БЕТОННАЯ ПЛОТИНА НА СКАЛЬНОМ ОСНОВАНИИ
CONCRETE DAM ON ROCK FOUNDATION

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может применяться для сопряжения нижней части бетонной плотины (гравитационной, арочной, контрфорсной) со стороны верховой грани со скальным основанием.
Известна конструкция бетонных плотин (см. Гришин М.М. и др. «Бетонные плотины (на скальных основаниях)», М: Стройиздат, 1975., стр.100-102), выполняемых в скальном котловане, у которых верховая грань нижней части плотины на участке сопряжения плотины с основанием примыкает к скальному откосу котлована.
Недостатком таких плотин является раскрытие контактного шва между подошвой плотины и основанием со стороны верхнего бьефа при действии гидростатического давления, температурных воздействий (особенно в суровых климатических условиях), что приводит к нарушению работы цементационной завесы, увеличению фильтрационных расходов, нарушению герметичности сопряжения плотины с основанием и условий нормальной эксплуатации, необходимости выполнения сложных ремонтных работ (часто при сниженном уровне водохранилища).
Известна конструкция бетонных плотин (см. Гришин М.М. и др. «Бетонные плотины (на скальных основаниях)», М: Стройиздат, 1975., стр.144, 200) с устройством шва-надреза у верховой грани нижней части плотины вблизи основания. Шов-надрез выполняется горизонтальным, может доходить до цементационной галереи, в нем устраиваются противофильтрационные уплотнения. Устройство шва-надреза позволяет уменьшить или не допустить раскрытие контактного шва между подошвой плотины и основанием.
Недостатком таких плотин (особенно высоких) является снижение надежности плотины в условиях эксплуатации, которая зависит от работы противофильтрационных уплотнений в шве-надрезе.
Известна конструкция бетонных плотин (см. Березинский С.А. и др. «О возможном направлении совершенствования конструкций гравитационных плотин на скальном основании. // Гидротехническое строительство. 1976. №5, стр.13) с устройством со стороны верховой грани нижней части плотины параллельно ей бетонного блока, отделенного от плотины деформационным швом с устройством в шве противофильтрационных уплотнений.
Недостатком таких плотин (особенно высоких) является снижение надежности плотины в условиях эксплуатации, которая зависит от работы уплотнений в деформационном шве.
Известна конструкция бетонных плотин (см. А.С. SU №1701799, Е02В 09/06, 1990 г.) с устройством бетонного блока в верхнем бьефе параллельно плотине с полостью между ними трапецеидальной формы с меньшим нижним основанием, в которой устроен понур из слабоводопроницаемого грунта.
Недостатком таких плотин (особенно высоких) является снижение надежности плотин в условиях эксплуатации при больших напорах, которая зависит от работы грунтового понура при допустимых градиентах напора в зависимости от физико-механических показателей грунта (суглинок, глина) в основном в пределах 4-8. При таких градиентах толщина понура при напоре 200 м может составить 25-50 м, что практически невозможно выполнить, а при меньших толщинах - надежность работы понура не обеспечивается.
В основу изобретения поставлена задача повышения герметичности сопряжения бетонной плотины со стороны верховой грани со скальным основанием и в целом повышение надежности работы плотины в условиях эксплуатации.
Поставленная задача решается тем, что в предложенной конструкции бетонной плотины на скальном основании бетонная стенка со стороны верхнего бьефа параллельно плотине с расширенным швом между ними, расширяющимся от основания плотины к верху, выполнена в виде облицовки на скальном откосе и в основании расширенного шва с заполнением полости расширенного шва асфальтобетоном.
При этом верхняя часть бетонной облицовки может быть выполнена в виде стенки, а на участке расширенного шва с асфальтобетоном у верховой грани нижней части плотины может быть выполнен шов-надрез.
Кроме того, на наклонных участках основания плотины бетонная облицовка и полости, заполненные литым асфальтобетоном, выполнены в виде ступеней с повышением поверхности асфальтобетона вышерасположенной ступени над поверхностью нижерасположенной, а полость с литым асфальтобетоном вышерасположенной ступени отделена от нижерасположенной поперечной стенкой, соединенной с облицовкой.
