Камень и каменные материалы для боковых призм

Для боковых призм грунтовых плотин используются рваный камень, окатанный камень, булыжник, материал осыпей, щебень, гравий и крупноскелетные несвязные грунты — галечно-валунный, гравелисто-галечный и песчано-гравелистый.

Камень может быть заготовлен из любых горных пород — изверженных, метаморфических, осадочных, предпочтительнее породы глубинные — граниты, сиениты, габбро, диориты и др., отличающиеся высокой прочностью и большой плотностью.

При строительстве высоких и сверхвысоких плотин преимущественно должны быть подобраны каменные материалы, не изменяющие своих свойств как во времени, так и под нагрузкой.

По СНиП П-53-73 допускается применение горной массы без сортировки и без ограничения гранулометрического состава, однако крупность камня не должна быть больше емкости ковша экскаватора, работающего на погрузку, а также половины высоты отсыпаемого слоя (при послойной укладке).

Пригодность камня для наброски устанавливается в зависимости от высоты плотины, местоположения и назначения его в поперечном сечении плотины, а также температурных условий района строительства. Например, требования прочности и крупности к камню, используемому в насыпи боковых призм каменно-земляных плотин, более пониженные, чем к камню, укладываемому в защитную наброску верхового, откоса или подэкрановую кладку каменнонабросных плотин; для наброски, возводимой высокими ярусами с уплотнением гидромониторами, рекомендуется камень более прочных пород, чем для насыпи плотины, возводимой из мелкого камня с послойным механическим уплотнением.

При оценке пригодности камня для наброски должны быть учтены его физические, химические и механические свойства, а также морозостойкость, выветриваемость, водопоглощение и размягчаемость. Оценка камня должна быть произведена как в породе, так и в куске.

При укладке камня по зонам камень недостаточно морозостойких пород должен быть уложен во внутреннюю зону, а прочный камень использован в более напряженных зонах.

Коэффициент размягчения для камня в наброске, находящегося ниже поверхности воды (нли подверженного переменному воздействию воды), должен быть не ниже 0,9 для изверженных и метаморфических пород и 0,8 — для осадочных (СНиП 11-53-73).

Особого рассмотрения требует вопрос выбора камня для несущих призм сверхвысоких плотин. Каменнонабросные и каменно-земляные плотины уникальной высоты стали строиться с недавных пор и опыт по их проектированию только накапливается. Известно, что в таких плотинах нагрузки от собственного веса и гидростатического давления (а также сейсмических сил) достигают большой величины, вследствие чего деформации развиваются интенсивнее. Это объясняется тем, что при высоте плотины 200—300 м острые углы и грани рваного камня под большой нагрузкой легко обламываются на контактах и происходят перемещения в скелете наброски. Поэтому для несущих призм сверхвысоких плотин применение слабых и выветрелых разновидностей пород подлежит особому рассмотрению. Кроме того, при наличии на месте гравелисто-галечного или галечно-валунного грунтового материала может оказаться целесообразной замена камня в плотинах (особенно в высоких и сверхвысоких) этим грунтовым материалом. Такая замена уменьшает объем экспериментальных работ и упрощает их характер, так как указанные испытания даже при нагрузках 40—60 кгс/см² можно производить в лабораторных условиях, исходя из того, что размеры, прочность, количество и характер контактов в гравелистом грунте в отличие от рваного камня не зависят от размеров призм. Такое мнение высказывается и зарубежными исследователями. Один из крупных американских специалистов С. П. Данн, например, считает, что при проектировании уникальных плотин необходим пересмотр исходных положений, существующих для плотин, освоенных строительством до сего времени, так как неизвестен характер деформаций сверхвысоких насыпей под нагрузкой; имеющийся опыт проектирования плотин высотой до 120—150 м не может быть непосредственно перенят при проектировании плотин высотой 250—300 м.

К. Терцаги придерживается мнения, что при строительстве сверхвысоких плотин следует пересмотреть и методы производства работ. Уникальные по высоте плотины он рекомендует возводить слоями небольшой толщины с послойным механическим уплотнением, воздерживаясь от метода сброса камия с большой высоты.

Терцаги считает также, что определение основных свойств каменной наброски лабораторным путем недостаточно; для этого необходимы опытные насыпи.

Следует отметить, что не только для сверхвысоких, но и для высоких плотин согласно СНиП 11-53-73 необходимо возведение опытной насыпи, включаемой по возможности в объем плотины. На опытной насыпи необходимо проверить основные физико-механические свойства каменной наброски для обоснования расчетных данных к проекту плотины в рабочей стадии, а также для опробования эффективности намечаемых методов укладки и уплотнения.

Независимо от опытной насыпи для плотин I и II классов любой высоты на стадии технического проекта необходимо проведение лабораторных исследований камня, устанавливающих следующие его показатели: пористость, водопоглощение, минералогический и химический составы, сопротивление сжатию (при естественной влажности, при полном водонасыщении и попеременном замораживании и оттаивании).

Кроме лабораторных исследований требуется также производство опытных взрывных работ и крупномасштабных полевых опытов по определению гранулометрического состава получаемой черной массы и угла естественного откоса наброски, а также коэффициентов разрыхления и осадки. Состав камня по крупности в ряде случаев устанавливается исходя из условий получения наибольшей плотности наброски, т. е. наименьшей пористости. Последняя назначается проектом исходя из типа и конструкции плотины и возможности ее получения в данных производственных условиях.

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