BG63951B1 - Насипна язовирна стена и хидроизолационен метод - Google Patents

Abstract

Язовирната стена се състои от тяло (11) от насипен материал, например пръст и/или камъни (А), и водна преграда (12), аксиално разположена спрямо тялото (11) и състояща се от водонепропусклива слоестамембрана (13) и зона от водопропусклив насипен материал (В), в който поне от едната страна на мембраната (13), може да се инжектира херметизираща течност. Материалът (В) служи за предпазване на мембраната (13) от пробив, като създава възможност за контролиране на водите от пропуски, причинени от неизправности в нея. Водната преграда (12) може да бъде разположена вътре в тялото на язовирната стенаили близо до водната страна.

Description

Област на техниката

Изобретението се отнася до насипни язовирни стени и до подобрен метод за тяхното изграждане и хидроизолация.

Предшестващо състояние на техниката

Водните ресурси са все по-ценни и съхраняването им придобива все по-голямо значение. Ето защо е необходимо да се търсят решения, позволяващи свеждане загубата на вода до минимум и разумно да се управляват наличните водни ресурси.

Най-старият вид язовирна стена е насипната язовирна стена, при която се използват намиращи се наоколо естествени материали за издигане на насипи, способни да устояват на натиска, упражняван от водата, събрана в оградения от стената естествен резервоар. Тялото на язовирната стена трябва да е статично устойчиво и в същото време да предотвратява изтичане на водата поради евентуалното й просмукване, което би довело до намаляване количеството на наличните водни ресурси и би застрашило устойчивостта и сигурността на самата язовирна стена. Безконтролното просмукване на вода в тялото на язовирната стена може да породи нежелани явления, като образуващи пукнатини налягания, ерозия и образуване на избирателни потоци или “всмукнатини”, които могат да причинят дори срутване на цялата структура.

В много случаи земнонасипните и/или каменонасипните язовирни стени са предпочитани пред стандартните бетонни стени, пред валцопресованите бетонни (RCC) стени, пред зиданите язовирни стени и др., тъй като са евтини. Ето защо е важно да се изграждат насипни язовирни стени, които са с висок коефициент на сигурност и са водонепропускливи.

В течение на годините се разработват различни технологии за хидроизолация на насипните язовирни стени. Съществуват две основни тенденции в хидроизолирането на стените: първата представлява хидроизолация на водната страна, а втората се състои в създаване на водонепропускливо ядро вътре в тялото на самата стена.

Хидроизолацията на водната страна спира евентуалното просмукване към повърхността на стената до събраната в резервоара вода. Водонепропускливата преграда е разположена на откосите на тялото на язовирната стена, което я прави обект на възникващи в тялото на стената напрежения и деформации. Ето защо този вид преграда трябва да има добри характеристики на еластичност и същевременно водонепропускливост.

Общо казано, този вид преграда се състои от водна страна от бетон с водонепропускливи фуги, водни спирателни шибри от синтетичен материал и/или мед, или с облицовка от асфалтобетон.

И в двата случая деформациите, на които тялото на язовирната стена е подложено по време на експлоатация, са такива, че във водонепропускливите прегради е възможно да се появят повреди, които да доведат до загуба на вода и до риск за устойчивостта на структурата.

Неотдавна са създадени водонепропускливи облицовки за водната страна с гъвкави синтетични геомембрани, способни да осигурят хидроизолация на язовирната стена и в същото време да устоят на силни деформации, дори концентрирани, без да се повредят.

Но геомембраните, просто положени върху водната страна на язовирната стена, се нуждаят от баластрени пластове, за да се предпази геомембраната от изместване или увреждане при породеното от ветровете всмукване или умората под въздействие на вълните.

При едно друго решение, широко прилагано при изграждането на насипни язовирни стени, се предвижда централно водонепропускливо ядро от естествени материали, осигуряващи ниска пропускливост, по-ниска от 1 х 10·’° cm/s, например глина или бентонит, поставена при издигането на насипа. През последните десетилетия централното ядро се изработва също така от асфалтобетон и от конгломерати на цимент-бентонитна основа.

Всички посочени решения имат някои конструктивни недостатъци, като вероятността да не могат да отговорят на изискванията за надеждност е доста голяма, към което може да се добави и невъзможността да се провери степента на тяхната ефикасност чрез измерване на инфилтрацията. Освен това, ремонтът в случай на инфилтрация или просмукване на вода през централното ядро е изключително труден, а резултатите - несигурни.

В DE-A-4 402 862 е описана насипна язовирна стена от посочения тип. В документа се предлага също така използването на водоосветя2 ващо ядро от асфалтобетон, както и херметизираща мембрана, осигуряваща малка кухина нагоре към централното ядро, и филтриращ материал, позволяващ кухината да се напълни с вода след издигане на стената, за да се постави тази стена в условия на максимална хидростатичност в отсъствието на вода във водоема.

В патента не е описан типът и естеството на мембраната, тъй като хидроизолацията на язовирната стена се осъществява от асфалтобетонното ядро. В DE-A-4 402 862 не се предлага и не се прави очевидно постепенното изграждане на мембраната и на преходна зона от насипен материал при издигане на стената, както и използването на фин насипен материал, подходящ за впръскване на херметизираща субстанция при повреда на мембраната.

Следователно, за изграждането и хидроизолацията на насипни язовирни стени е необходимо да се намерят нови решения, които чрез използване на изкуствени материали позволяват да се осигури ефикасна хидроизолация на язовирната стена през целия срок на експлоатацията й, като се използват системи и материали, които могат да се свързват със запълнители на тялото на стената, позволяващо само статичната функция, осъществяването на които решения е лесно и икономично, ефикасността им може да се проверява, а ремонтирането им в случай на повреда е лесно и ефективно.

Техническа същност на изобретението

Главна задача на изобретението е създаване на насипна язовирна стена и метод за нейното изграждане и хидроизолиране, даващ възможност да се постигнат посочените цели, като в същото време съществено се намалят общите разходи за изграждането на стената.

По-специално, една от задачите на изобретението е да се осигури метод за изграждане и хидроизолация на насипна язовирна стена с използване на водонепропусклива преграда, която може да се нагажда към всяка деформация на тялото на стената, без да губи от своята ефикасност или водонепропускливост.

Друга задача на изобретението е да се създаде насипна язовирна стена и метод за нейното изграждане и хидроизолация с възможност за използване на подходящи системи за контролиране херметичността на водонепропускливата преграда, както и за интервенция при необходимост от ремонт или за осъществяване на херметични връзки с други неподвижни структури за язовирната стена.

Друга задача на изобретението е да се осигури метод за изграждане и хидроизолация на насипна язовирна стена, който позволява използването на хидроизолационна система, включваща подходяща гъвкава геомембрана, простираща се от билото до водната основа на язовирната стена, с възможност за еластично свързване на геомембраната, която може да следва понякога доста големите деформации на тялото на язовирната стена.

Друга задача на изобретението е да се осигури метод за изграждане и хидроизолация на насипна язовирна стена, позволяващ използването й още преди да бъде завършена, по време на изграждането й.

