Грунтовая плотина

Полезная модель относится к гидроэнергетике и может быть использована в конструкциях энергетических гидроузлов, возводимых в районах с суровыми климатическими условиями. Она направлена на решение задачи сокращения объемов и сроков строительства плотины с противофильтрационным элементом «стена в грунте» из буросекущихся свай бескотлованным способом. Грунтовая плотина содержит тело 1 из гравийно-галечникового грунта и противофильтрационный элемент в виде диафрагмы. Диафрагма выполнена из буросекущихся свай 2, установленных с верха плотины одним ярусом по ее высоте. Буросекущиеся сваи 2 размещены в центральной песчаной призме 3, расположенной между переходными зонами 4, и образуют «стену в «грунте». Сваи 2 изготовлены из композитного материала, обладающего заданными характеристиками, близкими к материалу отсыпки тела 1 плотины (гравийно-галечниковый грунт). Габариты песчаной призмы 3 по верху ее выбраны из условия обеспечения необходимой толщины слоя, служащего для кольматажа возможных трещин в «стене в грунте», а также по условию производства работ. По низу песчаной призмы 3 габариты ее соответствуют условию обеспечения фильтрационной прочности песчаных грунтов призмы в период прохождения паводков. Цельная песчаная призма 3 заданных расчетных габаритов, выполненная в предлагаемом устройстве, обеспечивает не только кольматаж возможных трещин, но и фильтрационную прочность плотины при кратковременных нагрузках (например, при паводке) в строительный период, пока противофильтрационное устройство еще не возведено. Это исключает необходимость во временных напорных сооружениях. Соответственно сокращаются объемы, трудоемкость и стоимость строительных работ по возведению плотины.

Предлагаемая полезная модель относится к области гидротехнического строительства и может быть использована в конструкциях энергетических гидроузлов, возводимых из гравийно-галечниковых грунтов в районах с суровыми климатическими условиями, муссонным климатом и сейсмичностью до 9 баллов включительно.

Известны грунтовые плотины, включающие противофильтрационное устройство, образованное диафрагмой, выполненной из композитного материала с заданными характеристиками, и переходными зонами. При этом самым распространенным композитным материалом для диафрагм грунтовых плотин является асфальтобетон, литой или укатанный (см., например, патенты РФ 2265693, 2460846, 2470111).

Сложность технологии укладки указанных видов асфальтобетона требуют параллельного ведения работ по отсыпке тела плотины и возведению диафрагмы, что неизбежно приводит к увеличению сроков строительства плотины.

Прототипом заявляемого технического решения выбрана грунтовая плотина, включающая противофильтрационное устройство, образованное диафрагмой, выполненной из буросекущихся свай, установленных вертикально по высоте плотины, и переходными зонами, причем буросекущиеся сваи установлены в песчаном слое, расположенном между переходными зонами (см. патент РФ на полезную модель 130322). Буросекущиеся сваи образуют «стену в грунте» и установлены поярусно по высоте плотины. Количество и высота ярусов диафрагмы определяются высотой плотины и возможностями оборудования, используемого для возведения свай.

Выполнение диафрагмы противофильтрационного устройства плотины из буросекущихся свай с использованием современного высокопроизводительного оборудования позволяет значительно сократить сроки возведения плотины за счет исключения необходимости параллельного ведения работ по отсыпке тела плотины и возведению противофильтрационного устройства (возведение диафрагмы осуществляется после отсыпки тела плотины). Соответственно сокращаются трудоемкость и стоимость строительных работ. Размещение «стены в грунте» в песчаном слое обеспечивает возможность кольматажа (самозалечивания) трещин между сваями.

Однако предложенная в прототипе конструкция, возведенная бескотлованным способом, не способна принимать кратковременные напоры (например, паводок) в строительный период, пока противофильтрационное устройство еще не возведено. Для восприятия указанных напоров приходится создавать временные напорные сооружения, что увеличивает объемы и сроки строительных работ.

Предлагаемая полезная модель направлена на решение задачи сокращения объемов и сроков строительства плотины с противофильтрационным элементом «стена в грунте» из буросекущихся свай бескотлованным способом за счет исключения необходимости сооружения временных напорных сооружений.

Для достижения указанного технического результата в грунтовой плотине, включающей противофильтрационное устройство, образованное диафрагмой, выполненной из буросекущихся свай, установленных вертикально по высоте плотины, и переходными зонами, причем буросекущиеся сваи установлены в песчаном слое, расположенном между переходными зонами, в центральной части тела плотины, между переходными зонами, выполнена песчаная призма, а буросекущиеся сваи установлены в песчаном слое, образованном указанной призмой, при этом габариты призмы соответствуют условию обеспечения фильтрационной прочности плотины при кратковременных напорах.

Кроме того, буросекущиеся сваи могут быть установлены одним ярусом по высоте плотины.

Заявителю не известны какие-либо технические решения, обладающие такой же совокупностью признаков, что и заявляемое. Это позволяет сделать вывод о том, что предлагаемая полезная модель удовлетворяет условию «новизна».

