плотины с ядром, которое образуется при фракционировании в процессе намыва. При отсутствии на месте строительства мелкозернистых грунтов, пригодных для противофильтрационного элемента тела плотины, последний может выполняться из негрунтовых материалов. Окончательное решение за техникоэкономическим сопоставлением вариантов гидроузла, включая в сопоставлении водосбросные сооружения и водоводы здания ГЭС.
Наименее приемлемым материалом для тела или противофильтрационного элемента плотины является глина. Для упорных призм наиболее предпочтительными являются щебенистые, гравийные и гравийногалечниковые грунты. Горная масса, получаемая при взрыве скалы, также часто применяется для тела упорных призм. Полускальные грунты, используемые в теле плотины, требуют тщательных исследовании выветриваемости под влиянием воды и колебаний температуры. Эти грунты менее приемлемы для тела плотины, хотя тенденции к их использованию в настоящее время имеются. Часто используются гравийногалечниковые конгломераты, мергели и т.д.
Климатические условия во многом диктуют выбор типа плотины и грунтов. В условиях Крайнего Севера и в районах с большим числом дождливых дней предпочтение отдают плотинам однородным или с экраном, а иногда и с диафрагмой. В этом случае первостепенное значение имеют мелкозернистые грунты. Предпочтение отдают более «тощим» грунтам. Если плотина создает водохранилище для водоснабжения, а забор воды осуществляется из нижнего бьефа, то для тела однородной плотины или противофильтрационного устройства могут выбираться песчаные грунты. Если плотина создается для энергетических целей и песчаные грунты предпочтительны по климатическим условиям створа, то необходимо техникоэкономическое сопоставление вариантов с учетом ущерба от потери воды на фильтрацию. В этом случае определяющим может стать емкость водохранилища и среднемноголетний расход. При больших расходах и большой емкости водохранилища (более 1 км3) песок может оказаться приемлемым материалом.
Скальное основание создает предпосылки для строительства каменноземляных и каменных плотин. На сжимаемых основаниях более целесообразны земляные плотины, хотя примеры строительства каменноземляных плотин в подобных условиях имеются.
Назначение плотины во многом влияет на выбор ее типа. Выше уже рассматривались некоторые примеры такого влияния. Если плотина имеет специальное назначение (шламохранилище или хвостохранилшце), то охрана окружающей среды часто становится определяющей. Для предотвращения распространения веществ, вредных для растений, животного мира или человека, экраны или ядра необходимо выполнять из жирных глинистых грунтов, как очень малопроницаемых, несмотря на то, что их укладка сложна и дорога. Часто экранируют даже ложе шламонакопителя или хвостохранилища, а если этого недостаточно, то дополнительно или вместо глин укладывают негрунтовые материалы.
Если плотина строится для защиты от селей, она вообще может не иметь противофильтрационного устройства, а топография в этом случае может предопределить метод возведения плотины: отсыпка или строительство взрывом на выброс или сброс.
Топография может стать определяющей при выборе типа плотин, которые строятся и для других целей (энергетических, водоснабжения и т. д.). Если топографические и другие природные условия позволяют экономично возвести плотину с помощью направленного взрыва, то тип плотины выбирают исходя из метода производства работ: без противофильтрационного устройства, если это возможно и экономически целесообразно; с экраном из грунтового или негрунтового материала; с инъекционной диафрагмой.
В случае, если створ недостаточно экономически выгоден для устройства плотины направленным взрывом, но недоступен для строительства дорог, предпочтение все же отдают плотине, которую можно возвести взрывным методом. Плотина с негрунтовым противофильтрационным устройством может стать предпочтительной при связи района строительства с промышленно развитыми регионами постоянным водным или железнодорожным транспортом или при наличии в нем сравнительно дешевого материала (шпунт, цемент, асфальт и т. д.) для негрунтового противофильтрационного устройства. В противном случае такой тип плотины часто оказывается экономически невыгодным.
Немаловажную роль при выборе типа плотины играют квалификация работников строительной организации, которой будет поручено строительство плотины, и ее техническое оснащение. При этом сроки строительства гидроузла также могут диктовать условия при выборе типа плотины.
