10-7. ОТСЫПКА ГРУНТА И ФИЛЬТРОВ
Отсыпка грунта в тело плотины.
При обычном методе возведения плотины, т. е. с уплотнением грунта укаткой, существуют три способа отсыпки грунта:
а) пионерный, применяемый при толщине· отсыпаемого слоя 0,5 м и больше, при котором автосамосвал с задней разгрузкой подхо дит к бровке отсыпаемой карты и высыпает грунт под откос, а бульдозер выравнивает карту;
б) кучами, которые отсыпаются автосамосвалами с задней разгрузкой, или полосами с боковой или донной разгрузкой с последующим их разравниванием и уплотнением.
в) по уплотненной карте с отсыпкой грунта автосамосвалами с задней разгрузкой «на себя» с последующим разравниванием слоя и его уплотнением.
В первом случае технологический цикл значительно проще, он позволяет использовать автосамосвалы, проходящие рассредоточенно по карте отсыпки, для предварительного уплотнения грунта и предохранить в дождливую погоду отсыпаемый грунт от дополнительного увлажнения.
Эти существенные преимущества пионерного способа возведения плотины позволили на строительстве Иркутской плотины отсыпать боковые призмы из песчано-гравелистого грунта, который доставлялся 25-тонными автосамосвалами круглогодично, и полностью отказаться от дополнительного уплотнения катками. Такой способ уплотнения «попутным» транспортом был применен на строительстве плотин Гсшененальп и Маттмарк, боковые призмы которых отсыпались из щебенистого грунта осыпей конусов выноса и крупнозернистой морены. Чтобы исключить при этом сегрегацию грунта при отсыпке на карту, грунт смачивается в кузове автосамосвала. Когда грунт смачивать нельзя, он отсыпается «на себя» с отсыпанной карты.
Отсыпка грунта кучками или полосами с последующим разравниванием применяется обычно при толщине отсыпаемых слоев менее 0,5 м, главным образом при выполнении противофильтрационных устройств плотины. Отсыпанный на карте грунт разравнивается бульдозерами и автогрейдерами.
Рис. 10-19. Укатка ядра Нурекской плотины. На заднем плане цементационные галереи.
Отсыпка грунта по уплотненной карте обеспечивает минимум сегрегации грунта; такая схема применялась на строительстве Нурекской плотины, где в плотину отсыпались грунты, недопускающие их сегрегацию.
Если грунт смешивается на складах-перегружателях (плотины Оровилл и Беннет), он выдается из перегрузочных бункеров. На строительстве плотины Беннет грунт из бункера загружался в 90-тонные землевозы с донной разгрузкой. Специальным прицепным рыхлителем с шириной захвата 5,5 м отсыпанный на карте грунт разравнивался и перемешивался, затем уплотнялся 5,5-тонным виброкатком — в переходных зонах, отсыпанных из песка, за четыре, а в зонах фильтра за два прохода.
Грунт в ядре уплотнялся за четыре прохода 20-тонным пневмоколесным катком, хотя при опытных укатках был получен одинаковый эффект и от уплотнения виброкатками. Для обеспечения лучшего распределения грунта в верховой призме отсыпка грунта велась перпендикулярно оси плотины, а остальных зонах — параллельно.
На строительстве Нурекской плотины грунт в насыпь ядра доставляется автосамосвалами БЕЛАЗ-540, в целях уменьшения сегрегации отсыпается по уплотненной карте по схеме «на себя» и бульдозерами ДЭТ-250 разравнивается слоем 0,50 м и уплотняется: сначала прикатывается 40-тонным пневмоколесным катком Д-551 за пять проходов, после этого за пять проходов укатывается груженым 50-тонным автосамосвалом МАЗ-525 или за семь проходов виброкатком ПВК-70, что позволяет достигнуть плотности 2170 кг/м3, обеспеченностью 98%. Укатка ядра плотины приведена на рис. 10-19.
Уплотнение грунта в приконтактной зоне на откосах котлована производится груженым автосамосвалом МАЗ-525 с укороченным кузовом при движении задними ходками в сторону откоса.
Подготовка укатанной карты перед отсыпкой следующего слоя состоит в рыхлении ее поверхности на 5—7 см и поливке водой из автоцистерны.
Даже в условиях сухого и жаркого климата района строительства выпадающие дожди затрудняли работы по возведению ядра, поэтому начиная с 1974 г. боковые призмы отсыпаются круглогодично, а ядро и переходные зоны только в сухое время года [Л. 65].
