Каменно-земляные плотины - Очередность работ по возведению плотин

9-2. ОЧЕРЕДНОСТЬ РАБОТ ПО ВОЗВЕДЕНИЮ ПЛОТИН И КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН ИХ ВЫПОЛНЕНИЯ
План и график производства по строительству каменно-земляных и каменно-набросных плотин определяются условиями отвода реки и технико-экономической оценкой сроков строительства плотин. Без учета этапа подготовительных работ, но с учетом работы по отводу реки обычно принимают следующую последовательность и темпы выполнения работ, которые позволяют завершить их по плотине к пропуску второго или третьего паводка.

Рис. 9-1. Схема этапов работ по строительству плотины Тарбела.
I этап — р. Инд проходит по естественному руслу; II этап — р. Инд отведена в отводной канал; 1 — отводной канал; 2 — отсыпка плотины; 3 — котлованы водосбросов; 4 —  котлован входных порталов туннелей; 5 — котлован здания ГЭС и выходных порталов; 6 — отсыпка понура; 7 — временный мост; 8 — отводящий канал водосбросов; 9 — вспомогательные плотины.

В начальном этапе строительства возводятся:
а)  перемычки, ограждающие котлован плотины; к строительству их приступают после готовности строительных туннелей и обычно после спада паводка первого или второго года строительства;
б)  постоянные водопропускные сооружения или часть их, позволяющая принять участие в пропуске строительных паводков;
в)  часть плотины, если это оказывается возможным по местным условиям.
На последующем этапе выполняются работы:
а)  подготовка основания под плотину в русле и бортах, а также противофильтрационные устройства;
б)  возведение плотины в минимально короткий срок до отметок, при которых обеспечиваются начало заполнения водохранилища и пропуск паводков через водосбросные сооружения;
в)  окончание водосбросных сооружений и закрытие строительных туннелей;
г)  заполнение водохранилища и подготовка водосбросных сооружений к пропуску паводков в эксплуатационных условиях.

Такая последовательность выполнения работ является наиболее распространенной в практике строительства и с успехом была применена для многих высоких и сверхвысоких плотин (см. § 9-1). Современные высокие каменно-земляные плотины с объемами до 14 млн. м³ при надлежащей организации и механизации работ строятся за два-три сезона после отвода реки.
Ниже приводятся примеры очередности работ и календарные планы их выполнения на строительстве плотин Тарбела, Высотной Асуанской, Биас, Мон-Сени и Утард 4.

Строительство плотины Тарбела с учетом климатических условий (июнь — сентябрь — сезон дождей и ноябрь — апрель— сухой период) было закончено за 8 лет в три этапа (рис 9-1).
На первом этапе законченном в октябре 1970 г., был построен отводной канал длиной 4,6 км, шириной около 200 м и глубиной 13,5 м. Скреперами и экскаваторами с ковшами 11,5 м³ было вынуто около 15 млн. м³ грунта, большая часть которого после рассортировки была отсыпана в понур. На канале построена временная контрфорсная плотина высотой 32,0 м (рис. 9-2), с 28 пролетами по 8,54 м, с объемом бетона 190 тыс. м³. Укладка бетона производилась с помощью башенных кранов бадьями емкостью 1,9 м³. Закрытие пролетов выполнено в две очереди. Сначала была перекрыта верхняя часть пролетов с помощью индивидуально опускаемых шандор, после этого было произведено одновременное опускание плоских затворов, перекрывающих нижнюю часть отверстий высотой 6,5 м по наклонному пазу. Их демонтаж был произведен перед началом заполнения водохранилища. По гребню временной плотины проложен автодорожный мост, обеспечивающий подъезд к сооружаемой плотине с правого берега, необходимый на втором этапе работ. Для ограждения котлована здания ГЭС в обводном канале была построена ячеистая шпунтовая перемычка высотой 21 м из ячеек диаметром 18 м, заполненных песчаногравелистым грунтом. 