Методът съгласно изобретението се отнася до хидроизолация на язовирна стена, състояща се от насипно тяло от едър насипен материал с надлъжна ос, при който метод тялото на стената се изгражда чрез налагане на пластове пръст и/или камъни, и водонепропусклива преграда, състояща се от водонепропусклива мембрана и преходна зона от фин насипен материал, простиращи се от дъното към повърхността по надлъжната ос на стената. По метода се изпълнява водонепропусклива преграда, включваща поне една синтетична и еластично податлива водонепропусклива геомембрана, и се разполага поне една преходна зона от избран насипен материал поне откъм въздушната страна на геомембраната, който насипен материал притежава висока водопропускливост и е подходящ за впръскване на течни или флуидизирани херметизиращи материали. Постепенно се изгражда преходната зона и водонепропускливата мембрана в процеса на издигане на тялото на язовирната стена, и се осигуряват закрепващи средства за постепенно прикрепване на водонепропускливата мембрана към преходната зона по време на изграждане на язовирната стена.

Съгласно първи аспект на изобретението се предлага метод за изграждане и хидроизолация на язовирни стени за съхранение на вода в резервоар, при който язовирната стена включва тяло от едър насипен материал, състоящо се от наложени един върху друг пластове от пръст и/или камъни или подобен материал, осигурявайки статична функция за устояване на напора на водата в резервоара. Методът се състои в изграждане на централно ядро, определящо водна преграда от подбран фин насипен материал, от пясък до дребен чакъл, с висока пропускливост, по-висока от тази на тялото на язовирната стена, например между 1 х 10 ' и 1 х 10'⁵ cm/s. Тази преграда включва водонепропусклива мембрана от еластично податлив синтетичен материал, простираща се от фундамента на тялото на язовирната стена до билото и надлъжно на самата стена. Поне едната страна на водонепропускливата мембрана е покрита с поне един пласт от синтетичен материал, например геотекстил, способен да предпазва мембраната от механичното въздействие на инертните насипни материали на централното ядро. Водонепропускливата мембрана и защитният пласт от синтетичен материал се включват постепенно в различните наслоени пластове от насипен материал по време на изграждане на тялото на язовирната стена и на централното ядро.

Съгласно друг аспект на изобретението се предлага метод за изграждане и хидроизолация на язовирни стени, предназначени за съхраняване на вода в резервоар, при който язовирната стена включва тяло от едър насипен материал, състоящо се от наложени един върху друг и трамбовани пластове пръст и/или камъни или подобен материал, и водонепропусклива мембрана от еластично податлив синтетичен материал, простираща се от основата на тялото на язовирната стена до билото и надлъжно върху водна страна на стената. Водонепропускливата мембрана е прикрепена чрез ленти от еластично податливия синтетичен материал, предварително вбити между наложените пластове насипен материал на споменатото тяло на язовирната стена и заварени към водонепропускливата мембрана при изграждането и инсталирането върху водната страна.

Съгласно един аспект на изобретението, водонепропускливата мембрана е изградена върху водната страна на вече завършената язовирна стена чрез свързване на няколко листа синтетичен материал, разгънати от горния към долния край на стената и заварени към закрепващи ленти, вбити в тялото на язовирната стена при изграждането й.

Съгласно друг аспект на изобретението, водонепропускливата мембрана е изградена върху водната страна на язовирната стена чрез свързване на няколко листа синтетичен материал, разположени хоризонтално спрямо надлъжната ос на язовирната стена и заварени към закрепващите ленти от синтетичен материал, вбити в тялото на стената при изграждането й. Това решение е по-подходящо в сравнение с предишните, тъй като позволява язовирната стена да се използва, макар и частично, по време на изграждането й, без да е необходимо да се изчаква да мине дългия срок, който обикновено се изисква за стабилизиране и изпитване на язовирната стена след изграждането й.

При решението, при което водонепропускливата мембрана е положена директно върху водната страна на язовирната стена, използването на водонепропусклив синтетичен материал, гъвкав и еластично разтегателен, свързан към субстрат от синтетичен материал като геотекстил или друг от този род, осигуряващ освен това механична защита срещу евентуално пробиване на водонепропускливата мембрана от насипния материал на стената, предлага също така повърхност с висок коефициент на триене. Тази повърхност с висок коефициент на триене позволява да се задържат на място отделните листове на мембраната при инсталирането им, дори и когато те все още не са заварени към закрепващите ленти.

Връзката между закрепващите ленти и водонепропускливата мембрана може да се осъществи чрез термозаваряване по специални методи, обяснени по-нататък, чрез използване за водонепропускливата мембрана и закрепващите ленти на синтетични материали, които са химически съвместими за топлинното им заваряване.

Съгласно още един аспект на изобретението, долният край на водонепропускливата мембрана е закрепен към водната основа на тялото на язовирната стена чрез надлъжна свивка, позволяваща на мембраната по-добре да се нагажда към евентуалните движения на тялото на стената.

За обхвата на изобретението различните използвани термини имат следното значение:

геомембрана: гъвкав синтетичен материал с два преобладаващи размера, характеризиращ се с ниска флуидопропускателна способност;

композиционен геоматериал: еластичен синтетичен материал с два преобладаващи размера, направен чрез съединяване по време на производството на два или повече пластове синтетични материали с различни характеристики и функции, един от които се състои от геомембрана с хидроизолационна функция;

геосинтетика: синтетичен материал с два преобладаващи размера, който, в зависимост от характеристиките си, може да има различни функции, като хидроизолация, защита срещу пробив, хлъзгане и т.н.;

геотекстил: синтетичен материал, състоящ се от текстилни нишки и притежаващ висока пропускателна способност;

слоеста мембрана: състои се от поне два слоя синтетичен материал с два преобладаващи размера и с различни функции, които могат да се свържат по време на производството или могат просто да бъдат наложени един върху друг при изграждането на язовирната стена.

Описание на приложените фигури

Тези и други характеристики и предимства на метода за изграждане на насипни язовирни стени, както и на хидроизолационната система, се илюстрират по-добре от следващото описание на някои предпочитани примери за изпълнение.

Фигура 1 представлява изглед отпред на язовирна стена от общ вид, част от която е изпълнена от насипен материал съгласно първи вариант на изпълнение на насипна язовирна стена, имаща централно водонепропускливо ядро съгласно настоящото изобретение;

фигура 2 - разрез съгласно линия 2-2 от фиг. 1;

фигура 3 - разрез съгласно линия 3-3 от фиг. 2;

фигура 4 - уголемен детайл от фиг. 3; фигура 5 - уголемен детайл от фиг. 2;

фигура 6 - уголемен детайл от втори вид насипна язовирна стена с централно водонепропускливо ядро;

фигура 7 - изглед при напречен разрез съгласно линия 7-7 от фиг. 6;

фигура 8 - схематичен изглед на скеле, което може да бъде използвано при изграждане на насипна язовирна стена съгласно примера от фиг. 6;

фигури 9 и 10 показват някои по-важни фази на изграждане на насипна язовирна стена, имаща централно ядро с двойна водонепропусклива слоеста мембрана съгласно примера от фиг. 6;

фигури 11 до 14 - някои по-важни фази на изграждане на насипна язовирна стена с централно ядро с двойна слоеста мембрана съгласно алтернативно изпълнение на изобретението;

фигура 15 - първи начин на изграждане на водонепропусклива преграда съгласно изобретението в съответствие на водната страна;

фигура 16 - част от изглед отпред на водонепропускливата слоеста мембрана върху водната страна на язовирната стена от фиг. 15;

фигура 17 - уголемен детайл от фиг. 15; фигура 18 - втори начин на изграждане на водонепропусклива преграда до водната страна;

фигура 19 - уголемени детайли от фиг. 18;

фигура 20 - част от изглед отпред на водонепропускливата слоеста мембрана върху водната страна на язовирната стена от предишните фигури;

фигура 21 - уголемен детайл от закрепваща система в долния край на водонепропускливата слоеста мембрана;

фигура 22 - уголемен детайл от фиг. 21.

