СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ БЕТОННОЙ ПЛОТИНЫ НА СКАЛЬНОМ ОСНОВАНИИ
METHOD TO INCREASE STABILITY OF CONCRETE DAM ON BED ROCK

Изобретение относится к области гидротехнического строительства, в частности к технологическим операциям по повышению устойчивости бетонной плотины на скальном основании.
В большинстве случаев устойчивость бетонной плотины на сдвиг или опрокидывание обеспечивается при условии, если суммарное действие двух внешних сил: гидростатического давления на верховую ее грань со стороны водохранилища и противодавления на подошву фильтрационного потока в основании, оказывается меньше суммарного противодействия гравитационного прижатия плотины к основанию, сил трения и сцепления в плоскости контакта бетон-скала и в ряде случаев частичного ее опирания на береговые массивы.
Известен способ повышения устойчивости бетонной плотины осуществляемый путем устройства в ее скальном основании противофильтрационной завесы, выполненной вдоль створа со стороны водохранилища в виде цепочки буровых скважин, через которые инъектируют водоцементный раствор в трещины скального массива для снижения его водопроницаемости и уменьшения противодавления на подошву бетонной плотины (Тетельмин. В.В. Плотина Саяно-Шушенской ГЭС: Состояние, процессы, прогнозы. М.: Книжный дом «Либроком», 2011 г., С.224-229).
Недостатком такого способа является то, что при изменении напряженно-деформированного состояния системы «плотина - основание» в период наполнения водохранилища или охлаждения низовой грани бетонной плотины зимой, происходит раскрытие контактного шва и разуплотнение скального грунта со стороны напорной грани. При этом субгоризонтальными трещинами «подсекаются» противофильтрационная завеса и находящиеся за ней дренажные скважины, увеличивается противодавление и расходы фильтрующейся по трещинам воды, вытекающей в полном объеме в технологическую галерею, в связи с чем нарушаются условия безопасной эксплуатации бетонной плотины.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ повышения устойчивости бетонной плотины осуществляемый с помощью дополнительного ее прижатия к скальному основанию путем натяжения домкратами расположенных со стороны напорной грани анкерных тяжей, представляющих собой пакеты (пучки) из нескольких стальных стержней или тросов, нижние концы которых закреплены в заполняемых цементным раствором или бетоном скважинах, специально для этого пробуренных в скальном основании (А.Н. Марчук, Напряженная анкеровка бетонных плотин. - М., Энергия, 1976, С.84-89). Наличие анкерных тяжей существенным образом повышает устойчивость бетонной плотины на опрокидывание и сдвиг, подавляя трещинообразование в зоне верхового примыкания плотины к основанию.
Недостатками прототипа являются: конструктивно-технологическая сложность способа и многообразность по составу выполняемых операций, в числе которых устройство вертикальных или слабонаклонных полостей (шахт), расположенных в теле бетонной плотины и заглубленных до поверхности основания, в связи с чем возникают неблагоприятные для плотины условия избыточного высокоградиентного дренирования верховой ее зоны.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, состоит в повышении устойчивости бетонной плотины на скальном основании путем пассивной ненапряженной ее анкеровки в основании в пределах участка цементационной завесы.
Для достижения указанного технического результата в способе повышения устойчивости бетонной плотины на скальном основании путем ее крепления к нему со стороны напорной грани анкерными стержнями, сформированными в виде пучков, нижние части которых закрепляют цементным или другим твердеющим раствором в скважинах, анкерные стержни, например, стальные арматурные прутки диаметром 15-20 мм, помещают нижними частями в заполненные еще незатвердевшим цементным раствором в скважины, пробуренные для устройства противофильтрационной завесы в скальном основании, на глубину при которой обеспечивается прочная анкеровка этих стержней и одновременно пассивное вовлечение скрепленного цементацией объема скального основания в статическую работу системы плотина-основание, после этого бетонируют цокольную часть плотины в которой также, после твердения бетона, самопроизвольно жестко закрепляются верхние части анкерных стержней и, тем самым, обеспечивается пассивная анкеровка бетонной плотины к ее скальному основанию.
