СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ ГРУНТОВОЙ ПЛОТИНЫ ГИДРОУЗЛА
METHOD FOR CONSTRUCTION OF GROUND DAM OF HYDROPOWER PLANT

Изобретение относится к области гидротехнических сооружений, а именно к строительству гидроузлов с грунтовыми плотинами, имеющими регулируемые водоспуски. Способ предназначен для создания водоподпорных сооружений, обеспечивающих формирование на реках водохранилищ и использующих для возведения плотин местные грунты. Изобретение может быть использовано также для упрочнения просадочных грунтов при подготовке грунтовых оснований наземных зданий и сооружений.
Известен способ возведения грунтовой плотины по пат. РФ № 2145372 МПК Е02В 7/06, опубл. 20.02.2000 г., согласно которому плотину возводят с временным оголовком в виде практически однородного слоя из несвязного или малосвязного непучинистого грунта ограниченной водопроницаемости. После истечения заданного начального периода эксплуатации плотины под напором, в течение которого наиболее интенсивно происходит осадка плотины и формируется зависание противофильтрационного элемента на боковых призмах, осуществляют досоздание оголовка плотины до его постоянного исполнения. Для этого в однородном слое оголовка из связного грунта выполняют «стену в грунте» по особым «сухим» правилам: разрабатываемую землеройной машиной траншею у забоя укрепляют подвижной конструкцией, а на ранее выполненную часть противофильтрационного элемента через дно траншеи ударно воздействуют тяжелой трамбовкой, после чего траншею заполняют связным грунтом с уплотнением, а плотину довозводят до заданного уровня.
Недостатком аналога является сложный технологический процесс, требующий значительных затрат на материалы и оборудование.
Известен способ возведения грунтовой плотины, включающий одновременное послойное с уплотнением выполнение из связного грунта противофильтрационного элемента и из несвязного грунта боковых призм (Производство гидротехнических работ: учеб. для вузов /А.И. Чураков, Б.А. Волнин, П.Д. Степанов, В.Я. Шайтанов; Под общ. ред. А.И. Чуракова. - М: Стройиздат, 1985, с. 207 - 213).
Недостатком известного способа является недостаточная прочность возводимых плотин из-за неплотности грунтов, могущая повлечь прорыв напорного фронта в результате разрушения грунта при наполнении водохранилища.
Среди аналогов наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ возведения грунтовой плотины гидроузла с регулируемым бетонным водосбросом, описанный, в методических указаниях «Плотина из грунтовых материалов в составе гидроузла»: Метод. указания для выполнения курсового и дипломного проектов студентами специальности 29.04 «Гидротехническое строительство» / Нижегор. архитектур.-строит. ин-т ; сост. В.Н. Грандилевский. - Н. Новгород: НАСИ, 1992. - 36 с. Способ-прототип включает следующие операции: послойную засыпку крупно- и мелкофракционного грунтового материала с двух сторон от водосброса, выравнивание и уплотнение слоев тяжелой техникой, смачивание слоев в ходе уплотнения водой, при расходе воды 5-7% объема материала, послойное определение степени плотности и при необходимости дозасыпку мелкофракционного грунтового материала. Все перечисленные работы, кроме бетонных, ведутся в летний период.
Недостатком прототипа является недостаточная плотность укладки грунтов, т.к. в укладываемых слоях остаются «деформационные» зоны, обусловленные наличием воздушных пор между фракциями грунта, что в дальнейшем может привести к разрушению плотин при наполнении водохранилищ.
Заявляемое изобретение позволяет повысить плотность укладки грунта плотин и тем самым повысить их стойкость к разрушению.
Для решения указанной проблемы используется следующая совокупность существенных признаков: в способе возведения грунтовой плотины гидроузла с регулируемым водосбросом, включающем одновременное послойное формирование с двух сторон от бетонного водосброса дренажа и откосов плотины засыпкой крупнофракционного материала и последующую отсыпку тела плотины из мелкофракционного грунтового материала с уплотнением каждого слоя до достижения проектной высоты плотины, в отличие от прототипа, уплотнение производят подтоплением слоев при перекрытии водосбросных отверстий бетонного водосброса поднятием уровня воды на высоту засыпанного слоя и после завершения насыщения засыпанного слоя водой осуществляют засыпку следующих слоев и их подтопление. Для оценки степени плотности каждого слоя в процессе подтопления производят измерения величины деформации слоя геодезическим методом.
Сущность изобретения заключается в том, что процесс возведения плотины производится методом послойной отсыпки грунта, при этом каждый слой грунта подвергают подтоплению путем поуровневого наполнения водохранилища, в результате чего происходит эффективное насыщение слоя водой, вызывающего консолидацию грунта. Технология подтопления грунта отличается от операции замачивания, которая используется при уплотнении грунтов оснований в процессе строительства зданий и сооружений (см. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений НИИОСП им. Герсеванова, Госстроя СССР к СНиП 2.02.01-83, Москва, Стройиздат, 1986, с.268-273, рис. 59, 60), тем, что при подтоплении слоев происходит активное проникновение мелкофракционного грунтового материала в поры крупнофракционного материала, которое вызывают архимедовы силы взвешивания, за счет чего уменьшается пористость слоев и, соответственно, увеличивается их плотность. Замачивание слоев, которое осуществляется при уплотнении просадочных грунтов в процессе строительства зданий и сооружений, не дает указанного результата из-за отсутствия архимедовых сил взвешивания.
Сопоставление предлагаемого сооружения и прототипа показало, что поставленная задача - повышение стойкости грунтовой плотины к разрушению за счет увеличения плотности укладки грунта - решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемого изобретения критерию патентоспособности «новизна».
В свою очередь, проведенный информационный поиск в области гидротехнических сооружений не выявил решений, содержащих отдельные отличительные признаки заявляемого изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемой конструкции критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется чертежом, где
на фиг. 1 представлена схема расположения плотины и водохранилища,
на фиг. 2 - поперечный разрез плотины на этапе её возведения.
На фиг. 1 позицией 1 обозначен речной поток, позицией 2 - сооружаемая грунтовая плотина с бетонным водосбросом 3. Бетонный водосброс 3 имеет водосбросные отверстия 4 с перекрывающими затворами (на чертеже не показаны).
Плотина отсыпается из грунта послойно (фиг. 2) для чего в каждом слое, как с верхнего, так и с нижнего бьефа выполняется дренаж, включающий каменную призму 5. На внутренних откосах укладывается дренаж 6 из крупнофракционного материала (щебня, гравия, крупнофракционного песка), между слоями дренажа укладывается слой мелкофракционного грунтового материала 7, извлекаемого из карьера.
После укладки слоя грунта производится подтопление плотины, для чего водосбросные отверстия 4 в бетонной части плотины закрываются, уровень воды в водохранилище поднимается на высоту, соответствующую слою грунта, отсыпанного в тело плотины. При подтоплении слоя грунта 7 происходит его консолидация (уплотнение), подтопление останавливают, после чего отслеживают в откосе плотность каменной призмы 5 и дренажа 6. Если плотность грунта соответствует пористости до 0,3-0,4%, на сформированный слой укладывают следующий, чередуя операции в том же порядке. Процесс завершается при достижении высоты плотины проектного значения.
Для контроля деформации каждого слоя в процессе подтопления производят оценку просадок грунта 7 геодезическим методом.
Предлагаемое изобретение было создано специалистами кафедры Гидротехнических сооружений, конструкций и гидравлики ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова». В дальнейшем, способ предполагается использовать при строительстве II очереди Белопорожской ГЭС.
Изложенное позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «промышленная применимость».