Примери на изпълнение на изобретението

Централна водонепропусклива слоеста мембрана

Позовавайки се на фигури от 1 до 5 са описани идейната схема и общите принципи на изграждане на насипна язовирна стена с централна водонепропусклива слоеста мембрана съгласно изобретението.

Фигура 1 илюстрира пример за язовирна стена, включваща част 10, която, например, е от бетон и се състои от преливник, водовземна кула или др., и част 11 от едър насипан материал, състояща се от водна страна 11А и въздушна страна 1ГА от пръст и/или камъни, и водна преграда, включваща централно ядро 12 от фин насипен материал, подбран така, че да представлява преходен пласт с добра пропускателна и инжекционна способност. Ядрото 12 в разглеждания пример е водонепропускливо благодарение на слоеста мембрана 13, състояща се от геосинтетичен “пакет” и простираща се по надлъжната ос на язовирната стена от бетонна греда 16 за закрепване към фундамента на тялото 11 нагоре към билото, като по този начин слоестата мембрана се включва в масата насипен материал, оформящ централното ядро 12.

Както подробно е показано на фигура 4, водонепропускливият пакет 13 се състои основно от геомембрана 14 от синтетичен хидроизолационен еластичен и еластично поддаващ се материал, например поливинилхлорид (PVC), полиетилен (РЕ) или полипропилен (РР) с подходяща дебелина, както и от два странични защитни субстрата 15, по един от всяка страна, от синтетичен материал, например геотекстил, с цел да се предпази водонепропускливата мембрана от евентуален пробив, което би довело до нарушаване херметичността на мембраната 13.

Както е показано на посочените фигури, съгласно първото примерно изпълнение на изобретението, изградено е вертикално или наклонено централно ядро на водонепропускливата ггрег рада от подходящ фин или зърнест насипен материал В, за предпочитане монозьрнест, включващо водонепропусклив пакет 13 от синтетичен материал. Този материал има подходяща гъвкавост и еластичност, позволяващи му безпроблемно да следва и/или компенсира движенията на тялото 1 ΙΑ, 1ГА. Пакетът 13 в основата на водната страна на стената е прикрепен към бетонна греда 16 или по друг начин е свързан с фундамента.

Както е показано на разреза на фигура 3, водонепропускливият пакет 13 е разположен във или между две разположени една до друга и вертикално издигащи се зони, съставляващи централното ядро 12. Тези две зони са покрити от различните слоеве А от едър насипен материал, съставляващ тялото на язовирната стена, разположени върху водната и въздушната страна на изградената изкуствена водонепропусклива преграда.

Съгласно схемата на гореспоменатите фигури, основна функция на пакета 13 е да служи за хидроизолация, докато насипният материал В на ядрото 12 има проходна, и, ако е необходимо, дренажна функция. Естественият или инертен материал А, съставляващ тялото 11Аи1ГАна язовирната стена, има единствено статичната функция да противостои на напора на водата във водоема.

Ето защо при изграждането на стената и след това, по време на функционирането й, централният водонепропусклив слой 14 на пакета 13 е защитен от двете си страни, водната и въздушната, от един или повече субстрати 15 от гъвкав синтетичен материал, например геотекстил или от този род. Целта е разпределяне на хидростатичните налягания, които действат върху тялото на язовирната стена и които се предават към ядрото 12, както и намаляване на механичното въздействие, изразяващо се в пробив и/или абразия на инертните материали върху геомембраната на водната преграда, както е посочено по-горе.

Слоят 15 от защитен синтетичен материал може да бъде отделен от вътрешния слой 14 (геомембраната) или да бъде свързан с него като сандвич чрез нагряване. Водонепропускливата слоеста мембрана, състояща се от слой 14 и от защитни геотекстили 15, е в контакт с пласт подходящ фин насипен материал, например зърнест материал като пясък, каменист материал като чакъл, и т.н., с размери приблизително от 3 до 30 шт. Размерите на насипния материал могат да бъдат и по-големи и да достигнат дори 10 сш в зависимост от изискванията за проходимост и дренаж на централното ядро. Дори и да не е необходимо, обикновено е за предпочитане материалът В на преходната зона на ядрото да е монозьрнест или, например, може да се изисква подбраният материал, оформящ долната зона на централното ядро, да има по-висока степен на пропускливост на флуиди, напр. приблизително между 1 х 10·* и 1 х 1(Н cm/s, за да позволява в случай на необходимост ефикасен дренаж на водата, просмукала се през пукнатини или поради локална повреда на геомембраната 14.

Ето защо комбинацията от подбрания материал В на ядрото 12, геотекстилите 15 и геомембраната 14 позволява създаването на ефикасна хидроизолация, оптимално предаване на статичните натоварвания от тяло 11А на тяло 1 ГА на стената чрез ядрото 12, като в същото време се осигурява ефективно свързване на различните разделителни повърхности между материал А, формиращ тялото 11 А, 1 ГА на язовирната стена, който обикновено се състои от пръст и/или камъни, и подбрания чакълест материал В, съставляващ централното ядро 12.

Както е посочено по-горе, в долната част на стената, по цялата дължина на фундамента, пакет 13 е херметически и плътно свързан с бетонна греда 16 или друго подобно закрепващо средство, от която, в посока към намиращата се отдолу почва, е разположен водонепропусклив щит 16’. Този водонепропусклив щит е изпълнен, например, чрез заливане с бетон, смоли или др., а най-често от пластмасови диафрагми.

Периметьрната греда 16 може да бъде отделна или да бъде част от контролна галерия (не е показана), разположена в основата на стената аксиално на централното ядро 12.

Основната причина за наличието на фундаментната греда или друга подобна структура е да се осигури закрепващ елемент за геомембраната и връзка между водонепропускливите прегради над и под фундамента.

Зад пакета 13, върху въздушната страна, с начало от пласта В от фин материал на централното ядро 12, на дъното на централното ядро 12, в съответствие с гредата 16, може да се създаде дренажна система. Системата се състои от тръби 17, наклонени към въздушната страна, и в нея се събира водата, просмукала се през пукнатини или пробиви в пакета 13.

Събраната по този начин просмукала се вода може да се отведе до една или повече сборни точки 17’, където се контролира със съответни устройства и се източва.

Описаната по-горе система има следните предимства. Създава се непрекъсната изкуствена водонепропусклива преграда от еластичен материал, разположена от фундамента до билото на тялото на язовирната стена. Преградата може да продължи дълбоко в почвата чрез щит 16’, изпълнен чрез заливане или от подходящи пластмасови диафрагми и започващ от гредата 16, която служи за свързващ елемент. Изгражда се водонепропускливо ядро, което може да следва деформациите на тялото на язовирната стена, причинени от слягането на тялото на стената под въздействие на тежестта й и от хидростатичното натоварване. По този начин се запазва непроменена водонепропускливостта и деформируемостта на ядрото. Осигурява се ефикасност на хидроизолационната система чрез контролната система, разположена от долната страна на централното ядро.

Връзка с неподвижни структури

В някои ситуации, схематично представени във фигура 1, тялото 11 А, 1ГА на насипната язовирна стена с водонепропускливото ядро 12 и пакета 13 може да е в контакт с неподвижни части на стената, изпълнени например от обикновен бетон, валцопресован бетон (RCC), зидария и др.