Благодаря реализации отличительных признаков заявляемого технического решения в совокупности с признаками, общими с прототипом, у заявляемого объекта появляется новое свойство - способность конструкции принимать кратковременные паводковые напоры в строительный период, когда «стена в грунте» еще не выполнена. Это возможно за счет наличия в предлагаемой плотине центральной песчаной призмы, выполняющей функцию противофильтрационного элемента в период прохождения паводка, при этом расчетные габариты призмы обеспечивают фильтрационную прочность песчаных грунтов. В итоге значительно сокращаются объемы и сроки строительства, т.к. исключается необходимость создания временных напорных сооружений и обеспечивается возможность возведения плотины бескотлованным способом при кратковременных напорах в строительный период.

Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан поперечный разрез предлагаемой грунтовой плотины, на фиг. 2 - то же, продольный разрез.

Грунтовая плотина содержит тело 1 из гравийно-галечникового грунта и проходящий вдоль продольной оси плотины противофильтрационный элемент в виде диафрагмы (отдельной позицией не обозначена). Диафрагма выполнена из буросекущихся свай 2, установленных с верха плотины в один ярус по ее высоте. В общем случае высота и количество ярусов определяются высотой плотины и возможностями оборудования, используемого для возведения свай. В данном конкретном примере высота яруса - 33,5 метра. Буросекущиеся сваи 2 размещены в центральной песчаной призме 3, расположенной между переходными зонами 4 из сортированного гравийно-галечникового грунта и образуют «стену в «грунте». Сваи 2 изготовлены из композитного материала (в данном конкретном случае - из глиноцементобетона с добавками), обладающего заданными характеристиками, близкими к материалу отсыпки тела 1 плотины (гравийно-галечниковый грунт). Габариты песчаной призмы 3 по низу назначены по условию обеспечения фильтрационной прочности песчаных грунтов призмы в период прохождения паводков. При этом максимальный действующий градиент напора J _est (градиент естественный) не должен превышать критического значения, выше которого невозможна нормальная работа плотины. Так, в данном конкретном примере максимальный действующий градиент напора должен быть не выше 0,6 (J_est0,6). Габариты песчаной призмы 3 по верху назначены исходя из условия обеспечения необходимой толщины слоя, служащего для кольматажа возможных трещин в «стене в грунте», а также - возможности ведения строительных работ. При этом состав песчаного слоя подобран так, что он позволяет минимизировать отклонения при бурении и обеспечивает возможность самозалечивания при открытии трещин между сваями 2 (кольматаж трещин). Примыкание диафрагмы к бортам (берегам) 5 или бетонным сооружениям 6 осуществляется с помощью подушек 7, выполненных из того же материала, что и буросекущиеся сваи 2. Борта 6 предварительно выравнены монолитным бетоном. В основании плотины устроена цементационная завеса 8. Позицией 9 обозначены верховой и низовой скальные банкеты.

В процессе реализации предлагаемой конструкции возведение диафрагмы из буросекущихся свай 2 осуществляется после отсыпки тела 1 плотины и песчаной призмы 3.

Заявляемая грунтовая плотина работает следующим образом. Диафрагма из буросекущихся свай 2, образующих глиноцементобетонную «стену в грунте», и центральная песчаная призма 3 воспринимают действующий на плотину напор, а переходные зоны 4 выполняют защитную функцию выноса мелких частиц, уменьшая опасные деформации диафрагмы, которые могут нарушить ее целостность. При этом основное падение напора происходит на «стене в грунте». Кольматаж возможных трещин песчаным грунтом призмы 3 способствует надежной работе противофильтрационного устройства и плотины в целом.

Таким образом, в отличие от прототипа, где песчаный слой, в котором размещена «стена в грунте» из буросекущихся свай, обеспечивает кольматаж возможных трещин между сваями, цельная песчаная призма заданных расчетных габаритов, выполненная в предлагаемом устройстве, обеспечивает не только кольматаж возможных трещин, но и фильтрационную прочность плотины при кратковременных напорах (например, при паводке) в строительный период, пока противофильтрационное устройство еще не возведено. Это исключает необходимость во временных напорных сооружениях, что сокращает объемы, трудоемкость и стоимость строительных работ по возведению плотины.

Для осуществления заявляемой полезной модели могут быть использованы известные строительные материалы и технологии, что, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения условию «промышленная применимость».

1. Грунтовая плотина, включающая противофильтрационное устройство, образованное диафрагмой, выполненной из буросекущихся свай, установленных вертикально по высоте плотины, и переходными зонами, причём буросекущиеся сваи установлены в песчаном слое, расположенном между переходными зонами, отличающаяся тем, что в центральной части тела плотины, между переходными зонами, выполнена песчаная призма, а буросекущиеся сваи установлены в песчаном слое, образованном указанной призмой, при этом габариты призмы соответствуют условию обеспечения фильтрационной прочности плотины при кратковременных напорах.

2. Грунтовая плотина по п. 1, отличающаяся тем, что буросекущиеся сваи установлены в один ярус по высоте плотины.

РИСУНКИ