Способ возведения грунтовой плотины

 

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано на завершающем этапе возведения плотины с грунтовым противофильтрационным элементом. Сначала плотину возводят с временным оголовком в виде практически однородного слоя из несвязного или малосвязного непучинистого грунта ограниченной водопроницаемости. После истечения заданного начального периода эксплуатации плотины под напором, в течение которого наиболее интенсивно происходит осадка плотины и формируется зависание противофильтрационного элемента на боковых призмах, осуществляют досоздание оголовка плотины до его постоянного исполнения. Для чего в однородном слое оголовка из связного грунта выполняют "стену в грунте" по особым "сухим" правилам: разрабатываемую землеройной машиной траншею у забоя укрепляют подвижной конструкцией, а на ранее выполненную часть противофильтрационного элемента через дно траншеи ударно воздействуют тяжелой трамбовкой, после чего траншею заполняют связным грунтом с уплотнением, а плотину довозводят до заданного уровня. Изобретение позволяет на завершающем этапе возведения плотины или при реконструкции ее оголовка упростить работы и повысить надежность плотины. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть применено при возведении плотины с грунтовым противофильтрационным элементом, преимущественно, на завершающем этапе ее возведения или реконструкции ее оголовка.

Известен способ возведения грунтовой плотины, включающий одновременное послойное и с уплотнением выполнение из связного грунта противофильтрационного элемента на всю его высоту и из несвязного грунта боковых призм (Производство гидротехнических работ: учеб. для вузов /А.И.Чураков, Б.А.Волнин, П.Д.Степанов, В.Я.Шайтанов; Под общ. ред. А.И.Чуракова. - М: Стройиздат, 1985, с. 207 - 213).

Недостатком известного способа возведения плотины, проявляющимся на завершающем этапе возведения, является сложность одновременного ведения работ по выполнению противофильтрационного элемента и боковых призм вследствие сужения поперечного сечения плотины и недостаточная надежность плотины вследствие укладки слоев елочкой при выполнении наиболее тонкой и наиболее зависаемой на боковых призмах (переходных зонах) верхней части противофильтрационного элемента, недостаточно защищенной при возведении плотины от промораживания, и низкой точности определения конечной величины осадки плотины, влияющей на строительную высоту плотины и ее противофильтрационного элемента.

Технический результат от использования изобретения, проявляющийся на завершающемся этапе возведения плотины, заключается в упрощении работ за счет предотвращения в сужившемся поперечном сечении плотины одновременности ведения работ по выполнению противофильтрационного элемента и боковых призм (переходных зон) и в повышении надежности плотины за счет предотвращения укладки слоев елочкой при выполнении наиболее тонкой и наиболее зависаемой на боковых призмах (переходных зонах) верхней части противофильтрационного элемента, более полной защищенности противофильтрационного элемента от промораживания при возведении плотины и повышения точности определения конечной величины осадки плотины, а следовательно, и отметок гребня плотины и ее противофильтрационного элемента.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе возведения грунтовой плотины, включающем одновременное послойное и с уплотнением выполнение из связного грунта противофильтрационного элемента и из несвязного грунта боковых призм, согласно изобретению по меньшей мере верхнюю часть противофильтрационного элемента с заданного промежуточного уровня выполняют путем заполнения связным грунтом траншеи по мере ее разработки землеройной машиной на всю толщину слоя грунта, сформированного над выполненными частями противофильтрационного элемента и боковых призм. Землеройную машину снабжают траншейным креплением, передвигающимся в траншее вслед за разрабатываемым забоем, при этом под защитой траншейного крепления в донной части траншеи выполняют работы по подготовке траншеи к заполнению связным грунтом. Промежуточный уровень в противофильтрационном элементе задают с учетом послестроительных осадок плотины и выше нормального уровня воды перед плотиной, а формирование над выполненными частями противофильтрационного элемента и боковых призм слоя осуществляют из грунта с коэффициентом фильтрации менее 10 в сутки, при этом грунт, получаемый при разработке траншеи, размещают над верхней частью противофильтрационного элемента. Целесообразно верхнюю часть противофильтрационного элемента выполнять через промежуток времени после его выполнения до заданного промежуточного уровня, а на выполненную часть противофильтрационного элемента через дно траншеи ударно воздействовать тяжелой трамбовкой при подготовке закрепленного участка траншеи к заполнению связным грунтом и/или при уплотнении этого связного грунта.