Такава е ситуацията, когато само част от язовирната стена е изградена от насипен материал, а останалото е тежестна язовирна стена, изпълнена по стандартен начин. Същата е ситуацията и когато в тялото на насипната язовирна стена е изградена водовземна кула от бетон или зидария.

В тези случаи е необходимо да се осигури непрекъснатост на хидроизолацията между пакета 13 на централното ядро на стената, обект на по-големи деформации, и по-нееластичната част от структурата 10, обект на по-малки деформации.

За тази цел, както схематично е показано на фигура 5, връзката между водонепропускливия пакет 13 и неподвижното тяло 10 на стената може да се осъществи чрез една или повече ленти 18, състоящи се от ивици 18’ от допълнителни слоести мембрани от същия материал като пакета 13, монтирани вертикално като хармоника и прилепнали към неподвижното тяло 10, както е показано. Вертикалният край на хармоникообразния пакет 18 е херметично закрепен за неподвижното тяло на язовирната стена чрез схематично показани механични скрепителни елементи, напр. метални профили, притягащи чрез притискане края на нагънатата като хармоника лента 18 към неподвижното тяло 10, към което профилите са прик репени с болтове и шайби 20, а другият вертикален край на лентата 18 е заварен чрез нагряване към съответния срещулежащ край на пакета 13. Лентата 18 се нагъва по този начин като хармоника. Гънките се образуват чрез заваряване на геомембранните ивици 18’ по схемата “ръка в ръка” или чрез нагъване на мембранната лента. Този нагънат като хармоника елемент срещу тялото 11 А, 1ГА на стената от насипен материал може свободно да се движи или да следва деформациите, на които може да бъде подложена стената.

Връзката между пакета 13 на централното ядро и лентата слоеста нагъната мембрана 18 може да бъде изпълнена директно или чрез допълнителни еластични ленти, подходящо оформени с допълнителен материал, и да бъде направена от същия материал като пакета 13.

Хармониката може да бъде защитена отстрани от други еластични ленти. Ивиците 18’ върху хармониката, направени от същия материал като пакета 13, са подходящо оформени или заварени по схемата “ръка в ръка” от допълнителен материал, така че образуват още деформируеми гънки.

Между лентите на хармоникообразната слоеста мембрана и над тях могат да се разположат още пластове от материала 19, които намаляват триенето и улесняват по този начин относителното плъзгане (геотекстил, синтетични тъкани, пластове от силикон, от тефлон, пясък, и т.н.), и които осигуряват също така допълнителна защита на хармониката.

Слягането на тялото 11 А, 1Г А на язовирната стена от насипен материал поражда напрежение в контактната повърхност между тялото 11 А, 1ГА и неподвижното тяло 10. Нагънатата слоеста мембрана се разполага в тази зона и, благодарение на геометричната си форма и еластичността на материала, от който е направена, може да следва слягането.

Практически тялото 11 А, 1Г А от насипен материал се сляга, което намалява височината на различните слоеве на пакета на слоестата мембрана 13, намираща се в централното ядро 12. Тъй като пакетът 13 е свързан с външния край на лентата на нагънатата слоеста мембрана 18, той е принуден също да отива надолу, следвайки слягането на тялото 1 ΙΑ, 1ГА на язовирната стена. Вътрешният край на нагънатата слоеста мембрана 18 е неподвижно свързан с неподвижната част 10 на язовирната стена, както е описано. Ето защо отклонението в положението на оставащия неподви жен вътрешен край и външния край, който се отмества надолу, се абсорбира отчасти от гънките на хармониката 18, отчасти от допълнителните свързващи ленти, ако има такива, както и от минималното завъртане на лентите на самата хармоника и от еластичността на материала, от който е направен пакета 13.

Докато материалът, съставляващ тялото 11 А, 1ГА на насипната язовирна стена, се слята, пакетът 13 може свободно да следва това слягане, като в същото време се запазва водонепропускливата връзка с неподвижната структура 10.

В някои случаи дори е възможно да се избегне използването на хармоникообразната мембрана 18, тъй като слягането на тялото 11А, 1ГА от насипен материал обикновено става по почти еднороден и линеен начин. Така че допълнителните еластични ленти са достатъчни да осигурят висок коефициент на сигурност, като се справят с деформацията и последващото напрежение, тъй като пакетът 13 и лентите на хармониката 18, способни да издържат на удължение при скъсване 200% и повече, помагат за абсорбирането на деформациите и напрежението.

Централна двойна водонепропусклива мембрана

Фигури 1-5 илюстрират използването на един пакет 13 като водонепропусклив елемент на централното ядро 12. Възможни са и други решения, едно от които е показано на фигури 6 и 7 от приложените чертежи.

Както е показано на тези фигури, за да се повиши степента на сигурност и водонепропускливост на централното ядро 12, е възможно да се инсталират два съседни пакета 131 и 132 от непропусклив синтетичен и еластично податлив материал, абсолютно същите като пакет 13. Двата пакета са на подходящо разстояние един от друг и са разположени успоредно на надлъжната ос на язовирната стена от основата на тялото от насипен материал 1 ΙΑ, 1 ГА до билото на стената.

В този случай централното ядро 12 от подходящ насипен материал включва междинна зона 121, разположена в пространството между двата пакета 131 и 132, и две странични ограничителни зони 122 и 123.

Образуваната по този начин междинна зона 121 трябва да има гранулометричен състав, позволяващ впръскването при необходимост на флуид или флуидизирани субстанции за херметизиране на местата на просмукване, напр. бентонитен разтвор, които могат локално да създават или въз становяват водонепропускливостта в случай на пробив или повреда на пакета 131.

Освен това, двата пакета 131 и 132 са разположени вътре във фин или гранулиран материал, от пясък до ситен чакъл, както е посочено погоре, и са защитени от двете си страни от пласт гъвкав синтетичен материал 15 от рода на геотекстилите, ефикасен срещу пробиване и сцепление.

Материалът на зоната 121 между двата пакета 131, 132 трябва да позволява прехвърляне на натоварванията от единия край на тялото на язовирната стена към другия и трябва винаги да е подходящ във висока степен за впръскване на субстанции при посочените случаи, образувайки хомогенно статично тяло.

Пак в този случай двата пакета 131 и 132 са закрепени към периметъра на язовирната стена, върху фундамента чрез херметична механична анкерна връзка. И тук, както е посочено по-горе, от бетонената перимегьрна греда 16 може да продължава водонепропусклив екран 16’, изпълнен чрез заливане с течен строителен разтвор или от пластмасови диафрагми.

Обикновено финият подбран материал на зоната 121, разположена между двете мембрани, и, ако е необходимо, финият подбран материал на двете странични зони 122 и 123, могат да бъдат от същия вид В, описан по-горе във връзка с централното ядро 12 от примера на фигура 1, т.е. той трябва да има висок капацитет за впръскване и дренаж. В зависимост от изискванията е възможно да се използват материали В и С с различни дренажни характеристики за трите зони 121, 122 и 123 на централното ядро, както е показано на фигура 6.

Примерът на фигура 7 илюстрира друг вариант, който е възможен, ако бъде приета конфигурацията с двата пакета 131 и 132.

Както е показано на фигура 7, двата пакета - горният 131 и долният 132, могат да бъдат свързани един с друг, на предварително определени разстояния, чрез напречни връзки 23 с други ленти от същия пакет, с цел да се образуват отделни блокове в междинната зона 121 на централното ядро. Блоковете могат да бъдат наблюдавани и отводнявани индивидуално, като по този начин се дава възможност да се откриват с по-голяма точност местата на просмукване или пропуски във водонепропускливата система.

