10-8. УПЛОТНЕНИЕ ПЕРЕУВЛАЖНЕННЫХ ГРУНТОВ
Известно, что доувлажнить грунт проще, чем уменьшить влажность переувлажненного. Трудности уплотнения переувлажненного грунта (карьерная влажность больше оптимальной влажности) зависят от содержания в грунте фракций пыли и глины, пластичности, водопроницаемости, а также от интенсивности и продолжительности выпадающих осадков. Если интенсивные дожди выпадают сезонно, а в остальное, большее по продолжительности время воздух остается довольно сухим, то это способствует естественному подсыханию грунта и отсыпку такого грунта можно выполнять обычным методом без особых затруднений при уплотнении. Если осадки выпадают непрерывно в виде мелких моросящих дождей, то подсушивание грунта осуществить невозможно. В районах с очень влажным климатом подсушивание грунта представляет большие трудности. В этих условиях существует два способа выполнения противофильтрационных устройств плотины:
а) укладка грунта, доведенного до оптимальной влажности за счет подсушивания грунта в карьере и на карте отсыпки и уплотнения его обычной укаткой;
б) отсыпка переувлажненного грунта с легким уплотнением, но с учетом в проекте консолидации грунта под нагрузкой во времени.
Глинисто-щебенистый грунт, который укладывался в ядро плотины Мад Маунтин (США) высотой 130,0 м, подсушивался во вращающихся печах, а для защиты от дождей отсыпался в плотину под прикрытием брезентового тента. Тентом было закрыто ущелье над ядром плотины. Такое же подсушивание грунта было применено на строительстве плотины Маникуаган 3. На строительстве плотины Иэйл (США) в условиях очень влажного климата грунт в карьере защищался асфальтовым покрытием.
Слабоводопроницаемые грунты в экран и ядро во время дождей, как правило, не укладываются. Такие грунты должны отсыпаться только в сухую погоду и для уплотнения лучше всего применять пневмоколесные катки, создающие твердую закатанную поверхность, которая меньше пропитывается дождями, чем рыхлая, образующаяся от укатки кулачковыми катками. Если для уплотнения грунтов применяются кулачковые катки, то при выпадающих дождях поверхностный слой должен закатываться гладкими катками. Какие бы катки ни применялись для уплотнения грунта, поверхностный слой должен отсыпаться с уклоном, чтобы выпадающая на плотину дождевая вода быстро стекала.
Некоторые грунты, пригодные для возведения противофильтрационных устройств плотины, могут успешно уплотняться и во время дождей. Например, плотина Свифт высотой 156,0 м построена в районе, в котором за год выпадает 3050 мм осадков и не бывает сухих сезонов. Здесь выбор грунта и был предопределен климатическими условиями района строительства. Для отсыпки центральной части плотины был использован гравелисто-галечный грунт с песчано-пылеватым заполнителем (рис. 10-25) гранулометрического состава: мельче 0,1 мм—12, 0,1 — 1м — 22; 1—10 мм — 26; 10—100 мм — 40%. При пустотности 0,3 коэффициент фильтрации составлял 2х10-5 см/с. Такой грунт укладывался независимо от погоды и уплотнялся 50-тонным пневмоколесным катком.
Рис. 10-25. Характер грунта, отсыпанного в ядро плотины Свифт.
Таким образом, основные требования к выполнению работ во время дождей сводятся к следующему:
а) разработка грунта в карьере только экскаваторами при сохранении забоя почти вертикальным;
б) планировка и уплотнение поверхности карьера с устройством дренажа и водоотводов;
в) отсыпка грунта в плотину пионерным способом с поверхностным уклоном в сторону откосов;
г) доуплотнение грунтов катками при движении их поперек оси плотины, чтобы облегчить условия поверхностного стока с карты отсыпки, но с обязательной закаткой образовавшейся колеи перед укладкой последующего слоя;
д) быстрое, насколько это возможно, уплотнение грунта после отсыпки.