Сущность изобретения заключается в том, что плотину возводят сначала с временным оголовком в виде практически однородного слоя из несвязного или малосвязного непучинистого грунта ограниченной водопроницаемости. После же истечения заданного начального периода эксплуатации плотины под напором, в течение которого наиболее интенсивно происходит осадка плотины и формируется зависание противофильтрационного элемента (ядра) на боковых призмах (переходных зонах), а ядро временным оголовком защищается от промораживания, осуществляют досоздание оголовка плотины до его постоянного исполнения. Для чего в однородном лежалом слое оголовка из связного грунта выполняют "стенду в грунте" по особым "сухим" (без применения глинистого раствора) правилам: разрабатываемую землеройной машиной траншею у забоя укрепляют подвижной конструкцией, а на ранее выполненную часть противофильтрационного элемента через дно траншеи ударно воздействую тяжелой трамбовкой, после чего траншею заполняют связным грунтом с уплотнением, а плотину довозводят до уточненного уровня.

На фиг. 1 изображена плотина с временным оголовком, поперечный разрез; на фиг. 2 - то же с постоянным оголовком после завершения послестроительных осадок; на фиг. 3 - призабойный участок траншеи, продольной разрез; на фиг. 4 -разрез по А-А на фиг. 3.

Все элементы грунтовой плотины: ядро 1 из связного грунта, фильтры (переходные зоны) верховые 2 и 3 и низовые 4 и 5 из несвязного грунта и боковые призмы: верховую 6 и низовую 7 из каменной наброски до заданного промежуточного уровня 8 выполняют одновременно с укладкой слоев елочкой и с уплотнением. После чего аналогично, но уже без "елочки" от уровня 8 до уровня 9 создают во временном исполнении оголовок плотины: слой 10, верховые фильтры 2 и 3 и верховую призму 6. Промежуточный уровень 8 обычно задают с превышением над нормальным уровнем (HY) воды перед плотиной, величина которого в результате осадки плотины уменьшается от a₁ (фиг. 1) в начальный период эксплуатации плотины до a₂ (фиг. 2) при последующей эксплуатации. Уровень 9 превышает максимальный форсированный уровень (max ФУ) воды перед плотиной в начальный период эксплуатации и близок к max ФУ при последующей эксплуатации. Слой 10 толщиной от уровня 8 до уровня 9 формируют из несвязного или малосвязного преимущественно непучинистого грунта с коэффициентом фильтрации обычно менее 10 метров в сутки, допустимость которого подтверждают исследованиям, и размещают его над ядром 1, низовым фильтрами 4 и 5, низовой призмой 7 и над верховым фильтром 2.

С таким временным оголовком, защищающим ядро 1 от промораживания, плотину эксплуатируют под напором в течение двух-трех и более лет с допущением минимального и только краткосрочного превышения уровня воды перед плотиной над уровнем 8. Именно в этот период интенсивно происходит осадки плотины и формируется зависание ядра 1 на фильтрах 2 и 4, сопровождаемое опасным разуплотнением ядра, преимущественно, в его верхней зоне 11. После этого оголовок плотины довозводят до постоянного исполнения следующим образом.

С поверхности лежалого слоя 10 (уровень 9) по оси ядра 1 земляной машиной, например роторным траншейным экскаватором 12 (фиг. 3), снабженным траншейным креплением 13, разрабатывают траншею 14 на всю толщину слоя 10. По мере разработки траншеи 14 крепление 13 экскаватором 12 передвигают вслед за забоем 15, при этом под защитой крепления 13 в донной части траншеи выполняют работы по ее подготовке, после чего траншею заполняют связным грунтом с уплотнением, формируя таким образом верхнюю часть 16 ядра 1 с толщиной b меньшей, чем толщина нижерасположенной части ядра 1 и с плоским (без елочки) обычно вертикальными гранями 17 и 18.

Отвальный грунт 19, получаемый при разработке траншеи 14 в виде слоя 20, размещают над верхней частью 16 ядра 1 по всей ширине слоя 10, увеличивая его толщину до уровня 21, превышающего max ФУ в течение всего срока эксплуатации плотины. После чего завершают возведение плотины с оголовком постоянного исполнения до уровня 22, который назначают после уточнения конечной величины осадки плотины, выполненного с учетом действительных осадок плотины в начальный период ее эксплуатации.