Описаната двойнопакетна система има следните предимства. Създава се непрекъсната изкуствена двойна водонепропусклива преграда от гъвкав синтетичен материал, простираща се от фундамента нагоре към билото. Така създадената водонепропусклива преграда може да бъде продължена дълбоко в почвата чрез екран, получен чрез заливане с подходящ материал или чрез пластмасова диафрагма, базирана на бетонно-бентонитни смеси, който щит започва от фундаментната греда 16. Освен това, горната преграда, състояща се от първия водонепропусклив пакет 131, осигурява необходимата херметичност, докато вторият, долен водонепропусклив пакет 132, представлява защитна преграда. Създава се водонепропусклива преграда, способна да следва породените от хидростатичното налягане деформации на тялото на язовирната стена, която запазва непроменени хидроизолационните и деформационни характеристики. Осигурява се възможност да се изпитва ефикасността на хидроизолационната система чрез контролната система, разположена под двата пакета, чрез тръбопровод 17, в който се събира просмукалата се вода надолу от втория пакет 132, както и чрез втори тръбопровод 22, който е отворен към междината между двата пакета 131 и 132 и в който се събира просмукалата се вода от горния пакет 131 през слоя дренажен материал 121 на централното ядро. В случай на недостатъци в горния пакет 131 е възможно да се направи водонепропусклива заливка на зона 121 по обикновен начин, например заливане с бентонит или друг подходящ материал или локално, или на цялата зона 121 от подбран материал в пространството между двата пакета. Двата пакета 131 и 132, освен хидроизолационната функция, служат и като ограничител за заливане с водонепропусклив материал, позволявайки по този начин да се възстанови херметичността на водната преграда. Цялата система е много проста и ефикасна, тъй като високата степен на инжекционност на слоя материал на междинната зона 121 позволява влагането на подходящи заливни тръби до достигане на желаната точка. По-добре е обаче инжекционните тръби да се разположат на предварително определени места при изграждане на ядрото 12. Системата от дренажна тръба 17 и/или 22 позволява и да се следи ефикасността на извършваната по посочения начин поправка.

Като алтернатива на това примерно изпълнение, възможно е пакетът 13 от фигура 3 или пакетът 131 от фигура 6 да се удължи към водната основа на тялото на язовирната стена с цел изграждане на фундаментната греда в съответствие със самата водна основа във връзка с водната страна.

Това алтернативно решение позволява в някои случаи да се намали дълбочината на екрана 16’, което е очевидно изгодно от икономична гледна точка. Освен това, решението дава възможност за по-нататъшна интервенция по отношение на екрана, дори и след завършването на язовирната стена и след изпразване на резервоара, тъй като гредата 16 ще е на достъпно място, вместо да е ограничена под централното ядро. Възможно е също така да се удължи пакета 13 или 131 нагоре, вътре в оградения от язовирната стена резервоар, чрез елиминиране в този случай на периметърната греда 16 в основата на водната страна.

С примерите на фигури от 11 до 14 се илюстрира друга алтернатива на изграждане на централното ядро на водонепропускливите геомембрани. По-специално, позовавайки се на фигура 14, в този случай двата пакета 131 и 132 се изпълняват от множество наклонени ленти, имащи типичното разположение на “коледна елха”, т.е. лентите на всеки пакет са наклонени алтернативно в противоположни посоки и заварени чрез нагряване по надлъжните си краища.

По-точно, двата пакета 131 и 132 са изпълнени от множество заварени чрез нагряване ленти 25.1 - 25.η и 26.1 - 26.п, алтернативно наклонени нагоре и надолу с естествения ъгъл на триене на използвания насипен материал (обикновено между 15 и 40° спрямо хоризонтален план) съгласно характеристиките на използваните материали и дебелината на пластовете насипен материал А и В, съставляващи тялото 11 А, 11Ά на язовирната стена, и различните сектори 121,122 и 123 от подбран пълнеж, съставляващи централното ядро, или при други условия или потребности.

Също в този случай характеристиките на насипния материал, използван за различните пластове на различните сектори на централното ядро, могат да бъдат едни и същи или различни, в зависимост от специфичните изисквания.

Възможни са различни методи на изграждане в зависимост от вида и характеристиките на използваните геомембрани, т.е. от това дали геомембраната или геомембраните са съставени чрез съединяване на вертикални или наклонени ленти.

Методи на изграждане

Пакетите се инсталират, следвайки фазите на изграждане на ’’насипа”. Ето защо горният профил на централното ядро 12 се издига с издигането на тялото 11 А, 11Ά на язовирната стена.

Освен това, изборът на топологията зависи от това дали е необходимо свързване с неподвижно тяло 10, което не се използва винаги.

Съгласно примерите на различните фигури, първото действие, което се извършва, е изпълнението на фундаментната греда 16, която може да е, а може и да не е част от една евентуална периметърна контролна галерия. След това пакетите се свързват с периметьрната греда чрез механични скрепителни елементи или друг вид анкерно закрепване, което може да осигури херметичност при наличието на хидравлични натоварвания, не по-малки от повърхностните.

При различните хипотетични случаи междинната зона на централното ядро, разположена между двата пакета, влиза в контакт с контролната и дренажната изпускателна система. След това изграждането на тялото на язовирната стена и централното ядро започва, например, съгласно един от двата описани по-долу метода.

Изграждането чрез вертикални сектори може да се извърши чрез изваждаем кофраж съгласно примера на фигури 6 и 8 и фазите, показани на фигури 9 и 10 от приложените чертежи.

По-специално, фигура 8 илюстрира възможен начин на реализация на изваждаем кофраж 27, състоящ се по същество от две странични стени 28, 29, успоредно разположени и държани на разстояние една от друга от горни напречни греди 30 и кръстосани греди 31. С позиция 32 са обозначени две захващащи структури за повдигане на кофража 27 чрез стрела 33 на кран или чрез някое друго подходящо повдигащо устройство. Разстоянието между двете странични стени 28, 29 на кофража по същество отговаря на ширината на междинното пространство 121 на централното ядро, сключено между двата пакета 131 и 132.

Фазите на изграждане, характеризиращи този първи метод, са илюстрирани на фигури 9 и 10. Те представляват междинни моменти от изграждането на централното ядро и тялото на язовирната стена.

Съгласно първият метод на изграждане, елементите на кофража 27 се поставят един до друг по надлъжната ос на язовирната стена, докато покрият цялата дължина на съответния сектор. При тези условия геомембранните ленти в пакетите 131 и 132 са разположени от двете страни на кофража и странично сгънати навън. След това геомембраните се слагат върху кофража 27, като от двете страни се вмъква геотекстилен пласт. Горната част на двете геомембранни ленти с геотекс тилите се прикрепват отгоре с временни прикрепващи елементи, например скоби. Геомембраните се съединяват една с друга чрез загряване до получаване на обща дължина, равна на общата дължина на различните елементи на кофража, които са разположени по надлъжната ос на тялото на язовирната стена, която трябва да бъде изградена. Ако е необходимо, може да бъдат обособени напречни сектори 23 на междинното пространство на централното ядро чрез напречно вмъкване между съседни кофражи, между граничещи повърхнини, на други геомембранни ленти, защитени с геотекстили, двата края на които се свързват чрез нагряване към горната и долната геомембранни ленти, разположени хоризонтално върху двете страни на централното ядро.

