Проектирование и строительство земляных плотин - [2]

Земляные плотины возводят при строительстве ГЭС на равнинных реках с развитой поймой. К таким относится построенный каскад гидроузлов на реках Волга, Днепр, Дон, Кама, где на широких поймах и самом русле рек возведены протяженные земляные песчаные плотины огромного объема, намытые способом гидромеханизации из местных песчаных месторождений.

Проектированием плотин, неразрывно связанных с водохранилищами, производят специализированные проектные институты, в частности ОАО «Гидропрект», в котором работают квалифицированные дипломированные инженеры гидротехники.

Для обучения техников и инженеров открытых горных работ, для которых написана эта литература, глава «Проектирование и строительство земляных плотин» изложена в сокращении по сравнению с программой для обучения инженеров — гидротехников, но достаточным для ознакомления с конструкциями, расчетами и производством работ.

Конструкция земляной плотины зависит от многих местных природных факторов: грунтов основания, наличия имеющихся местных грунтовых материалов, размеров водохранилища, климатических условий. Поэтому каждая плотина привязывается к местным условиям и её конструкция в каждом случае индивидуальна и не может быть типовой, как в гражданском строительстве. На нескольких примерах построенных плотин приведем их конструктивные элементы.

Рис.1.2. Поперечный разрез русловой намывной земляной плотины Рижской ГЭС [11].

Пример простейшей плотины:

1 — тело земляной плотины из песка; 2 — гребень плотины — дорожное покрытие (гравий — асфальт); 3 — не фильтрующее основание плотины; 4 — крепление бетонными плитами против волнового воздействия на откос; 5 — берма на откосе упорная; 6 — банкет из каменной наброски для перекрытия русла р. Даугавы; 7 — дренажная призма для снижения выхода фильтрационный вод на низовой откос; 8 — крепление низового откоса посевом трав.

Назначение каждого элемента плотины понятно из описания.

На рис. 1.3. Показан поперечный разрез плотины с экраном и понуром.

Понур — это водонепроницаемое покрытие дна водохранилища, примыкающее к плотине и предназначенное для удлинения пути фильтрации воды под сооружением и снижения фильтрационного давления на его подошву. Устройством понура, достигается уменьшение скорости и расхода профильтровавшейся воды и, следовательно, опасности разрушения основания сооружения фильтрационным потоком. Для устройства понура применяют глину, глинобетон, битумные материалы, торф, бетон, железобетон.

Для уменьшения фильтрации через тело плотины и основания плотины применяют также экраны.

Рис.1.3. Земляная плотина с экраном и понуром на канале им. Москвы [12].

Если в основании плотины залегают хорошо фильтрующие пески, то для уменьшения фильтрации воды через основание и тело плотины, для повышения устойчивости плотины и сокращения потерь воды из водохранилища, применяют так называемые ядра и диафрагмы. Материалом ядра могут служить глина, суглинок, глинобетон, плотно трамбуемые или укатываемые слоями. (рис. 1.4, 1.5)

Диафрагмы (рис. 1.5) могут выполняться не только из бетона, но и из металлического шпунта. Плотины рис. 1.3, 1.4, 1.5 выполнялись сухой отсыпкой грунта.

Рис.1.4. Плотина с ядром, опущенным до водоупора [2].

Рис.1.5. Плотина с глиняным ядром и бетонной диафрагмой [2].

Первой намывной плотиной в России, выполненной способом гидромеханизации, была Ианьковская плотина, выполненная в 1935 — 1936 гг. под руководством профессора Н. Д. Холина при строительстве при строительстве канала Москва — Волга [12].

Плотина надежно сохраняет водохранилище до сегодняшнего времени (рис. 1.6).

Рис.1.6. Типовой профиль Иваньковской песчаной плотины с деревянной противофильтрационной диафрагмой и металлическим шпунтом в основании [12].

Большим достижением российских гидротехников, признанным во всем мире, явилось проектирование и строительство Высотной Асуанской плотины на р. Нил в Египте. В каменно-набросной плотине советские гидротехники выполнили плотный замыв мелким дюнным песком каменную отсыпку, а также осуществили впервые в практике гидростроительства уплотнение с помощью специальной плавучей установки с мощными вибраторами намытого в воду мелкозернистого песка на глубине до 30 м.

Рис. 1.7. Конструктивный профиль Высотной Асуанской плотины на р. Нил [14].

1 — мостовая по щебню; 2 — трехслойный фильтр (1 м щебня размером 40—150 мм, 0,5 м щебня размером 5—35 мм и 1 м крупного песка d=1,5 мм); 3 — карьерная мелочь; 4 — дренажные скважины; 5 — дюнный песок; 6 — уплотненный дюнный песок; 7 — камень крупнее 150 мм, замытый песком; 8 — кривая депрессии; 9 — щебень 40—150 мм; 10 — каменная наброска с гидроуплотнением; 11— шеллалский песок; 12 — уплотненный дюнный песок; 13 — уплотненный шеллалский песок; 14 — цементно—глинистая завеса; 15 — цементационные и смотровые галереи; 16 — ядра из ила; 17 — щебень; 18 — понур из глины; 19 — щебень размером 40—150 мм; 20 — песок различной крупности; 21 — галька и валуны с песчаным заполнителем; 22 — переслаивание супесей, суглинков, песков и песчаников; 23 — магматиты

Из намывных однородных песчаных плотин, возведенных на реках центральной зоны России и Украины, как типичный профиль, приводим на рис. 1.8 разрез плотины Волжской ГЭС на Волге у г. Волгограда (г. Волжский).