ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Для составления проекта каменнонабросной или каменно-земляной плотины необходимо выявление ряда факторов, без которых невозможно решение основных вопросов проектирования — выбора створа плотины, схемы компоновки узла, выбора типа и конструкции плотины и методов ее возведения.

К таковым относятся:

• инженерно-геодезическая, инженерно-геологическая, гидро-геологическая и инженерно-гидрологическая разведанность участка строительства;
• изученность карьеров строительных материалов как в отношении запасов, так и их качества;
• климатическая и сейсмическая характеристика района;
• значимость плотины и объекта строительства в целом в народном хозяйстве страны и условия пуска его по очередям;
• отдаленность плотины от ниже расположенных населенных пунктов, а также условия гражданской обороны.

Начиная проектирование плотины, необходимо организовать проведение изысканий, а также приступить к изучению основных вопросов организации производства работ на основе рекогносцировок (выполненных группой в составе изыскателей и проектировщиков) и общих соображений, широко используя богатый опыт отечественного и зарубежного плотиностроения.

Изучению карьеров следует уделить должное внимание, так как недостаточная изученность иногда приводит к ошибочным выводам об их пригодности и достаточности запасов материалов для сооружения плотины и является причиной для отказа в дальнейшем от запроектированного типа или коренного пересмотра проекта и стоимости не только плотины, но и узла в целом. Во избежание этого к поискам и разведке карьеров местных материалов должны быть предъявлены требования в соответствии с действующей «Инструкцией по составу и объему изысканий для гидроэнергетического строительства». Поиски и разведка карьеров строительных материалов проводятся с разной подробностью в зависимости от стадии проектирования.

Например, на стадии технико-экономического обоснования проекта (ТЭО), предшествующей стадии технического проекта, поиски и разведка карьеров производятся в объеме, достаточном для установления их местоположения и запаса пригодных материалов, физико-механических и фильтрационных свойств, путей подвозки и прочих данных, необходимых для выбора створа и принципиального решения о типе плотины.

На стадии технического проекта изыскательские работы по карьерам грунтов должны дать более подробный и полностью обоснованный материал применительно уже к выбранному варианту створа плотины для окончательного установления типа и конструкции плотины. На этой стадии проводится детальная разведка намеченных к использованию карьеров и устанавливаются наиболее эффективные методы их эксплуатации, а также производятся подробные исследования качества получаемых материалов. Установленные в результате разведки запасы строительных материалов должны на 20—30% превышать заявленную проектом потребность.

На этой же стадии должны быть уточнены объемы грунтовых материалов, используемых в теле плотины из полезных выемок (котлованов, туннелей).

На стадии рабочих чертежей могут уточняться отдельные технические решения, возникшие после вскрытия карьера, а также могут потребоваться опытные работы и специальные исследования. К изыскательским материалам по обоснованию проекта в части инженерной геодезии, геологии, гидрогеологии на разных стадиях проектирования предъявляются разные требования; последние подробно изложены в соответствующих пособиях.

По инженерно-геологическим и гидрогеологическим изысканиям, например, еще на этапе ТЭО должны быть проведены разведочные работы в объеме, достаточном для составления инженерно-геологической карты и инженерно-геологических разрезов, характеризующих конкурирующие участки створов. На этих разрезах должны быть освещены: строение всех основных геоморфологических элементов долины или ущелья и элементов геологической структуры, максимальная глубина эрозии и очертание коренного ложа, литологический состав пород, мощность этих пород, зоны выветривания и др. Кроме того, должны быть освещены физико-механические и фильтрационные свойства пород, глубина залегания грунтовых вод, уровень напорных вод, карстовые, оползневые, тектонические и прочие явления.
На стадии технического проекта инженерно-геологические изыскания должны проводиться в объеме, необходимом для обоснования выбранного створа плотины (и других сооружений узла) путем более детального освещения всех вышеперечисленных вопросов, а также выявления условий производств работ (разработка строительных котлованов, цементация основания и др.).

Для разведки скальных оснований сверхвысоких плотин наряду с буровыми скважинами должны быть пройдены штольни, шахты и смотровые скважины для решения наиболее ответственных инженерно-геологических задач при обосновании типа плотины и сопряжения ее с основанием.

Грунты исследуются как в лабораторных, так и полевых условиях. Опробование естественного состояния производится путем зондирования, а также бурения.

На стадии составления рабочих чертежей получают свое дальнейшее развитие опытно-фильтрационные и другие специальные исследования, в том числе опытно-строительные работы по отсыпке тела и ядра плотины, на основании которых уточняются проектные решения и некоторые условия производства работ. Опытные работы необходимо проводить также по устройству противо-фильтрационных завес. Проведение указанных работ может потребоваться и на стадии технического проекта, если возможность использования принятых для ядра грунтов или устройства завесы становится сомнительной.

В части гидрогеологии необходимо проведение специальных исследований, выявляющих данные для определения потерь на фильтрацию, величины фильтрационного давления, возможности механической и химической суффозии, притока воды в котлован, давления на дне котлована напорных вод, подпора подземных вод, агрессивных войств воды и содержание в ней вредных для дренажных сооружений примесей.

Все материалы по вышеперечисленным инженерным изысканиям, оформленные в виде отчета, являются неотъемлемой частью проекта плотины, без которой проектирование ее не может быть закончено. Значимость плотины в народном хозяйстве страны играет роль при назначении класса капитальности сооружения, определяющего значения коэффициентов запаса прочности, расчетных нагрузок, паводковых расходов, а также отметки гребня и отметок других сооружений.

При составлении проекта плотины должна быть учтена очередность ввода плотины в эксплуатацию вследствие пуска гидроэлектростанции на промежуточных уровнях водохранилища. Деление плотины по высоте на очереди требует устройства дополнительных сбросных сооружений на промежуточных отметках и вносит ряд изменений в проект производства работ. Если в нижнем бьефе сооружаемой плотины расположен крупный населенный пункт или имеются объекты большого народнохозяйственного значения, то в проекте плотины следует предусмотреть дополнительные меры предосторожности, повышающие степень ее надежности и исключающие повреждения плотины даже в чрезвычайных условиях путем увеличения запаса статической устойчивости, размеров водосбросных отверстий и т. д.

На основе вышеперечисленных данных в проекте плотины должны быть обоснованы следующие основные вопросы:

• створ плотины, расположение ее в плане и компоновка сооружений узла;
• выбор карьерных материалов, пригодных для плотины;
• тип, конструкция и размеры плотины и ее элементов;
• тип, конструкция и размеры временных и постоянных сбросных сооружений;
• конструкция сопряжения плотины с основанием и бортами и выбор типа противофильтрационных устройств в основании плотины;
• схема отвода реки и осушения котлована плотины;
• методы разработки карьеррв и способы транспортировки материалов;
• методы укладки и уплотнения наброски, фильтров и ядра или экрана плотины;
• сроки строительства плотины в целом и первой очереди;
• единичные расценки и сметные стоимости плотины и ее элементов в целом и по этапам строительства;
• технико-экономические показатели, в том числе первой очереди.

Створ плотины следует выбирать в результате технико-экономического сравнения ряда конкурирующих вариантов, проработанных на основе материалов проведенных изысканий и рекогносцировок.

Сопоставление проработанных вариантов должно производиться с учетом топогеологических особенностей створов, удобства расположения сбросных сооружений, перемычек трассировки подъездных дорог, а также удобства эксплуатации. При выборе карьеров следует обязательно учитывать возможность использования грунтов и камня из полезных выемок.

Р.А. Айрапетян, Проектирование каменно-земляных и каменнонабросных плотин, М., Энергия, 1975