Плотины из грунтовых материалов

Сопряжение тела земляной плотины с бетонным сооружением надлежит предусматривать в виде заделанных в него диафрагм, врезающихся в земляную плотину (шпунтового ряда, бетонной стенки и др.). Длину диафрагм сопряжения следует устанавливать на основании фильтрационных расчетов.

В северной строительно-климатической зоне длину диафрагм сопряжения талых и мерзлых плотин с бетонными сооружениями следует устанавливать на основании фильтрационных и теплотехнических расчетов. Сопряжение тела мерзлой земляной (каменно-земляной) плотины, имеющей в своем составе сезоннодействующие охлаждающие устройства (СОУ) с бетонным сооружением (в том числе с водосбросом) следует осуществлять заведением СОУ плотины в сопрягающий устой бетонного сооружения. Установку СОУ в месте примыкания к бетонному сооружению следует предусматривать с шагом, величина которого обосновывается теплотехническим расчетом при учете теплового потока в бетоне сооружения.

Противофильтрационные устройства в основании земляных плотин и бетонных сооружений должны быть взаимоувязаны.

2.82. При сопряжении участков земляной плотины, выполняемых насыпным и намывным способами, необходимо предусматривать мероприятия, не допускающие сосредоточенную фильтрацию в месте сопряжения и неравномерную осадку тела плотины и основания.

ТРЕБОВАНИЯ К РЕКОНСТРУКЦИИ ПЛОТИН 2.83. Наращивание однородной грунтовой плотины на слабоводопроницаемом основании при реконструкции сооружения следует осуществлять как с верховой, так и с низовой сторон плотины.

Увеличение высоты плотины с диафрагмой (ядром) и завесой в основании возможно как с низовой ее стороны - путем наращивания диафрагмы экраном, так и с обеих сторон - с сохранением вертикальной диафрагмы, при этом следует определить необходимость усиления противофильтрационной завесы в основании.

Увеличение высоты плотины с экраном и противофильтрационным устройством в основании возможно только с низовой ее стороны с проверкой фильтрационной прочности экрана (из грунтовых или негрунтовых материалов) и при необходимости с усилением противофильтрационного устройства в основании.

2.84. При реконструкции плотин из грунтовых материалов необходимо предусматривать соответствующие мероприятия по обеспечению нормальной работы дренажа.

2.85. Для надежного сопряжения наращиваемой призмы с низовым откосом плотины растительный слой должен быть убран.

ЗАМОРАЖИВАНИЕ ГРУНТОВ ТЕЛА И ОСНОВАНИЯ ПЛОТИНЫ И СОХРАНЕНИЕ ИХ МЕРЗЛОГО СОСТОЯНИЯ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ В СЕВЕРНОЙ СТРОИТЕЛЬНО-КЛИМАТИЧЕСКОЙ ЗОНЕ 2.86*. Замораживание талых грунтов противофильтрационного устройства плотины и его основания, сохранение их в мерзлом состоянии при эксплуатации плотины, а также сохранение или усиление естественного мерзлого состояния грунтов основания противофильтрационного устройства и низового клина плотины при ее эксплуатации, следует выполнять с помощью СОУ воздушного, жидкостного или парожидкостного вида.

К основным видам СОУ, применяемым при строительстве мерзлых плотин из грунтовых материалов, относятся:

воздушные с принудительной циркуляцией воздуха (черт. 2.1, а);

жидкостные с естественной конвекцией теплоносителя (черт. 2.1, б);

парожидкостные (черт. 2.1, г).

Кроме основных видов СОУ могут быть применены жидкостные с принудительной циркуляцией теплоносителя (черт. 2.1, в), а также рассольные замораживающие системы с охлаждением рассола в наружном теплообменнике.

Черт. 2.1. Схемы основных видов СОУ

а - воздушное с принудительной циркуляцией воздуха; б - жидкостное с естественной конвекцией теплоносителя; в - жидкостное с принудительной циркуляцией теплоносителя; г - парожидкостное; Н_gr - глубина СОУ; Н_out - высота наземной части СОУ

Применение рассольных замораживающих систем на базе холодильных машин и жидкостных СОУ с принудительной циркуляцией теплоносителя допускается при надлежащем технико-экономическом обосновании.

