ВЫСОКАЯ ГРУНТОВАЯ ПЛОТИНА

Предлагаемая полезная модель относится к области гидротехнического строительства и может быть использована при возведении высоких грунтовых плотин в северной строительно-климатической зоне.
Условия строительства гидроузлов на реках крайнего Севера существенно отличаются от условий средних и южных районов страны.
Гидрологические режимы северных рек характеризуются крайне неравномерным стоком в годовом разрезе: летом проходит 90-98% стока, зимой - от 2 до 10%.
Зачастую строительство невысоких плотин (плотин-перемычек) является единственно возможным решением строительной и энергетической проблем в упомянутой строительно-климатической зоне.
Чтобы не строить крупных и дорогостоящих сооружений для пропуска паводковых строительных расходов рек, невысокие грунтовые плотины в русле реки принято возводить в зимний период, за один сезон.
Что касается крупных (высоких) плотин, то, как показывает практика, возвести такую плотину полным профилем на требуемую высоту за один зимний сезон - задача невыполнимая.
В связи с этим была разработана конструкция высокой (более 60 м высотой) плотины, состоящая из двух частей - плотины первой очереди (временной, с точки зрения эксплуатации) и основной плотины (см. например, книгу: Пехтин В.А., Серов А.А. Пропуск строительных расходов при возведении гидроузлов на реках Крайнего Севера. СПб, Издательство ОАО «ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева», 2001, с.177, 179, рис.8.4.). Такая конструкция возводится в два этапа: на первом этапе сооружается временная плотина, на высоту 0,4-0,5 полного проектного напора, на втором - основная плотина, на полный напор. Временная плотина входит в профиль основной плотины и создает водохранилище, с использованием которого работают агрегаты первой очереди ГЭС. Под защитой временной плотины в благоприятных условиях строится основная плотина.
Для подобных конструкций крупных плотин предъявляются высокие требования к технологии сооружения и надежности эксплуатации временной плотины, поскольку она возводится в жестких природных условиях за один зимний сезон.
Прототипом заявляемого технического решения является высокая грунтовая плотина Колымской ГЭС, состоящая из двух частей, плотины первой очереди и основной плотины, каждая из которых включает ядро, понур и элемент сопряжения ядра с основанием соответствующей части плотины, (см. книгу: Серов А.А., Пехтин В.А. Колымская ГЭС. Опыт строительства и эксплуатации. СПб, Издательство АО «ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева», 1999, с.21-22, рис.2.2. Копия прототипа прилагается).
Высота временной плотины составляет 62 м, основной - 130 м. Плотина первой очереди входит в верховую упорную призму основной плотины.
3
Каждая часть плотины имеет центральное ядро из суглинистых грунтов, обратные фильтры из песка и песчано-гравийного грунта. Верховая и низовая упорные призмы отсыпаны из камня. Сопряжение ядра основной плотины со скальным основанием осуществлено с помощью монолитной армированной бетонной плиты и цементационной галереи с цементационной завесой. Для каждой части плотины ядро, понур и элемент сопряжения ядра с основанием составляют ее противофильтрационный контур. Суглинок ядра временной плотины отсыпан в воду на глубину 15 м. Сооружение цементационной галереи и укладка суглинка в ядро основной плотины осуществлено в осушенном котловане. Русловая часть временной плотины в объеме около 1 млн. м возведена за одну зиму.
Временная плотина Колымской ГЭС успешно эксплуатировалась в течение 7 лет, пока не была возведена основная плотина.
Существенным недостатком прототипа является необходимость осушения котлована основной части плотины для сооружения в нем цементационной галереи, что приводит к увеличению стоимости и удлинению сроков возведения основной части плотины. Этот недостаток обусловливает низкую технологичность конструкции прототипа.
Предлагаемая полезная модель направлена на решение задачи повышения технологичности конструкции высокой плотины.