След това изграждането на насипа може да започне или продължи. Първата операция се състои в разстилане и сбиване на пластове на избрания материал на централното ядро 122 и 123, разположен нагоре и надолу от кофражите, и на материала на зона 121, разположен вътре в кофража в контакт с геотекстила, поставен от двете страни на геомембраната за защита.

След това материалът с най-големи размери, който съставлява тялото 11 А, 11Ά на язовирната стена, се разстила нагоре и надолу от централното ядро и се утъпква. Тези операции продължават, докато тялото на стената достигне височина, близка до горния край на кофража, в резултат на което краят се вбива в тялото на стената.

Скобите, стягащи геомембраните и геотекстилите, се отстраняват, като геомембраните и геотекстилите се нагъват по страните на кофражите 27, както е показано на фигура 9. Чрез кран или друго подходящо повдигащо устройство кофражите 27 се отстраняват почти изцяло, ако е необходимо, чрез прилагане на вибрации, които могат да бъдат от полза за операцията и за сбиване на материала на ядрото. След това кофражите се поставят за изпълнение на други слоеве от ядрото 12, състоящи се от 121,122, и 123, и на тялото 11 А, 1ГА на язовирната стена. Върху насипа се слагат нови геомембранни ролки, чиито краища препокриват тези на геомембранните ленти, вече вградени в изгражданото централно ядро. Правят се заваръчните шевове и се проверява херметичността им. След това геомембранните ленти се повдигат и се прикрепват върху кофражите 27, както е показано с пунктирана линия на фигура 10, като винаги преди това се вмъкват геотекстилни те слоеве. Поставянето и свиването на подбрания материал на централното ядро 12 и на другите инертни материали на тялото на стената 11 А, 11Ά започва отново съгласно описаните по-горе фази, докато се достигне окончателната височина на билото на тялото на язовирната стена. Накрая, на билото се изгражда непрекъсната бетонна плоча, към която механично се прикрепват горните краища на двете геомембрани 131 и 132, така изпълнени и вградени в подбрания и позволяващ инжектиране насипен материал на централното ядро.

Като алтернатива на описанието решение, при което се използват множество кофражи, отворени по протежение на всичките периферни краища, различните хоризонтални ленти на геомемраната могат да бъдат вертикално прикрепени към множество неподвижно или подвижно закрепени линейни опори. Опорите могат да се състоят от неподвижни тръби от пластмасов материал, които могат да бъдат използвани също за бъдещо инжектиране, или пък могат да бъдат от друг вид. Изграждането на централното ядро и на тялото на язовирната стена се извършва по същество по същия начин, както при изваждаемите кофражи. Вертикалните опори, ако са подвижни, могат да бъдат използвани отново при издигане на насипа, а могат да бвдат оставени като постоянни опори, вградени в централното ядро. Ако за временна опора на геомембраните се използват инжекционни тръби, след завършване на изграждането те могат да бъдат използвани за инжектиране на субстанции в ядрото за херметизирането му, ако това се наложи.

Методът за изграждане с геомембрани във формата на “зигзаг” или “коледна елха” е показан на следните фигури от 11 до 14, които илюстрират основните фаза на този метод. Първите ленти на двата пакета 131 и 132 предварително се прикрепват към фундаментната греда 16 чрез подходящи херметични закрепващи устройства 34. Геомембраните и тук са във вид на ролки, съединени една с друга с цел да се получи дължина, равна на общата дължина на ядрото на съответната височина на фундамента. Първите две ленти на геомембраните са нагънати навън, както е показано на фигура 11.

След това може да започне изграждането на насипа. Първо се полагат и трамбоват първи пласт подбран материал, съставляващ междинната зона 121 на ядрото, и двата, горен и долен, пласта на тялото 11А 1ГА на язовирната стена.

След това двете геомембранни ленти се нагъват навън, по наклонените страни на пласта материал 121, както е описана на фигура 12.

След това два препокриващи се пласта подбран материал се полагат и сбиват в горната зона 122 и в долната зона 123 на централното ядро, както е показано схематично на фигура 13.

После следващите две ленти 131 и 132 се поставят под наклон, обратен на предишните, върху вече поставените и сбити странични пластове 122 и 123, и се съединяват с долните ленти.

Изграждането на насипа и на централното ядро с двата пакета във формата на “зигзаг” или “коледна елха” продължава по същия начин на последователни етапи, както е показано на фигура 14, докато се достигне окончателната височина на насипа и на централното ядро, необходима за тялото на язовирната стена.

По време на изграждане на централното ядро и на двата пакета във формата на “зигзаг” или “коледна елха”, могат да бъдат създаден вертикални сектори чрез вмъкване, напречно на надлъжната ос на ядрото, на други геомембрани. И тук, както и в предишния пример, различните геомембранни ленти са защитени от двете си страни с геотекстили.

Най-накрая се изгражда билото, състоящо се от непрекъсната плоча, направена от бетон, асфалтобетон или друг подходящ материал, към която механически се прикрепват горните краища на двата пакета.

Както е посочено вече, материалът, използван за хидроизолация на ядрото, е геомембрана от синтетичен, гъвкав, еластично податлив материал с голяма дебелина, например от 2 до 4 шш, способен да устоява на високите напрежения на пробив и абразия, които могат да възникнат между контактните повърхности и насипния материал на централното ядро. Геомембраната е устойчива и на деформациите, дори концентрираните, на които е подложено тялото на стената. Ето защо геомембраната трябва да е направена от термопластичен или еластомерен материал, позволяващ дори високо еластично удължение. Геомембранните ленти могат да се свързват по който и да е подходящ начин, например чрез заваряване с помощта на горещ въздух, запазвайки възможността за извършване на тестове за ефикасността на самите шевове.

Геотекстилите, служещи за защита на геомембраните, трябва да имат достатъчна маса, за да осигуряват добра съпротива на пробив, както и да притежават добри дренажни характеристики. Във връзка с метода за изграждане с кофражи или метода с използване на “коледна елха”, геомембраната може да бъде свързана чрез нагряване с геотекстила по време на екструзията с цел подобряване механичното съпротивление на така конструирания хидроизолационен пакет, ако нормативите на проекта го изискват.

От казаното и илюстрираното става ясно, че е създадена насипна язовирна стена с водонепропускливо централно ядро и метод за изграждането и хидроизолацията й чрез единична или двойна слоеста мембрана, без да са необходими някакви трудни операции и сложно оборудване на работното място. Водонепропускливото централно ядро се изгражда едновременно с насипа от пръст и/ или камъни на язовирната стена.

При предложените решения могат да се използват синтетични материали с характеристики, надвишаващи резултатите от теоретични изчисления. Производството и подготовката на импрегниращия синтетичен материал се извършва във фабриката при контролирани условия, гарантиращи постоянно качество.

Долната зона на централното ядро, разположена непосредствено под геомембраните, се състои от подбран материал с висока пропускливост, даващ възможност да се открият евентуални просмуквания на вода и да се упражнява постоянен контрол на ефикасността на хидроизолационната система. В материала, от който е направено централното ядро, може по-нататък да бвдат инжектирани херметизиращи течности, така че става възможно създаването, ако е необходимо, на нова водонепропусклива преграда на определени места или по цялата дължина и ширина на централното ядро.

Описаните решения гарантират дълъг срок на годност. Използването на геомембрани за херметизиране на централното ядро гарантира сигурност, тъй като геомембрани от този тип са функционирали в течение на дълги години при стандартни язовири. На базата на лабораторно проведено ускорено изпитване на стареене е допусната хипотетична годност на хидроизолационния материал над 500 години. Самите геомембрани, вградени в централното ядро, са защитени от действието на ултравиолетовите лъчи и вандализъм, което ги прави практически неразрушими.