Использование жидкого азота для замораживания грунта допускается в целях предупреждения или ликвидации аварийной ситуации при эксплуатации плотины.

2.87*. При проектировании воздушной замораживающей системы, состоящей из воздушных СОУ, объединенных подводящим или (и) отводящим коллектором, следует предусматривать:

герметизацию системы на теплый период года;

автоматическое отключение системы при снегопаде, повышении температуры наружного воздуха выше величины, установленной проектом, и включение при снижении температуры ниже проектной величины;

возможность очистки системы от льда или инея.

Работу воздушных замораживающих систем следует считать целесообразной при температуре воздуха ниже минус 12-15 °С (в первый сезон замораживания грунта).

При проектировании замораживающих систем, состоящих из автономных жидкостных или парожидкостных СОУ, необходимо предусматривать герметизацию устройств и вертикальность установки СОУ. Применение внешней трубы грунтовых теплообменников устройств диаметром более 180 мм нерационально.

2.88*. Бурение скважин, установку СОУ и устройство замораживающих систем следует производить после возведения плотины.

В случае необходимости для плотин высотой более 25 м допускается применять двухъярусное замораживание: грунтов основания из потерны и грунтов противофильтрационного устройства плотины - с гребня.

2.89*. При строительстве низконапорных плотин водохозяйственного назначения эффективным является сочетание СОУ в центральной части плотины с теплоизоляцией гребня и низового откоса. В качестве теплоизоляционного материала рекомендуется пенопласт типа ПХВ-1 толщиной 6-10 см. Теплоизоляционный слой необходимо защищать от механических повреждений грунтом толщиной 15-20 см.

3. ЗЕМЛЯНЫЕ НАМЫВНЫЕ ПЛОТИНЫ 3.1. Намывные плотины в зависимости от грунтов тела плотины и способов возведения подразделяют на основные виды, указанные в табл. 4 и на черт. 3 и 4.

3.2*. Конструкцию плотины следует выбирать в соответствии с указаниями п. 1.4*, при этом следует стремиться к максимальному использованию естественных грузов, не требующих сортировки при разработке карьера или выемки.

3.3*. При наличии соответствующих карьерных грунтов предпочтение следует отдавать однородным песчаным плотинам, характеризуемым высокой технологичностью производства работ.

Однородные песчаные плотины распластанного профиля со свободно формируемыми откосами следует применять при технико-экономическом обосновании в случаях залегания слабых грунтов в основании, необходимости уменьшения объема крепления откосов, а также при намыве под воду.

При проектировании плотин распластанного профиля или с уширенной нижней частью («подушкой») на слабых, обводненных, заболоченных и заторфованных грунтах основания допускается не предусматривать полностью или частично работы по удалению поверхностного слоя грунта основания и растительности при условии, что это не приведет к нарушению устойчивости и фильтрационной прочности сооружения.

При возведении однородных плотин на слабых грунтах следует, как правило, намывать уширенную нижнюю часть («подушку»), а верхнюю часть возводить после стабилизации осадок «подушки».

Таблица 4

Вид плотины

Грунты тела плотины

Способ возведения плотины

Однородная:

с принудительно формируемыми откосами (черт. 3, а)

Пески, супеси, суглинки (в том числе лёссовидные)

Двусторонний намыв с дамбами обвалования на откосах

со свободно формируемыми откосами - верховым (черт. 3, б) или обоими

Пески, гравийные (дресвяные)

Односторонний намыв с дамбами обвалования на низовом откосе (черт. 4, в) и центральный намыв без дамб обвалования

узкопрофильная (черт. 4, в)

То же

Пионерный намыв с выпуском пульпы из торца трубы и непрерывным устройством обвалования по откосам

Неоднородная:

с ядром (черт. 3, в)

Гравийные (дресвяные), галечниковые (щебенистые) с содержанием песчаных и глинистых фракций

Двусторонний намыв с дамбами обвалования на откосах и отстойным прудом в центральной части плотины (черт. 4, а)

с центральной зоной (черт. 3, г)

Гравийные (дресвяные), галечниковые (щебенистые) или песчаные разнозернистые, содержащие мелкозернистые фракции

То же

Комбинированная:

с насыпным ядром из глинистого грунта и намывными боковыми зонами (черт. 3, д)

