Краткие сведения о строительстве плотин в условиях вечной мерзлоты
В последние десятилетия освоение северных районов нашей страны заставило инженеровгидротехников разрабатывать особые конструкции грунтовых плотин, которые могли бы хорошо работать в условиях вечной мерзлоты.
В настоящее время проектная, производственноисследовательская и научноисследовательская работа инженеров в данном направлении привела к созданию грунтовых плотин специального типа, работающих достаточно удовлетворительно при наличии промерзшего основания, на котором была возведена плотина.
Различают два вида таких плотин, каждая из которых имеет свою область применения: 1) фильтрующая плотина, в теле и основании которой (или только в ее теле) имеет место в процессе эксплуатации плотины фильтрационный поток воды; такая плотина иногда называется талой; 2) водонепроницаемая плотина, тело и основание которой настолько промерзли, что фильтрация воды в порах грунта здесь исключается; эта плотина называется мерзлой. Выбор плотины для данных конкретных условий зависит от инженерно-геологических данных, наличия грунтовых (карьерных) материалов; температурного режима данного района; заглубления поверхности вечной мерзлоты.
1. Фильтрующая (талая) плотина. После создания такой плотины и наполнения водой водохранилища в теле плотины (и ее основании) возникает фильтрационный поток. Под температурным воздействием такого потока в первое время эксплуатации плотины грунт основания будет оттаивать и поверхность промерзшего грунта начнет опускаться. В связи с этим в основании плотины могут возникнуть нежелательные деформации, которые, в частности, снижают фильтрационную прочность основания и тела плотины. Учитывая последнее обстоятельство, фильтрующие плотины строят на скальных и полускальных основаниях. Обычно в этих условиях используют каменноземляной тип плотины с глинистым экраном или ядром с цементационной завесой, доходящей до промерзшего слоя основания (рис. 6.2). Как известно, каменная наброска и отсыпка крупнообломочного материала могут осуществляться как в летний, так и в зимний период.
Сложность создания фильтрующей плотины заключается в устройстве глинистого экрана (или ядра) в рассматриваемых суровых климатических условиях. Дополнительно под зубом экрана (или ядра) приходится создавать цементационную завесу, доходящую до поверхности многолетней мерзлоты. Вместе с тем в начальный период эксплуатации плотины эта поверхность (в связи с отмеченным выше оттаиванием грунта основания) будет постепенно опускаться. Имея это в виду, приходится: а) в процессе эксплуатации плотины периодически вести работы по углублению цементации завесы (для того чтобы ее сомкнуть с промерзшим грунтом) пли б) в строительный период прибегать к искусственному оттаиванию скального трещиноватого грунта в месте устройства завесы (на соответствующую глубину).
2. Водонепроницаемая (мерзлая) плотина. Такую плотину создают в случае нескального грунта основания, которое при оттаивании может дать значительные осадки. В этом случае устраивают обычную грунтовую плотину с ядром, например, из суглинка, которое должно сопрягаться с промерзшим основанием (рис. 6.3). При этом, сохраняя основание плотины промерзшим, осуществляют (до наполнения водой водохранилища) искусственное замораживание построенного ядра, причем такое замораживание постоянно поддерживают в течение эксплуатации плотины. Как видно, плотина и ее основание в данном случае представляют собой водонепроницаемую систему (поскольку насыщенный водой замороженный грунт практически водонепроницаем).
Различают две системы, замораживания глинистого ядра: 1) воздушную, когда в соответствующих вертикальных трубах, заложенных в тело ядра, циркулирует охлажденный воздух, и 2) рассольную, когда вместо воздуха используется охлажденный солевой раствор.
При проектировании фильтрующих и водонепроницаемых плотин делают соответствующие теплотехнические расчеты.