Противофильтрационные устройства в плотинах

Для предотвращения усиленной фильтрации через тело плотины и в местах сопряжения (соединения) ее с берегами, основанием и сооружениями в теле плотины предпринимают соответствующие меры. Если плотину возводят на скальном основании, то верхний слой (трещиноватый) удаляют. Плотину строят без противофильтрационных устройств на водонепроницаемых основаниях (нетрещиноватых скальных, глинистых).

Сопряжение земляной плотины с основанием выполняют с помощью зуба, замка, шпунтовой стенки, инъекционной завесы и диафрагмы (рисунок 9).

а - однородная плотина с замком; б - однородная с глубоким замком; в - однородная с инъекционной завесой; г - однородная с «висячей» инъекционной завесой; д - с экраном и замком; е - с ядром и замком; ж - с диафрагмой и замком; з - с экраном и понуром; 1 - тело плотины; 2 - замок (зуб); 3 - противофильтрационная завеса; 4 - экран; 5 - ядро; 6 - диафрагма; 7 - понур.
Рисунок 9 - Типы плотин и их сопряжение с основанием (по Мамонтовой, 2012)
Зуб - траншея трапецеидального сечения, вырытая вдоль оси плотины и заполненная жирным суглинком или глиной с тщательной утрамбовкой. Зуб врезают в берега на 0,5 м выше НПУ в водохранилище. Ширина зуба по низу более 0,2 Н, высота не менее 0,4 Н, коэффициент заложения откосов равен 0,5- 1,0.

 

Замок имеет трапецеидальное сечение, однако отличается от зуба большими размерами. Ширина нижнего основания 2-3 м. Коэффициент откосов - 0,5-1,0.
Замок устраивают, если водонепроницаемый слой залегает на глубине 2- 3 м от поверхности земли, он прорезает водопроницаемый слой грунта и врезается в подстилающий водоупорный слой не менее чем на 0,5 м.
При залегании водопроницаемого слоя грунта глубиной более 3 м в основании плотины устраивают зуб глубиной 2-3 м, а ниже зуба забивают шпунтовую стенку. Верхнюю часть шпунта заделывают в зуб не менее чем на 0,5 м, а нижнюю часть шпунта - в водоупор не менее чем на 0,5-0,8 м.
При небольшой и средней мощности водопроницаемого слоя насыпь плотины сопрягают с основанием диафрагмой. Глубину заложения и размеры диафрагм устанавливают расчетным путем.
При значительной глубине залегания водоупора в основании плотин устраивают инъекционные цементационные и другие завесы, входящие в водонепроницаемую толщу основания, или висячие. Если толщина водопроницаемого слоя 5-7 м, то однородная плотина строится с противофильтрационной завесой (инъекционной или траншейной, выполняемой методом «стена в грунте») или шпунтовой стенкой, доходящими до водопроницаемого грунта. Вариант выбирают на основании инженерно
геологических условий объекта строительства и технико-экономических расчетов.
При толщине водопроницаемого слоя более 7 м, то плотину строят с «висячей» противофильтрационной завесой глубиной 0,5-0,1 Н.
Противофилътрационные завесы, выполняемые методом «стена в грунте», возводят как в основании, так и в теле плотины. Сущность метода «стена в грунте» заключается в отрывке траншеи, борта которой удерживаются от обрушения заполняющей их тиксотропной жидкостью (жидкость под которой происходит разработка грунта). В качестве тиксотропной жидкости в основном применяют глинистые суспензии плотностью 1,1-1,2 т/м3, реже суспензии сапропелей.
Возведение противофильтрационных завес данным методом может осуществляться различными способами в зависимости от применяемых грунторазрабатывающих механизмов. В качестве противофильтрационных материалов для завес используются твердеющие (композиции с использованием глинистых грунтов и цементов в качестве вяжущего заполнителя) и нетвердеющие заполнители (комовая глина, заглинизированный песчаный грунт, глинистые пасты, песчано-сапропелевые составы, полимерные материалы).
Глубина противофильтрационных завес, возводимых способом «стена в грунте», может достигать 25-30 м и более, их толщину назначают с учетом напора и материала завесы. Толщина завес, выполняемых непрерывным способом, обычно составляет 1-4 м.
Инъекционные завесы возводят путем бурения одного или нескольких рядов скважин, через которые под большим давлением нагнетают битум, глиноцементный, глинистый и другие растворы, уплотняющие поры водопроницаемого грунта. Число рядов скважин зависит от вида уплотняемых грунтов и требуемой толщины завесы. Глубина завес может достигать сотен метров. В трещиноватых скальных грунтах основания чаще всего устраивают цементационные завесы путем нагнетания цементного «молока» в скважины.
Сопряжение тела плотины с основанием и берегами. Тело плотины должно плотно примыкать к основанию и берегам. В основании тела плотины снимается и удаляется верхний растительный слой, обычно сильно фильтрующий. Глубина этого слоя бывает 0,3—0,4 м [2, 17].
Сопряжение тела плотины с берегами следует делать в виде наклонных плоскостей с горизонтальными или наклонными уступами (рисунок 10, а). Сопряжение уступами с вертикальными плоскостями (рисунок 10, б) не рекомендуется, так как при таком сопряжении в связи с резкими изменениями высоты могут возникать вертикальные трещины в теле плотины.
Экраны, ядра, диафрагмы заглубляются до водонепроницаемого грунта берега или на такое расстояние, чтобы фильтрация в берегах в обход тела плотины была неопасна.

а - наклонными плоскостями; б - вертикальными уступами (не рекомендуется); 1 - гребень плотины; 2 - поперечные трещины; 3 - вертикальные уступы;
4 - наклонные сопрягающие плоскости.
Рисунок 10 - Сопряжение тела плотины с берегами (по Мамонтовой, 2012)
При сопряжении тела плотины со стенками сооружений из других материалов скорости течения фильтрующей вдоль сопряжения воды должны быть безопасными, кроме того, должна быть обеспечена плотность примыкания грунта тела плотины к стенкам. Для получения безопасных скоростей течения воды, фильтрующей из верхнего в нижний бьеф, должна быть создана надлежащая длина пути фильтрации. Это достигается устройством открылков в стенках, а также бетонных, железобетонных или стальных диафрагм и шпор (рисунок 11).

а - план плотины; б - разрез; 1 - земляная плотина; 2 - стенка сооружения;
3 - диафрагма; 4 - шпора.
Рисунок 11 - Схемы сопряжения тела земляной плотины со стенками сооружений из других материалов (по Гришину, 1979)
Диафрагмы и шпоры соединяются с боковой стенкой сооружения при помощи шва с уплотнением.
Для обеспечения плотного примыкания грунта тела земляной плотины к боковым стенкам сооружения внутренним поверхностям последних необходимо придавать небольшой наклон.