Противофильтрационное давление и противофильтрационные устройства в основании плотин
Фильтрационное противодавление.
Эпюры противодавлений по контакту плотины со скальным основанием при наличии противофильтрационных завес (ПФЗ) и дренажных устройств приведены на рисунке 2.15.
Значение остаточного фильтрационного противодавления в долях от расчетного напора по оси ПФЗ А3 и по оси дренажных устройств принимают по таблице 2.2.
Построение эпюры взвешивающего противодавления WB выполняют так же, как и в сооружениях на грунтовых основаниях. Силу фильтрационного противодавления (на 1 м длины сооружения) определяют как площадь эпюры, умноженной на удельный вес воды. Суммарное противодавление вычисляют по формуле:
Противофильтрационные мероприятия в основании плотин (см. 7.1 и 7.2). В качестве противофильтрационных мероприятий применяют завесы (ПФЗ) в виде буровых скважин, в которые нагнетают цементный или иной раствор, или бетонные стенки; применяют и комбинированные завесы.
В малотрещиноватых породах главным противофильтрационным устройством служит дренаж, при значительном водопоглощении необходимо устройство завесы. Фильтрационные свойства скального основания существенно зависят от напряженно-деформированного состояния. Под действием растягивающих напряжений могут возникнуть зоны разуплотнения, зоны сжатия могут стать водонепроницаемыми.
На практике глубина ПФЗ составляет обычно 0,5... 1 Н.
На плотине Мовуазен (Швейцария) высотой 236 м глубина завесы равна 220 м.
Толщину цементационной завесы назначают из условия обеспечения допускаемых градиентов на завесе, где максимальный градиент
При незначительной толщине проницаемых пород завесу доводят до кровли водонепроницаемых пород — до зоны с удельным водопоглощением буровой скважины q, принимаемым в зависимости от напора на сооружение Н: 30...100 0,03 напора в теле завесы /max приближенно равен разности давлений фильтрационного потока Н (до и после завесы), деленной на ее толщину:
Число рядов скважин принимают из условия обеспечения толщины завесы I. Обычно предусматривают местное усиление завесы дополнительными рядами неглубоких скважин, располагаемых у подошвы около напорной грани или в пределах самой завесы (сопрягающая цементация).
Расстояние между рядами скважин и между скважинами в ряду принимают обычно от 1,4...2 до 3...4 м. Оно зависит от степени трещиноватости скалы. Диаметр скважин равен 45...76 мм (до 100 мм). Цементация эффективна при ширине раскрытия трещин >0,1 мм. Давление нагнетания (1... 3 МПа) зависит от консистенции раствора и ширины трещин. При отсутствии пригрузки бетона, например в береговой завесе, цементацию начинают при небольшом давлении а;0,05 МПа).
Противофильтрационная завеса может быть вертикальной и наклонной (при вертикальных или близких к вертикальным трещинах). Допускаемые градиенты для противофильтрационных завес приведены в таблице 2.3.
В слабых породах, не допускающих высоких давлений нагнетания, и в полускальных с глинистым заполнителем трещин целесообразно устройство противофильтрационных стенок: непрерывных траншейных шириной 0,3...1 м из глины или глиноцемента или в виде подсекающих друг друга буровых скважин d 60...100 см, заполняемых бетоном или глиноцементным раствором.
В скальных основаниях, сложенных легковыщелачиваемыми веществами, например гипсом, ангидридом, каменной солью, возможна химическая суффозия. Для недопущения деформаций, связанных с химической суффозией, применяют специальные меры — глубокие противофильтрационные завесы, доходящие до нерастворимых пород, наклонные завесы, отклоняющие фильтрационный поток от участков, где должна быть исключена суффозия. Применяют также дренажи в конце понура и тем самым перехватывают фильтрационный поток, исключая его воздействие на участки основания за дренажем, в которых может быть химическая суффозия. Используют также два ряда завес при расстоянии между ними. В этом случае фильтрационный поток будет идти с некоторым приближением от острия одной завесы к острию другой, не поступая в пространство между ними. Схемы мероприятий по борьбе с химической суффозией приведены на рисунке 2.16.