Каменно-земляные плотины - Врезка плотин в береговые склоны

3-7. ВРЕЗКА ПЛОТИН В БЕРЕГОВЫЕ СКЛОНЫ. КОЛЬМАТАЖ ОСНОВАНИЯ. ВЫБОР ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ В ОСНОВАНИИ ПЛОТИН
Если основание каменно-земляной или каменнонабросной плотины по всей ее длине представлено скальными грунтами, то врезка плотины в береговые склоны определяется необходимостью удаления непригодных пород в пределах котлована с устройством зуба и выполнением противофильтрационной завесы. Глубину врезки завесы в склоны определяют фильтрационными расчетами и проверяют методом ЭГДА на пространственной модели. Если скальные грунты склона прикрыты толщей наносных отложений, то может потребоваться выполнение более сложной врезки.
На плотине Марморера высотой 91,0 м скальное основание одного из береговых склонов прикрыто толщей отложений морены и осыпей. Здесь сопряжение ядра плотины со скалой выполнено бетонной стенкой высотой до 72 м, которой прорезана вся толща отложений. Стенка выполнена горным способом при помощи шахт и штолен. Подобным образом выполнено сопряжение на плотине Пиано Палу. На плотине Минасэ для сопряжения с левым берегом сделана глубокая врезка бетонного зуба диафрагмы (см. рис. 3-9). Подобная врезка в левобережный склон плотины Локварка глубиной до 25 м выполнена из двух штолен диафрагмой, образованной цементацией.
При выборе противофильтрационных устройств в ряде случаев следует учитывать возможности изменения фильтрационных характеристик грунтов основания за счет их кольматажа.

На строительстве Нурекской плотины для кольматажа аллювия и сброшенного в русло камня при проходке строительного туннеля была построена временная водосливная перемычка высотой около 20,0 м, которая просуществовала менее года, но в течение одного паводкового сезона перед ней отложилась толща наносов, позволившая существенно облегчить конструкцию сопряжения постоянной перемычки высотой 65,0 м с заиленным аллювием. Слабая водопроницаемость такого аллювия позволила вскрыть котлован глубиной до 16 м (в аллювии) под ядро плотины с ничтожным притоком грунтовых вод, а первая очередь Нурекской плотины при высоте 128,0 м была пущена в эксплуатацию практически на таком основании.
Основанием Байпазинской плотины на р. Вахше высотой 58,0 м, построенной в предпаводковый период 1968 г., служит 12-метровая толща заиленного аллювия. Плотина была построена без подготовки котлована с использованием силы направленного взрыва. Для обеспечения водонепроницаемости плотины плоскими зарядами в русло и на верховой откос было сброшено 30 тыс. м³ аллювия и суглинка. Надо полагать, что в результате этого на плотине был создан символический по водопроницаемости экран, о чем свидетельствует первоначальная фильтрация через плотину 5 м³/с. По мере отложения наносов перед плотиной и на верховом ее откосе фильтрация снизилась до 1 м³/с, а за два паводковых сезона толща отложившихся наносов перед плотиной достигла ее подпора и фильтрация через Байпазинскую плотину практически прекратилась.
В 1961 г. на р. Сулаке в Дагестанской АССР была построена Чирюртская плотина высотой 37,5 м. Тело плотины отсыпано из аллювия, ядро — из суглинка. За 9 лет эксплуатации перед плотиной отложилась толща наносов 22—23 м и глубина воды перед плотиной уменьшилась до 7,0 м.
Если предварительный кольматаж не представляется возможным за счет сооружения временной перемычки, то это можно получить за счет временного и частичного заполнения водохранилища. Об этом свидетельствует опыт строительства плотины Фейстритц на р. Драва в Австрии: во время строительства водохранилище было частично заполнено, в результате чего в водохранилище образовался слой наносов 0,5 м с kф=2-10-7 см/с. Это позволило снизить потери на фильтрацию с 7,5 до 4,3 м³/с. Плотина построена на 100-метровой толще водопроницаемого аллювия, перекрытого стенкой-диафрагмой на глубину 43 м, где залегают тонкозернистые пески с kф=10-4 см/с.
Если организовать естественный кольматаж основания не представляется возможным, то этого можно добиться, в частности, перед перемычками за счет сброса мутных вод, откачиваемых из котлована. При подготовке котлована здания Иркутской ГЭС, проходимого в аллювии, алевролитах и песчаниках, за счет сброса мутной воды из котлована перед перемычками, построенными на водопроницаемом аллювии, были созданы экраны и понуры из отложившихся наносов.

При возведении плотины методом отсыпки материалов в воду камень можно искусственно закольматировать песком. Лабораторные и натурные наблюдения на Высотной Асуанской плотине показали, что мелкозернистый песок и даже глинистый раствор задерживаются в порах каменной наброски, что делает ее достаточно водонепроницаемой и позволяет в таком материале снизить градиент фильтрации до 0,65. Опыты показали, что хорошие результаты по замыву наброски песком получаются при следующем отношении исходных материалов:. Заполнение получается более плотным и полным при наличии некоторого градиента фильтрации.
Тип противофильтрационной устройства в основании плотины выбирают, исходя из инженерно-геологических условий створа плотины, ожидаемой ее осадки, условий производства работ, а также наличия местных материалов. Этот вопрос решают в проекте комплексно с вопросом противофильтрационных конструкций плотины.
Опыт проектирования, исследований, строительства и эксплуатации противофильтрационных устройств в основании плотин позволяет сделать некоторые обобщения.

1. При проектировании противофильтрационных устройств плотин, основанием которых являются наносные отложения, напор фильтрационного потока при его выходе в нижний бьеф может быть эффективно снижен дренажными устройствами (штольнями и скважинами, системой плоского дренажа по подошве плотины и за ее пределами).
2. При наличии толщи наносных отложений, независимо от их состава, характеризующегося коэффициентом фильтрации   10-2 см/с, сопряжение противофильтрационных устройств плотины с водоупором может быть осуществлено противофильтрационной завесой, создаваемой инъекцией глино-цементных растворов, или стенкой, выполняемой в траншее под защитой бентонитового раствора. Вполне оправдали себя комбинированные противофильтрационные устройства в виде понуров и различного рода дренажей, они могут быть рекомендованы для широкого применения.
3. При скальном основании, прикрытом небольшой толщей наносных отложений, последние необходимо удалить только в пределах котлована под ядро или экран с устройством бетонного зуба и противофильтрационной завесы в скальном основании.

При строительстве плотин на реках, несущих большой твердый сток (например, Вахш, Пяндж, Сулак), при выборе противофильтрационных устройств следует учитывать возможности кольматажа основания.