В 1959 г. на строительстве Иркутской плотины возникла необходимость укладывать в ядро пылеватый суглинок с карьерной влажностью от 19 до 28%. Подсушивать такой грунт в условиях часто выпадавших дождей не удавалось. Укладываемый переувлажненный суглинок уплотняли тракторами ДТ-54 и С-80. Выехать на такую насыпь 25-тонному автосамосвалу не удавалось, а потому грунт разгружался на соседней насыпи из гравелисто-галечного грунта, откуда сталкивался в ядро бульдозерами, ими же разравнивался и уплотнялся. Консолидация такого грунта в ядре под нагрузкой от вышележащих слоев под влиянием дренажа боковых призм плотины проходила достаточно быстро, и уложенный грунт приобретал плотность 1650 кг/м3 и выше [Л. 42].
В Скандинавских странах для противофильтрационных устройств каменно-земляных плотин широко используются моренные грунты [Л. 124]. В карьере грунты находятся часто в переувлажненном состоянии (карьерная влажность превышает оптимальную до 15%), а потому отсыпка такого грунта не выдерживает тяжелых автосамосвалов и катков. Грунт отсыпается на соседних картах отсыпки ядра или экрана, сталкивается и разравнивается бульдозерами. Грунт уплотняется быстро движущимися тракторами. Контроль за уплотнением сводится к визуальной оценке следа, оставляемого гусеницами трактора.
Рис. 10-26. Влияние влажности грунта и способа уплотнения на водопроницаемость насыпи.
1 — отсыпка грунта без уплотнения; 2 — то же с уплотнением трактором; 3 — то же с уплотнением укаткой при оптимальной влажности W0, 4 — оптимальная влажность W0, А — разница по влажности при уплотнении переувлажненного грунта; Б — то же по коэффициенту фильтрации.
При таком методе возведения начальная плотность уложенных грунтов получается значительно ниже минимальной плотности, однако водопроницаемость получается практически такой же, как и при укатке подобного грунта тяжелыми катками при оптимальной влажности. Из рис. 10-26 видно влияние влажности и способа уплотнения на проницаемость песчаных моренных грунтов.
Некоторые специалисты [Л. 131] считают, что такой метод уплотнения грунта при отсыпке в ядро плотин может быть применен и в других странах, где дождливая погода является основной помехой при строительстве плотин, в том числе в условиях тропического климата. Например, на юге Японии глинистые грунты с влажностью выше оптимальной уплотняются специальными катками.
Основные требования для применения переувлажненных грунтов сводится к следующему. Грунт на карте отсыпки распределяется бульдозерами слоями толщиной по 0,2—0,3 м. Если от гусеницы трактора на поверхности грунта остается след глубиной 0,3 м и больше, то для начального уплотнения назначают от трех до пяти проходов трактора. Отсыпка грунта ведется практически без контроля за плотностью, так как стенки контрольного шурфа плывут и не представляется возможным определить объем пробы с помощью тарированного песка.
На строительстве плотины Арстатдален высотой 60,0 м в Норвегии выбранные с поверхности монолиты с ненарушенной структурой грунта немедленно направлялись в лабораторию для взвешивания и определения объема их опусканием в масло. Строительный контроль сводится в основном к определению водопроницаемости карьерного грунта, Грунт, отсыпаемый в ядро или экран, должен содержать фракций мельче 0,074 мм не менее 13— 15%.
В процессе консолидации грунта под нагрузкой от вышележащих слоев плотность его может быть определена по монолитам, извлекаемым из насыпи при помощи бурения скважин.
Основную сложность при использовании моренных грунтов вызывает послестроительная осадка. На плотине Мессауре ядро было выполнено из переувлажненного непластичного моренного грунта и послестроительная осадка составила всего 0,5%. На плотине Тюстерватн ядро выполнено из тонкозернистого пылеватого моренного грунта и его послестроительная осадка за первые 5 лет эксплуатации достигла 2,0%.
Поровое давление в уложенном грунте сначала достигает 100% веса вышележащей насыпи, но так как ядро или экран принимается тонким, то в процессе консолидации грунта оно быстро рассеивается и полное уплотнение наступает через 6—8 мес.