Между совокупностью отличительных признаков заявленного технического решения и достигаемым техническим результатом существует следующая система причинно-следственных связей.
Благодаря устройству бетонной облицовки на скальном откосе и в основании расширенного шва с заполнением полости шва асфальтобетоном под действием большого гидростатического давления (особенно в высоких плотинах) в верху шва на расширенную поверхность асфальтобетона в шве достигается обжатие асфальтобетона в вертикальном и горизонтальном направлениях с обеспечением водонепроницаемого контакта между асфальтобетонной и бетонной поверхностью верховой грани плотины и бетонной облицовки, с созданием по всей высоте расширенного шва с асфальтобетоном надежного водонепроницаемого контура, а также обеспечивается герметичность нижней части плотины со стороны верховой грани при образовании на этом участке в пределах расширенной полости с асфальтобетоном горизонтальных трещин в бетоне плотины, улучшаются условия работы противофильтрационных уплотнений в нижней части деформационных швов между секциями плотины, благодаря созданию перед этими уплотнениями дополнительного противофильтрационного контура из асфальтобетона.
При устройстве на участке расширенного шва с асфальтобетоном у верховой грани нижней части плотины шва-надреза улучшаются условия работы его противофильтрационных уплотнений, благодаря созданию перед этими уплотнениями дополнительного противофильтрационного контура.
Кроме того, в случае раскрытия контактного шва между подошвой плотины и скальным основанием при заполнении полости шва литым асфальтобетоном, благодаря пластическим и текущим свойствам литого асфальтобетона, под действием давления в нем происходит выдавливание битума из асфальтобетона в раскрытый участок контактного шва и его герметизация.
При этом достигается высокая герметичность сопряжения бетонной плотины со стороны верховой грани со скальным основанием и, в целом, повышение надежности работы плотины в эксплуатационных условиях.
Признаки, отличающие заявляемое техническое решение, отсутствуют в других аналогичных решениях при изучении данной и смежной отраслей техники, что, соответственно, обеспечивает по мнению авторов соответствие критериям "новизна" и "изобретательный уровень".
Предложенное техническое решение поясняется чертежами, где:
На фиг.1 показан поперечный разрез плотины;
На фиг.2 - план А-А с устройством расширенного шва на наклонном участке основания;
На фиг.3 - продольный разрез Б-Б по расширенному шву на наклонном участке основания плотины.
Бетонная плотина 1 на скальном основании выполнена в котловане, на скальном откосе которого со стороны верховой грани 2 плотины 1 от ее подошвы 3 выполнена бетонная облицовка 4 с гранью 5 с образованием расширенного шва 6 трапецеидальной формы между гранью 5 облицовки 4 с основанием 7 облицовки и нижней частью 8 верховой грани 2 плотины 1 с расширением шва 6 от подошвы 3 плотины 1 до верха 9 шва 6 и заполнением полости шва 6 асфальтобетоном. Из галереи 10 плотины выполняются цементационная 11 и дренажная 12 завесы в скальном основании. Над поверхностью асфальтобетона шва 6 может быть отсыпан защитный слой 13 из грунта. Грань 5 облицовки может быть выполнена наклонной в сторону верхнего бьефа или вертикальной. Нижняя часть 8 верховой грани 2 плотины 1 может быть выполнена наклонной в сторону нижнего бьефа, вертикальной и др.
Асфальтобетон, заполняющий полость шва 6, благодаря его вязкоупругим, пластическим и текучим свойствам, водонепроницаемости и долговечности, обеспечивает:
- его самозалечиваемость в случае образования в нем трещин и наилучшим образом отвечает требованиям создания водонепроницаемого контакта,
- создание водонепроницаемого контакта в нижней части плотины со стороны верховой грани при образовании на этом участке в пределах расширенной полости с асфальтобетоном горизонтальных трещин в бетоне плотины и при проникновении битума в контактный шов между подошвой 3 и скальным основанием плотины при его раскрытии.
