Виды материалов и их укладка в тело плотины

Для тела каменно-земляных плотин используют самые разнообразные материалы. Ядра и экраны могут выполняться из любых маловодопроницаемых грунтов от песка до глин. Наибольшее распространение получили суглинки и супеси. Пески используются редко (см. рис. 15.18), также редко используют глины.

Если пески редко используются из-за сравнительно высокой водопроницаемости, то глины -из-за сложности достижения требуемой плотности; их вязкости, комковатости. Методы укладки материала в тело плотины такие же как и в земляные плотины.

Рис. 15.24 Усть-Хантайская плотина (СССР):
1 - ядро из моренного грунта; 2 - камедная наброска; 3 - переходные зоны (фильтры) из песчано-гравелистого грунта; 4 - поверхность наброски, подготовленная для пропуска строительного паводка; 5 - деревянный ряж с бетонной плитой сверху; 6 - долориты, в русловой части прикрытые слоем аллювия; 7 -·бетонная плита; 8 - цементационная завеса; 9 - бетонный зуб с галереей; 10 - пригрузка грунтом

Обычно материал ядра укладывается при послойном уплотнении. Толщина слоев 20-40 см и зависит от свойств материала и используемого при укатке оборудования.

В последнее время, как уже отмечалось, широкое распространение для возведения ядер и экранов получили связные грунты с крупнозернистыми включениями. К этой категории относятся щебенисто-дресвяные, гравийно-галечниковые грунты с содержанием мелкозернистой фракции ( мм) более 50%. Предпочтение этим грунтам при возведении противофильтрационных устройств каменно-земляных плотин (особенно ядра) отдают в силу их меньшей деформируемости в сравнении с «чистыми» мелкозернистыми грунтами. Сжимаемость таких материалов обычно меньше на количество процентов крупнозернистых включений. Требования к укладке такого грунта изложены ранее. При всех своих положительных качествах такой грунт имеет ещe один недостаток. В его составе могут быть фракции недопустимых размеров по толщине укладываемого слоя. В этом случае грунт потребуется переработать, чтобы получить требуемый зерновой состав. Такая переработка - мероприятие, которое удорожает и удлиняет срок строительства, но на это часто идут ради удобства укатки и снижения деформируемости ядра.

Горная масса, получаемая разработкой скального грунта взрывным способом, может укладываться в тело плотины различно: а) отсыпкой слоями 1-3 м с уплотнением, б) отсыпкой большими слоями (10-70 м) без уплотнения катками, но промывкой гидромонитором из расчета 2-4 м3 воды на 1 м³ камня.

Уплотнение камня при послойной отсыпке осуществляется виброкатками массой 5-10 т, гружеными самосвалами, тракторами. При уплотнении обычно производят увлажнение из расчета 100-300 л/м3. Использование виброкатков наиболее целесообразно. Их действие распространяется на глубину до 6 м.
Абсолютная величина достигаемого объемного веса во многом зависит от зернового состава горной массы, поэтому используют понятие коэффициента относительной плотности, который обычно принимается .
На Чарвакской плотине было установлено (по данным А. А. Ничипоровича), что при отсыпке пионерным способом слоем 10 м объемный вес был 1,75 т/м³, а при отсыпке слоем 1,5 м с уплотнением шестью проходками самосвала МАЗ-25 увлажнением водой 150 л/м3 было получено  т/м³.

Смачивание камня в период укладки целесообразно производить с целью получения эффекта просадки камня от увлажнения уже в строительный период. Свойства просадки (небольшой) характерно для крупнозернистого материала и особенно для горной массы.

Отсыпку горной массы большими слоями пионерным способом имеет смысл производить даже без смачивания при невозможности или нецелесообразности его уплотнения из-за климатических условий (к примеру, суровые зимние условия) или других обстоятельств, связанных с условиями возведения. Следует иметь в виду сильное расслоение горной массы при таком способе отсыпки.

Наброска камня сравнительно однородного состава (без мелочи) с эстакад, как это выполнялось прежде, сейчас практически не применяется. Такой метод отсыпки, видимо, будет иметь место в будущем в связи с развитием конвейерного транспорта, но уже без сортировки горной массы или галечника. Этот вид производства работ потребует специальных конструкций плотин. Наиболее целесообразной конструкцией из существующих для этого вида производства работ, видимо, следует считать плотину с экраном из-за широкого фронта работ по отсыпке камня.

Уплотнение гравийно-галечникового грунта обычно производят аналогично горной массе, но толщина слоев 0,5-1 м. Хорошо зарекомендовали себя пневмокатки массой до 100 т и виброкатки массой до 10-12 т при уплотнении этого вида материала.

Объемный вес скелета в зависимости от зернового состава и степени уплотнения достигает 22-24 кН/м³ (2,2-2,4 т/м³).

На Нурекской плотине плотность гравелисто-галечникового грунта (до 40% фракции меньше 5 мм) при уплотнении 8 и 12 т виброкатками достигала 23,5 кН/м³ (2,35 т/м³).

Толщину слоев следует назначать  и не более 1 м (по рекомендациям А. А. Ничипоровича).

Полускальные породы (аргиллиты, алевролиты и т. д.) также используют для укладки в тело плотины. Часто горная масса из полускальной породы используется для создания противофильтрационных элементов плотины, так как при уплотнении с замочкой хорошо дробится. Уплотнение такого материала производят кулачковыми катками массой до 60 т.

Полускальные породы используют и в призмах, но главным образом такие, которые в качестве окончательного продукта не имеют глинистого грунта. Поскольку полускальные грунты меняют свои свойства во времени, то прежде чем их использовать в тело упорной призмы плотины, необходимо произвести исследование изменения их свойств. Укладывают полускальные грунты во внутренние зоны призмы, где колебания внешних факторов (к примеру температуры) минимально. Уже в процессе разработки таких грунтов (обычно взрывным способом) стремятся получить максимально раздробленный грунт, чтобы в теле плотины в результате выветривания изменение свойств было минимальным.