Водоупорные элементы плотин и противофильтрационные мероприятия в основании и берегах
Возрастающие темпы и объемы современного гидротехнического строительства требуют совершенствования конструкций гидросооружений и способов их возведения. Это выдвигает новые проблемы по использованию полимеров, созданию на их основе соответствующих конструкций и новых способов производства работ. В связи с расширением производства сталей и полимерных материалов, обладающих высокой антикоррозийностью, водоупорностью, прочностью и эластичностью, открылись возможности для использования этих материалов в гидротехническом строительстве в качестве экранов или диафрагм. Преимуществом их является индустриализация изготовления и монтажа водоупорных элементов. Наиболее целесообразно использовать такие водоупорные элементы в суровых климатических условиях, поскольку полимерные экраны плотин из грунтовых материалов позволяют производить работы по их возведению круглогодично.
В Советском Союзе в 1965 г. была построена первая опытная плотина из грунтовых материалов с полиэтиленовым противофильтрационным экраном на р. Карасу (Киргизская ССР). Расчетный напор на плотине 5,5 м, длина плотины по гребню 258 м. В 1966 г. на строительстве верховой перемычки Токтогульской ГЭС были выполнены работы по устройству полиэтиленового экрана и понура вместо намечавшегося суглинистого, что позволило сократить строительство перемычки на 4 мес. Наравне с экранами распространение получают и пленочные полимерные диафрагмы.
Для плотин из грунтовых материалов могут быть применены различные конструкции полиэтиленовых экранов и диафрагм. Полиэтиленовая диафрагма применена на Атбашинской ГЭС, построенной в Киргизской ССР (рис. 10.11). В США (штат Миннесота) в 1976 г. построена плотина (высота I очереди 15 м) из грунтовых материалов различной крупности в отдельных зонах с экраном и понуром из поливинилхлоридной пленки толщиной 0,51 мм, уложенной на верховом откосе и прикрытой сверху защитным слоем из песчаного грунта. В результате проведенной работы выяснилось, что поливинилхлоридные пленки могут сохранять достаточную прочность и пластичность в течение 35— 70 лет их службы при условии, если они будут закрыты слоем минерального грунта и не будут подвергаться воздействию солнца и атмосферных явлений.
Получают применение также и пористые рулонные материалы типа поролона в качестве заполнителей защитных слоев пленочных экранов. Помимо пленочных экранов и диафрагм, возможны и другие типы противофильтрационных устройств и варианты применения полимерных материалов. Перспективно, например, использование высокопрочного листового полиэтиленметалла для создания экранов и диафрагм высоконапорных плотин из грунтовых материалов. Плакировка полиэтиленом листовой стали надежно предохраняет ее от коррозии, кроме того, такой стальной лист можно резать, штамповать, гнуть и сваривать.
Асфальтобетонные диафрагмы и экраны могут являться конструктивным решением противофильтрационного элемента для плотин из грунтовых материалов, особенно низкой и средней высоты.
Рис. 10.11. Атбашинская плотина.
1 — полиэтиленовая диафрагма; 2 — гравийно-галечниковый грунт; 3 — обратный фильтр; 4 — каменная наброска; 5 — горная масса; 6 — цементационная завеса; 7 — известняки.
Опыт строительства и эксплуатации плотин с асфальтобетонными диафрагмами за рубежом (плотина Валь-де-Гайо в Португалии высотой 65 м, Бигге высотой 55 м, Обернау высотой 69 м в ФРГ, Венемо высотой 64 м в Норвегии и др.) доказывает надежность и экономическую целесообразность такого решения. При проектировании плотин с металлическими и железобетонными диафрагмами необходимо обратить особое внимание на конструкции деформационных швов и на сопряжение диафрагмы с основанием. В ряде современных плотин предусматривают шарнирную заделку диафрагм в фундаменты с гидроизоляцией шва.
Одним из новых типов противофильтрационного устройства в теле плотины из грунтовых материалов является инъекционное ядро. Оно создается путем инъекции под давлением глино-цементного раствора через буровые скважины, пройденные в теле плотины, при этом поровое пространство в грунте, прилегающее к скважине, заполняется практически водонепроницаемым материалом, создающим ядро. В случае отсутствия глины могут быть использованы суглинок или лесс. Если в районе строительства имеется бентонит, то в глино-цементные и цементно-лессовые или цементно-глинистые растворы целесообразно добавлять тонкомолотый бентонит. Инъекционный способ создания ядра обеспечивает возможность возведения плотины бесперемычечным способом и сокращает сроки строительства. На рис. 10.12 приведен вариант каменнонабросной плотины, состоящей из двух каменных банкетов — верхового и низового, инъекционного ядра и прилегающих к нему боковых призм, выполненных отсыпкой грунта слоями из каменной наброски или крупнозернистого аллювия (в случае каменно-земляной плотины). Ширина ядра плотины определяется условиями статической, фильтрационной и суффозионной устойчивости. Эксплуатация плотин Серр-Понсон, Мессауре показала, что инъекция глино-цементного раствора для создания противофильтрационной завесы в крупнозернистых отложениях себя оправдала: коэффициент фильтрации после инъекции не превышает 104— 105 см/с.
Стальная наборная диафрагма является решением, при котором возможно круглогодичное возведение каменнонабросных плотин в местностях с суровыми климатическими условиями.
Рис. 10.12. Каменнонабросная плотина с инъекционным ядром.
1 — инъекционное ядро; 2 — каменные банкеты; 3 — боковые призмы, отсыпаемые слоями.
Ее применение целесообразно там, где отсутствуют на приемлемых расстояниях месторождения грунтов, пригодных для противофильтрационных устройств. Так, в построенной плотине Серебрянской ГЭС-П высотой 63 м применена металлическая шпунтовая диафрагма. На этой плотине произведены широкие и обстоятельные исследования.
