Противофильтрационные устройства в основании плотины

Из всего многообразия геологического строения створов можно выделить следующие характерные случаи.
а. Мощность проницаемых (коэффициент фильтрации грунтов основания больше коэффициента фильтрации тела плотины или ее противофильтрационного элемента) грунтов (аллювиального, деллювиального или аллювиального происхождения) велика и практически водоупор находится на недосягаемой для шпунтовой стенки, грунтовой противофильтрационной стенки или даже инъекционной завесы глубине.

В этом случае в основании может устраиваться «висячая» инъекционная завеса или завеса, доведенная до водоупора, если плотина имеет ядро или диафрагму, причем глубина завесы может быть равна , где Η - напор на сооружение. Устройство завесы возможно из потерн, расположенных в теле ядра (см. рис. 14.5)  или в основании (см. рис. 14.6). Часто за завесой перед выходом потока в нижний бьеф устраивается плоский или лучше глубинный дренаж, который облегчает работу сооружения и позволяет устанавливать эффективность завесы (рис. 14.32).

В случае если плотина однородная или имеет экран, удобным противофильтрационным устройством является понур (рис. 14.33), но в некоторых случаях одновременно возможно применение и всякого рода завес или стенок, требующих специального обоснования. Понур иногда устраивается в сочетании с ядром (см. рис. 14.5 и 15.29) хотя это менее желательно, так как он несколько снижает устойчивость верховой упорной призмы. Призма выполняется обычно из более прочного материала, чем ядро, а в основании призмы оказывается грунт,

Рис. 14.32 Плотина Зильвенштейн (ФРГ) с инъекционной завесой и горизонтальным дренажем:
1 - бетонный зуб (для увеличения пути фильтрции); 2 - иглофильтры; 3 - речной галечник; 4 - горизонтальный дренаж; 5 - инъекционная завеса

Рис. 14.33 Плотина Дервент (Великобритания) с ядром и понуром:
I - песчанистый гравий; II - илистый песок и ил;III - моренная глина; IV - слоистая глина; V - песок и гравий; VI - ил; VII - ленточные глины; 1 - глиняный понур; 2 - песчанистая глина; 3 - бетонные блоки; 4 - дренажные прослойки; 5 - дренажная стенка; 6 - вертикальные дренажные скважины; 7 - разгрузочные скважины

способствующий формированию поверхности обрушения, поэтому понур, если и выполнять, то лучше проектировать его ломаного очертания. На такое решение идут, когда необходимо повысить фильтрационную устойчивость грунта основания в исключительно ответственных сооружениях, как например, Асуанская плотина.

Длина понура определяется на основе фильтрационных расчетов в зависимости от выходных градиентов, а иногда в зависимости от фильтрационных расходов, когда основание сложено очень проницаемыми грунтами (к примеру, галечниками).

На участках, где возможно промерзание понура или его размыв вследствие значительных скоростей воды, понур следует покрывать защитным слоем. Сочетание понура, завесы и дренажа в основании также иногда встречается в практике строительства (см. рис. 14.5).

б. Мощность проницаемых аллювиальных отложений такова, что их можно пересечь шпунтовой стенкой (до 40 м), грунтовой стенкой (до 80 м) или инъекционной завесой (до  м). В этом случае устройство этих противофильтрационных конструкций возможно при строительстве плотины с грунтовым ядром или экраном, а также с негрунтовым экраном или диафрагмой.

Рис. 14.34 Плотина Нехранице (ЧССР):
1 - гравелистый песок; 2 - разгрузочные дренажные скважины; 3 - противофильтрационная стенка; 4 - экран из лёссовидных суглинков

 Рис. 14.35 Плотина Пенеос (Греция, о-в Пелопонес):
1 - глиняное ядро; 2 - фильтр; 3 - аллювий; 4 - глинистый мергель; 5 - зона распространения бентонитового раствора; 6 - армобетонная стенка толщиной 0,6 м; 7 - пластичная глина; 8 - глина; 9 - понур; 10 - фильтр (переходная зона)

Грунтовые противофильтрационные стенки в основании плотин выполняются созданием траншей драглайном или специализированным механизмом. При устройстве траншеи шириной, зависящей от типа механизма (от 0,2 до 3 м), в траншею заливается глинистый в виде суспензии (лучше суспензии из бентонитовой глины) раствор, который и обеспечивает устойчивость стенок траншеи. Объемная масса суспензии  т/м³. Траншея может заполняться тем же вынутым грунтом в смеси с глиной (глинобетон), глинистым материалом или глинистым материалом в смеси с цементом (расход цемента достигает 30% от массы грунта). Засыпка осуществляется прямо в траншею, заполненную раствором (рис. 14.34 и 14.35).
Дополнительное уплотнение грунта обычно не производят.

При малой глубине стенок (до  м) их можно делать жесткими, опуская в траншей плиты из сборного железобетона с последующим омоноличиванием швов. В этом случае образовывается и основании диафрагма. Устройство диафрагмы возможно укладкой в траншею бетона. В отдельных случаях перед укладкой бетона спускают армокаркас и создают железобетонную диафрагму.

