Осадка оснований плотин является естественным процессом, поддающимся прогнозированию в проекте и измерению в натуре [Л. 44]. Осадка в пределах каждого слоя основания пропорциональна модулю деформации. Общая осадка основания равна сумме послойных осадок. Модуль деформации грунта не является постоянной величиной и изменяется в зависимости от следующих факторов:
а) интенсивности напряжений в грунте, при умеренных нагрузках модуль деформации относительно постоянен, при нагрузках, близких к предельным, модуль деформации уменьшается;
б) фактора времени, поскольку грунт под нагрузкой уплотняется, модуль деформаций со временем увеличивается;
в) циклов нагрузки — разгрузки;
г) скорости нагружения, при быстром приложении нагрузки модуль деформации получается большим, чем при медленном нагружении;
д) степени водонасыщения глинистого грунта.
Рис. 7-6. Графики осадки основания плотины Дункан.
а — осадка основания плотины через 2 года после ее возведения; б — осадка основания плотины во время ее возведения (по данным одного репера); 1 — фактическая осадка на конец 1968 г.; 2 — осадка, предусмотренная проектом; 3 —зона, в которой появились поперечные трещины; 4 — осадка; 5 — рост высоты плотины.
Каменно-земляные плотины строятся не только на скальных — мало деформирующихся, но и на грунтовых — сильно деформирующихся основаниях, которые под влиянием нагрузки от плотины дают большие осадки. Можно привести следующие примеры.
Плотина Дункан высотой 39,7 м построена в 1967 г. в Канаде в сложных геологических условиях. Переуглубленное почти на 500 м русло реки заполнено глиной и илами, различными по составу песчано-гравелистыми грунтами. В этой толще можно выделить три основные зоны: верхняя глубиной 6—24 м — очень проницаемые пески и гравий; средняя глубиной 90 м — отложения илов и мелкозернистых песков с прослойками песка и гравия; нижняя—пески и гравий. Плотина с ядром и понуром длиной 240 м имеет почти симметричный профиль с откосами: 1:8—1:5—1:3. Стенка- диафрагма в основании плотины пройдена в траншее под бентонитовым раствором. За плотиной предусмотрены дренажные скважины.
Рис. 7-7. Графики фактических осадок основания во время строительства плотины Рама.
Ядро и понур отсыпаны из моренного грунта с содержанием глины (фракции 0,0073 мм) 10%, влажностью 10,8% и плотностью скелета 2150 кг/м3. Еще во время строительства в теле плотины под влиянием различных осадок появились поперечные трещины. На рис. 7-6,а даны результаты определения осадок основания плотины через 2 года после ее возведения, на рис. 7-6,б — ход осадки основания плотины во время ее возведения по данным одного репера с начала его установки (максимальная осадка около 4,7 м) [Л. 109]. Несколько трещин в ядре плотины Дункан образовались во время строительства в результате осадки, достигшей 4,4 м. Ширина поперечных трещин, пересекающих ядро, изменялась от 25 до 80 мм. Закрытие трещин производилось наполнением их раствором грунта с уширением в этом месте ядра.
Основанием плотины Рама являются известняки, глинистые песчаники и доломиты, нарушенные рядом тектонических трещин. По основанию плотины заложен дренажный туннель (см. рис. 5-16), в котором производились измерения деформаций основания плотины. На рис. 7-7 даны результаты этих измерений, из которых видно, что еще при недостроенной плотине и незаполненном водохранилище осадка основания плотины 22/VIII 1968 г. достигла 39 см.
Плотина Маттмарк высотой 115,0 м с экраном из сортированных моренных грунтов построена на толще моренных и аллювиальных отложений, перерезанных противофильтрационной завесой глубиной 100 м. В пределах левобережного примыкания к скальному склону основанием для упорной призмы явились отложения современной морены. За время строительства плотина дала осадку около 2,0 м, половина которой произошла за первые два года с образованием здесь поперечной трещины в экране. За образовавшейся трещиной, ее распространением, раскрытием (которое достигало 50 мм) и смещениями во время заполнения и сработки водохранилища в 1967—1968 гг. были проведены специальные наблюдения. После стабилизации осадки, которая наступила после заполнения водохранилища, произошла и стабилизация раскрытия трещины. Трещина была закрыта грунтовым раствором (за счет размыва грунта боковых стенок), и других мероприятий по усилению плотины не потребовалось.
В ядре Иркутской плотины наблюдались поперечные трещины, которые явились следствием разных осадок грунтов ядра, уложенных различными методами: отсыпкой грунта в воду в зоне русловой части плотины и отсыпкой грунта с уплотнением укаткой на островной плотине. После дополнительного уплотнения грунтов трещины закрылись без каких-либо последствий для плотины [Л. 42].
