Грунтовая плотина

 

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано при возведении плотин из местных материалов в суровых климатических условиях, а также при реконструкции оголовков таких плотин. В непучинистом оголовке плотины выполнена бетонная стенка, нижний конец которой заделан в верхнюю часть противофильтрационного элемента из связного грунта, а верхний - размещен выше максимального уровня воды перед плотиной. Бетонная стенка снабжена расположенными на расстоянии друг от друга электродами, одни концы которых размещены в стенке, а другие - тоководами распределены по фазам источника питания электрическим током. В состав бетона (глиноцементобетона) стенки включен электропроводный материал в количестве, обеспечивающем выполнение условия ρ_б < ρ_г, где ρ_б и ρ_г - удельные электрические сопротивления соответственно бетона стенки и примыкающего к ней грунта. Изобретение обеспечивает повышение надежности плотины при ее эксплуатации в условиях сурового климата благодаря предотвращению образования мерзлоты в верхней части противофильтрационного элемента. 2 ил.

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано при возведении плотин из местных материалов в суровых климатических условиях, а также при реконструкции оголовков таких плотин.

Известна грунтовая (каменно-земляная) плотина, включающая противофильтрационный элемент из связного грунта, боковые призмы и оголовок из несвязного грунта и противофильтрационную диафрагму, нижний конец которой заделан в верхнюю часть противофильтрационного элемента, не промерзающую при эксплуатации плотины в условиях естественного климата, а верхний - размещен выше уровня воды перед плотиной (Авторское свидетельство СССР № 1242566, кл. Е 02 В 7/06, опубл. 07.07.86).

Недостатком такой плотины является то, что в условиях сурового естественного климата верхняя часть противофильтрационного элемента не будет промерзать только при высоком, 8-10 метров и более, оголовке и соответственно при такой же высокой диафрагме, что может усложнить возведение плотины и/или снизить ее надежность.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является грунтовая плотина, включающая противофильтрационный элемент из связного грунта, боковые призмы и оголовок из несвязного грунта и противофильтрационную стенку (диафрагму) из бетона, нижний конец которой заделан в верхнюю часть противофильтрационного элемента, промерзающую при эксплуатации плотины в условиях сурового естественного климата, а верхний - размещен выше максимального уровня воды перед плотиной (Курейская ГЭС на реке Курейке: Технология выполнения реконструкции оголовка грунтовых плотин Курейской ГЭС способом “стена в грунте”, черт. № 849-М1-088-СГ, лист 1-4, Москва, ООО “СПИИ “Гидроспецпроект”, 2001).

В такой плотине оголовок и стенка невысокие. Однако ее надежность, когда в условиях сурового естественного климата граница промерзания в противофильтрационном элементе может опуститься ниже подошвы стенки, невелика. Действительно, при длительной задержке границы промерзания на некотором ниже подошвы стенки уровне, когда достаточно времени, чтобы замерзла вода, подтягиваемая к фронту промерзания, образуются прослойки и линзы льда, раздвигающие минеральный скелет грунта. В дальнейшем вследствие колебания границы промерзания и в результате самоуплотнения нижележащего грунта противофильтрационного элемента под мерзлым “перекрытием” происходит опасное разуплотнение грунта, что может привести к нарушению его фильтрационной прочности.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение надежности плотины при ее эксплуатации в условиях сурового климата. Технический же результат от использования изобретения заключается прежде всего в предотвращении образования мерзлоты в верхней части противофильтрационного элемента путем создания для верхней части противофильтрационного элемента теплого искусственного климата. Дополнительно к указанному предотвращается опасное периодическое промерзание-оттаивание самой стенки.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что грунтовая плотина, включающая противофильтрационный элемент из связного грунта, боковые призмы и оголовок из несвязного грунта и противофильтрационную стенку из бетона, нижний конец которой заделан в верхнюю часть противофильтрационного элемента, а верхний - размещен выше максимального уровня воды перед плотиной, согласно изобретению плотина снабжена расположенными на расстоянии друг от друга электродами, одни концы которых размещены в стенке, а другие - тоководами распределены по фазам источника питания электрическим током. Одновременно с этим в состав бетона стенки включен электропроводный материал в количестве, обеспечивающим выполнение условия

ρ_б < ρ_г,

где ρ_б и ρ_г - удельные электрические сопротивления соответственно бетона стенки и примыкающего к ней грунта.

