Глава четвертая
конструкции плотин
4-1. ЗОНИРОВАНИЕ ГРУНТОВ И КАМНЯ В ПЛОТИНАХ
В зависимости от прочности используемого камня и его состава, а также для сокращения объема виброуплотнения каменной отсыпки применяется принцип выделения наиболее нагруженных зон для более усиленного уплотнения.
Основным назначением разделения профиля плотины на зоны является оптимальное использование имеющихся на месте грунтов и камня для обеспечения прочности, фильтрационной устойчивости и экономичности плотины. В большинстве случаев можно запроектировать профиль плотины с различным расположением в теле плотины грунтов и камня, а также различной степенью уплотнения их. Каждая из таких плотин будет в одинаковой степени устойчива, а поэтому окончательное деление на зоны определяется технико-экономическими сопоставлениями.
Для плотин с центральным или слабонаклонным тонким ядром с шириной подошвы от 0,20 Н до 0,35 Н по мере удаления от ядра к откосам проницаемость отсыпки должна прогрессивно возрастать. То же самое следует сказать и о распределении камня в упорном массиве плотин с экраном. Разделение насыпи на зоны зависит не только от типа плотины, но и от высоты ее, климатических и инженерно-геологических условий строительства.
Плотина Тальбинго (рис. 4-1) высотой 162,0 и длиной 701,0 м, построенная в Австралии, входит в состав сооружений каскада Снежных гор, имеет объем 14,488 млн. м3, в том числе камня 12,0, суглинка 2,282 и переходных зон 0,206 млн. м3.
Основание плотины Тальбинго является достаточно сложным: правобережный склон представлен довольно прочными слоями вулканического туфа, чередующимися со слоями риолита и падающими под углом 20—45° в сторону правого берега; левобережный склон более пологий, он сложен из менее прочных, выветрелых и разрушенных на глубину до 30 м риолитов. В русле грунты тектонически нарушены, прикрыты аллювием слоем до 12,0 м. Такие неблагоприятные условия основания плотины и наличие имеющихся грунтов и камня из полезных выемок предопределили ее тип и конструкцию. По подошве ядра выполнена поверхностная цементация и противофильтрационная завеса глубиной до 76,0 м. Для защиты от фильтрации правобережный склон на всю высоту покрыт понуром.
Рис. 4-1. Плотина Тальбинго.
f — поперечный разрез; б — правобережный понур; 1 — ядро; 2 — фильтры; 2' — переходная зона; 3, 4 — каменная отсыпка по зонам; 5 — крепление откоса каменной наброской; 6 — строительные отвалы; 7 — противофильтрационная завеса; 8 — поверхностная цементация; 9 — риолиты и туфы; 10 — поверхность склона.
Рис. 4-2. Плотины Маутхауз и Кастэйк.а — плотина Маутхауз:1 — центральная часть ядра из обогащенной смеси супесчано-щебенистого грунта с 1 % бентонита; 2 — остальная часть ядра из смеси супесчано-щебенистого грунта; 3 — двухслойная переходная зона; 4 — внутренняя часть боковой призмы из дробленого глинистого сланца; 5 — наружная часть боковой призмы из карьерного глинистого сланца; 6 — крепление откоса камнем; 7 — одерновка откоса; 8 — пригрузка; 9 — цементационная галерея; 10 — противофильтрационная завеса и поверхностная цементация; 11 — аллювий; 12 — глинистый сланец;
б — плотина Кастэйк: 1 — ядро из выветрелых глинистых сланцев; 2 — переходная зона из карьерного грунта;
- — переходная зона из сортированного грунта; 4 — дренаж из сортированного грунта; 5 — призма из аллювия; 6—низовая призма из смеси аллювия и песчаника; 7 — крепление откоса камнем; 8 — грунтоцементное покрытие откоса; 9 — пятирядная противофильтрационная завеса; 10 — аллювий; 11 — быстро выветривающийся песчаник.
Для отсыпки наклонного ядра использован грунт из полностью выветрившегося и разложившегося андезитобазальта. Грунт отсыпался слоями 0,2 м и уплотнялся кулачковыми катками, а в примыканиях к склонам — пневмоколесными катками. Переходные зоны двухслойные: речной гравий, уложенный слоями 0,3 м, и каменная мелочь — отходы карьера крупностью до 0,38 м, которые отсыпались слоями 0,45 м и уплотнялись виброукаткой. Камень для отсыпки плотины — риолиты получен из выемки канала водосброса. Разрушенный камень отсыпался слоями 0,9 м, а более прочный — слоями 1,8 м, поливался водой (при расходе 0,3 м3 воды на 1 м3 камня) и уплотнялся 10-тонным виброкатком.