Верхняя часть бетонной облицовки 4 может быть выполнена в виде бетонной стенки 14: массивной, консольной, контрфорсной и др.
На участке расширенного шва 6, заполненного асфальтобетоном, в нижней части 8 верховой грани 2 может быть выполнен шов-надрез 15 с противофильтрационными уплотнениями.
Асфальтобетон может быть выполнен укатанным или литым. При заполнении литым асфальтобетоном (с повышенным содержанием битума) на наклонных участках основания плотины облицовка 4 и полость шва 6 с асфальтобетоном может быть выполнена в виде ступеней 16 с превышением поверхности асфальтобетона выше расположенной ступени над поверхностью асфальтобетона ниже расположенной ступени, а полость с литым асфальтобетоном выше расположенной ступени отделена от ниже расположенной поперечной стенкой 17, соединенной с облицовкой 4.
Предлагаемая конструкция плотины работает следующим образом:
Под действием большого гидростатического давления воды (особенно в высоких плотинах) на расширенную поверхность асфальтобетона верха 9 расширенного шва 6 происходит обжатие асфальтобетона в расширенном шве 6 с действием сжимающих напряжений в вертикальном и горизонтальном направлениях и обеспечением водонепроницаемого контакта между асфальтобетоном и бетонной поверхностью нижней части 8 верховой грани 2 плотины 1 и гранью 5 бетонной облицовки 4, с созданием по всей высоте расширенного шва 6 с литым асфальтобетоном надежного водонепроницаемого контура. При этом обеспечивается герметичность нижней части плотины со стороны верховой грани при образовании на этом участке в пределах расширенной полости с асфальтобетоном горизонтальных трещин в бетоне плотины. Также улучшаются условия работы противофильтрационных уплотнений в нижней части деформационных швов 18 между секциями плотины 1, благодаря созданию перед уплотнениями швов 18 дополнительного водонепроницаемого контура из литого асфальтобетона расширенного шва 6. Горизонтальное давление в асфальтобетоне шва 6 передается с одной стороны на плотину 1, а с другой стороны через бетонную облицовку 4 на скальный откос.
Кроме того, благодаря пластическим и текучим свойствам литого асфальтобетона при раскрытии со стороны верховой грани 2 плотины 1 контактного шва между подошвой плотины 3 и скальным основанием в условиях эксплуатации под действием давления в асфальтобетоне происходит выдавливание битума из асфальтобетона в раскрытый участок контактного шва и его герметизация.
На участке расширенного шва 6 в нижней части 8 верховой грани 2 плотины 1 шва-надреза 15 благодаря обжатию асфальтобетона в шве 6 с созданием по всей высоте расширенного шва 6 с асфальтобетоном водонепроницаемого контура образуется дополнительный водонепроницаемый контур перед швом-надрезом 15. При этом достигается высокая герметичность сопряжения бетонной плотины 1 со стороны верховой грани 2 со скальным основанием и в целом повышение надежности работы плотины в эксплуатационных условиях.
При заполнении расширенного шва 6 литым асфальтобетоном на наклонных участках основания плотины 1 благодаря выполнению облицовки 4 и полости шва 6 с асфальтобетоном в виде ступеней 16 с отделением выше расположенной ступени от ниже расположенной поперечной стенкой 17, соединенной с облицовкой 4, и обжатию асфальтобетона в полости шва 6 каждой ступени на наклонных участках основания плотины 1 обеспечивается водонепроницаемый контакт между литым асфальтобетоном в шве 6 и бетонными поверхностями нижнего участка 8 верховой грани 2 плотины 1 и грани 5 облицовки 4, а также герметизация контактного шва при его раскрытии.
После бетонирования нижней части плотины 1, включая участок с нижней частью 8 верховой грани 2, и выполнения облицовки 4 с основанием 7 полость 6 расширенного шва заполняют поярусно асфальтобетоном при температуре 150-170°C.