Файл: Максимов С.Н. Инженерные сооружения (с основами строительного дела) учеб. пособие.pdf

мые через первый ярус уложенного бетона мощностью 2—2,5 м. Эта цементация ведется в дополнение к созданию противофильтрационной завесы и площадной цементации основания.

В целях увеличения устойчивости плотины на сдвиг подошве плотины придают «пилообразную» форму или создают верховой и низовой зубья.

Конструкция тела массивных бетонных плотин является функцией прочности основания, а протяженность контакта с осно­ ванием (в поперечном разрезе) зависит прежде всего от требова­ ний устойчивости на сдвиг. Поэтому при опирании на прочные породы даже высокие плотины могут иметь весьма обжатый про­ филь.

Глухие гравитационные плотины на скальном основании (см. рис. 67) имеют треугольный профиль, и верховая грань делается вертикальной.

Водосливные плотины строят также с вертикальной напорной гранью (см. рис. 67), но с криволинейным очертанием водослив­ ной грани и устройством специального «носка», отбрасывающего струю падающей воды в направлении, близком к горизонтально­ му. Это делается для снижения в нижнем бьефе за плотиной раз­ мывающего действия воды, переливающейся через водослив.

При слабых скальных или нескальных породах, слагающих дно долины, в нижнем бьефе предусматриваются устройства для гашения энергии воды, переливающейся через плотину, и креп­ ление дна.

Впродольном профиле водосливная плотина представляет со­ бой чередование водосливных отверстий и промежуточных быч­ ков-устоев. Последние в своей верхней части имеют уширения для размещения на них мостовых конструкций для кранов, обслужи­ вающих плотину или служащих для пропуска транспорта.

Всвязи с тем что скальные породы всегда в той или иной степени трещиноваты, основание, сложенное ими, водопроницае­ мо. Поэтому под всякой бетонной плотиной, опираемой на скаль­ ное основание, должно предусматриваться противофильтрационное устройство.

Основным видом противофильтрационного устройства являет­ ся цементационная завеса. Ее глубина устанавливается специаль­ ными фильтрационными расчетами, обычно сопровождающимися моделированием фильтрационного потока методом ЭГДА.

Цементационная завеса выполняется путем нагнетания це­ ментного раствора (соотношение цемента к воде 1 : 4—7 в зави­ симости от проницаемости скалы) в скважины, пробуренные в основании. При глубоких завесах и сильнопроницаемых породах цементационная завеса устраивается переменного профиля — бо­ лее тонкая на большой глубине и более мощная вблизи от кон­ такта с сооружением (рис. 69). Для этого вначале бурят наиболее глубокие скважины центрального ряда и в них нагнетают цемент­ ный раствор. После твердения раствора производится бурение и

120

нагнетание в более мелкие скважины, располагаемые в парал­ лельных рядах. Для обеспечения наиболее плотного и надежного сочленения завесы с телом плотины предусматриваются специаль­ ные сопрягающие элементы (например, зубья или цементация че­ рез первый ярус уложенного бетона). Шаг скважин цементацион­ ных завес определяется водопроницаемостью пород, но обычно он

в них проводится опытная цементация. Завеса признается выполненной достаточно хорошо, если при давлении,

равном полуторному напору на плотине, расход цементного ра­ створа на 1 пог. м скважины не будет превышать в течение 15 мин 1 л/мин.

При сильнотрещиноватых породах основания с очень высоким поглощением цементного раствора иногда применяют битумизацию (нагнетание битумных эмульсий или разогретого битума).

Для перехвата вод, фильтрующихся под плотиной, и уменьше­ ния взвешивающего противодавления под телом плотины и в ос­ новании устраивается дренаж, состоящий обычно из системы вер­ тикальных скважин, располагаемых за цементационной завесой и выводимых в смотровую галерею — потерну, из которой вода от­ водится в нижний бьеф плотины. Дренажные скважины обычно располагаются на расстоянии 1,5—3,0 м друг от друга (в зависи­ мости от водопроницаемости пород) и в некотором удалении от завесы. Вывод скважин в потерну позволяет контролировать их работу, если нужно прочищать и ремонтировать, а в крайнем слу-

121

чае и заменять их вновь пробуриваемыми из потерны. Для лучше­ го контроля за величиной фильтрационного давления в основа­ нии плотины закладываются пьезометры, также выводимые в по­ терну.

