Бетонная плотина на скальном основании

 

1. БЕТОННАЯ ПЛОТИНА НА СКАЛЬНОМ ОСНОВАНИИ, включающая наклонную плиту, выполненную из упругодеформируемого материала и расположенную внутри скального основания от участка сопряжения верховой грани плотины с основанием наклонно в сторону нижнего бьефа через участок максимальных растягивающих напряжений, отличающаяся тем, что, с целью улучщения напряженно-деформируемого .состояния плотины путем управляемого воздействия силами противодавJ 2 / ления с верховой стороны основания и уменьшения вымывания растворимых и тонкодисперсных частиц основания, наклонная плита выполнена из гидроизолирующего материала , а внутри нее и в направлении ее плоскости устроен фильтрующий слой, соединенный -с водохранилищем, при этом фильтрующий слой снабжен водооттоком, а водоотток - регулируемыми заслонками. 2.Плотина по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью уменьщения непроизводительных потерь воды из водохранилища и уменьщения гидравлической нагрузки на водоотток , фильтрующий слой снабжен полыми водозаборными элементами, оснащенными регулируемыми заслонками и соединяющими фильтрующий слой, с водохранилищем. 3.Плотина по п. 2, отличающаяся тем, i что, с целью уменьщения кольматации фильтрующего слоя, водозаборную поверхность полых водозаборных элементов устраивают выше уровня прогнозируемых наносов в водохранилище .

(19) (113

COIOS СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН з(ю Е 02 В 7 10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ- СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3417671/29-15 (22) 05.04.82 (46) 23.07.83. Бюл. № 27 (72) Б. А. Наторхин (53) 627.824.7 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 470570, кл. Е 02 В 7/06, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 3274037/29-15, кл. Е 02 В 7/00, 10.04.81. (54) (57) 1. БЕТОННАЯ ПЛОТИНА НА

СКАЛЬНОМ ОСНОВАНИИ, включающая наклонную плиту, выполненную из упругодеформируемого материала и расположенную внутри скального основания от участка сопряжения верховой грани плотины с основанием наклонно в сторону нижнего бьефа через участок максимальных растягивающих напряжений, отличающаяся тем, что, с целью улучшения напряженно-деформируемого состояния плотины путем управляемого воздействия силами противодавления с верховой стороны основания и уменьшения вымывания растворимых и тонкодисперсных частиц основания, наклонная плита выполнена из гидроизолирующего материала, а внутри нее и в направлении ее плоскости устроен фильтрующий слой, соединенный с водохранилищем, при этом фильтрую щий слой снабжен водооттоком, а водоотток — регулируемыми заслонками.

2. Плотина по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения непроизводительных потерь воды из водохранилища и уменьшения гидравлической нагрузки на водоотток, фильтрующий слой снабжен полыми водозаборными элементами, оснащенными регулируемыми заслонками и соединяющими фильтрующий слой с водохранилищем.

3. Плотина по п. 2, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения кольматации фильт- @ рующего слоя, водозаборную поверхность полых водозаборных элементов устраивают выше уровня прогнозируемых наносов в водохр анил и ще.

1030471

1О

50

Изобретение относится к строительству бетонных плотин на скальном основании, передающих часть усилий на борта створа и обладающих в различные периоды строительства и эксплуатации наличием растя.гивающих напряжений вблизи примыкания верховой грани к основанию.

Такие растягивающие напряжения уменьшают путем дополнительного обжатия тела. плотины при использовании механических средств или усилиями противодавления. Использование усилий противодавления для этих целей осуществляют путем внесения конструктивных мероприятий в само сооружение или же в зону основания, примыкающую к плотине.

Известна земляная плотина на водонасыщенном основании с устройством под ее ядром вертикальных дрен, соединенных с горизонтальными трубами. Регулируя работу водовыпусков на таких трубах можно менять по времени величины осадок ядра плотины. Этот принцип можно применять и при воздействии бетонной плотины на скальном основании, однако в этом случае речь пойдет не о регулировании осадок, а о регулировании воздействия сил противодавления на плотину (1).

Недостатком для бетонной плотины на скальном основании является то, что наличие противодавления под плотиной предусматривает и наличие фильтрации, которая вызывает вымывание растворимых и тонкодисперсных частиц основания. Это может привести к потере несущей способности основания и к его последующему разрушению.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является бетонная плотина на скальном основании, включающая наклонную плиту, выполненную из упругодеформируемого материала и расположенную внутри скального основания от участка сопряжения верховой грани плотины с основанием наклонно в сторону нижнего бьефа через участок максимальных растягивающих на-. пряжений (2) .