Водонепропусклива слоеста мембрана върху водната страна

Фигури от 15 до 17 показват вариант на изобретението, позволяващ изграждане и хидрои золиране на насипни язовирни стени с открита преграда върху водната страна, при който слоеста водонепропусклива мембрана се поставя и закрепва за повърхността на водната страна на стената, така че слоестата мембрана да може да следва и/или да се адаптира към всяко слягане на така конструираната язовирна стена.

Съгласно фигури 15 - 17, тялото 211 на язовирната стена се изпълнява от подходящ насипен материал, пръст и/или камъни, подходящо разстлан на положени един върху друг и трамбовани пластове 212.1 - 212 п.

В този случай върху повърхността на водната страна има водонепропусклива облицовка, включваща водонепропусклив пакет 213, чийто състав е сходен с този на водонепропускливите пакети 13,131,132 от предишните примери. Водонепропускливият пакет 213 се състои от няколко съединени ленти или листа 214, простиращи се в посока на наклона на водната страна между билото на язовирната стена и фундамента на водната страна.

Единичните ленти 214 от листов материал се развиват и се полагат върху водната страна на стената, като се прикрепват при полагането им към закрепващи ленти 215 от еластичен синтетичен материал, подходящо вградени между наложените един върху друг пластове 212.1 - 212.п на тялото на язовирната стена.

Листовият материал на водонепропускливия пакет 213, за предпочитане, е композиционен геоматериал, включващ пласт еластичен и водонепропусклив синтетичен материал, свързана със субстрат от синтетичен материал, притежаващ различни свойства. По-специално, повърхностният слой ще бъде в контакт с водата в резервоара и ще бъде изложен и на действието на атмосферата, се състои от гъвкава синтетична геомембрана, непропусклива и еластично податлива, например от PVC, РР РЕ или друг подобен материал. Долният слой, който ще бъде в контакт с повърхността на язовирната стена, се състои от геотекстил, изпълняващ функцията на защитен слой срещу пробиване на геомембраната, като същевременно осигурява стабилност, подобрявайки коефициента на триене на съставната мембрана.

В зависимост от типа геотекстилен материал и от каменистия материал и/или характеристиките на материала, съставляващ повърхността на язовирната стена, с която композиционният геоматериал ще бъде в контакт, обикновено ъгь12 лът на триене е между 25 и 38°. Това означава, че в зависимост от наклона на водната страна на стената, който е винаги в рамките на посочените градуси, или по-малък, при монтиране на водонепропускливата мембрана листовете материал 241, преди да бъдат заварени към закрепващите ленти 215, остават стабилни и не се хлъзгат, което улеснява монтажа. Водонепропускливият пакета 213 може да бъде изграден и така, че водонепропускливата мембрана да е отделно от геотекстила, изпълняващ функцията за защитен пласт. В този случай геотекстилните листове се монтират в контакт с водната страна на язовирната стена, където те са стабилни по време на монтажа, а водонепропускливата мембрана се поставя върху геотекстила и се прикрепва към листовете 215.

Както е описано по-горе, отделните листове материал 214, съставляващи водонепропускливия пакет 213, трябва при всички положения да бъдат закрепени към тялото на язовирната стена. Ако листовете 214 са от композиционен геоматериал (водонепропусклива мембрана, свързана с геотекстила) , долният пласт геотекстил спомага за стабилността им и им помага да не се хлъзгат, да устояват на действието на вълните и да предпазват непокритата от водата част, засилва съпротивлението им на натоварвания, породени от евентуални седименти, или на случайни натоварвания, които биха могли да повредят геомембраната, или пък на вакуум, който може да се образува от задната страна на пакета 213 при много бързо изпразване на резервоара.

Закрепването на отделните листове материал 214, съставляващи водонепропускливия пакет 213, се извършва чрез ленти 215. За тази цел закрепващите ленти 215 могат да са от същия материал, като на пакета 213 или от синтетичен материал със сходни химически характеристики, за да се осигури възможност за заваряване чрез стопяване.

Както е показано на фигура 16 и по-подобрено на фигура 17, закрепващите ленти 215 се слагат по време на изграждане на стената между наложените един върху друг пластове насипен материал, съставляващ тялото на язовирната стена.

Закрепващите ленти 215 се поставят успоредно на надлъжната ос на язовирната стена, така че водонепропускливият синтетичен материал, който може да бъде заварен, да е с лице към резервоара. Лентите имат задна страна 215’, която е почти хоризонтална, здраво закрепена между два положени един върху друг пласта 212’ и 212” от каменистия материал, от който е изградено тялото на стената. Закрепващите ленти 215 излизат извън тялото на стената е преден издатък 215”, който, под въздействие на гравитацията, виси надолу в Г-образна форма срещу външната повърхност на водната страна, в съответствие с външния пласт 212’. Като алтернатива, същият издатък 215” може да бъде сгънат нагоре срещу горния пласт 212” след изграждането му.

Както е показано на фигура 16, закрепващите ленти 215 са поставени на различни нива в няколко реда, поддържайки шахматно разположение между закрепващите ленти от един ред и закрепващите ленти от двата съседни реда, с разстояния, които могат да варират, и на различна височина, в зависимост от изискванията на проекта.

Навитите на рула листове водонепропусклив материал 214 се полагат, като се започва от билото или от някоя междинна височина към основата на водната страна на стената, и постепенно се развиват, покривайки закрепващите ленти 215, вградени в пластовете насипен материал, от който е оформено тялото на стената.

В съответствие с припокриването на листовете, съставляващи пакета 213, с издатъците 215” на закрепващите ленти, част от геотекстилния слой се отстранява или изрязва от всеки лист композиционен геоматериал 214, създавайки заваръчна област 216, така че задната повърхност на пласта синтетичен материал на геомембраната в непокритата от геотекстила област 216 е в контакт с предната повърхност на издатъка 215”, който е от химически съвместим материал, за да може да се извърши заваряването чрез разтопяване. Когато водонепропускливата мембрана и геотекстилът са отделно един от друг, преди монтирането на листовете 214 е необходимо да се отстрани геотекстилната част, отговаряща на лентите 215, с цел да се създаде заваръчна област 216.

Заваряването може да се извърши в определени точки, линии или по цялата повърхност на зоната 215” на закрепващия издатък, в зависимост от изискванията на съответния проект.

Както е показано на фигура 17, по начин, сходен с предишните примери, при изграждането на стената между водонепропускливия пакет 213 и земния и/или каменен насип се създава преходна и дренажна зона 217. Зоната 217 се състои от дребен чакъл и/или материал с подходящ гранулометричен състав и е водопропусклива и подходяща за дренаж и инжектиране на херметизиращи течности.

На фигури 18 и 19 от приложените чертежи е илюстрирана втори вариант на закрепване на водонепропускливата мембрана към тялото на язовирната стена.

Както е показано, и тук тялото на стената се състои от положени един върху друг пластове 312’ - 312”, като при конструиране на стената се предвижда вмъкване на закрепващи ленти 315, към които се заварява водонепропускливата мембрана 313, абсолютно еднаква или подобна на тази от предишните примери. За разлика от предишния пример, където закрепващите ленти 215 са сгънати Г-образно надолу или нагоре по водната страна на стената, при фигури 18 и 19 по време на изграждането на тялото на язовирната стена чрез налагане на пластове един върху друг, закрепващите ленти 315 се сгъват С-образно, така че всяка закрепваща лента 315 има първа крайна част 3150, вградена в материала на единия пласт, втора крайна част 315”, вградена между материала на предишния пласт и материала на следващия пласт, и средна част 315” за заваряване водонепропускливата мембрана, разположена върху предната повърхност на тялото на стената, между двете външни части 315’ и 315” на същата закрепваща лента.

