ГРУНТОВАЯ ПЛОТИНА С ГЛИНОЦЕМЕНТОБЕТОННОЙ ДИАФРАГМОЙ
GROUND DAM WITH CLAY-CEMENT-CONCRETE DIAPHRAGM

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может найти применение при строительстве напорных грунтовых сооружений, например плотин, дамб, где в качестве противофильтрационного устройства применяют различного рода диафрагмы.
Отечественный опыт строительства и эксплуатации ГЭС показал достоинства и преимущества конструкций грунтовых плотин с противофильтрационным устройством (диафрагмой), выполненным из глиноцементобетона методом буросекущихся свай, по сравнению с традиционным глинистым ядром. В таком случае отпадает необходимость использования слабоводонепроницаемых инертных материалов, которые зачастую отсутствуют на месте строительства, появляется возможность опережающими темпами возводить упорные призмы тела плотины и в кратчайшие сроки, уже после возведения грунтовой плотины, построить глиноцементобетонную диафрагму.
Известна грунтовая плотина (патент Российской Федерации №130322, МПК: Е02В 7/06, опубл. 20.07.2013), включающая противофильтрационное устройство, образованное диафрагмой, выполненной из композитного материала, и переходными зонами, расположенными по обе стороны от диафрагмы. При этом диафрагма выполнена из буросекущихся свай, установленных поярусно по высоте плотины и расположенных в песчаном слое между переходными зонами.
Основным недостатком аналога является напряженно-деформирование состояние диафрагмы, которое выражается в образовании растягивающих напряжений в береговых примыканиях и в верхнем поясе диафрагмы, больших деформациях и осадке ее центральной части, что в итоге приводит к главной и наиболее опасной проблеме - образованию в диафрагме трещин.
Известна грунтовая плотина (патент Российской Федерации №151898, МПК: Е02В 7/06, опубл. 20.04.2015), включающая противофильтрационное устройство, образованное диафрагмой, выполненной из буросекущихся свай, установленных вертикально по высоте плотины, и переходными зонами, буросекущиеся сваи установлены в песчаном слое, расположенном между переходными зонами, предназначенном для кольматации и залечивания трещин в диафрагме. В центральной части тела плотины, между переходными зонами, выполнена песчаная призма. Буросекущиеся сваи установлены в песчаном слое, образованном указанной призмой, при этом габариты песчаной призмы соответствуют условию обеспечения фильтрационной прочности плотины при кратковременных напорах.
По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является необходимость устройства цементационной завесы, большие габариты переходных зон и песчаной призмы. Кроме того, прототипу свойственны недостатки аналога.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, состоит в снижении трещинообразования и горизонтальных деформаций (смещений) глиноцементобетонной диафрагмы путем изменения ее напряженно-деформированного состояния.
Для достижения указанного технического результата в грунтовой плотине с глиноцементобетонной диафрагмой, включающей тело плотины из грунтового материала, диафрагму, выполненную методом буросекущихся свай, переходные зоны в виде обратного фильтра с самозалечивающим песчаным слоем, диафрагма выполнена в плане в форме криволинейной арки,
Кроме этого, заявленное решение имеет факультативный признак, характеризующий его частный случай:
- диафрагма выполнена в два яруса через форшахту так, что второй ярус диафрагмы наклонен на 15-30 градусов от вертикали.
Отличительными признаками предлагаемого изобретения от указанного выше прототипа являются выполнение диафрагмы в плане в форме криволинейной арки методом буросекущихся свай, либо выполнение диафрагмы методом буросекущихся свай в два яруса через форшахту так, чтобы второй ярус был наклонен на 15-30 градусов от вертикали.
Благодаря наличию этих признаков обеспечивается возможность выполнить диафрагму в виде тонкого элемента и главное - уменьшить трещинообразование и смещения глиноцементобетонной диафрагмы путем снижения растягивающих и сжимающих напряжений и в целом изменения ее напряженно-деформированного состояния. Кроме того, отпадает необходимость использования слабоводонепроницаемых инертных материалов, которые зачастую отсутствуют на месте строительства, и появляется возможность опережающими темпами возводить упорные призмы тела плотины и в кратчайшие сроки, уже после возведения плотины из грунтового материала, построить глиноцементобетонную диафрагму методом буросекущихся свай.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-2.