 М-1:1000

 
Рис. 14.36 Плотина Щек-Пик (Гонконг):
1 - каменная наброска; 2 - дренажные слои; 3 - фильтр; 4 - дренажный тюфяк; 5 - элювий; 6 - сильно разрушенные граниты; 7 - кварцевый  парферит; 8 - шпунты; 9 - инъекционные скважины; 10 - пригрузка из песка; 11 - песок; 12 - ядро из суглинка

Иногда целесообразно устраивать дренажные скважины за перечисленными противофильтрационными устройствами в основании, которые позволяют проверить и контролировать эффективность работы противофильтрационных устройств в различные периоды эксплуатации сооружения.

На рис. 14.36 показана плотина со шпунтовой стенкой и инъекционной завесой в основании. Могут устраиваться и буробетонные стенки (рис. 14.37).

Пример плотины с инъекционной завесой в аллювиальной части основания показан на рис. 14.37. В этом случае мощность аллювиального слоя из условия производства работ увеличивалась искусственно.

в. Мощность проницаемых отложений мала, (до  м). В этом случае возможно применение самых разнообразных устройств в основании. При проектировании плотины с ядром возможна выемка проницаемого аллювия и сопряжения ядра непосредственно с водоупором в виде замка из материала ядра (рис. 14.38) или бетона.

Проницаемые отложения отсутствуют или их мощность мала, но скала, подстилающая их, сильно трещиновата. В этом случае противофильтрационное устройство тела плотины непосредственно сопрягается с водопроницаемым трещиноватым скальным основанием. При быстро выветривающихся породах основание (обычно полускальное) после вскрытия котлована покрывают битумом, торкретом или глинистым грунтом.

Противофильтрационное устройство в основании в этом случае может выполняться в виде разного рода инъекционных завес.

Необходимость устройства завесы часто в сочетании с дренажем определяется геологическими изысканиями и фильтрационными расчетами. Во всех случаях завеса должна предотвратить вынос

Рис. 14.37. Атбашинская плотина (СССР) высотой 75 м:
1 - бетонная пробка (плита); 2 - диафрагма из полиэтиленовой пленки между двумя слоями песка; 3 - галечниковый грунт; 4 - переходные зоны с обратным фильтром; 5 - банкет перекрытия реки; 6 - известняки; 7 - цементационная завеса в известняках; 8 - противофильтрационная завеса в галечниковом грунте; 9 -  упорная призма из каменной наброски; 10 - защитный слой наброски из крупного камня

фильтрационным потоком заполнителя трещин основания Для этой же цели служит и дренаж, который перехватывает фильтрационный поток за завесой и организованно отводит его в нижний бьеф. Завеса и дренажные скважины часто выполняются из потерн, расположенных в бетонной подушке, зубе или просто с поверхности основания, ядра или экрана (рис. 14.39).

При такой схеме устройства завесы возникают часто задержки в производстве работ по противофильтрационному устройству, так как работы в бортах (выемка скалы под потерну, бетонные работы, покрытие поверхности бетона водонепроницаемым покрытием и т. д.) трудоемки. Учитывая сказанное, удачным решением можно считать устройство завесы и дренажа для каменно-земляных плотин из галерей, заложенных в основании плотины (см. рис. 14.6).

Сопряжение завесы с ядром или экраном осуществляется восходящими скважинами.

Рис. 14.38. Плотина Глабочица (Югославия):
1 - ядро из озерной глины; 2 - каменная наброска; 3 - переходные зоны - фильтры из песка (первый слой) и галечника (второй слой); 4 - цементационная галерея; 5 - цементационная завеса; 6 - бетонная стенка-диафрагма

Рис. 14.39. Чарвакская плотина (СССР):
1 - ядро из суглинка; 2 - переходные зоны (двухслойные) из песчано-гравелистого грунта мелкого и крупного состава; 3 - трубы инклинометров для замера перемещений; 4 - смотровая шахта; 5 -бетонные крепления толщиной 0,5 м; 6 - каменная наброска (горная масса) с зональной укладкой по крупности; 7 - крепление крупным камнем; 8 - галечник; 9 - бетонная подушка (в русловой части); 10 - цементационная потерна

В большинстве случаев дренажные скважины устраивают из тех же галерей, что и инъекционная завеса, но иногда выполняют и самостоятельные дренажные галереи.

Указанный способ создания противофильтрационного устройства в основании удобен еще тем, что позволяет более детально исследовать грунты основания при проходке штолен в основании и вести работы по созданию галереи и инъектированию независима от ведения основных работ по плотине. Остается только один контрольный срок завершения работ (общий для всех видов работ по плотине) - наполнение водохранилища.

Глубина инъекционной завесы устанавливается на основе геологических изысканий и обычно составляет ()Н, но имеются примеры, когда завеса достигает глубины 2Н.

г. Мощность проницаемых отложений мала или отсутствует, к примеру, в бортах и подстилаются они малопроницаемым скальным основанием. В этом случае специальных противофильтрационных устройств в скальном основании не требуется и ограничиваются врезкой противофильтрационного устройства тела плотины в скалу. Такие случаи очень редки.

При возведении плотины из грунтовых материалов на не скальном основании, водопроницаемость которого не превышает водопроницаемости ядра (экрана) тела плотины, последние сопрягаются с основанием аналогично сопряжению с малопроницаемым скальным основанием с предварительным удалением верхнего растительного слоя или слабых илистых отложений. В основании дополнительных противофильтрационных устройств не требуется.