Таким образом, можно организовать искусственное воздействие сил противодавления на бетонную плотину за счет фронта фильтрационного потока, действующего на нижнюю плоскость наклонной плиты (2) .

Однако в известной плотине силовое воздействие на сооружения подземного контура фильтрационного потока нерегулируемо, и, кроме того, оно связано с увеличением фильтрационных расходов и сопутствующему этому расходу вымыванию из основания растворимых и тонкодисперсных частиц.

Цель изобретения — улучшение напряженно-деформированного состояния плотины путем управляемого воздействия силами противодавления с верховой стороны основания и уменьшение вымывания растворимых тонкодисперсных частиц основания. г

Эта цель достигается тем, что, в бетонной плотине на скальном основании, включающей наклонную плиту, выполненную из упругодеформируемого материала и расположенную внутри скального основания отучастка сопряжения верховой грани плотины с основанием наклонно в сторону нижнего бьефа через участок максимальных растягивающих напряжений, наклонная плита выполнена из гидроизолирующего материала, а внутри нее и в направлении ее плоскости устроен фильтрующий слой, соединенный с водохранилищем, при этом фильтрующий слой снабжен водооттоком, а водоотток — регулируемыми заслонками.

При этом, с целью уменьшения непроизводительных потерь воды из водохранилища и уменьшения гидравлической нагрузки на водоотток, фильтрующий слой может быть снабжен полыми водозаборными элементами, оснащенными регулируемыми заслонками и соединяющими фильтрующий слой с водохранилищем.

Кроме того, с целью уменьшения кольматации фильтрующего слоя, водозаборная поверхность полых водозаборных элементов может быть устроена выше уровня прогнозируемых наносов в водохранилище.

На фиг. 1 показана бетонная плотина с частью основания, примыкающей к ней, вертикальное сечение; на фиг. 2 — увеличенный в масштабе узел сопряжения бетонной плоЗ0 тины с сооружениями, подземного контура; на фиг. 3 — бетонная плотина, возводимая на основании, обладающим значительной фильтрационной способностью даже после проведения противофильтрационных мероприятий; на фиг. 4 — то же, с основанием, не нуждающимся в противофильтрационной завесе и дренаже; на фиг. 5 — то же, у которой полый водозаборный элемент вынесен за пределы плотины и водохранилище; на фиг. б — то же, в которой устроена одна общая галерея для сбора водного потока и из дренажа и из водооттока.

К основаниям, обладающим значительной фильтрационной способностью даже после проведения протифофильтрационных ме-, роприятий, относятся те, которые рассече45 ны многочисленными мелками трещинами, раскрытыми менее 0,1 мм и трудно поддаются инъектированию традиционными средствами.

В этом случае для исключения возможной фильтрации воды через основание из водохранилища в нижний бьеф могут быть устроены две системы противофильтрационных завес, ограничивающих сооружения под земного контура: верховая противофильтрационная завеса, находящаяся в примыкании к наклонной плите со стороны верхнего бьефа, и низовая противофильтрационная завеса, примыкающая к наклонной плите со стороны нижнего бьефа.

1030471

Бетонная плотина 1 включает скальное основание 2, противофильтрационную завесу 3, наклонную плиту 4, фильтрующий слой 5 наклонной плиты, верхний слой 6 наклонной плиты, нижний слой 7 наклонной плиты;й верхнюю пробку 8 наклонной плиты, нижнюю пробку 9 наклонной плиты, дренаж 10, водоотток Il, заслонку

12 на водооттоке, эластичный обсадной элемент 13 дренажа, эластичный обсадной элемент 14 водооттока, полый водозаборный элемент 15 и заслонку 16 на полом водозабррном элементе.

Бетонная плотина 1 опирается на скальное основание 2..

В скальном основании 2 устроена противофильтрационная завеса 3 и наклонная плита 4, расположенная в плоскости наибольших растягивающих напряжений от участка сопряжения верховой грани плотины с основанием наклонно в сторону нижнего бьефа. Наклонная плита 4 включает 20 фильтрующий слой 5, расположенный внутри самой плиты и в ее плоскости, верхний слой 6, ограничивающий верхнюю плоскость фильтрующего слоя 5, и нижний слой 7 ограничивающий нижнюю плоскость фильтрующего слоя 5. В наклонную плиту 4 могут также входить верхняя пробка 8, orpapvmaamwas от водохранилища фильтрующий слой 5 и нижняя пробка 9, ограничивающая от фильтрующего слоя 5 породы основания.

