3-6. ДРЕНАЖ ПОДОШВЫ И ОСНОВАНИЯ ПЛОТИН
Для каменнонабросных плотин на скальном основании устройства дренажа не требуется, так как при сохранении фильтрационной способности каменной наброски в ней не может образоваться противодавление. Однако, когда основание представлено слабыми и нарушенными породами (особенно для высоких плотин), по подошве за ядром и в самом основании предусматривают устройство дренажа.
Рис. 3-19. Плотина Ванапум.
1 — ядро; 2 — переходная зона; 3 — фильтр; 4 — каменная наброска, отсыпанная в воду; 5 — проницаемый грунт, отсыпанный в воду; 6 — проницаемая отсыпка; 7 — крепление откоса камнем; 8 — аллювий; 9 — скала; 10 — траншейная грунтовая стенка
Рис. 3-20. Режим фильтрации в ядре и основании плотины Беннет.
1 — ядро из песчано-илистого грунта; 2 — первый слой фильтра из песка; 3 — второй слой фильтра из песчано-гравийной смеси; 4 — карьерная супесчаная морена с камнем; 5 — промытый гравийно-песчаный грунт; 6 — крупный камень; 7 — дренажные скважины; 8 — противофильтрационная завеса; 9 — тонкозернистые сланцы и песчаники; 10 — дренаж.
Такой дренаж с трубами для быстрого отвода фильтрующейся воды уложен под всей подошвой низового клина плотины Беннет. Если основанием плотины являются вымываемые- (аллювиальные) или размываемые (глины и делювиальные) грунты, то устройство дренажа подошвы является обязательным и надежность эксплуатации такой плотины в значительной степени зависит от работы дренажа.
Для обеспечения надежных условий работы дренажные системы должны быть спроектированы так, чтобы их можно было осматривать, тогда будет достигнута возможность вести наблюдения за работой не только дренажной системы, но и плотины в целом. На плотине Пиано Гречи дренажная система позволила установить, что осадки плотин вызваны разрушением камня кладки. Для определения количества воды, профильтровавшейся через плотину, дренажные выпуски должны оканчиваться мерным водосливом.В некоторых случаях дренаж основания устраивают в виде скважин и штолен. На плотине Хирфанли дренаж состоит из вертикальных скважин глубиной, равной высоте плотины в этом месте, расположенных под низовым клином.
На рис. 3-20 дан режим фильтрационного потока плотины Беннет и показано влияние на него дренажных скважин, расположенных на правобережном склоне.
Рис. 3-21. Плотина Хольес.
1 — ядро из морены; 2 — песчано-гравелистый грунт; 3 — фильтр; 4 — каменная, наброска; 5 — пригрузка; 6 — перемычки; 7 — противофильтрационная завеса; 8 — дренажная штольня; 9 — аллювий; 10 — трещиноватая скала.
Дренаж в виде вертикальных скважин сокращает пути фильтрации грунтовых вод в основании плотины, что увеличивает градиент фильтрации. Отдельные дрены, подсасывая грунтовую воду, могут вызвать местное увеличение скорости фильтрации. Чтобы избежать этого, необходимо дренажные скважины оборудовать обратными фильтрами, не допускающими выноса в них грунта.
В основании плотины Хольес (рис. 3-21) высотой 81,0 м, представленном сильно трещиноватыми порфиритами, трещины которых заполнены глиной, заложена дренажная штольня, которая в русловой части пройдена как разведочная. Аналогичные дренажные штольни выполнены в основании плотин Трангслет и Мессуаре.
Дренаж основания в виде дренажных скважин совершенно необходим для плотин, возводимых на толще наносных отложений.
Наиболее надежной защитой основания плотины, особенно береговых склонов за плотиной, является дренажная завеса, которую устраивают обычно в комплексе с противофильтрационной. Она является эффективным мероприятием, часто единственно возможным для снижения или даже полного снятия противодавления на береговые склоны за плотиной. Дренажные устройства в виде галерей, шахт и скважин концентрируют внутри отдельных зон остаточные после противофильтрационной завесы расходы фильтрационного потока и позволяют таким образом исключить нежелательное воздействие воды на остальную часть склона. Фильтрационный поток, будучи разрезан дренажной завесой, поступает через ее скважины в дренажные галереи и отводится за пределы дренируемого участка склона. Дренажная завеса является своего рода контролирующим устройством, так как позволяет судить о фильтрационном режиме при заполнении и эксплуатации водохранилища.
Стоимость дренажной завесы приблизительно в 10 раз меньше стоимости противофильтрационной.
На береговых склонах завесы выполняют в виде скважин диаметром 150—200 мм, пробуренных из ряда расположенных по высоте склонов дренажных штолен. Такая дренажная завеса выполнена на плотине Видра высотой 120,0 м (рис. 3-22). Основанием плотины являются гнейсы с включением парагнейсов, сланцев и магмативов. Правобережный склон более нарушен, чем левобережный, на левобережном склоне проложена дренажная завеса в виде буровых скважин, пройденных из двух дренажных штолен. Дренажная завеса расположена ниже противофильтрационной с отводом дренажных вод через цементационную галерею.
Рис. 3-22. Продольный разрез по плотине Видра.
/ — дренажные штольни; 2 — дренажные скважины; 3 — цементационная галерея; 4 — нижняя граница разрушенной (выветриванием) зоны; 5 — гнейсы; 6 — парагнейсы; 7 — водосброс.
Рис. 3-23. Продольный разрез по плотине Раунд. Бютт (а) и цементационные и дренажные штольни (б). 1 — левый верхний цементационный туннель; 2 — то же нижний; 3 — правый верхний цементационный туннель; 4 — то же нижний; 5 — депрессионная кривая в береговых склонах; 6 — туннель водосброса; 7 — строительный (он же деривационный) туннель; 8, 9 — слой базальта; 10 — скважины противофильтрационной завесы; 11 — скважины укрепительной цементации; 12 — дренажные скважины.
Для дренирования анизотропных различной водопроницаемости базальтовых пород береговых склонов плотины Раунд Бютт высотой 134,0 м предусмотрены дренажные штольни (рис. 3-23). Нижняя левобережная штольня при заполненном водохранилище дренировала до 760 л/с, а правобережная — около 370 л/с.
С наполнением водохранилища Чарвакской ГЭС появилась обходная фильтрация, что было вызвано наличием ранее выполненных здесь выработок, которые оказались дренами. Наличие на левобережном склоне каранкулитов — слоистых, трещиноватых, сильно разрушенных известняков, подрезанных выемкой отводящего канала, привело к их водонасыщению, появлению выходов воды на склоне и возникновению опасности устойчивости массива. Это определило необходимость их дренирования. После проходки дренажей штольни произошло почти полное осушение склона. Такая же штольня была пройдена и на правобережном склоне, что позволило коптировать выходящий источник термальных вод, связанный с водохранилищем.
Иначе решается подготовка и дренаж основания плотины, представленного сильно деформируемыми грунтами. Примером этому может служить плотина Деруэнт (см. § 2-7). Аналогично было подготовлено основание каменно-земляной плотины Арзал (см. § 9-6).
