Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

Методы улучшения оснований

Основания плотин обычно требуют проведения мероприятий по их улучшению в отдельных «ослабленных» зонах или для значительных областей толщи. По назначению их можно разделить на два основных вида:

противофильтрационные — для уменьшения фильтрационного давления на сооружение и береговые примыкания (дренажи), позволяющие сократить в соответствующих случаях объем бетона (см. формулу 3.8) и повысить устойчивость склонов; для предотвращения опасных фильтрационных деформаций грунта (в том числе выноса заполнителя трещин, химической суффозии — в скальных основаниях), а в соответствующих случаях и уменьшения фильтрационных потерь (различные завесы, зубья, шпунты, понуры и пр., снижающие средние фильтрационные градиенты и обеспечивающие допустимые выходные градиенты);

укрепительные — для понижения деформируемости основания или его отдельных зон (повышение модуля деформации), уменьшения осадок (смещений), их неравномерности; повышения прочностных (в том числе сдвиговых) характеристик грунтов.

Многие из этих мероприятий (см. 5), особенно противофильтрационные относятся и к основаниям грунтовых плотин. Основные сведения по проти- вофильтрационным мероприятиям приведены в разделе 2, некоторые дополнительные данные— в [1, 9, 23, 24, 119, 120, 127].

При нескальных основаниях в силъ- пофильтрующих грунтах устраивают противофильтрационные завесы; их типы принимают в зависимости от вида грунта и других условий с учетом технико-экономических показателей. Применяют шпунтовые стенки (в грунтах, допускающих забивку свай, несвязных), траншейные стенки, выполненные методом «стена в грунте» буро-бетонные и др. [59]. Инъекционные завесы устраивают различными способами цементации (жидкими глино-це- ментными растворами из диспергированного цемента — при коэффициенте фильтрации 30...50 м/сут; цементными растворами из предварительно диспергированного цемента с добавкой ПАВ — 50... 120м/сут; цементными или цементно-глинистыми растворами с введением пластифицирующих и пептизирующих добавок— при 120 м/сут; цементно-коллоидальными растворами с добавкой ПАВ и цементно-глинистыми диспергированными растворами — при 30...120 м/сут); силикатизации; глинизации; нагнетанием глинистых суспензий и глино-силикатных растворов.

Инъецирование применяют иногда и для уплотнения контакта между подошвой плотины и грунтом (например, при сооружении низконапорной водосливной плотины Макаритане в Мозамбике на мелко- и среднезернистых песках с гравием и галькой нагнетали раствор; воды 100 л, бентонита 1 кг, цемента 100 кг). Инъецирование используют и как меру укрепления грунтов — повышения их прочностных и деформативных характеристик, в том числе глинистых и илистых, для которых применяют электрохимические и термические способы закрепления [59].


Бетонные несущие стенки и сваи в грунте используют также в качестве противооползневых мероприятий при сопряжении плотин с берегами, на склонах, при ограждении котлованов. В этих случаях применяют и анкеровку (рис. 7.5) [59]. Анкера, приведенные на рисунке 7.5, а и б, рекомендуются для глинистых грунтов, а на рисунке 7.5, а и г — для песчаных.

Для оснований, сложенных рыхлыми грунтами, иногда используют виброуплотнение. Его применяли и для оснований грунтовых плотин (например, уплотнение мелкозернистых песков на глубину 10 м основания грунтовой плотины Массанжир высотой 48 м в Мозамбике).

В качестве противофильтрационно- го и укрепительного мероприятия в любых водонасыщенных грунтах возможно искусственное замораживание их. Этот способ используют для создания противофильтрационных завес плотин в условиях Крайнего Севера (см. гл. 5.3) и как временную меру борьбы с фильтрацией и укрепления грунта в период производства работ [59].

Исключительно важные элементы бетонных (и других) плотин на нескальных основаниях — дренажи, позволяющие эффективно управлять фильтрационным потоком; их применение дает возможность получить экономичные и надежные инженерные решения. Вопросы проектирования дренажей рассмотрены в разделе 2 и главе 7.3 (см. рис. 7.24 и 7.23,6).

При скальных трещиноватых основаниях в качестве противофильтрационных мероприятий применяют цементацию (при удельном водопоглощении q от 0,01 до 100 л/мин и более), битумизацию (холодную, заключающуюся в нагнетании тонкодисперсных битумных эмульсий — при мелкой трещиноватости (0,01...1 л/мин, и горячую при более крупных трещинах и 1...100 л/мин и более), силикатизацию (при мелкой трещиноватости), глинизацию (при 0,1...100 л/мин) и замораживание. Наиболее широко применяют цементацию. Выбор параметров противофильтрационных (обычно цементационных) завес рассмотрен в главе 2.2. Глубина завес нередко достигает 0,5...0,7 напора на сооружение, а иногда бывает больше (например, 220 м для арочной плотины Мовуазейн высотой 236 м).

Противофильтрационные завесы (рис. 7.6 и 7.7) обычно выполняют вертикальными или несколько наклоненными в сторону ВБ (рис. 7.7,г — цементационная завеса и дренаж выведены в одну галерею), причем учитывают характер трещиноватости (следует стремиться пересечь скважинами завесы основные трещины). В ряде случаев цементационные завесы могут и отсутствовать — на участках створа со слаботрещиноватой маловодопроницаемой скалой, на которых цементация оказывается неэффективной; здесь ограничиваются цементацией лишь наиболее крупных трещин и пустот, если они есть. Цементационную завесу можно продолжить в глубь берегов на необходимое расстояние, исходя главным образом из того, чтобы обходная фильтрация не была опасной для устойчивости береговых примыканий плотины и склонов; при этом учитывают влияние дренажей (рис. 7.8). Как видно из рисунка 7.8, устройство цементационной завесы и дренажей уменьшает гидродинамическую (фильтрационную) силу и увеличивает устойчивость склона.