Через наклонную плиту 4 проходит дренаж 10, обеспечивающий отвод фильтрационного потока из пород основания, расположенных ниже наклонной плиты 4. Водный поток из. фильтрующего слоя 5 отводят посредством водооттока 11, снабженного в зоне дренажной или смотровой галереи бетонной плотины 1 регулируемыми заслон ками 12.

Дренаж 10 снабжен в зоне прохождения через наклонную плиту 4 эластичными водонепроводящими обсадными элементами 13, 40 а водоотток 11 — такими же обсадными элементами 14 в зоне верхнего слоя 6 наклонной плиты 4.

Поступление водного потока в фильтруюший слой 5 из водохранилища может обеспечиваться непосредственным контак45 том водохранилища и фильтрующего слоя

5 или же за счет использования полых водо заборных элементов 15, снабженных регулируемыми заслонками 16. Эти полые водозаборные элементы 15 располагают внутри верхней пробки 8 наклонной плиты 4 с вы50 ходом в водохранилище или же с выходом в водохранилище через породы основания, находящиеся непосредственно под плотиной и телом самой плотины. Водоввод в полые водозаборные элементы 15 из водохранилища может обеспечиваться на уровне, превышающем уровень прогнозируемых . наносов в водохранилище.

Сооружение предлагаемой плотины осуществляют следующим образом.

По створу будущей плотины 1 в скальном основании 2 возводят при необходимости противофильтрационную завесу 3, а также наклонную плиту 4, используя для этого известные приемы.

С этой целью в основании 2 бурят скважины, проходящие по оси расчетной противофильтрационной завесы и через расчетный контур будущей наклонной плиты 4.

Используя пробуренные скважины, инъектируют противофильтрационную завесу 3 от отметок водоупора до нижних отметок будущей наклонной плиты 4. Возведение наклонной плиты 4 осуществляют путем разрыхления посредством, например, подземных взрывов, пород основания, находящихся в контуре наклонной плиты 4, и последующего инъектирования гидроизолирующим и упругодеформируемым материалом, в частности полиуретановыми смолами, ррыхленных пород.

Фильтрующий слой 5 создают следующим образом.

По средней поверхности наклонной плиты 4 и вдоль ее плоскости бурят от дневной поверхности наклонные скважины до расчетных отметок заложения будущего фильтрующего слоя 5.

В пробуренные скважины под давлением подают материал, служащий основой фильтрующего слоя 5. Таким материалом может быть, например, фракционированный инертный зполнитель.

Для увеличения флотационной подвижности инъектируемого материала применяют, например, раствор тиксотропной жидкости с такой концентрацией, которая позволяла бы инъектируемому материалу быть во взвешенном состоянии в период транспортировки и формирования фильтрующего слоя 5. Такую концентрацию раствора определяют предварительно экспериментальноаналитическим путем.

Формирование фильтрующего слоя 5 и заполнение его фильтрующим материалом производят при разрыве межскважинных промежутков и их последующего смыкания, что достигается созданием избыточного давления при инъектировании.

Раствор тиксотропной жидкости впоследствии отгоняют промывкой фильтруюшего слоя 5. Внешние контуры плоскости фильтруюшего слоя 5 ограничены верхним 6 и нижним 7 слоями, которые образуются при разрыве наклонной плиты 4 фильтрующим слоем 5. Зону сопряжения фильтруюшего слоя 5 с водохранилищем, т. е. верхнюю часть этого слоя, можно заделывать верхней пробкой 8, создаваемой путем укладки в заранее созданную полость материала, обладающего гидроизол ирующими и упругодеформируемыми свойствами.

1030471

5

Зону сопряжения нижней части фильтрующего слоя 5 с породами основания можно ограничивать нижней пробкой 9, которая фактически является общим элементом и верхнего 6 и.нижнего 7 слоев наклонной плиты 4. Для бетонных плотин, имеющих наклонную плиту 4, простирающуюся на значительную глубину или имеющую сложную форму, фильтрующий слой 5, а также и другие элементы наклонной плиты 4 могут выполняться иначе, а именно от «днев- 10 ной» поверхности основания бурят скважины, проходящие вертикально или с незначительным отклонением от вертикали, и оканчивающиеся на нижних отметках плоскости будущей наклонной плиты 4, используя пробуренные скважины, размещают на отметках элементов наклонной плиты 4 источники, например, взрывчатого вещества и, инициируя их, разрыхляют породу, входящую в контур будущей наклонной плиты 4 ин ьектируют соответствующими материалами элементы наклонной плиты 4. 20

После завершения устройства элементов наклонной плиты 4 сооружают дренаж ! О, проходящий через наклонную плиту 4, и водоотток 11, проходящий в фильтрующий слой 5 наклонной плиты 4. Дренаж 10 может быть устроен в виде пробуренных дрен, перехватывающих возможный фильтрационный поток из пород основания, находящихся ниже уровня наклонной плиты

4, а водоотток 11 — в виде обсадных труб, размещаемых в заранее пробуренных скважинах. И дренаж 10 и водоотток 11 размещают по расчетным осям, проходящим через инвентарные галереи будущей плотины. Водоотток 11 снабжают при строительстве . плотины регулируемыми заслонками 12, размещаемыми в зоне указанных галерей.

