Уплотнение каменной отсыпки достигается различными методами. Это зависит от вида и состав камня, а также допускаемой осадки плотины. Для высоких каменнонабросных плотин желательно для отсыпки применять чистый камень из прочных пород, который отсыпается пионерным способом или «на себя» по укатанной карте тонкими слоями.
Камень желательно увлажнять в кузове автосамосвала и отсыпанные слои уплотнять тяжелыми виброкатками. Пустотность такой отсыпки зависит от гранулометрического состава камня и содержания в нем мелочи. Недостаточное содержание мелочи оказывает неблагоприятное влияние на уплотнение грунта, особенно когда камень мокрый, избыточное содержание мелочи приводит к снижению водопроницаемости и сдвиговой прочности такой отсыпки.
Исследования насыпи, выполненной из здорового и выветрелого камня, показали, что насыпь является полупроницаемой, а ее гранулометрический состав находится в пределах граничных кривых, изображенных на рис. 10-5. Содержание фракций мельче 0,075 мм в такой насыпи изменяется от 4 до 15%. Нижняя кривая характеризует хорошо проницаемую, а верхняя — полупроницаемую каменную насыпь,
Трудности в уплотнении полупроницаемой каменной насыпи часто возрастают из-за большого содержания мелких фракций и особенно при их переувлажнении. Поэтому для отсыпки целесообразно выбирать камень с оптимальным гранулометрическим составом, поддерживая такой состав соответствующим ведением работ в карьере. В ряде случаев может оказаться более целесообразным применить для отсыпки плотины камень с большим содержанием мелких фракций.
Рис. 10-5. Граничные кривые гранулометрического состава полупроницаемой каменной отсыпки.
Рис. 10-6. Отсыпка камня пионерным способом на плотине Доспат (а) и Чарвакской плотине (б).
Однако в этом случае уплотнение зависит от влажности мелкой фракции. Стремление использовать мелкий камень, а также камень, получаемый при проходке туннелей, привело к необходимости отсыпать такой камень тонкими слоями и уплотнять его укаткой при интенсивном смачивании водой.
Упорная призма плотины Ириль Эмда отсыпалась из мелкого щебня известняка прочностью 100 000 кПа и крупностью в основном 100 мм, около 10% общего количества камня было крупнее 100 мм и 4—5% мельче 1,25 мм. Центральная часть профиля плотины отсыпалась из несортированного щебня слоями по 0,5 м и уплотнялась за один проход дорожного или виброкатка. В низовую призму отсыпался щебень без мелочи слоями по 1,0 м с таким же уплотнением. Вместо подэкрановой кладки был отсыпан щебень с большим содержанием мелочи, укладываемый слоями по 0,25 м с уплотнением виброкатком. Плотность тела плотины при таком способе уплотнения составила 1950—2100 кг/м3. Осадка плотины за 3 года эксплуатации 100 мм.
Плотина Доспат отсыпалась из мелкого камня (риалитов) прочностью 68-140 МПа. Камень отсыпался пионерным способом по 1,5 м, смачивался водой на карте (рис. 10-6,а) и уплотнялся только за счет проходящих 25-тонных автосамосвалов. Контрольные измерения уплотненного камня показали плотность 1580—1760 кг/м3, пустотность 27,8% и гранулометрический состав: более 200 мм — 49,2; 200—100 мм — 14,8; 100—40 мм — 20,6; 40—10 мм — 7,4 и менее 10 мм — 8,0%.
Упорные призмы плотины Гепач отсыпались из карьерного камня слоями по 2,0 м летом и зимой и уплотнялись 8,5-тонным виброкатком за четыре прохода. При этом пористость уплотненного камня составляла 33,7%, плотность 1790 кг/м3 и содержание щебня (мельче 60 мм) достигало 18%. При уменьшении толщины отсыпаемого слоя до 1,3 м эти показатели соответственно составляли 24,4% и 2040 кг/м3 при том же содержании мелкого щебня.
Упорные призмы Чарвакской плотины с использованием мелкого плитчатого известняка, увлажненного в кузове автосамосвала, отсыпались пионерным способом (рис. 10-6) слоями по 1,5 и 1,0 м. Уплотнялись дополнительно груженым автосамосвалом грузоподъемностью 25—27 т за восемь проходов до плотности 1980 кг/м3.
Плотина Амбуклао высотой 131,0 м построена в узком ущелье, сложенном андезитами, туфами, древними лавами и местами диоритами. Эти породы в тропических условиях подверглись сильному выветриванию на значительную глубину, а потому оказалось невозможным получить на месте хороший камень. 50% камня было отсыпано с уплотнением виброкатками, а остальные 50% были отсыпаны наброской. Верховая призма отсыпалась из мелкого камня слоями по 0,6 м и уплотнялась пневмоколесными 50-тонными катками. Низовая призма отсыпалась наброской из различного по крупности камня ярусами по 9—27 м и уплотнялась струей воды из гидромониторов. Ядро и фильтры отсыпались слоями по 0,45 м и уплотнялись 50-тонными катками на пневмошинах за четыре прохода. За 3 года эксплуатации осадка гребня составила около 150 мм; горизонтальное смещение после заполнения водохранилища 75 мм.
