КАМЕННО-НАБРОСНАЯ ПЛОТИНА НА СКАЛЬНОМ ОСНОВАНИИ С ДИАФРАГМОЙ
ROCK-FILL DAM ON ROCKY FOUNDATION WITH DIAPHRAGM

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано при возведении каменно-набросных плотин на реках в труднодоступных районах с ограниченными ресурсами природных строительных материалов, пригодных для устройства противофильтрационного элемента.
Известна плотина из местных материалов, противофильтрационная диафрагма которой выполнена в виде вертикальной стенки и расположена вдоль продольной оси плотины, содержащей внутренний и наружный слои, наружный слой стенки образован сборными блоками, выполненными из пластичного асфальтобетона, размещенными вертикально по высоте диафрагмы, а внутренний слой стенки выполнен из литого асфальтобетона, при этом межблочные швы наружного слоя стенки не омоноличены (патент РФ № 2265693, МПК E02B 3/16, опубл. 10.12.2005 г.).
Недостатками аналога является то, что полностью исключается возможность использования материала диафрагмы с крупным, например, каменным наполнителем, при наличии которого увеличивается жесткость и трещиностойкость диафрагмы, и вместе с тем, не обеспечивается фильтрационная прочность такой диафрагмы вследствие продавливания асфальтобетона в поры этого материала. Кроме того, в аналоге отсутствуют средства, обеспечивающие устойчивость сборных блоков в процессе строительства.
Известна каменно-насыпная плотина с асфальтобетонной диафрагмой в центральной ее зоне, состоящей из верхней и нижней стенок, образованных сборными железобетонными плитами, установленными одна на другую впритык, наружные грани плит верхней и нижней стенок покрыты водонепроницаемой синтетической пленкой в соединениях между собой смежных плит в горизонтальных и вертикальных швах между ними, а внутренняя полость между верхней и нижней стенками заполнена асфальтобетоном (патент РФ № 2470111, МПК E02B 7/06, опубл. 20.12.2012 г.).
По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Недостатками прототипа являются: отсутствие внутреннего, обеспечивающего размещение опалубочных плит каркаса, способного удерживать эти плиты, которые будут испытывать геостатическое давление со стороны поярусно отсыпаемых боковых призм плотины, а также в том, что железобетонные опалубочные плиты практически невозможно использовать на участках примыкания диафрагмы к берегам, низкая устойчивость всей конструкции к осадкам, как вертикальным, так и особенно горизонтальным, возникающим в процессе строительства и эксплуатации, и соответственно такое техническое решение не может быть применено на основании, представленном вечномерзлыми грунтами. Кроме того, данным решением не предусматривается возможность выполнения более приемлемой по стоимости диафрагмы путем инъектирования жидких растворов в предварительно сформированную зернистую засыпку, образующую «скелет» диафрагмы.
Предлагаемое техническое решение лишено указанных недостатков прототипа.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение безопасности каменно-набросной плотины, размещаемой между крутыми скальными берегами в узком створе, с характерно высокими паводковыми уровнями в реке, а также сокращение сроков и стоимости строительства.
Для достижения указанного технического результата в каменно-набросной плотине на скальном основании с диафрагмой, выполненной в ее центральной зоне путем заполнения водоупорным материалом продольной полости, которая образована между установленными одна на другую впритык сборными панелями, продольная технологическая полость сформирована путем размещения сборных панелей, опирающихся на вертикально установленные металлические трубчатые стойки или металлические стойки с продольными пазами, например, двутавры, швеллера, рельсы и т.п., соединенные между собой стержнями в единый каркас, обеспечивающий общую устойчивость диафрагмы в строительный период, причем металлические трубчатые стойки выполнены с отверстиями для инъектирования, заполненной сначала скальным крупнообломочным, а затем поярусно водоупорным и пластичным материалом диафрагмы.
Отличительными признаками предлагаемого изобретения от указанного выше, наиболее близкого к нему, являются - формирование продольной технологической полости, заполняемой водоупорным и пластичным материалом, путем размещения сборных панелей, опирающихся на вертикально установленные металлические трубчатые стойки с отверстиями для инъектирования диафрагмы или металлические стойки с продольными пазами, и соединение этих металлических стоек между собой стержнями в единый каркас.
Благодаря наличию этих признаков обеспечивается технико-экономическая эффективность строительства плотин из грунтовых материалов.
Заявляемая каменно-набросная плотина на скальном основании с диафрагмой иллюстрируется чертежом (фрагмент), на котором показаны:
1 - скальный массив основания;
2 - цементационная завеса в основании;
3 - металлические стойки (на чертеже - стальные рельсы), с продольными выемками/пазами, либо металлические трубчатые стойки;
4 - стержни;
5 - сборные панели;
6 - водоупорный и пластичный материал, заполняемый продольную технологическую полость;
7 - обратный фильтр (слои мелкозернистых сыпучих материалов).
Предлагаемая каменно-набросная плотина на скальном основании с диафрагмой работает следующим образом.
После возведения каменно-набросной плотины и наполнения водохранилища под действием гидростатического давления на диафрагму происходит ограниченное упругим отпором низовой призмы перемещение ее верхних ярусов в сторону нижнего бьефа, без разрушения ее водонепроницаемости, вследствие гибкости каркаса и деформативности самого водоупорного и пластичного материала 6, заполняющего в жидком его состоянии приготовленную поярусно продольную технологическую полость. При этом исключается выдавливание этого материала 6 в поры обратного фильтра 7, состоящего из слоев мелкозернистых сыпучих материалов, выполняющих функцию защиты диафрагмы при воздействии случайных деструктивных процессов, в результате которых может произойти гидроразрыв диафрагмы. Этому также препятствуют сборные панели 5, которые надежно удерживаются на своих местах, опираясь на анкерованные своими нижними концами в скальном массиве основания 1 вертикально установленные металлические стойки 3 с продольными пазами. Сборные панели 5 могут быть выстланы изнутри, например, геосинтетическим защитно-фильтрационным материалом. Сборные панели 5 опираются на вертикально установленные металлические трубчатые стойки с отверстиями или на металлические стойки 3, находятся в их продольных пазах и являются составными частями боковых стенок продольной технологической полости, которая заполнена водоупорным и пластичным материалом 6. При этом с целью ограничения фильтрации в скальном массиве основания 1 в створе диафрагмы выполнена цементационная завеса 2. Металлические стойки 3 с продольными пазами, формирующие каркас диафрагмы и имеющие стальную анкеровку в скальном массиве основании 1, скреплены стержнями 4, обеспечивающими устойчивость и заданную форму каркаса диафрагмы.
Для выполнения диафрагмы путем поярусной инъекции водоупорного и пластичного материала 6 с текучепластичной консистенцией, например, битумного композита, в предварительно сформированную продольную технологическую полость, с находящимся в ней крупнопористым материалом засыпки (скальным крупнообломочным материалом - скальной породой), используют металлические трубчатые стойки 3, имеющие отверстия, через которые поступает инъекционный раствор в материал засыпки.
Таким образом, по сравнению с аналогом и прототипом достигается более высокая технико-экономическая эффективность и надежность каменно-набросной плотины при реализации предлагаемого технического решения.