Рис. 9-2. Временная контрфорсная плотина для закрытия отводного канала на строительстве плотины Тарбела. 1 — контрфорсы толщиной 1,89 м; 2 — автодорожный мост; 3 — шандоры в опущенном положении; 4 — основной затвор в поднятом положении; 5 — кран для маневрирования шандорами; 6 — поперечные дрены; 7 — бетонное крепление водобоя.

Рис. 9-3. План расположения правобережных сооружений гидроузла Тарбела.
1 — основная плотина; 2 — отводной канал для отвода р. Инд; 3 — контрфорсная плотина для закрытия канала; 4 — водоприемники, энергетические; 5 — то же ирригационные; 6 — помещение управления затворами водоводов; 7 — здание ГЭС первой очереди (четыре агрегата мощностью по 175 МВт); 8 — повысительная подстанция; 9 — отводящий канал; 10 — гасители ирригационных водоводов; 11 — перемычки.

Рис. 9-4. Этапы возведения Высотной Асуанской плотины.
а — готовность плотины к перекрытию русла р. Нила 5 мая 1964 г.; б — плотина первой очереди 1 октября 1964 г.; в — плотина второй очереди проектного профиля в 1969 г. Цифры соответствуют номерам призм отсыпки.

Наличие пласта гипса в основании здания ГЭС потребовало устройства цементационной завесы. На строительстве выполнен большой объем работ по цементации основания и обеспечению водонепроницаемости гравелистых зон. Помимо ячеистой перемычки на первом этапе работ были построены еще четыре перемычки длиной 1,67 км, ограждавшие котлован основной плотины. После перекрытия русла, осуществленного в меженный период, р. Инд была отведена в канал. На этом этапе строительства гидроузла численность рабочих достигла почти 13 000 чел.
На втором этапе длительностью также 3 года, когда р. Инд с 1 октября 1970 г. пропускалась по отводному каналу, начались работы по строительству основной плотины и продолжались по правобережным сооружениям (рис. 9-3). Велась проходка туннелей, через которые река была отведена после закрытия временной плотины на канале, а также строительство здания ГЭС и водосбросных сооружений. Работы второго этапа были закончены в 1973 г.
На третьем этапе, который начался 1 октября шестого года строительства, были закрыты щиты контрфорсной плотины и меженные расходы реки пропускались через два туннеля-водовода № 3 и 4 (туннели-водоводы № 1 и 2 закрыты для монтажа развилок трубопроводов). Через эти два туннеля пропускались меженные расходы до 3860 м³/с. Отсыпалась плотина с месячной интенсивностью до 2,0 млн. м³ с расчетом принять часть паводкового стока седьмого года строительства в водохранилище, а остальную часть сбросить через туннели-водоводы и подготовленный временный порог главного водосброса и достраивалось здание ГЭС первой очереди на четыре агрегата.

Таблица 9-4
Объемы работ на Высотной Асуанской плотине

Рис. 9-5. Отсыпка плотины Биас в поперечном разрезе (а) и продольном (б).
По мере роста плотины и выполнения работ на левобережных водосбросах происходило заполнение водохранилища с расчетом пуска весной восьмого года строительства двух первых агрегатов и к концу года — еще двух.

Строительство Высотной Асуанской плотины велось в две очереди (рис. 9-4). Первая очередь, с окончанием работ в 1964 г., предусматривала возведение русловой части плотины высотой 45 м по напорному фронту и по низовому банкету — 29 м; возведение каналов и соединительных туннелей между ними для отвода р. Нила; перекрытие русла и создание перед плотиной водохранилища емкостью 4000 млн. м³. Вторая очередь предусматривала окончание всех работ по плотине в 1969 г., пуск первых трех агрегатов в 1967 г., остальных — в 1970 г.
По календарному графику работ на строительстве Высотной Асуанской плотины:

