1-6. МАТЕРИАЛЫ ИЗЫСКАНИЙ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ СОСТАВЛЕНИЯ ПРОЕКТА ПЛОТИНЫ
Объем изыскательных материалов, необходимых для составления проекта плотины, определяется стадией проектирования. Полный комплекс инженерно-геологических изысканий выполняется по створу плотины, карьерам грунтов и камня для выбора створа, типа и конструкции плотины, обеспечения водонепроницаемости основания плотины, подготовки котлована и врезки противофильтрационных устройств на береговых склонах. Решающим для выбора типа и конструкции рассматриваемых плотин является наличие местных строительных материалов. Поэтому на выполнение изысканий и исследований карьеров грунтов и камня следует обращать особое внимание.
Для выбора противофильтрационных устройств в основании и обоснования проекта котлована плотины, изыскания и исследования створа с установлением фильтрационных характеристик грунтов основания должны быть всеобъемлющими.
Известно, что качество камня всецело зависит от физико-химических свойств отдельных, образующих его минералов, характера связующего вещества, качественного и количественного соотношения между отдельными зернами минералов и связующих веществ, относительного и абсолютного размера зерен, степени тектонической нарушенности, характера трещиноватости и выветрелости породы.
Все это в различных сочетаниях для разных пород и для одной и той же разновидности влияет на те или иные технические качества и свойства камня. Столь многочисленные факторы, влияющие на прочность камня, исключают возможность дать точные указания по применению той или иной породы для различных типов плотин. Пригодность камня должна определяться на основании геологических обследований месторождения, сопровождающихся всесторонним изучением всех отмеченных факторов. Пригодность камня в карьере определяют на основании оценки как породы (на основе геологических и гидрогеологических факторов), так и по правильно отобранной пробе камня.
Пригодность камня в карьере оценивается на основе всестороннего учета геологических условий месторождения, который делается по данным инженерно-геологической съемки и разведки карьера, с определением при этом всех факторов, влияющих на технические свойства камня и условия его разработки. При этом, кроме точного определения породы месторождения, должны быть установлены: структура и текстура породы, форма залегания, трещиноватость, однородность, состояние выветрелости, мощность вскрыши и запас породы в карьере. В отношении структурных и текстурных признаков предпочтение должно быть отдано породам, имеющим зернистокристаллическую и порфировидную структуру. Породы в месторождении должны иметь форму залегания в виде массивов или мощных пластов. Столбчатая отдельность, свойственная базальтам и андезитам, позволяет получить правильный по форме камень. Породы, имеющие плитняковую отдельность, к тому же часто нарушенные системой вторичных трещин, а также сланцевые породы, разбитые кливажем, мало пригодны для применения в наброске, но могут быть использованы для сухой кладки, а мелкий камень — для отсыпки.
Для оценки камня в карьере большое значение имеют трещины и отдельности породы, поскольку они оказывают влияние на выход камня и производство буро-взрывных работ в карьере. Наличие средней густоты трещин, более или менее правильно расположенных в массиве породы и разделяющих ее на отдельные крупные глыбы, является для изверженных пород фактором, благоприятным для получения однородного по составу крупного камня.
Месторождение должно покрывать потребности в камне. При оценке карьера должны учитываться и производственные условия, связанные с его разработкой, как-то: обводненность карьера, расположение карьера по высоте и в плане по отношению к плотине, условия для строительства подсобных предприятий и автодорог.
На инженерно-геологические исследования и разведку карьеров грунта и камня следует обращать не меньше внимания, чем на разведку створа плотины.
Для расчета параметров буро-взрывных работ на заданный гранулометрический состав выхода камня или заданную степень дробления, исключающую выход негабарита или снижение его до возможного минимума, необходимо иметь данные о трещиноватости пород по классификации Междуведомственной комиссии по взрывному делу и данные по взрываемости горных пород, характеризуемые выходом кусков камня с ребром свыше 500 мм. Разведка карьеров камня должна обязательно предусматривать опытные взрывы для определения: крупности, формы выхода камня и гранулометрического состава,, а также геофизические исследования для определения возможности применения механического рыхления породы.
Для лабораторных испытаний образцы породы должны иметь размеры, допускающие возможность изготовления из них кубиков с ребрами 20 см. Оценка камня в куске производится по результатам лабораторных исследований свойств камня: петрографического состава породы (название породы, минералогический и химический состав, однородность и крупность зерна, характер строения породы и цементирующего материала, степень выветрелости); плотности и пористости камня; водопоглощении и размягчаемости камня; механической прочности в сухом и водонасыщенном состоянии; морозостойкости камня.
Недоучет специфических особенностей исследования карьеров камня при проектировании плотины Сан- Габриэль 1 в США в 1932 г. привел к неправильному выбору типа этой плотины в виде каменнонабросной из крупного камня с многослойным железобетонным экраном. По условиям получения камня в карьере проект этой плотины пришлось менять на каменно-земляную.
Вторым примером является плотина Кугар. В результате вскрытия котлована было обнаружено древнее русло и не оказалось требуемого по проекту камня. Проект плотины был пересмотрен и изменен с удлинением срока строительства и увеличением стоимости.
Плотины Сан-Габриэль 1 и Кугар являются убедительными примерами того, насколько внимательно следует подходить к изысканиям и исследованиям карьеров камня. Одновременно эти плотины показывают, как наличный камень определяет тип и конструкцию плотины.
При разработке карьеров камня на строительстве плотины Гепач было установлено, что качество породы с глубиной не соответствует данным изысканий, пришлось перенести карьер с его удалением от плотины и уположить забой в карьере до 1:0,5, а для защиты от мелких вывалов покрыть его сеткой на анкерах. Также недоучет изменения карьерной влажности грунта во времени, используемого после сортировки для отсыпки в ядре, потребовал внесения существенных изменений в технологию сортировки и приготовления грунтовой смеси. Все эти мероприятия хотя и не удлинили срока строительства, но повлекли за собой удорожание стоимости работ.
При исследованиях карьеров грунта для использования в противофильтрационных устройствах плотины необходимо обращать Особое внимание на состояние карьерной влажности и изменение ее по времени в зависимости от атмосферных условий. Существенным фактором при исследовании карьеров является определение однородности грунта в высотном и плановом его положении. При использовании аллювиальных и пролювиальных грунтов для противофильтрационных устройств может потребоваться обогащение грунта за счет отсортировки крупных фракций или перемешивания их перед отсыпкой в плотину.
В особо сложных и ответственных случаях производится опытная разработка грунта в карьере. Так, для определения пригодности грунта Сафедобского карьера для ядра Нурекской плотины была выполнена опытная насыпь объемом 40 тыс. м3.