Гравийные (дресвяные), галечниковые (щебенистые) или песчаные

Двусторонний намыв без пруда

с насыпными банкетами из горной массы и намывной однородной центральной зоной (черт. 3, е)

То же

Черт. 3. Виды намывных плотин

а-е см. табл. 4; 1 - крепление верхового откоса; 2 - дренаж; 3 - намывное ядро; 4 - намывные промежуточные зоны; 5 - намывные боковые зоны; 6 - намывная центральная слабоводопроницаемая зона; 7 - боковые насыпные призмы (банкеты); 8 - сейсмостойкое крепление откоса; 9 - насыпное глинистое ядро

Черт. 4. Основные схемы возведения намывных плотин

a - двусторонний намыв неоднородной плотины с ядром; б - односторонний намыв однородной плотины с верховым откосом, формируемым при свободном растекании пульпы; в - намыв узкопрофильной плотины; 1 - распределительный пульпопровод; 2 - откос намыва; 3 - отстойный пруд; 4 - граница ядра; 5 - дамба попутного обвалования; 6 - дамба первичного обвалования; 7 - граница прудка; 8 - водоотводящая труба; 9 - временная перемычка; 10 - водосбросный колодец

3.4. Неоднородные плотины следует проектировать при наличии соответствующих карьерных грунтов и необходимости снижения фильтрационного расхода по сравнению с однородными плотинами, а также для уменьшения объема тела плотины. При этом следует учитывать усложнение технологии производства работ по созданию ядра с заданным размером и составом грунта и недопущению его перемыва крупным грунтом.

Для обеспечения однородных свойств ядра заданного размера и исключения перемыва крупным грунтом допускается включать в проекты при соответствующем обосновании принудительное перемешивание грунта в пределах ядерной прудковой зоны плотины.

3.5*. Намывные плотины с боковыми насыпными или каменно-набросными призмами следует применять при условии использования высоких перемычек или камня из полезных выемок котлованов. При проектировании плотин для сейсмических районов необходимо предусматривать устройство каменно-набросных призм и сейсмостойкого крепления откосов.

3.6. Намывной способ возведения плотины допускается совмещать с насыпным, когда, например, верховую призму плотины намывают из песка, а низовую отсыпают из гравийно-галечникового грунта.

Намывные плотины с противофильтрационными устройствами в виде диафрагм, экранов, понуров и т.п. можно предусматривать в исключительных случаях при надлежащем обосновании.

3.7. В проекты намывных плотин следует включать мероприятия по обеспечению качества намыва грунта и установленной плотности его укладки, а также устойчивости откосов плотины в строительный период, в частности, с учетом фильтрационного потока, образующегося за счет водоотдачи свеженамытого грунта, инфильтрации с поверхности намыва и из отстойного пруда. Для намывных плотин должна быть установлена предельная интенсивность их наращивания по условию обеспечения водоотдачи намытого грунта, а для частей плотин, намываемых под воду, - пределы подводной и надводной крутизны откоса.

ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ 3.8*. Зерновой состав карьерных грунтов следует считать основной характеристикой для оценки технической возможности возведения намывных плотин и экономической целесообразности выбранной конструкции.

Содержание органических и водорастворимых примесей в грунтах для намыва плотины следует допускать в количествах, при которых их остаток в теле намывной плотины после производства работ по ее намыву будет не выше величин, указанных в п. 2.5*.

3.9. Предварительную оценку пригодности карьерного грунта для намыва плотин в зависимости от зернового состава следует производить по графикам черт. 5. Предпочтительными для намыва однородных плотин являются песчаные грунты I группы; песчаные и гравийные грунты II группы целесообразно предусматривать для неоднородных плотин с мелкопесчаной центральной зоной или глинистым ядром.

Черт. 5. Группы грунтов, используемых дли намыва плотин

Супеси (III группа), суглинки (IV группа), гравийные и галечниковые грунты (V группа), а также лёссовидные грунты можно использовать для намыва при соответствующем технико-экономическом обосновании. При этом супеси и лёссовидные суглинки следует использовать для намыва однородных плотин, а также для намыва центральной слабоводопроницаемой зоны неоднородных плотин, гравийно-галечниковые грунты - для намыва боковых зон этих плотин.