Для достижения указанного технического результата в высокой грунтовой плотине, состоящей из двух частей, плотины первой очереди и основной плотины, каждая из которых включает ядро, понур и элемент сопряжения ядра с основанием соответствующей части плотины, понур плотины первой очереди выполнен удлиненным; при этом длина понура определена исходя из фильтрационных характеристик грунтов, составляющих основание плотины первой очереди и допускаемых для этих грунтов градиентов напора, установленных строительными нормами, подводные части понуров обеих частей плотины отсыпаны в воду, а элемент сопряжения ядра основной плотины с ее основанием выполнен в виде инъекционной завесы.
Заявителю не известны какие-либо технические решения, обладающие такой же совокупностью признаков, что и заявляемое. Это позволяет сделать вывод о том, что предлагаемая полезная модель удовлетворяет условию «новизна».
Благодаря реализации отличительных признаков заявляемого технического решения в совокупности с признаками, общими с прототипом, у заявляемого объекта появляются новые свойства - создаются благоприятные условия для возведения и эксплуатации основной плотины в летний и зимний периоды в установленные сроки, без устройства и осушения котлована основной плотины, что и позволяет решить поставленную задачу.
Сущность заявляемой полезной модели иллюстрируется чертежом, где показан поперечный разрез предлагаемой высокой плотины.
Плотина состоит из двух частей: временной плотины 1 (плотины первой очереди) и основной плотины 2. Каждая часть снабжена отдельным противофильтрационным контуром. Противофильтрационный контур плотины 1 включает ядро 3 и понур 4, выполненные из суглинка. Верховая и низовая упорные призмы 5 и 6 соответственно отсыпаны из гравийно-галечных грунтов. Понур 4 выполнен удлиненным. При этом длина понура по контакту с основанием временной плотины определена в зависимости от фильтрационных характеристик грунтов, составляющих основание плотины, с допускаемыми для этих грунтов градиентов напора, устанавливаемых строительными нормами. Удлиненная часть понура 4 является элементом сопряжения ядра 3 с основанием плотины 1. Аналогично основная плотина 2 содержит ядро 7 из суглинка и понур 8, также выполненный из суглинка. Элемент сопряжения суглинка ядра 7 с грунтом основания плотины 2 выполнен в виде инъекционной, в данном примере цементационной завесы 9. Предлагаемая плотина работает следующим образом.
Временная плотина 1 сооружается в первую очередь. За счет этой плотины создается водохранилище, с использованием которого работают агрегаты первой очереди ГЭС. После возведения плотины 1 первой очереди расходы реки пропускаются через водосбросное сооружение. Таким образом под защитой временной плотины 1 создаются благоприятные условия для строительства основной плотины 2 в летний и зимний периоды в установленные сроки. При этом за счет оптимизации длины понура временной плотины подводные части понуров 4 и 8 обеих частей плотины отсыпаются в воду без устройства и осушения котлованов. Выше уровня воды ядро 7 отсыпается послойно насухо.
После завершения строительства основной плотины 2 происходит наполнение водохранилища до проектных отметок, временная плотина 1 затапливается и исключается из работы, начинается эксплуатация основной плотины 2 и водохранилища в проектном режиме. При этом временная плотина 1 входит составной частью в тело основной плотины 2, являясь одним из расчетных элементов, обеспечивающих устойчивость верховой призмы 5. Таким образом, и в нерабочем состоянии плотина 1 остается важным элементом повышения надежности конструкции и эксплуатации предлагаемой плотины в целом.
Использование заявляемого технического решения обеспечивает следующие технико-экономические преимущества по сравнению с прототипом:
1) Уменьшается количество конструктивных элементов в ней: противофильтрационный контур плотины первой очереди не содержит цементационной завесы, а противофильтрационный контур основной плотины - цементационной галереи.
2) Создаются благоприятные условия для возведения основной части плотины как в зимнее, так и в летнее время под защитой плотины первой очереди, при этом подводные части понуров обеих плотин отсыпаются непосредственно в воду без необходимости устройства и осушения котлованов.
В целом указанные преимущества обеспечивают высокую технологичность конструкции предлагаемой высокой грунтовой плотины и позволяют сократить сроки возведения, повысить надежность эксплуатации подобных плотин в северной строительно-климатической зоне, а также сократить затраты на их возведение.
Для осуществления заявляемой полезной модели могут быть использованы известные строительные материалы и технологии, что, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения условию «промышленная применимость».