Каменно-земляные плотины - Принципы проектирования и строительства плотин в суровых климатических условиях

12-4. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СТРОИТЕЛЬСТВА ПЛОТИН В СУРОВЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
Из рассмотренного выше опыта строительства каменно-земляных и каменнонабросных плотин следует, что такие плотины можно успешно строить в суровых климатических условиях.
Для этого требуется выполнение следующих условий:

1. В проекте плотины предусматривается использование имеющихся на месте грунтов и камня, которые наряду с геологическими условиями створа предопределяют тип и конструкцию плотины. Для насыпи боковых призм используют климатически стойкий камень или песчано-гравелистые и галечно-валунные грунты, а для насыпи противофильтрационных частей — моренные и суглинисто-дресвяные грунты.
2. Тип и конструкция плотины (с ядром или экраном) должна позволять выполнение боковых призм и в зимних условиях, а насыпь противофильтрационных частей по возможности только летом. Исключением могут быть части насыпи, связанные с закрытием строительного канала, а также насыпи противофильтрационных устройств, которые по своему объему определяют общий срок строительства плотины; такие насыпи следует выполнять и зимой. Объем грунта противофильтрационных устройств (ядра или экрана), укладываемых с уплотнением укаткой, должен быть минимальным и не превышать 10—15% общего объема насыпи плотины. Такое ограничение не может быть распространено на плотины, противофильтрационные устройства которых выполняются из моренных грунтов, отсыпаемых в воду.
3. Противофильтрационную часть плотины можно выполнять в виде насыпи из имеющихся грунтов или же в виде мерзлотной диафраг мы. Применение мерзлотной диафрагмы упрощает уплотнение насыпи и подготовку основания под ядро, грунты которого могут быть прорезаны мерзлотной завесой. Грунты в диафрагме н завесе можно заморозить при помощи холодильной установки летом и холодного воздуха зимой.
4. Основным условием для успешного возведения зимней насыпи, уплотняемой укаткой, являются летняя заготовка грунта и сохране ние его на зиму в талом виде. Способы заго товки и сохранения грунта в талом виде зависят от вида и характеристик грунта. В зависимости от климатических условий талый грунт в карьерах с влажностью не выше оптимальной (моренные грунты и делювиальные суглинки) не требуют защиты при условии интенсивной и непрерывной его разработки.
5. Если песчано-гравелистый и галечный грунта, кроме того, позволяет: производить нен в талом виде, то насыпь из такого грунта независимо от температурных условий (но не ниже «температурного барьера» минус 40°С) можно выполнять и зимой. Штабелирование грунта, кроме того, позволяет: производить смешивание разных по составу грунтов, улучшить их гранулометрию и частично уменьшить влажность складируемого грунта.
6. Зимой для насыпи должен применяться талый грунт, заготовленный летом. Насыпь обычно выполняют с послойным уплотнением грунта с обеспечением талых контактов между отдельными слоями и уплотнение грунта до его замерзания на карте насыпи или отсыпкой грунта в воду, имеющую всегда положительную температуру на поверхности прудка.

Каждый из этих способов выполнения зимней насыпи определяется в основном используемыми для этого грунтами и устанавливается проектом, при этом допускается частичное или полное промерзание уложенной насыпи.

1. Зимнюю насыпь противофильтрационных устройств плотины можно выполнять при условии:
   детально разработанной технологии работ с оценкой сметной стоимости всех работ и защитных мероприятий (химическая защита грунта, электропрогрев складируемого грунта, защита грунта от излишних теплопотерь при транспортировании и отсыпке на карте, подогрев воды в прудке электробойлером и защита от излишних теплопотерь с поверхности прудка, поддержание полыньи в зоне отсыпки грунта в воду, удаление заберегов и наледей растаиванием их горячими газами, прогрев, поверхностей карт и т. д.);
   строгого соблюдения установленной технологии зимней насыпи и повышенного (против летних условий) контроля за качеством ее выполнения;
   возведения зимней насыпи только из талого грунта, не допуская его смерзания при уплотнении.
   
2. Наброска камня и отсыпка из гравелисто-галечного грунта, заготовленного в летних штабелях, могут производиться независимо от времени года.
3. Чтобы предохранить летнюю отсыпку ядра или экрана от чрезмерного промерзания при консервации работ, насыпь следует закрывать на зиму имеющимися на месте материалами. Вопрос защиты летней насыпи от промерзания зимой решается не только с учетом имеющихся для этого материалов, но и вида грунта, его влажности, сроков оттаивания и зимнего пучения.
4. В проекте плотины должен быть предусмотрен более строгий технический контроль за выполнением технологии зимней насыпи, а также установка на плотине контрольно-измерительной аппаратуры для наблюдений не только за деформациями и фильтрационным режимом, но и за температурным режимом тела плотины и ее основания.
5. Чтобы иметь возможность производить дополнительную цементацию оттаивающего основания плотины в процессе ее эксплуатации, в проекте предусматривается устройство цементационной галереи или штольни в основании ядра или экрана.
6. Для плотин с ядром (экраном) организация производства работ по зимней насыпи существенно не различается. Однако следует учитывать, что плотина с экраном имеет больший объем насыпи экрана, а ее сопряжение с крутыми береговыми склонами более сложно по сравнению с плотиной, имеющей ядро.
7. Для противофильтрационных элементов плотин весьма перспективным является применение синтетических пленок и листов, а также асфальтобетона.
8. Компоновка гидроузла предусматривает: строительство береговых водосбросов, которые могут быть выполнены в две очереди; устройство строительного канала (туннеля или трубы), рассчитанного на пропуск части строительного паводка, с возможностью затопления плотины при пропуске паводка первого или второго года строительства, если это оправдано проектом.

Для обеспечения пропуска паводка с затоплением частично выполненной насыпи плотины предусматривается ее защита от размыва. Во всех случаях учитываются условия пропуска льда через плотину во время строительства. Выбор той или иной схемы выполняется с учетом закрытия временных водоотводных сооружений.

Рис. 12-8. Технологическая схема производства работ по заготовке грунта в карьерах и насыпи Иркутской плотины.
1 — отвал летней заготовки, разрабатываемый зимой; 2 — свод мороженого грунта толщиной 0,8—1,2 м, под защитой которого сохраняется талый грунт; 3 — глыбы смерзшегося грунта, оставляемые в карьере; 4 — сдвоенный отвал от работы двух драглайнов ЭШ-4/40; 5 — заготовка грунта в отвалах летом драглайнами ЭШ-10/75, ЭШ-4/40 и ЭШ-1; 6 — карьерные выработки, в которые сбрасываются вскрышные грунты; 7 — драглайн Э-23 «Шкода», летом работает на транспорт; 8 — зимняя карта отсыпки; 9 — уборка снега бульдозером; 10 — рыхление поверхности карты рипером; 11 — автосамосвал МАЗ-525; 12 — разравнивание грунта бульдозером; 13 — летняя карта отсыпки; 14 — уплотнение грунта до плотности 1950 кг/м³ зимой и 2050 кг/м³ летом, проходящими гружеными автосамосвалами массой 50 т; 15 — суглинок на карту подается автосамосваламн МАЗ-525 и ими же уплотняется при пионерной отсыпке; 16 — засыпка пазухи предшествует отсыпке ядра; 17 — отсыпка гравелистого грунта; 18 — ядро из суглинка; 19 — аллювий; 20 — алевролиты и песчаники; 21 — противофильтрационной зуб-диафрагма.