Для уменьшения фильтрационного давления на подошву плотины и исключения опасности выщелачивания бетона при коэффициенте фильтрации основания kф≥0,1 м/сут в составе подземного контура предусматриваются противофильтрационная завеса и дренаж (см. рис. 3.1, б). Их устройство позволяет также уменьшить потерю воды из водохранилища на фильтрацию, предотвратить или резко уменьшить механическую и химическую суффозию грунтов основания. ’
Противофильтрационные завесы выполняются нагнетанием в буровые скважины цементного раствора с пластифицирующими добавками, цементно-глинистого раствора или битума. Битумные завесы выполняются преимущественно в тех случаях, когда цементная завеса подвергается разрушению агрессивными водами.
В некоторых случаях целесообразно комбинированное применение различных материалов, например горячая битумизация крупных трещин с последующей цементацией более тонких трещин при скоростях фильтрации более 600 м/сут или в условиях карста и крупных каверн.
В плотинах с напором до 30 м для создания противофильтрационных завес может применяться любой из указанных материалов. Для более высоких плотин применяются в основном цементационные противофильтрационные завесы, а в случае противопоказаний для их применения рекомендуется устройство завес с применением вибродомола цемента, введением пластификаторов, использованием сульфатостойких, глиноземистых, белитовых и других цементов.
Глубина противофильтрационных завес назначается в зависимости от фильтрационных свойств пород основания и требований по снижению противодавления на подошву плотины. Обычно глубина противофильтрационных завес составляет 0,5—1 нормального расчетного напора на плотине. При наличии карстовых явлений глубина завес может быть значительно больше. Однако во всех случаях противофильтрационная завеса должна несколько врезаться в водоупорные породы или достигать пород, характеризуемых удельным водопоглощением 0,01—0,05 л/мин.
Удельным водопоглощением скважин называется водопоглощение, отнесенное к 1 м напора и 1 м глубины скважины. Удельное водопоглощение скважины можно определить по формуле
(3.6) где Q — полное водопоглощение скважины при испытании под напором, л/мин; Нс — напор, при котором производилось испытание скважины, м; т — мощность опробуемого интервала, т. е. глубина скважины в пределах испытания нагнетанием, м.
Таблица 3.3. Допустимые градиенты напора на противофильтрационных завесах
При отсутствии дренажа основания указанные значения Δ снижаются на 20—25 %.
Для завес, достигающих водоупора, напор Δ определяется методом ЭГДА с учетом водопроницаемости завесы.
Расстояние от напорной грани плотины до оси цементационной завесы должно быть (0,1...0,25)b, где b — ширина подошвы плотины, м.
При создании противофильтрационных завес уплотняющий раствор нагнетается в скважины диаметром 45—76 мм, которые создаются в 2—3 ряда бурением, из специальной цементационной галереи через слой бетона фундаментной части плотины. Расстояние между рядами скважин зависит от степени трещиноватости пород основания и обычно составляет 1,5—4 м. Примерно таким же принимается и расстояние между скважинами в ряду, но не менее 2 м.
Для снятия или резкого уменьшения фильтрационного противодавления на подошву плотины и отвода профильтровавшейся воды с низовой стороны противофильтрационной завесы обычно устраивается дренаж основания. Он состоит из 1—2 рядов скважин, выходящих в нижнюю специальную дренажно-смотровую галерею плотины.
Рис. 3.10. Конструкции защитных экранов:
а — торкрет по металлической сетке; б — железобетонные плиты; 1 — грунтовка; 2— подготовка основания из двух-трех слоев асфальтовой мастики; 3 — торкрет; 4 — железобетонные плиты толщиной 8 см; 5 — защитная шайба диаметром 80 мм; 6 — анкерный болт
Габариты этой галереи должны позволять установку оборудования для очистки старых и бурения новых дренажных скважин. В невысоких плотинах дренажная галерея может не устраиваться, и в этом случае дренажные скважины выходят в цементационную галерею.
Диаметр дренажных скважин обычно назначается не менее 25 см, а расстояние между скважинами — 2—
5 м. Глубина бурения дренажных скважин составляет 0,5—0,75 глубины противофильтрационной завесы. Дренажные скважины располагаются за низовой гранью завесы на расстоянии не менее расстояния между скважинами и не менее 4 м.
Для снижения фильтрационного давления в теле плотины и исключения опасности выщелачивания бетона противофильтрационные устройства предусматриваются и в теле плотины. Для уменьшения фильтрации воды в тело плотины у верховой ее грани укладывается слой бетона повышенной водонепроницаемости толщиной 2—3 м. В этом случае обычно дополнительной защитной облицовки напорной грани не требуется.
Но иногда с целью повышения поверхностной прочности бетона вместо обычной опалубки применяются специальные бетонные опалубочные блоки толщиной 0,3—0,6 м, изготовленные из особо плотного бетона.
При значительной агрессивности речной воды, помимо соответствующего подбора состава защитного слоя бетона, применяется гидроизоляция напорной грани плотины в виде асфальтовой штукатурки, литого асфальта или оклеенной гидроизоляции из рулонных материалов. Такая гидроизоляция в зоне переменного уровня воды покрывается экраном для защиты от действия льда, плавающих тел и пр. Примеры конструкций таких экранов показаны на рис. 3.10.
Рис. 3. 11. Сопряжение дренажных труб с галереями: 1 — дренажные трубы; 2 — сборный кювет; 3 — дно галереи
Для перехвата и отвода воды, профильтровавшейся через защитный слой бетона и строительные швы, вдоль верхней грани плотины устраивается вертикальный дренаж тела плотины (см. рис. 3.1, б). Он выполняется в виде вертикальных скважин или блоков из пористого бетона, располагаемых непосредственно за защитным слоем бетона примерно на расстоянии 2—2,5 м от напорной грани с учетом условия
(3.8) где bд — расстояние от напорной грани до оси дренажа, м; γ — превышение расчетного уровня воды в верхнем бьефе над расчетным сечением дрены, м; Iдоп=20 — допустимый градиент фильтрационного напора для бетона плотины.
Диаметр дренажных труб 15—20 см, а расстояние между их осями — 2—3 м. Профильтровавшаяся в дрены вода отводится из них продольными галереями в теле плотины, откуда поперечными галереями отводится в нижний бьеф. Поперечные размеры галерей определяются их назначением. Цементационная галерея имеет ширину 2,5 м и высоту 3—3,5 м с увязкой этих размеров с габаритами бурового и цементационного оборудования. Наименьшие размеры обычных галерей: ширина 1,2 м, высота 2 м.
По высоте продольные и поперечные галереи располагаются в плотине через 20—30 м. В самую нижнюю галерею поступают иногда и дренажные воды основания. Конструкция сопряжения дренажных труб с продольными галереями может быть различной. Наиболее простая конструкция такого сопряжения показана на рис. 3.11.
Продольные и поперечные галереи кроме приема и отвода дренажных вод используются еще для контроля состояния бетона, прокладки коммуникаций (электросети, воздуховодов, канализации), установки контрольно-измерительной аппаратуры, выполнения ремонтно-восстановительных работ, в транспортных целях.