Уплотнение каменной наброски достигается чаще всего гидравлически, заполнением пор песком или песчано-гравелистым грунтом, что позволяет «упрочнить» каменную наброску и сделать ее более водонепроницаемой.
Камень в наброску отсыпается ярусами пионерным способом под откос. В плотинах с ядром высота отсыпаемых ярусов ограничивается 10—12 м, что определяется условиями отсыпки промежуточных зон и расположением берм на откосе. В плотинах с водоупорной призмой она может быть и большей; в каменнонабросных плотинах с экраном опа достигает 50 м. В основном высота яруса определяется требованиями безопасности ведения работ, сохранения камня от разрушения при сбрасывании с большой высоты, а также условиями заездов на плотину. Из опыта строительства каменнонабросных плотин следует,1 что при гидравлическом уплотнении наброски наиболее удобной является высота отсыпаемого яруса около 20—25 м. При скатывании по откосу с такой высоты слабый камень от удара разламывается, у прочного сбиваются отдельные выступы. При этом образуется достаточно уплотненная наброска с минимальной последующей осадкой. При большой высоте отсыпаемого яруса неоднородного по составу камня происходит его расслоение на откосе, которое можно частично уменьшить интенсивным смачиванием камня на откосе насыпи. Чем выше интенсивность работ при возведении плотины, тем большей должна быть высота отсыпаемых ярусов. В летнее время, когда применяется гидравлическое уплотнение, высота отсыпаемого яруса больше, чем зимой, когда гидравлическое уплотнение не применяется. По условиям безопасности ведения работ на плотине высота яруса свыше 20—25 м встречается крайне редко.
Отсыпка камня отдельными ярусами производится пионерным способом от одного берега к другому или одновременно с обоих берегов. В последнем случае в месте смыкания отсыпки яруса получается менее уплотненная зона, которая может вызывать местную осадку, что и наблюдалось на плотине Солт Спрингс.
Гидравлическое уплотнение камня в наброске достигается струей воды из гидромониторов с насадками 75—100 мм, работающими под давлением 300—1000 кПа. Гидромониторы обычно монтируются на тракторе и работают как с бровки отсыпаемого яруса, так и с ранее отсыпанного яруса. Расход воды при таком уплотнении составляет 3—4 м3 на 1 м наброски. Так уплотнялась каменная наброска большинства построенных каменнонабросных плотин. Однако наилучшее гидравлическое уплотнение каменной наброски получается для камня, имеющего плавно изменяющуюся гранулометрическую кривую состава камня с коэффициентом неоднородности 6—11, и от такого уплотнения наброски следует ожидать· послестроительную осадку до 1,0—1,5%.
В ненагруженных частях профиля плотины (пригрузка и крепление откосов), где ее осадка не влияет на деформации плотины, наброска отсыпается пионерным способом без уплотнения. Каменная наброска Вилюйской плотины отсыпалась ярусами до 15 м (в проране) без уплотнения, ее осадка за 7 лет достигла 7,0%. Наброска на откосах для их выравнивания иногда прикатывается катком (рис. 10-7), спускаемым по откосу от лебедки трактора на тросе.
Уплотнять или «упрочнять» наброску в теле плотины можно и за счет замыва ее пор песком или песчано-гравийным грунтом. Такой замыв грунтом производится для уменьшения пустотности и водопроницаемости наброски. Последнее позволяет упростить переходные зоны. Послойный замыв каменной наброски песчано-гравелистым грунтом был произведен на строительстве плотины Мальпасо [Л. 39].
Рис. 10-7. Прикатка каменной наброски на откосе плотины.
Замыв каменной наброски песком и даже глиной объемом 5 млн. м3 был произведен на строительстве Высотной Асуанской плотины, из которых большая часть замывалась под водой. Во время строительства плотины второй очереди (см. рис. 9-4) были замыты призмы верхового клина: 6, 201 и 202 и призмы низового клина: 45, 60, 203, 204, 205 и 308. При замыве дюнным песком создавались условия для осуществления надводного, так называемого гидродинамического намыва, обеспечивающего лучшее заполнение пустот.
Проведенные исследования качества замыва показали в призме 6рск=1500 кг/м3 и kф= (2,0-2,3) 10-2 см/с; в призме 201 рск= 1580 кг/м3 и кф= (0,8-3,4) 10-2 см/с и в призме 60 рск=15004-1580 кг/м3 и kф=(1,14-2,6) 10-2 см/с. Плотность каменной наброски, замытой песком, составляла 1900— 2030 кг/м3, а заполнение пор — 39—41%.