Плотина Маутхауз (рис. 4-2,а) высотой 61,0 м и объемом 1 млн. м3 построена в ФРГ. Основанием плотины служат глинистые сланцы, серые вакки и конгломераты. Поскольку грунты тектонически нарушенные, предусмотрена противофильтрационная завеса.
Плотина отсыпана из мелкого и разного по качеству камня (глинистых сланцев и разнородных грунтов). Водонепроницаемость плотины достигается ядром, центральная часть которого выполнена из смеси супесчано-щебенистого грунта крупностью до 80 мм, обогащенной 5% песка и 1% бентонита. Центральная часть ядра прикрыта такой же супесчано-щебенистой смесью, но не обогащенной. Переходная зона двухслойная: один слой — супесь, сильно обогащенная песком, второй слой — песчано-гравелистый грунт. Боковые призмы выполнены из насыпи дробленых глинистых сланцев и карьерных глинистых сланцев. Верховой откос прикрыт камнем — серые вакки слоем 0,5 м, а низовой покрыт дерном по 1,5 м слоя растительного грунта.
Центральная часть ядра укладывалась слоями 0,2 м и уплотнялась укаткой. Для повышения суффозионной устойчивости карьерного грунта первый слой переходной зоны обогащался песком. Кроме того, для его обогащения добавлялось 40% отсеянного камня крупностью 15—30 мм. Отсыпка и уплотнение этой зоны велись аналогично отсыпке и уплотнению ядра.
Во второй слой переходной зоны отсыпался карьерный грунт крупностью до 150 мм слоями по 0,6 м и уплотнялся укаткой. Во внутреннюю часть боковых призм отсыпались дробленые глинистые сланцы крупностью до 200 мм слоями по 0,6 м, а в наружную — карьерный камень крупностью до 1000 мм слоями по 1,2 м. Каждая из этих зон уплотнялась виброукаткой. Приготовление грунтов и камня для отсыпки плотины производилось на дробильно-сортировочном заводе.
Плотина Кастэйк (рис. 4-2,б) высотой 102,0 м, длиной 1586 м и объемом 33,7 млн. м3 построена в США. Основанием плотины являются голубоватые песчаники, которые при вскрытии быстро выветривались, поэтому при разработке их немедленно прикрывали слоем 0,5 м водонепроницаемого грунта с влажностью на 3% выше оптимальной. В основании плотины глубиной до 30 м выполнена противофильтрационная завеса.
Песчано-гравийный грунт из котлована в русловой части плотины складировался для дальнейшей рассортировки, а непригодный поступал в отвал.
Внутренняя часть переходной зоны с верховой стороны ядра отсыпана от специально подобранных грунтов с использованием песчаника из полезных выемок. Внешняя часть переходной зоны выполнена из отсортированной песчано-гравийной смеси крупностью до 38 мм. Грунт отсыпался слоями 0,3 м и уплотнялся трехвальцевым виброкатком.
Дренаж уложен из сортированных грунтов, как и переходная зона 3, но большей крупности. Грунт отсыпался слоями по 0,6 м и уплотнялся виброукаткой. Верховая призма выполнена из аллювия, полученного из полезных выемок и карьера. Грунт отсыпался слоями 0,38 м и уплотнялся виброукаткой. Низовая призма выполнена из аллювия и песчаника крупностью до 250 мм, полученных из полезных выемок и карьера. Грунт отсыпался слоями по 0,25 м и уплотнялся за четыре прохода пневмоколесного катка. Грунт для дренажа, а также заполнители для бетона готовились на обогатительной установке.
Таким образом плотина отсыпана из различных по качеству грунтов и камня. Ядро выполнено из глинистых сланцев, полученных из полезной выемки, в которой фракций мельче 4,76 мм содержится 60%, а щебень не крупнее 152 мм. Грунт с числом пластичности более 7% укладывался слоями по 0,15 м и уплотнялся за 12 проходов однобарабанного гладкого катка.
Верховой откос одновременно с заполнением водохранилища покрывался грунтоцементным покрытием толщиной 0,6 м, на что потребовалось 190 тыс. м3 грунтоцемента. Для грунтоцементного покрытия использовался песчано-гравийный грунт в смеси с цементом (8% по массе). Смесь доставлялась к месту укладки автосамосвалами с донной разгрузкой, расстилалась по карте насыпи слоями по 0,15 м и уплотнялась 11-тонным пневмоколесным катком до относительной плотности 95%.