Траншейное крепление 13 состоит из двух боковых панелей 23, распорками 24 и связями 25 объединенных в единую жесткую конструкцию, снабженную парой опорных лыж 26, скользящих по поверхности слоя 10 по обе стороны от траншеи 14. Пространство между панелями 23 частично перекрыто со стороны забоя 15 решетчатым ограждением 27, а на противоположном торце - шандорами 28. Посредством пары связующих элементов 29 крепление 13 присоединено к экскаватору 12, например к раме 30 рабочего оборудования 31 или в обход его к тягачу 32, и перемещается в траншее по мере перемещения экскаватора 12. Для повышения устойчивости траншеи ее стенки могут быть выполнены наклонными. Для этого рабочее оборудование 31 снабжают новыми откосниками (не показаны).

При подготовке закрепленного участка траншеи к заполнению связным грунтом через проемы, образование панелями 23 и распорками 24, на дно траншеи 14 ударно воздействуют тяжелой трамбовкой 33. Связный грунт в траншее 14 уплотняют также тромбованием, ударно передающимся на дно траншеи. В результате таких трамбований в существенной мере ликвидируется разуплотнение ядра в зоне 11, которую в особо суровых климатических условиях от омоноличивания промерзанием защищают засолением. Верхнюю же часть 16 ядра 1 от промораживания при необходимости защищают, например, электрообогревом. Для чего над ядром 1 выполняют слой 34 из насыпного электропроводящего материала с электродами 35 и покрытием 36 из теплоизоляционного материала.

Слой 10 и верхняя часть 16 ядра 1 по высоте могут формироваться ярусами и, как крайний случай, таким поярусным "сухим" (без использования глинистого раствора) траншейным способом может быть возведена плотина на всю высоту с грунтовым ядром в виде "стена в грунте" с размещением нижнего яруса стены в основании плотины. Сама же траншея может разрабатываться как экскаватором непрерывного действия, так и одноковшовым экскаватором, оборудованном обратной лопатой, а крепление траншеи может быть выполнено в виде навесного бункера дреноукладчика (Авторское свидетельство СССР N 287600, кл. E 02 F 5/10, 1970) или иметь иное исполнение.

Верхняя часть 16 ядра 1 может обогреваться иным способом, например водой, подаваемой из питательной канавки по фильтрующему слою на поверхность гребня ядра, покрытого полимерной пленкой, отводящей воду в низовую призму плотины (Заявка RU N 97105461/13 от 02.04.97).

Использование изобретения позволяет на завершающем этапе возведения плотины или реконструкции ее оголовка упростить работы и повысить надежность плотины.

Формула изобретения

1. Способ возведения грунтовой плотины, включающий одновременное послойное и с уплотнением выполнение из связного грунта противофильтрационного элемента и из несвязного грунта боковых призм, отличающийся тем, что, по меньшей мере, верхнюю часть противофильтрационного элемента с заданного промежуточного уровня выполняют путем заполнения связным грунтом траншеи по мере ее разработки землеройной машиной на всю толщину слоя грунта, сформированного над выполненными частями противофильтрационного элемента и боковых призм, причем землеройную машину снабжают траншейным креплением, передвигающимся в траншее вслед за разрабатываемым забоем, при этом под защитой траншейного крепления в донной части траншеи выполняют работы по подготовке траншеи к заполнению связным грунтом.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что промежуточный уровень в противофильтрационном элементе задают с учетом послестроительных осадок плотины и выше нормального уровня воды перед плотиной.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что формирование над выполненными частями противофильтрационного элемента и боковых призм слоя осуществляют из грунта с коэффициентом фильтрации менее 10 м в сутки, при этом грунт, получаемый при разработке траншеи, размещают над верхней частью противофильтрационного элемента.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что верхнюю часть противофильтрационного элемента выполняют через промежуток времени после его выполнения до заданного промежуточного уровня, при этом на выполненную часть противофильтрационного элемента ударно воздействуют тяжелой трамбовкой через дно траншеи при подготовке закрепленного участка траншеи к заполнению связным грунтом и/или при уплотнении этого связного грунта.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4