На плотине Оровилл грунт, доставляемый 90-тонными землевозами, разравнивался пневмоколесным бульдозером и уплотнялся в ядре слоями толщиной по 0,25 м 90-тонным пневмоколесным катком за четыре прохода; в переходных зонах — слоями толщиной по 0,4 м 4,5-тонными виброкатками за два прохода; в призмах — слоями толщиной по 0,6 м 4,5- тонными виброкатками за два прохода.
Уплотнение грунта в экране и ядре плотины должно быть высококачественным и усиленным из-за большей осадки наброски по сравнению с осадкой экрана и ядра. При отсыпке экрана или ядра слоями толщиной до 0,3 м разравнивание слоев выполняется обычно автогрейдером, а при большей толщине слоев насыпи разравнивание производится бульдозером.
Для уплотнения отсыпаемого грунта, в зависимости от площади карт, применяется круговая или челночная схема движения катков. При использовании прицепных катков для повышения производительности подготовляются достаточно длинные карты по 180—200 м, на которых такие катки работают по круговой схеме движения. Самоходные катки могут также работать и по челночной схеме на ограниченных по площади картах и в зонах примыкания к береговым склонам.
Особое внимание следует уделять уплотнению грунта вблизи откосов плотины. При использовании прицепных катков первые два прохода выполняют на расстоянии 1,8—2,0 м, после чего проходы смещают к бровке откоса примерно на ширину катка и дополняют уплотнение края. Скорости движения катков принимают различными: первые проходы — на пониженных скоростях, а последующие — на повышенных. Рациональный скоростной режим работы катков способствует увеличению их производительности и снижению стоимости работ по уплотнению грунта.
Необходимо применять такие катки, чтобы по возможности производить уплотнение грунта при малом числе проходов, так как это позволяет получить наибольшую эффективность уплотнения. Плотность уплотняемого грунта повышается неравномерно с увеличением числа проходов с постепенным снижением.
Укладка грунта в переходные зоны.
В плотинах с экраном подэкрановый фильтр укладывается на упорную призму, отсыпка которой значительно опережает отсыпку экрана, а надэкрановый фильтр укладывается одновременно с экраном. В плотинах с водоупорной призмой, откосы которой имеют собственную устойчивость, фильтры на откосах укладываются разновременно с призмой. В плотинах с ядром, не имеющим собственной устойчивости, фильтры и ядро укладываются одновременно с отсыпкой боковых призм.
Рис. 10-20. Схема укладки фильтра на плотине Хольес. 1 — ядро из моренного грунта; 2 — фильтр; 3 — мелкий камень, отсыпанный летом слоями по 0,2 м с виброуплотнением; 4 — наброска, отсыпанная летом и зимой.
На рис. 10-20 изображена схема укладки фильтра на плотине Хольес. В плотинах с экраном укладка подэкрановой фильтра начинается с отсыпки крупнозернистого слоя. Если верховой откос упорной призмы отсыпан под откос нс круче 1 : 1,3, то каждый из слоев подэкрановой) фильтра имеют собственную устойчивость, что позволяет использовать для отсыпки автосамосвалы, как это делалось на строительстве плотины Челхови (рис. 10-21,а), с опережением по высоте одного слоя по отношению к соседнему.
Рис. 10-21. Отсыпка фильтров на плотинах Челхови (а) и Чарвакской (б).
Рис. 10-22. Отсыпка тонкослойных фильтров в опалубке, которая удерживается съемными каркасами.
Чтобы исключить расслоение материалов фильтра, их отсыпают мокрыми. Высота отсыпки обычно ограничивается 4—5 м. Одновременно с отсыпкой ядра отсыпались автосамосвалами фильтры на строительстве Чарвакской плотины (рис. 10-21,б).
На плотине Растаи, построенной в Сирии в 1960 г., применены: четырехслойный фильтр на верховой стороне и пятислойный на низовой с толщиной отдельных слоев по 0,8 м. Уложить тонкослойный фильтр (рис. 10-22) можно только вручную в опалубке высотой в одну-две доски, которая устанавливалась на съемных металлических каркасах. Чтобы исключить ручной труд, минимальная толщина отдельных слоев фильтра по условиям отсыпки их автосамосвалами должна быть не меньше 2,5 м.
Укладка надэкранового фильтра может производиться начиная с мелкозернистого слоя аналогично укладке подэкранового фильтра. На рис. 10-23 видна часть верхового откоса строящейся Вилюйской плотины, покрытая отдельными слоями фильтра, и отсыпанный экран.