Кроме того, заявленное решение имеет факультативный признак, характеризующий его частный случай, а именно:
- пассивную ненапряженную анкеровку бетонной плотины выполняют пучками анкерных стержней, погружаемых в скважины, которые пробуривают с отметки пола нижней технологической потерны расположенной в теле бетонной плотины, соблюдая при этом условие, чтобы диаметр устьевого участка скважины в пять - шесть раз превосходил диаметр анкерных стержней в пучковой их комплектации, затем производят инъектирование через эти скважины цементного раствора в основание, обеспечивая при этом дополнительное уплотнение контактного шва бетон-скальное основание.
Отличительными признаками предложенного способа являются: помещение анкерных стержней, например, стальных и диаметром 15-20 мм, в заполненные незатвердевщим цементным раствором инъекционные скважины на глубину, которую предварительно определяют из расчета обеспечения прочности пассивной анкеровки этих стержней в массиве скального основания, и бетонирование цокольной части бетонной плотины, в которой после твердения бетона самопроизвольно жестко закрепляются концевые верхние участки анкерных стержней.
Благодаря наличию этих признаков, путем пассивной ненапряженной анкеровки бетонной плотины в скальном основании в пределах участка цементационной завесы, обеспечивается ее устойчивость.
Предлагаемый способ поясняется чертежами.
На фиг.1 показан поперечный разрез бетонной плотины с участком скального основания.
На фиг.2 - конструктивное обустройство узла анкеровки пучка анкерных стержней в скальном массиве основания из технологической потерны.
На чертежах показаны: поперечное сечение левобережного участка бетонной плотины 1 с выделением цокольной части 2, сочлененной с массивом скального основания 3, в котором расположены скважины наклонного дренажа 4 и цементационная завеса 5, в скважинах 6 находятся пучки анкерных стержней 7, технологическая потерна 8.
Предлагаемый способ осуществляют в следующей последовательности.
На предварительно очищенном скальном основании 3 пробуривают скважины 6, из которых цементный раствор в процессе его инъекции проникает в трещины скального массива и в которые, сразу после окончания инъекции, т.е. до схватывания и твердения раствора, помещают нижними частями пучки анкерных стержней 7, диаметром 15-20 мм. Далее, после бетонирования цокольной части 2 бетонной плотины 1, в ней после твердения бетона самопроизвольно жестко закрепляются концевые верхние участки пучков анкерных стержней 7, которые в последующем обеспечат пассивную анкеровку бетонной плотины 1 к скальному основанию 2.
Аналогично производят работы и в технологической потерне 8 с отметки пола которой пробуривают скважины 6, далее выполняют через них инъекцию цементного раствора в основание 3, а затем пучки анкерных стержней 7 погружают в целиком заполненные цементным раствором скважины 6, после твердения которого также жестко закрепляются концевые верхние участки пучков анкерных стержней 7 в цокольной части бетонной плотины 1.
При этом скважины наклонного дренажа 4, выполненные в скальном массиве 3, участвуют в совместном обеспечении устойчивости бетонной плотины 1 путем снижения противодавления на ее подошву.
Реакция удержания бетонной плотины 1 анкерными стержнями 7 превращается в активную силу сразу после малейшего ее наклона в сторону нижнего бьефа, то есть, в самом начале образования на этом участке трещины или «отжатия» скального основания 3 от подошвы бетонной плотины 1 под действием гидростатической нагрузки от водохранилища.
Таким образом, длина анкерных стержней 7 должна соответствовать условиям обеспечения надежного их закрепления как в скальном основании 3, так и в теле бетонной плотины 1, в связи с чем диаметр устьевого участка инъекционной скважины, в котором размещен пучок этих стержней 7, должен быть в пять - шесть раз больше их диаметра.