Сущность технического решения заключается прежде всего в том, что стенка выполнена из электропроводного бетона, что позволяет использовать стенку в качестве нагревательного прибора для обогрева как верхней части противофильтрационного элемента плотины, так и самой стенки.

Предлагаемая грунтовая плотина иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1 и 2.

На фиг.1 показан поперечный разрез плотины с ядром.

На фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, продольный разрез по оси стенки.

Плотина содержит противофильтрационный элемент, выполненный из связного грунта в виде ядра 1, фильтры 2 и 3 с верховой стороны, фильтры 4 и 5 с низовой стороны, верховую 6 и низовую 7 боковые призмы из каменной наброски, защитную призму 8 из непучинистого мелкозернистого грунта и противофильтрационную стенку 9 из глиноцементного бетона, нижний конец которой заделан в верхнюю часть 10 ядра 1, а верхний - размещен выше максимального уровня воды перед плотиной (▿_max ФУ). Защитная призма 8 и расположенные выше уровня 11 верхние части фильтров 2 и 3 и боковой призмы 6 образуют собою оголовок 12 плотины, все элементы которого выполнены из несвязных грунтов. В состав бетона стенки включен электропроводный материал в количестве, обеспечивающем выполнение условия ρ_б<ρ_г, где ρ_б и ρ_г - удельные электрические сопротивления соответственно бетона стенки и примыкающего к ней грунта - обычно ρ_б<20 Ом·м., а ρ_г>50 Ом·м. Одновременно с этим стенка 9 снабжена электродами 13, одни концы которых размещены в стенке 9, а другие тоководами 14 распределены по фазам источника питания электрическим током 15 (фиг.2).

Стенка 9 выполняется методом “стенка в грунте” преимущественно из секущих буронабивных свай, а ее электропроводность обеспечивается добавлением в глиноцементобетонную смесь электропроводных материалов мелкозернистого состава, таких как некондиционные графит и/или уголь, хвосты черной и цветной металлургии и даже зола ТЭЦ. Стенка снабжена теплоизоляционным покрытием 16, а величина ее электропроводности задана из условия размещения электродов 13 на расстоянии 8-10 метров друг от друга.

Целесообразно стенку 9 выполнять с промежуточного по высоте оголовка 12 уровня 17 и с недопущением образования мерзлоты в верхней части 10 ядра 1, для чего до возведения защитной призмы 8 осуществляют засоление этой части ядра 1.

При эксплуатации плотины стенка 9 воспринимает напор воды при форсированном уровне, а при нормальном подпорном уровне (НПУ) и ниже его напор воды воспринимает ядро 1.

Своевременное задействование обычно в зимнее время электрообогрева стенки 9 путем пропускания по ней электрического тока обеспечивает создание в оголовке плотины теплого искусственного климата, чем и предотвращается промораживание ядра 1 в его верхней части и стенки 9 с момента их создания и на весь период эксплуатации плотины.

Целесообразно электрообогрев стенки 9 осуществлять при наличии над ней слоя 18 несвязного грунта, находящегося в мерзлом состоянии, удельное электрическое сопротивление ρ_м которого обычно превышает 2000 Ом·м, что соответствует электроизолирующим материалам.

Контроль за температурным режимом в оголовке плотины осуществляется с помощью дистанционных преобразователей температуры (не показаны).

Предлагаемое изобретение может быть использовано, например, на строящейся на реке Колыме плотине с ядром для Усть-Среднеканской гидроэлектростанции, где среднегодовая температура воздуха минус 12°С.

Формула изобретения

Грунтовая плотина, включающая противофильтрационный элемент из связного грунта, боковые призмы и оголовок из несвязного грунта и противофильтрационную стенку из бетона, нижний конец которой заделан в верхнюю часть противофильтрационного элемента, а верхний - размещен выше максимального уровня воды перед плотиной, отличающаяся тем, что она снабжена расположенными на расстоянии друг от друга электродами, одни концы которых размещены в стенке, а другие - тоководами распределены по фазам источника питания электрическим током, при этом в состав бетона стенки включен электропроводный материал в количестве, обеспечивающем выполнение условия

ρ_б < ρ_г ,

где ρ_б и ρ_г - удельные электрические сопротивления, соответственно, бетона стенки и примыкающего к ней грунта.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2