Дренажи в основании и берегах (дренажные завесы, или дренажные экраны, как их иногда называют, дренажные галереи) (рис. 7.6,.7.8)— существенные элементы сооружения, служащие для уменьшения фильтрационного давления на подошву плотины (особенно важно для гравитационных плотин) и на береговые примыкания и склоны (существенно для арочных плотин). При размещении дренажей относительно противофильтраци- онной завесы надо учитывать характер заполнителя трещин и направление последних.


Необходимо, чтобы фильтрационные градиенты при выходе воды в дренаж не вызывали суффозию заполнителя трещин.

Укрепительные мероприятия скальных и полускальных оснований следующие: связующая цементация контакта плотина — основание (имеет и противофилътрационное значение); укрепительная цементация (рис. 7.6); расчистка крупных трещин и полостей и заполнение их бетоном, часто не сплошное, а с устройством «решеток» или отдельных шпонок (рис. 7.9, 7.10); устройство бетонных стенок или «свай», пересекающих слабые породы и передающих давление от сооружения на более прочную породу с большим модулем деформации (рис. 7.11); анкеровка (рис. 7.11). Часто применяют сочетание нескольких из этих мероприятий (рис. 7.10, 7.11), в том числе дренирования. Анкеровку используют и для укрепления бортов каньона около плотины (пример — Чиркейская плотина на р. Сулак).


Укрепительная цементация позволяет увеличить модуль деформации трещиноватой скалы в среднем в 1,5... 3 раза и несколько повысить прочностные характеристики скального массива. Ее делают в верхней части основания на глубину до 7...15 м, чаще в средней и низовой частях подошвы, а при прочных малодеформирующихся породах вообще не устраивают.

Иногда укрепительную цементацию, предназначенную для повышения модуля деформации и прочности скалы в достаточно большой области, называют сплошной, а связующую цементацию в средней и низовой частях плотины — контактной (см. [9], гл. 3).

Укрепительную (сплошную) цементацию чаще применяют в основаниях арочных плотин (более напряженных, чем гравитационные) для некоторого выравнивания деформативных характеристик скалы по контуру опирания плотины. Она может быть целесообразной для контрфорсных и гравитационных плотин; например, когда в зоне основания около низовой грани модуль деформации Е2 существенно меньше, чем у верховой грани что приводит к неблагоприятному распределению напряжений в контактном шве с малыми сжимающими, могущими перейти в растягивающие напряжениями у верховой грани (см. гл. 3.3, рис. 3.11, а). В этом случае может быть выгодным повысить Ё2 цементацией. При рассмотрении вопроса об устройстве контактной (связующей) и укрепительной цементации массивных плотин в средней и низовой зонах подошвы (за цементационной завесой) следует учитывать, что она уменьшает водопроницаемость основания и может привести к некоторому увеличению фильтрационного давления на подошву (особенно при недостаточном дренировании основания), поэтому без необходимости устраивать ее не надо. Не всегда не очень высокий модуль деформации скалы является недостатком, и его надо стремиться повысить, в том числе и при арочных плотинах (см. гл. 7.4), Это надо иметь в виду и при назначении глубин врезок подошвы сооружения в скалу.

Чрезмерные врезки допускать не следует. Надо учитывать прочностные (особенно сдвиговые) и деформатив- ные характеристики скалы в разных ее зонах и расчетами оценить, при каких врезках будет получено оптимальное решение. Некоторые рекомендации по этому вопросу приведены в [49]. Поверхностный слой скалы, если он сильно выветрен, обычно удаляют под сооружением.

Гидротехнические сооружения/Н.П. Розанов, Я.В. Бочкарев, В.С. Лапшенков и др.; Под ред. Н.П. Розанова. — М.: Агропромиздат, 1985. — 432 с.

Литература

Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции

Зайцев Ю.В., Строительные конструкции заводского изготовления

Е.Ф. Лысенко, Армоцементные конструкции

С.В. Поляков, Каменная кладка из пильных известняков

В. Ермолов, Пневматические строительные конструкции

Журавлев А.А., Вержбовский Г.Б., Еременко Н.Н., Пространственные деревянные конструкции

А.В. Калугин, Деревянные конструкции

Е.К. Карапузов, Г. Лутц, X. Герольд, Сухие строительные смеси

А.А. Пащенко, Теория цемента

Волков В.А., Сантехника: как все устроено и как все починить

А. Грассник, Бездефектное строительство многоэтажных зданий

Д.С. Щавелев, Гидроэнергетические установки

Д.С. Щавелев, Экономика гидротехнического и водохозяйственного строительства

Гидротехнические сооружения. Ч. I. Глухие плотины

Гидротехнические сооружения. Ч. II. Водосливные плотины

Производство гидротехнических работ

Н.П. Розанов, Гидротехнические сооружения

А. П. Юфин, Гидромеханизация

Термоэлектрические преобразователи энергии

Использование возобновляемой энергии

Бетон и железобетон, избранные статьи

Современное состояние и перспективы развития энергетики