Выбор типа грунтовой плотины

Выбор типа плотины из грунтовых материалов - наиболее ответственное решение при проектировании гидроузла и должно приниматься на основе технико-экономического сопоставления вариантов всего гидроузла с учетом эффекта от сроков ввода сооружений в эксплуатацию.

На выбор типа плотины с учетом производства работ влияет:

наличие тех или иных грунтовых материалов в специальных карьерах и возможность использования грунтов из полезных выемок; климатические условия в районе строительства; геологические условия в основании и бортах; назначение плотины и ее высота; топографические условия в створе: транспортные условия района строительства; гидрологические условия; квалификация и технические возможности строительной организации; сроки строительства гидроузла; емкость водохранилища.

Все перечисленные факторы влияют различным образом на решение при выборе типа плотины, но каждый из них в тех или иных условиях может стать определяющим.

Тщательная разведка карьеров при изысканиях - важнейший залог успеха при выборе типа плотины. Свойства грунтов в карьерах, расстояние карьеров от створа плотины во многом предопределяют тип плотины. Карьеры мелкозернистых грунтов, которые могут использоваться для тела плотины или противофильтрационных элементов, исследуются с точки зрения их объемов, прочностных и фильтрационных свойств, однородности зернового состава. При возможности выбора предпочтение следует отдавать более «тощим» грунтам и однородным по составу карьерам. При строительстве высоких и сверхвысоких каменно-земляных плотин предпочтение обычно отдают мелкозернистым грунтам с включениями крупнообломочных грунтов - материалы конуса выноса, морена, как менее деформируемым, более прочным и удобоукладываемым, хотя они часто требуют дополнительных технологических операций по осреднению зернового состава и отбору крупных (обычно более 200-300 мм) фракций.

При строительстве низких и средней высоты плотин часто предпочтение отдают песчаным и песчано-гравелистым грунтам, так как появляется возможность использовать средства гидромеханизации. В этом случае возводят чаще всего однородные плотины или плотины с ядром, которое образуется при фракционировании в процессе намыва. При отсутствии на месте строительства пригодных мелкозернистых грунтов для противофильтрационного элемента тела плотины, последний может выполняться из негрунтовых материалов.

Глины - наименее приемлемый материал для тела или противофильтрационного элемента плотины.

Для упорных призм наиболее предпочтительным являются щебенистые, гравийные и гравийно-галечниковые грунты. Горная масса, получаемая при взрыве скалы, также очень часто используется для тела упорных призм. Полускальные грунты при их использовании в тело плотины требуют тщательных исследований выветриваемости под влиянием воды и колебаний температуры. Эти грунты менее приемлемы для тела плотины, хотя тенденции к их использованию в настоящее время имеются.

Климатические условия во многом диктуют выбор типа плотины и выбор грунтов.

В условиях Крайнего Севера, в районах с большим количеством дождливых дней предпочтение отдают плотинам однородным или с экраном, а иногда и с диафрагмой. Выбор мелкозернистых грунтов играет в этом случае первостепенное значение. Предпочтение отдают более «тощим» грунтам. В зависимости от назначения гидроузла, могут приниматься определяющие решения. Если плотина, к примеру, создает водохранилище для водоснабжения, а забор воды осуществляется, из нижнего бьефа, то для тела однородной плотины или для противофильтрационного устройства могут выбираться песчаные грунты.

Если плотина создается для энергетики и песчаные грунты предпочтительны из климатических условий створа, то необходимо провести технико-экономическое сопоставление вариантов с учетом ущерба от потери воды на фильтрацию. В этом случае определяющим -может стать емкость водохранилища и среднемноголетний расход. При больших расходах и большой емкости водохранилища (более 1 км3) песок может оказаться наиболее приемлемым материалом.

Скальное основание создает предпосылки для строительства каменно-земляных и каменных плотин. На сжимаемых основаниях более целесообразны земляные плотины, хотя примеры строительства каменно-земляных плотин в подобных условиях имеются.

Назначение плотины также может во многом влиять на решение при выборе типа плотины. Выше уже рассматривались некоторые примеры такого влияния. Если плотина специального назначения (шламохранилище или хвостохранилище), то охрана окружающей среды становится часто определяющей. Для того чтобы не было распространения веществ, вредных для растений, животного мира или человека, часто необходимо выполнять экраны или ядра из жирных глинистых грунтов, как очень малопроницаемых, хотя это сложно и дорого с точки зрения их укладки. Часто экранируют даже ложе шламонакопителя или хвостохранилища, а если этого недостаточно, то дополнительно или вместо глин укладываются негрунтовые материалы.

В случае если плотина строится для защиты от селей, она вообще может не иметь противофильтрационного устройства, а топография в этом случае может предопределить метод возведения плотины: отсыпка или строительство взрывом на выброс или сброс.

Топография может стать определяющей при выборе типа плотины, которые строятся и для других целей (энергетика, водоснабжение и т. д.). Если топографические и другие природные условия позволяют экономично возвести плотину с помощью направленного взрыва, то тип плотины выбирают исходя из выбранного метода производства работ - плотина без противофильтрационного устройства, если это в соответствии с вышеизложенным возможно и экономически целесообразно, с экраном из грунтового или негрунтового материала, с инъекционной диафрагмой.

Даже если створ недостаточно экономически выгоден для устройства плотины направленным взрывом, но недоступен с точки прения строительства дорог, то предпочтение отдают плотине, которую можно возвести взрывным методом.

Связь района строительства с промышленно развитыми районами страны постоянным водным транспортом или железной дорогой пли в районе строительств имеется возможность получить сравнительно дешевый материал для негрунтового противофильтрационного устройства (шпунт, цемент, асфальт и т. д.) - все это позволяет рассматривать в качестве вполне конкурирующего варианта плотину с негрунтовым противофильтрационным устройством. В противном случае такой тип плотины оказывается экономически невыгодным.

Немаловажную роль при выборе плотины играет квалификация работников будущей строительной организации, которой будет поручено строительство плотины, и ее техническое оснащение.

При наличии высококвалифицированной строительной организации, которая имеет богатый опыт строительства грунтовых плотин, практически нет ограничений при выборе типа плотины.

Если строительная организация не имеет опыта строительства грунтовых плотин по классу капитальности, близкой проектируемой, или вообще раньше не строила плотины, то необходимо стремиться к наиболее простым сооружениям - однородным земляным плотинам или каменно-земляным с более широким ядром и несколько более пологими откосами, чем это требуется согласно расчетам.

Сроки строительства гидроузла также могут продиктовать свои условия при выборе типа плотины. Если они сжаты, то следует идти на тип плотины, который, хотя экономически менее выгоден, но позволяет построить плотину в более короткий срок, используя высокопроизводительные методы производства работ - однородная плотина возводимая методами гидромеханизации при значительном удалении песчаных карьеров от створа, плотина каменно-земляная с экраном или инъекционной диафрагмой, возводимая направленным взрывом с дополнительным дроблением скальной породы при недостаточно выгодных для этой цели топографических условиях и т. д.