1. В 1960 г. были развернуты работы по строительству водопропускных сооружений, в январе 1963 г. начаты работы на плотине, обеспечившие перекрытие русла в установленный срок—15 мая 1964 г. Работы по первой очереди плотины были выполнены к 1 октября, что позволило заполнить водохранилище до отм. 127,5 м емкостью 9,4 млрд. м³.
2. В сентябре 1965 г. верховая призма плотины была доведена до отметки 139 м с заполнением водохранилища до отметки 132,2 м емкостью 14,1 млрд. м³.
3. В 1966 г. плотина была возведена до отметок, позволивших заполнить водохранилище до отметки 144 м емкостью 25,6 млрд. м³.
4. В 1967 г. плотина была возведена до отметок, позволивших заполнить водохранилище до отметки 151,3 м емкостью 41,2 млрд. м³, и обеспечить работы трех пусковых агрегатов, введенных в эксплуатацию в конце года. В 1968 г. плотина была построена до проектных отметок и было накоплено 53 млрд. м³ воды.
5. В 1969 г. производилась досыпка плотины до проектного профиля, заканчивались работы по противофильтрационной завесе и развертывались работы по креплению камнем низового откоса плотины.

В табл. 9-4 приведены основные объемы работ по плотине.
Строительство плотины Биас было начато в 1960 г. с постройки подъездных дорог и поселка на 40 тыс. жителей. 

Рис. 9-6. Равномерное возведение плотины с экраном и ядром.
а — плотина Мон-Сени: 1, 2 — отсыпка камня с разной степенью уплотнения виброукаткой; 3 — переходная зона; 4 — экран супесчано-щебенистого грунта; 5 — пригрузка; 6 — каменное крепление; б — плотина Утард 4: 1 — ядро из моренного грунта; 2а, 2б — переходные зоны; За, 3б — отсыпка камня с разной степенью уплотнения; 3в — наброска камня; 3с — отсыпка крупного камня.

Таблица 9-5

Объемы работ на плотинах Мон-Сени и Утард 4

Рис. 9-7. Вид на верховую призму Нурекской плотины по состоянию работ на 1972 г.) (а) и укладка на ней временного экрана (б).

Выемки котлована под плотину и ее отсыпку начали на правобережной пойме в апреле 1965 г. Все работы на плотине по климатическим условиям выполнялись в сухой период года — 9 мес. в году. Строительные туннели с подходными каналами и гасителями были закончены в сентябре 1969 г., что позволило отвести р. Бнас, закончить выемку котлована в русле, отсыпку плотины на русловом участке до отметки 335,5 м, а на правобережном — до отметки со стороны нижнего бьефа (по 392,6  м (рис. 9-5).

Паводком от муссонных дождей отсыпанная в русле насыпь была затоплена в 1970 г. После прописка паводка река была отведена в пять строительных туннелей. Насыпь русловой плотины возводилась с интенсивностью до 760 тыс. м³/мес и была выровнена с ранее отсыпанной правобережной. На этом этапе до июля 1971 г. было отсыпано 7520 тыс. м³ грунта.
К паводку 1972 г. насыпь плотины была выведена до отметки 399,3 м неполным профилем, а на конечном этапе к паводку 1973 г. плотина и береговой водослив были закончены полностью.
Строительство плотин Мон-Сени и Утард 4 проходило одновременно в сложных климатических условиях, а их водохранилища заполнялись по мере готовности этих плотин на полную высоту. В соответствии с этим проходило их возведение (рис. 9-6). Объемы выполненных работ по годам строительства приведены в табл. 9-5.

Эти примеры иллюстрируют широкие возможности очередности и последовательности возведения плотин. Однако следует стремиться к равномерному возведению профиля плотины по высоте, лишь иногда допуская уменьшение первоочередных работ в низовой призме.
Пуск плотины при неполном напоре, если это позволяют водосбросные сооружения, приводит к необходимости выполнить минимально необходимый объем работ. Для плотин с экраном это решается за счет уменьшения объема работ по упорной призме. Для плотин с ядром это решается также за счет уменьшения первоочередных работ по низовой призме. Так эта задача решалась на Чарвакской плотине (см. рис. 6-17,б); на Нурекской плотине (см. рис. 6-7) в первую очередь возводилась верховая призма (рис. 9-7), которая после ее экранирования приняла напор как плотина первой очереди высотой 123 м.