Каменно-земляные плотины - Требования к основаниям плотин

Глава третья
ОСНОВАНИЕ ПЛОТИН И ЕГО ПОДГОТОВКА

3-1. ТРЕБОВАНИЯ К ОСНОВАНИЯМ ПЛОТИН. СОПРЯЖЕНИЕ ЯДРА ИЛИ ЭКРАНА С ОСНОВАНИЕМ

Каменно-земляные и каменнонабросные плотины могут быть построены в сложных и малоблагоприятных геологических условиях, при которых невозможно возведение бетонных плотин. Однако и к грунтам основания предъявляются определенные требования:
а)  грунты должны иметь необходимую несущую способность и воспринимать без разрушения давление от плотины в пределах допустимых напряжений в них;
б)  грунты должны быть малосжимаемыми и устойчивыми на выпор из-под основания плотины;
в)  грунты должны обладать устойчивостью против суффозии, химической растворимости и разбухания.

Плотины из грунтовых материалов в зависимости от конструкции экрана могут в значительно большей степени, чем другие типы плотин, воспринимать осадки основания. Осадка плотины может произойти не только вследствие сжимаемости основания, но также под влиянием вымываемости грунтов основания, вызванной постоянным воздействием на них фильтрации. Поэтому, чтобы исключить такую возможность, требуется защита основания от размыва.
Водопроницаемость грунтов основания не может явиться причиной непригодности их как основания. В скальных породах их водопроницаемость устраняют инъекцией, а в нескальных пути фильтрации развивают до таких пределов, при которых проницаемость становится безопасной для сооружения, или их пересекают завесами (стенками).
Принцип развития путей фильтрации использован при проектировании плотины Тарбела высотой 147,9 м, которая возводится на 180-метровой толще водопроницаемых аллювиальных отложений, имеющих коэффициенты фильтрации в верхней зоне 0,01—0,04 см/с.
Малая водопроницаемость грунтов основания в значительной степени уменьшает затраты, связанные с подготовкой основания.
Грунты основания каменно-земляных плотин, особенно с ядром, могут быть более сжимаемыми, чем грунты основания каменнонабросных плотин; так, плотина Мактакуак высотой 56,0 м, объемом 4533 тыс. м³ (рис. 3-1), построенная на толще илистых грунтов мощностью 20 м, имеет развитый профиль и пригрузки за откосами.

Идеальные условия для строительства пло тин, которые удовлетворяли бы всем указанным выше требованиям, встречаются редко.
Выбором типа плотины, более пригодного для данных геологических условий, проведением специальных мероприятий по улучшению основания, надлежащей его подготовкой и применением соответствующих способов производства работ можно устранить все дефекты грунтов основания и построить надежно работающую плотину.
По геологическим условиям можно выделить следующие схемы сопряжения ядра или экрана плотины с основанием:

1. Мощность проницаемых наносных отложений велика и водоупор находится на недосягаемой глубине. В этом случае сопряжение экрана плотины с основанием достигается понуром с развитым дренажем по подошве плотины и в нижнем бьефе (плотина Тарбела).
2. Мощность проницаемых наносных отложений велика, но они по своему составу допускают устройство в них противофильтрационной завесы. В этом случае сопряжение плотины с основанием достигается бетонной стенкой или цементационной завесой в сочетании с понуром (плотины Терцаги и Высотная Асуанская) и дренажем в виде дренажных скважин за плотиной.
3. Мощность проницаемых наносных отложений доступна для их пересечения, а грунты по своему составу не допускают устройства в них цементационной завесы. В этом случае сопряжение ядра или экрана плотины с основанием достигается стенкой-диафрагмой (плотины Иркутская, Свифт-Крик и Ванапум).
4. Мощность проницаемых наносных отложений допускает их вскрышу в открытом котловане с водоотливом. В этом случае сопряжение ядра или экрана плотины с основанием в зависимости от глубины водоупора достигается бетонным зубом (плотина Мальпасо) или же ядро и экран располагают на водоупоре (плотины Майка и Чикоасен).
5. Мощность наносных отложений незначительна или же они отсутствуют и основанием плотины является скала, разрушенная в той или иной степени. В этом случае сопряжение ядра или экрана с основанием достигается удалением наносных отложений в котловане ядра или зуба и устройством противофильтрационной  завесы в скальном основании .(плотины Тиквеш и Колиманци).

Рис. 3-1. Плотина Мактакуак.
1 — ядро из валунной глины; 2 — переходные зоны из аллювия; 3— упорные призмы, уложенные слоями по 0,6 м и уплотненные за два прохода 8,5-тонного виброкатка; 4 — крепление крупным камнем; 5 — пригрузка рядовым камнем, отсыпанная слоями 0,9 м и уплотненная за четыре прохода 4,5-тонного виброкатка; 6 — крепление отборным камнем; 7 — перемычка; 8 — толща илистых грунтов мощностью 20 м.

Таким образом, основанием плотин может быть как скальное (различной сохранности), так и нескальное, а потому и подготовка таких оснований и сопряжения с ними плотин производятся по-разному.