Запас грунта в карьере должен быть в 1,5-1,8 раза больше объема грунта, принятого в проекте плотины.

При выборе карьеров инженерно-геологические изыскания следует проводить с детальностью, позволяющей выделить и исключить из запасов участки грунта, не отвечающего требованиям укладки в плотину, а также не поддающегося разработке средствами гидромеханизации.

Грунт для намыва плотин должен быть проверен на содержание негабаритных включений (валунов, камней и т.п.), не проходящих через рабочие органы грунтовых насосов.

3.10. Для неоднородных плотин предпочтительны грунты с высокой степенью разнозернистости, например, гравийные с пылеватыми, глинистыми фракциями и при содержании песчаных частиц не менее 25 - 30 %. Содержание в ядре глинистых частиц размером d £ 0,005 мм допускается не более 20 % по условиям консолидации грунта; более высокое содержание глинистых частиц следует допускать при специальном обосновании.

3.11. Возможность применения для намыва искусственных смесей грунтов из разных карьеров или сортированных карьерных грунтов должна быть обоснована технико-экономическим расчетом.

3.12. При необходимости следует предусматривать дополнительное искусственное уплотнение намытого песка (глубинное гидровибрирование, уплотнение взрывами, послойное вибрационное уплотнение или укатку и др.). Мероприятия по дополнительному уплотнению намытых грунтов должны быть обоснованы, как правило, полевыми опытными работами.

ФРАКЦИОНИРОВАНИЕ ГРУНТА В ТЕЛЕ ПЛОТИНЫ 3.13. Фракционирование грунта в поперечном профиле плотины в результате гидравлической раскладки следует учитывать при коэффициенте разнозернистости намываемого грунта k_60,10 ³ 2,5 или k_90,10 ³ 5. Раскладка грунта зависит от его зернового состава, расхода пульпы и ее консистенции, ширины пляжа намыва.

Здесь k_60,10 = d₆₀ : d₁₀ и k_90,10 = d₉₀ : d₁₀, где d₉₀, d₆₀, d₁₀ - диаметр фракций грунта, масса которых вместе с массой более мелких фракций составляет соответственно 90, 60 и 10 % массы всего грунта.

3.14*. При определении зернового состава грунта намывных плотин необходимо учитывать отмыв и сброс мелких частиц грунта. При возведении песчаных однородных плотин следует обеспечивать сброс глинистых и частично пылеватых частиц, однако технологически неизбежен отмыв и более крупных частиц вплоть до мелких песчаных. Расчет нормы отмыва грунта допускается производить по методике, приведенной в рекомендуемом приложении 3*.

При намыве неоднородных плотин сброс глинистых частиц следует назначать с учетом требований п.3.10.

3.15. При проектировании однородных плотин зерновой состав намытого грунта следует принимать по средневзвешенному составу карьерного грунта с учетом отмыва мелких частиц при условии незначительной вариации в поперечном сечении плотины состава грунта и коэффициента фильтрации. При этом следует учитывать небольшое увеличение содержания мелких частиц, грунта в центральной части плотины при ее двустороннем намыве и в наиболее удаленной от выпуска пульпы части плотины при одностороннем намыве.

3.16. При проектировании неоднородных плотин зерновой состав грунта в отдельных их частях необходимо устанавливать с учетом фракционирования при намыве.

Фракционирование грунта при намыве определяют по аналогам или расчетом по методике, приведенной в рекомендуемом приложении 4.

Осредненный зерновой состав грунта следует определять отдельно для ядра и боковых зон плотины или для этих частей плотины и дополнительно для промежуточных зон. Разбивка профиля плотины на части принимается в соответствии с имеющимися аналогами или данными рекомендуемого приложения 4.

Для плотин I и II классов фракционирование грунта следует уточнять при проведении опытного намыва, соблюдая условия технологии возведения данной плотины.

3.17. Ширину ядра неоднородной плотины следует предварительно назначать в зависимости от состава карьерного грунта в пределах 10-20 % ширины плотины на данной высоте, а центральной зоны из мелкопесчаного грунта - а пределах 20-35 % указанной ширины. Эти размеры надлежит корректировать в соответствии с рекомендуемым приложением 4 или по результатам начального этапа намыва.