На фиг. 1 показан план плотины из грунтового материала с глиноцементобетонной диафрагмой в форме криволинейной арки.
На фиг. 2 - поперечный профиль плотины из грунтового материала с глиноцементобетонной диафрагмой, выполненной в два яруса.
Грунтовая плотина с глиноцементобетонной диафрагмой содержит тело плотины 1 из грунтового материала, глиноцементобетонную диафрагму 2, выполненную методом буросекущихся свай, форшахту 3 из глиноцементобетона для сопряжения ярусов диафрагмы 2 и обратный фильтр 4 с самозалечивающим песчаным слоем, верхний бьеф (ВБ), нижний бьеф (НБ).
Заявляемая грунтовая плотина с глиноцементобетонной диафрагмой работает следующим образом.
Возведение тела плотины 1 из грунтового материала ведется в один или несколько этапов, при этом строительство глиноцементобетонной диафрагмы 2 выполняется с устройством форшахты 3, необходимой для сопряжения участков диафрагмы 2, возводимых на каждом этапе, например, наклонного и вертикального участков. Кроме того, на первом этапе возведения тела плотины 1 выполняется заглубленный в основание плотины 1 участок глиноцементобетонной диафрагмы 2, заменяющий собой традиционную цементацию основания.
После возведения тела плотины 1 из грунтового материала или ее первого яруса, включающих обратный фильтр 4 с самозалечивающим песчаным слоем, пробуривают вертикальные скважины, расположенные по прямой или криволинейной в плане оси, далее в скважины нагнетают глиноцементобетон, устраивая, таким образом, первый вертикальный участок диафрагмы 2, после этого устраивают форшахту 3 и отсыпают второй ярус тела плотины 1 такой же конструкции, с гребня которого устраивают второй уже наклонный участок диафрагмы 2, расположенный под углом 15-30 град, от вертикали, повторяя при этом вышеперечисленную технологию буровых и бетонных работ. После заполнения водохранилища диафрагма 2 воспринимает действующий на тело плотины 1 напор ВБ и за счет арочного эффекта или наклонного участка диафрагмы 2 происходит изменение ее напряженно-деформированного состояния - уменьшение растягивающих и сжимающих напряжений в береговых примыканиях и верхнем поясе, что в итоге приводит к уменьшению вероятности трещинообразования и горизонтальных смещений глиноцементобетонной диафрагмы 2.
Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает возможность уменьшить опасное для противофильтрационного элемента грунтовых сооружений трещинообразование, а также смещения в верхнем и нижнем поясах диафрагмы 2 путем снижения растягивающих и сжимающих напряжений и в целом значительного улучшения его напряженно-деформированного состояния, а использование современной высокопроизводительной технологии буросекущихся свай и оборудования позволяет значительно сократить сроки возведения сооружения в целом, что сокращает трудоемкость и стоимость строительных работ.
Для осуществления заявляемого изобретения могут быть использованы известные строительные материалы и технология буросекущихся свай, технические возможности и оборудование которой позволяют с большой точностью устраивать сваи в грунте любой формы в плане, а также позволяют менять положение сваи в пространстве, выполняя их наклонными.
Угол наклона верхнего участка диафрагмы 2 ограничен 15-30 градусами (фиг. 2) - при большем угле происходит увеличение поперечного профиля плотины 1, что приводит к увеличению объема используемого для строительства плотины 1 материала, а при меньшем угле - изменение напряженно-деформированного состояния глиноцементобетонной диафрагмы 2 оказывается недостаточным и эффект уменьшения трещинообразования и смещения диафрагмы практически сводиться к нулю. Кроме этого, угол наклона диафрагмы 2 влияет на устойчивость верховой упорной призмы плотины 1 и возможность организации обратного фильтра 4 с самозалечивающим песчаным слоем. В случае же устройства диафрагмы 2 (фиг. 1), например, арочного типа, значение имеет радиус кривизны диафрагмы 2, который также будет определять и геометрию самой плотины 1 в плане и, таким образом, влиять на объемы грунтовых материалов и сроки строительства.