В. зоне наибольших деформаций растяжения под бетонной плотиной, т. е. в зоне наклонной плиты 4, указанные дренаж 10 и водоотток 11 снабжают эластичными обсадными элементами, выполненными, например, из полиамидных или полиэфирных ком- 40 позиций.

При этом дренаж 1О, проходящий через всю толщу наклонной плиты 4, снабжают такими элементами по зоне прохождения через наклонную плиту. 4, а водоотток 11, проходящий в фильтрующий слой 5 через верхний слой наклонной плиты, снабжают такими элементами только в зоне прохождения через верхний слой 6.

Такие же обсадные элементы могут быть устроены и в сопряжении участков водооттока 11 с контактом плотина †основан.

При наличии верхней пробки 8 в системе элементов наклонной плиты 4 связь фильтрующего слоя 5 с водохранилишем можно обеспечить за счет устройства полых водозаборных элементов 15, снабженных регулируемыми заслонками 16.

Эти полые водозаборные элементы 15 могут быть устроены как за пределами тела плотины, так и внутри тела плотины с последующим выходом в водохранилище.

В первом случае регулируемые заслонки

16 располагают в верхнем бьефе и снабжают регулируемые заслонки 16 дистанционной системой управления, а во втором случае— системой непосредственного регулирования из инвентарных галерей плотины.

В целях уменьшения кольматации фильтрующего слоя 5, водозаборная поверхность полых водозаборных элементов 15 может быть устроена выше уровня прогнозируемых наносов в водохранилище. Для этого полые водозаборные элементы 15,, выполняемые в виде сборных бетонных или железобетонных секций, в случае их размещения за пределами плотины соответственно удлиняют по высоте, в случае размещения полых водозаборных элементов внутри тела плотины устраивают их выход в водохранилище на отметках, превышающих уровень прогнозируемых наносов, а в зоне прохождения этих элементов через контакт плотина — основание обеспечивают обсадными эластичными элементами.

После завершения устройства сооружений подземного контура и узлов, обеспечивающих их функционирование, возводят бетонную плотину.

Реализация функции предлагаемого технического решения может быть осуществлена как в период возведения сооружения, так и при его эксплуатации.

До заполнения водохранилища вблизи контакта плотины с основанием по верховой грани плотины имеют место сжимающие напряжения, которые по мере заполнения водохранилища уменьшаются по абсолютной величине, приближаясь к растягивающим, а иногда и переходящие в растягивающие.

Обеспечивая поступление фильтрационного потока, из водохранилища в фильтрующий слой наклонной плиты при закрытых заслонках на водооттоке обеспечивают возможность возникновения в фильтрую щем слое. Это противодавление, интенсивность которого соответствует высоте столба воды, вызывает усилия, действующие нормально к плоскости наклонной плиты. В результате этого произойдет дополнительное обжатие плотины по контуру верховой грани и общее улучшение напряженно-деформированного состоянии плотины.

Регулируя заслонками на водооттоке, величину противодавления в фильтрующем слое достигают благоприятного напряженно-деформированного состояния в плотине.

Такое силовое воздействие на плотину со стороны основания увеличивает значение горизонтальной составляющей в контакте плотина — основание, поэтому такое техническое решение применимо в основном к таким плотинам, у которых часть усилий передается на берега, т. е. к плотинам арочным и арочно-гравитационным.

1030471

Использование изобретения позволит улучшить напряженно-деформированное состояние бетонной плотины на различных этапах ее возведения и эксплуатации. Оно может иметь существенное значение при поэтапном вводе строящейся плотины в эксплуатацию, т. е. позволяет перед возведением последующей очереди плотины напрягать уже возведенную для улучшения контакта в швах межочередных секций и формировать плотину как единое целое.

Изобретение позволяет также улучшить взаимную адаптацию плотины и основания, уменьшая вымывание из основания растворимых н тонкодисперсных частиц и компенсируя возможные подвижки основания в первые годы эксплуатации сооружения.

1030471

Составитель В. Казаков

Редактор Н. Рогулич Техред И. Верес Корректор.Л. Бокшан

Заказ 5147/32 Тираж 673 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по дела м изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4