Для подачи материалов фильтра к месту их укладки иногда применяются лотки и трубы, укладываемые по откосу. Так, на плотинах Келси, Берсими и Десрошес материалы фильтра подавались с гребня плотины по металлическим трубам диаметром 66 см. В плотинах с ядром отдельные слои фильтров отсыпаются пионерным способом одновременно с отсыпкой ядра (Чарвакская плотина), теми же автосамосвалами, которые применяются для доставки грунта в ядро.
Толщина отсыпаемых слоев фильтров изменяется от 0,3 до 0,6 м для крупнозернистых фракций и около 0,8 м для мелкозернистых. Крупнозернистые фракции уплотняются вибро- и пневмоколесными катками, а мелкозернистые — пневмоколесными. Уплотнение фильтров в плотинах с ядром производят тщательно, чтобы не допустить разных осадок ядра и примыкающих к нему фильтров.
Укладка фильтров в дренажную призму первой очереди Высотной Асуанской плотины производилась в основном под воду средствами гидромеханизации. Крупнозернистый песок диаметром 1,5 мм со склада по пульповоду диаметром 600 мм подавался к плотине, где и намывался на проектный откос призмы. На слой песка, намытый до отметки 102 м, другим пульповодом намывался слой щебня крупностью 5— 35 мм. К специально организованному на берегу зумпфу щебень подвозили автосамосвалами. Из зумпфа щебень землесосом подавался на плотину интенсивностью 500—1000 м3/сут. Частично отсыпка щебня в воду производилась и баржами. В дальнейшем отсыпка фильтров выполнялась автосамосвалами послойно. Сначала отсыпался слой крупнозернистого песка толщиной 1,0 м., а затем отсыпался щебень крупностью 5—35 мм с разравниванием бульдозерами. Третий слой крупного щебня отсыпался пионерным способом автосамосвалами.
Рис. 10-23. Вид на верховой откос Вилюйской плотины во время строительства.
1 — пригрузка экрана: 2 — экран; 3 — фильтр из камня крупностью до 40 мм; 4 — то же до 150 мм; 5 — слой мелкого камня.
Рис. 10-24. Схемы сопряжения переходных зон в разных условиях их выполнения.
а — однослойная переходная зона; б — двухслойная переходная зона; в — однослойная переходная зона при возведении ядра отсыпкой грунта в воду; 1 — отсыпка ядра; 2 — переходная зона однослойная; 3 — то же двухслойная; 4 — наброска или отсыпка призмы; 5 — заполнение пазухи.В плотину второй очереди отсыпка фильтров производилась только автосамосвалами. При этом отсыпка производилась большими картами на горизонтальных или наклонных участках с уклоном 1 : 2,5 либо слоями по 0,4—0,5 м на участках с уклонами от 1 : 1 до 1 : 0,3.
В первом случае материал фильтра завозился автосамосвалами и планировался по всей площади и на всю высоту наклонных поверхностей. Во втором случае подвозимый фильтровый материал загружался в бадьи 1,5 м3 и подавался в опалубку краном. Фильтры плотины: верховые — двухслойные (крупнозернистый песок и мелкий щебень 5—25 мм) и низовые — трехслойные (с добавлением третьего слоя — крупного щебня 40— 120 мм). Минимальная толщина слоя 0,5 м и максимальная 1,0 м. Интенсивность отсыпки фильтровых материалов достигала 168 тыс. м3/год.
Фильтры Нурекской плотины: верховой из обогащенного аллювия крупностью до 40 мм толщиной 10 м, низовой — двухслойный (6-метровый слой песка крупностью до 5 мм и 10-метровый слой щебня крупностью до 40 мм) отсыпаются одновременно с ядром и уплотняются катком Д-551 за 6—8 проходов.
На расход фильтрового материала оказывает влияние не только толщина отдельных слоев, но их сопряжение с контактируемыми поверхностями и способ отсыпки.
На рис. 10-24 показаны основные схемы сопряжения ядра плотины с переходными зонами и низовой призмой. При одно- или двухслойной переходной зоне их следует отсыпать одновременно с ядром и боковыми призмами или с опережением, но не более чем на один или два слоя отсыпки ядра, чтобы избежать последующего заполнения пазух. В зимних условиях допускается опережение наброски (отсыпки) боковых призм против отсыпки ядра. Но в этом случае неизбежно появление пазухи между переходной зоной и призмой и перерасход (на «елочку») материалов переходной зоны. При одновременном ведении работ по призме и засыпке пазухи требуется соблюдение техники безопасности работающими на нижней зоне плотины.
При возведении ядра отсыпкой грунта вводу ограждающие дамбочки возводятся или из грунтов ядра, или из грунтов переходной зоны с экранированием грунтом ядра, как это показано на рис. 10-24,в.
