9-6. СТРОИТЕЛЬСТВО ПЛОТИН НА НЕПОДГОТОВЛЕННОМ ОСНОВАНИИ
Одним из многих преимуществ каменноземляных плотин перед другими типами является возможность их строительства на неподготовленном основании и в неосушенном котловане. Если русловая часть плотины представлена грунтами, которые не требуют их удаления или если их можно удалить земснарядами без откачки котлована, то в таких условиях плотина может быть построена и в неосушенном котловане.
На строительстве Иркутской плотины высотой 45 м после того, как река была отведена и расходы пропущены через штрабленые отверстия здания гидроэлектростанции, русло реки было перекрыто отсыпкой песчано-гравелистого и галечного грунта до отметок, с которых далее производились работы по противофильтрационным устройствам. Этот принцип был положен в основу проекта русловой части Высотной Асуанской плотины, которая построена в зоне существующего водохранилища старой Асуанской плотины. После постройки отводящего канала русло было перекрыто двумя каменными банкетами, а пространство между ними замыто крупно- и мелкозернистым песком — будущим основанием ядра (см. рис. 3-13 и 9-4). Слой намытого песка до 30 м вместе с подстилающим аллювием был прорезан противофильтрационной завесой. Это позволило совместить работы по возведению насыпи плотины с устройством противофильтрационной завесы, а также вести заполнение водохранилища.
Плотина Ванапум (см. рис. 3-19) в русловой части построена без подготовки котлована, отсыпкой в воду двух каменных банкетов с последующей насыпью водопроницаемого грунта между ними. Эта насыпь вместе с подстилающим слоем аллювия была прорезана грунтовой стенкой. Траншея для стенки длиной 2800 м, шириной 2,0—3,0 м и глубиной до 24,5 м выполнена драглайнами с ковшами емкостью 3,4 м3 под бентонитовым раствором. Ширина траншеи не превышала проектную более чем на 0,6 м. Для засыпки траншеи использовался вынутый грунт, перемешанный с раствором бентонита и обогащенный добавлением маловодопроницаемого карьерного грунта. По мере разработки траншеи она с противоположного торца засыпалась грунтом, который подавался в траншею бульдозерами. Через две недели плотность отсыпанного грунта была равна 2400 кг/м3. Сопряжение стенки с ядром выполнено вскрытием ее па глубину 3,0 м и уширением до 12,0 м. На участке плотины длиной 1600 м грунтовая стенка была выполнена за 2 мес., а стоимость ее была в несколько раз меньше шпунтовой.
Плотина Xуг Киплейсайд высотой 57,9 м3 (см. рис. 10-31) с понуром длиной 670 м построена в Канаде на неподготовленном основании в 1968 г. отсыпкой грунта в воду.
Плотина Ярквиссле высотой 22,0 м построена в 1959 г. в Швеции без подготовки основания, основание поднято за счет отсыпки гравелистого грунта выше меженных уровней реки, расходы которой пропускали через заранее подготовленный на берегу водослив. Поверх такой насыпи (рис. 9-18) уложен понур из моренных грунтов, соединенный с ядром в единую противофильтрационную конструкцию. Аллювиальные грунты в основании плотины представлены гравием (kф= 2·10-2-6·10-2 см/с) и песком (kф=0,5· 10-5-0,5·10-2 см/с) с прослойками ила и глины (kф=10-4-10-8 см/с). Основным элементом плотины является понур и пригрузка основания за плотиной, выполненная из хорошо дренируемых грунтов.
Каменно-земляная плотина Арзал высотой 20 м и длиной 360 м построена на юге Франции в неосушенном котловане на водонасыщенных слабых илах мощностью до 37 м. По основанию уложена песчаная подушка толщиной 1,0 м, в которой заложено 4600 дренажных скважин диаметром 250 мм и глубиной 10 м, пробуренных через 2,0—2,6 м и заполненных песком. По песчаной подушке уложена металлическая сетка площадью 41 тыс. м2. Отсыпка камня в воду производилась из шаланд емкостью по 140 м3. В процессе отсыпки велись тщательные наблюдения за осадкой, поровым давлением и консолидацией ила по пьезодинамометрам, установленным на разных глубинах. В период строительства осадка плотины в зоне, примыкающей к бетонному водосливу, расположенному на скале, составила 4 м, а с противоположной стороны — 6 м. По мере отсыпки тела плотины скорость течения воды увеличилась до 4,5 м/с, поэтому последние 100 м центральной части плотины отсыпались только при низких уровнях в течение суток (плотина расположена в 50 км от устья реки, где сказывались приливы Средиземного моря) слоями 1 м и шириной по 10 м по направлению от верхнего бьефа к нижнему. Эта зона дополнительно армировалась стержнями диаметром 20 мм, длиной 85 м. из расчета 5 шт. на 1 м длины.
Рис. 9-18. Плотина Ярквиссле (Швеция).
1 — ядро из морены; 2 — понур из морены; 3 — гравелистый грунт, отсыпанный в воду; 4 — переходная зона; 5 — отсыпка из гравелистого грунта; 6 — дополнительная гравийная отсыпка; 7 — пригрузка; 8 — низовая перемычка; 9 — верховая перемычка.
Приведенные примеры показывают, что строительство каменно-земляных плотин возможно в условиях неподготовленного и неогражденного перемычками основания, но с отводом реки. Сопряжение такой плотины с основанием обычно достигается понуром, уложенным на подсыпке грунта в русле; противофильтрационной стенкой или завесой, пройденной в уложенной под водой насыпи и нижележащем аллювии.
Подобное решение как наиболее эффективное рекомендуется принимать в тех случаях, когда это возможно, включая и подводное удаление непригодных грунтов в основании плотины (плотина Акосомбо).