Хорошо запроектированный и работающий дренаж основания существенно снижает вредное влияние взвешивающего противо­ давления фильтрационного потока и может сэкономить до 10—

15% объема тела плотины.

При прочном и малодеформируемом скальном основании осадки плотины бывают незначительными по величине и обычно достаточно однородными. Тем не менее, исходя из наличия тем­ пературных деформаций, тело плотины разрезается конструктив­ ными и строительными швами на отдельные секции и блоки. В частности, между бычками и водосливными пролетами всегда устраивают конструктивные швы, допускающие независимое де­ формирование отдельных секций плотин. Все эти швы имеют спе­ циальное противофильтрационное заполнение.

Тело плотины по качеству бетона, укладываемого в него, не­ однородно. Так, центральная часть, не воспринимающая непосред­ ственного воздействия воды верхнего бьефа и не испытывающая больших изменений температуры, так же как часть, прилегающая к низовой грани плотины, может создаваться из наименее проч­ ного и стойкого бетона. В эту часть тела часто укладывают «то­ щие» бетоны с маркой не выше 100. Напорная грань и прилегаю­ щая к ней часть тела плотины возводятся из самого плотного и наименее проницаемого бетона, содержащего повышенное коли­ чество цемента (до 250—300 кг на 1 м3). Часть тела, примыкаю­ щая к низовой грани плотины, возводится из наиболее морозостойкого бетона.

Это требование к дифференцированной укладке бетона в тело массивных плотин имеет наибольшее значение при строительстве крупных сооружений в суровых климатических условиях, близких к тем, в которых ведутся крупнейшие стройки нашего времени в Сибири (Саяно-Шушенская, Усть-Илимская и др.).

Конструкции массивных плотин на нескальном основании. Гид­ роузлы на нескальном основании обычно располагаются в предгор­ ных или равнинных частях речных долин и, как правило, имеют большую протяженность напорного фронта, создаваемую сочета­ нием глухих и водосливных плотин и других сооружений. Из ус­ ловий экономичности в большинстве случаев оказывается целесо­ образным глухие плотины возводить в виде земляных или камен­ нонабросных сооружений. Поэтому глухие бетонные гравитацион­ ные плотины на нескальном основании возводят редко, а водо­ сливные, как правило, являются обязательным элементом всех гидроузлов, построенных на реках в пределах их предгорных и равнинных участков.

Условия работы водосливной плотины на нескальном основа­ нии зависят от особенностей инженерно-геологической обстановки,

122

обусловленных четырьмя основными свойствами нескальных по­ род: пониженным сопротивлением сдвигу, повышенной деформи­ руемостью, водопроницаемостью и размываемостью грунтов. Эти свойства для разных пород весьма различны; так, для супесчано­ песчаных разностей сопротивление сдвигу будет существенно вы­ ше, чем для глинистых и иловатых, а водопроницаемость наобо­ рот. Но все эти свойства существенно отличны от подобных свойств

скальных (и полускальных) пород и поэтому создают совершенно иные условия работы сооружения во взаимодействии с основанием. Кроме того, для нескального основания обычно весьма характерна изменчивость свойств грунтов по глубине и по простиранию, что создает неоднородность всего основания, которая должна учиты­ ваться при проектировании и возведении сооружения. Поэтому водосливные гравитационные плотины на нескальном основании проектируются, как правило, распластанного профиля (для повы­ шения их устойчивости на сдвиг), способными выдерживать не­ равномерные и большие по величине осадки, с весьма удлиненным

скальном основании, приведен на рис. 70. Здесь уширение профиля тела плотины достигнуто наклоном верховой грани в сторону ниж­ него бьефа. Этим одновременно увеличивается устойчивость соору­ жения, так как вода в верхнем бьефе будет прижимать плотину к основанию. Могут быть применены и другие решения, но удли­ нение подземного контура в этом типе сооружений обычно достигается введением двух элементов: понура и водобоя. Этой же задаче может служить и часто применяемый шпунто-

вый ряд.

Основным назначением понура является удлинение пути филь­ трации, поэтому он делается водонепроницаемым и плотно сочле­

123