СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ПОДПОРНОЙ СТЕНЫ НА СДВИГ
METHOD OF INCREASING SHEAR STABILITY OF RETAINING WALL

Изобретение относится к гидротехническому строительству и в частности к гидротехническим сооружениям, а именно находящихся в эксплуатации под уровнем воды подпорным стенам аккумулирующих бассейнов и дамб каналов.
Известен способ повышения устойчивости подпорных стен произвольной формы на сдвиг посредством снижения гидростатического давления на тыловую грань стены дренированием обратной засыпки из глинистого грунта дренажным песчаным слоем и дреной, отводящей воду за пределы подпорной стены [1].
Недостатком известного способа является то, что в случае эксплуатации подпорной стены с обратной засыпкой из глинистого под уровнем воды не обеспечивается ее устойчивость на сдвиг при экстренном снижении уровня воды в акватории. Экстренное снижение уровня воды в акватории может потребоваться в случае угрозы прорыва напорного фронта или для проведения ремонтных работ. В зависимости от емкости водоема время понижения уровня в акватории может составлять от нескольких часов до нескольких суток, при этом дренирование обратной засыпки не обеспечивает соответствующего снижения гидростатического давления на тыловую грань стены, фильтрационное противодавление в основании также длительное время остается на прежнем уровне. Так при обычных значениях коэффициента фильтрации глинистого грунта в обратной засыпке от 0,001 до 0,005 м/сут и реальном градиенте напора фильтрационного потока в дренаж не более 1,0 снижение уровня воды на 1,0 м. в обратной засыпке займет соответственно от 1000 до 200 сут. Следовательно, снижение гидростатического давления и фильтрационного противодавления со стороны тыловой грани за время опорожнения составят ничтожные значения. С лицевой стороны стены гидростатическое давление за короткое время снимается одновременно с понижением уровня бьефа. В результате равновесие сдвигающих и удерживающих сил действующих на подпорную стену будет нарушено, что приведет к потере устойчивости подпорной стены на сдвиг.
Наиболее близким техническим решением является способ обеспечения устойчивости на сдвиг эксплуатируемой под уровнем воды подпорной стены произвольной формы с обратной засыпкой из глинистого грунта посредством дренирования обратной засыпки и основания самотечными дренажными системами [2]. Недостатком известного способа является невозможность быстрого снижения гидростатического давления, воздействующего на стену со стороны обратной засыпки при экстренном снижении уровня в акватории, из-за низких значений коэффициента фильтрации грунта обратной засыпки и основания. Самотечные дренажные системы в обратных из глинистого грунта засыпках подпорных стен эксплуатируемых под уровнем воды не снимают гидростатического давления на тыловую грань подпорной стены. Другим недостатком данного способа является то, что в процессе эксплуатации подпорной стены дренирование основания часто затруднено из-за кольматации дренажной системы глинистыми фракциями. В этом случае на подпорную стену со стороны основания будет воздействовать фильтрационное противодавление. Удерживающая нагрузка от гидростатического давления с лицевой стороны стены снижается до значения, соответствующего сниженному уровню в акватории. Баланс сил, воздействующих на стену, изменяется в сторону сил сдвигающих, и подпорная стена теряет устойчивость против сдвига.
Цель изобретения - повышение устойчивости подпорной стены на сдвиг при экстренном снижении уровня бьефа в акватории.
Указанная цель реализуется подключением дренажной системы в основании стены к узлу вакуумирования, с помощью которого создают и поддерживают вакуум в дренажной системе. Получаемый в основании подпорной стены вакуум полностью исключает фильтрационное противодавление на фундаментную плиту и обуславливает дополнительную вертикальную удерживающую нагрузку на стену, равную произведению давления вакуума на горизонтальную проекцию подпорной стены. Суммарный эффект от дополнительной удерживающей нагрузки и исключения фильтрационного противодавления на фундаментную плиту повышает устойчивость подпорной стены на сдвиг при экстренном снижении уровня воды в акватории. Вакуум в дренажной системе основания подпорной стены может достигать 0,08 МПа и поддерживаться все время, необходимое для проведения ремонтных работ. Весь цикл работ по монтажу узла вакуумирования и его подключения к дренажу основания выполняется до возникновения потребности экстренного снижения уровня в акватории. После проведения необходимых ремонтных работ на сооружениях, размещенных в акватории и повышения уровня воды, вакуум в дренажной системе основания подпорной стены снимается.
Сущность изобретения поясняется чертежом, представленным на фиг. 1, где показан поперечный разрез подпорной стены произвольного профиля 1, нормальный эксплуатационный уровень бьефа 2 в акватории, экстренно сниженный уровень бьефа 3 для проведения ремонтных работ. Обратная засыпка из глинистого грунта 4 подпорной стены дренируется дренажной системой 5. Дренажную систему 6 в основании 7 стены подключают к узлу вакуумирования (не показан) посредством которого создают и поддерживают вакуум в дренажной системе 6 основания к моменту экстренного снижения бьефа в акватории. Узел вакуумирования может включать различные типы насосного оборудования, например самовсасывающие вихревые насосы, рабочие и резервный.
На фиг. 2 изображена схема нагрузок, действующих на подпорную стену 1 с расчетной плоскостью 8 приложения активного давления грунта при сниженном уровне бьефа 3 в акватории и создания вакуума в дренажной системе 6 основания подпорной стены, где:
б
G - вес подпорной стены;
г
G - вес грунта обратной засыпки;
ah
E - горизонтальная составляющая активного давления обратной засыпки;
av
E - вертикальная составляющая активного давления обратной засыпки;
т
W - гидростатическое давление с тыловой стороны подпорной стены;
л
W - гидростатическое давление с лицевой стороны подпорной стены после снижения уровня бьефа в акватории;
ph
E - пассивное давление грунта;
v
Q - давление вакуума в дренажной системе основания стены.
При необходимости в основании подпорной стены методом направленного бурения дополнительно размещают перфорированную трубопроводную систему, присоединенную к узлу вакуумирования, с помощью которого создают и поддерживают вакуум в основании.
Перфорированная трубопроводная система оснащается фильтром и может быть снабжена датчиками давления, позволяющими следить за давлением в основании подпорной стены.
С помощью автоматики вакуум может поддерживаться на требуемом уровне в соответствии с расчетными значениями, которые определяются методом математического моделирования фильтрации.
Предложенное изобретение повысит безопасность и сохранность отдельных гидротехнических сооружений гидротехнических узлов при необходимости их срочного ремонта при сниженном уровне в акватории.