Ако водонепропускливата мембрана 313 е композиционен геосъстав, задният геотекстилен пласт се отстранява, докато ако геотекстилът е отделен, той се отстранява в съответствие с лентите 315 с цел да се създаде заваръчна зона 316, като между мембраната 313 и земните и/или каменисти пластове на тялото на стената се предвижда преходна и дренажна зона 317 от насипен материал с фин гранулометричен състав, както в предишния случай.

Във всички случаи, с цел да се постигне повисока степен на защита на мембраната, между нея и преходната и/или дренажна зона 12, 122, 123, 212 и 312 може по избор да се положи защитен пласт, състоящ се от геотекстилен или друг материал.

В предишните примери, както е показано на фигура 16, за листовия материал 214, съставляващ водонепропускливата мембрана, хипотетично се предвижда да бъде разположен успоредно на наклона на водната страна на язовирната стена. Очевидно е, че монтирането на мембраната, вместо чрез успоредни на наклона ленти, може да се изпълни чрез хоризонтални ленти, както схематично е показано на фигура 20, започвайки от основата на водната страна на стената нагоре към билото, частично препокривайки хоризонталните краища на съседните ленти. По този начин е възможно язовирът да се използва частично по време на изграждането му. Като алтернатива на описаното по-горе, вместо да се създават отстоящи на разстояние една от друга точки на прикрепване, закрепващите ленти 215 или 315 могат да бъдат продължени по част или цялата дължина на стената, като на практика се създават непрекъснати заваръчни зони. При монтирането на листове 214 успоредно на наклона, както и при монтирането чрез хоризонтални ленти, всяко нарушение на херметичността на мембраната на евентуално повредени места може да се поправи чрез заваряване на елементи от синтетични материали, еднакви или съвместими с материала, от който е направена мембраната.

Предимството на решенията с геомембрана върху водната страна се състои в това, че непрекъсната водонепропусклива обшивка, монтирана върху повърхността на водната страна, не позволява на водата да се просмуква във водната част на тялото на язовирната стена.

Периметьрно закрепване

При всички случаи трябва да има подходящи закрепващи устройства на водонепропускливата мембрана в съответствие с основата на водната страна и билото на язовирната стена. На билото водонепропускливата мембрана може, например, да бъде вложена в канал, където краят на мембраната е положен и покрит със ситен чакъл или друг материал, или може да бъде закрепен с механични закрепващи елементи навсякъде, където има бетонна структура, например бордюрен камък, парапетна стена или друга структура, с която обикновено завършва горната част на язовирната стена.

Закрепването на мембраната към водната основа на стената и по цялата периферия съгласно фигури 15 до 20, може да се извърши по всеки начин, осигуряващ непрекъснатост на водонепропускливата преграда към почвата отдолу, например както е показано на фигура 15 и подробно на фигура 21.

В този случай се предвижда изграждане на бетонен периметърен долен пояс 400, към който херметически се закрепва долният край на водонепропускливата мембрана 213 чрез прегъването й напред и срещу горната повърхност на пояса 400, ако е необходимо стабилизиран с подходяща смола, към който се прикрепва краят на мембраната чрез метален профил 401, който притиска мембраната 213 към пояса 400, като между тях има уплътнителна лента 402 и/или стабилизиращ пласт 405. Профилът 401 се прикрепва към пояса 400 чрез множество резбовани пръти 403, отчасти вградени или прикрепени в бетона на пояса, върху които се завинтват притягащи гайки 404. Друг начин за прикрепване на мембраната към пояса 400 може да бъде от типа “вмъкване”. В пояса 400 се прави процеп, в който се вмъква мембраната и след това херметически се прикрепва чрез вграждане в подходящи херметизиращи субстанции, например епоксидна смола.

Прикрепването на мембраната към пояса 400 позволява също така заливането на подходящи флуидни субстанции за създаване на ферметизиращ екран, който не позволява на водата да навлиза между пояса 400 и контактната повърхност с почвата при основата, по начин, подобен на този от фигура 3.

Прикрепването към пояса 400 осигурява гъвкаво свързване на мембраната между тялото на язовирната стена и долния пояс на стената, както е илюстрирано на фигура 21.

За тази цел долният край на мембраната 213 е сгънат така, че се образува свивка 220 по бразда 221 между вътрешния ръб на пояса 400 и преходната зона 217.

Предимството на това решение се състои в това, че в случай на слягане на тялото на стената, свивката 220 позволява на мембраната 213 да се деформира, следвайки движенията на тялото на стената ,като се създава удължение, съвместимо с механичното съпротивление на мембраната. Когато това се изисква, възможно е също така да се положи пласт противозадържащ материал и да се осигури защитен геотекстилен пласт по браздата за образуване на свивката между мембраната 213 и зоната 217.

Когато водонепропускливата мембрана трябва да бъде покрита с баластра 222, както схематично е показано на фигура 21, браздата 221 може да бъде запълнена с пласт много фин насипен материал, например пясък, която не оказва съществено съпротивление на мембраната 213 в случаите, когато тя е подложена на напрежение при опън поради движението и/или слягането на тялото на стената. Запълващият пласт предпазва мембраната 213 от механичното въздействие на баластрата 222. Възможно е също така да се създаде, ако е необходимо, пласт противозадържащ материал и да се предвиди защитен геотекстилен слой по браздата за свивката между мембраната 213 и зоната 221.

Предимството при използване на композиционен геоматериал се състои в това, че геотекстилният субстрат, ако се свърже с водонепропускливия PVC пласт или друг подходящ, поддаващ се на еластична деформация синтетичен материал, повишава механичното съпротивление на самия композиционен геоматерил. Ето защо, в случай на значителни деформации на композиционния геоматериал, обикновено в рамките на 10-20%, геотекстилният субстрат, който е заварен чрез нагряване към PVC или друг подобен пласт, се отделя от него, като по този начин двата пласта се разделят. Поради силното триене геотекстилът остава прилепен към диафрагмата, състояща се от пласта преходен материал в тялото на стената, докато еластичната геомембрана от PVC или друг подобен материал със значително по-висок коефициент на удължение, който може да достигне стойност 300%, може да се движи свободно върху геотекстилният подслой и така осигурява по-голяма повърхност за разпределение на напреженията.

Всичко посоченото по-горе във връзка с приложените чертежи представлява илюстрация на общите принципи на изобретението, както и на някои от неговите предпочитани конфигурации, като се допуска възможност за други модификации и алтернативи в конструкцията на стената, на преходното ядро и/или водонепропускливата мембрана, както и при метода на изграждане, без да се излиза извън обхвата на претенциите.

Claims (48)

1. Метод за хидроизолиране на язовирна стена по време на изграждането й, която стена се състои от насипно тяло (11,211) от едър насипен материал с надлъжна ос, като тялото (11,211) на стената се изгражда чрез полагане един върху друг на пластове от пръст и/или камъни и водонепропусклива преграда (12, 212), включваща водонепропусклива мембрана (13,213) и преходна зона (В, С) от фин насипен материал, които се разполагат отдолу нагоре по надлъжната ос на стената (11, 211), характеризиращ се с постепенно изграждане на водонепропусклива преграда (12, 221), включваща поне една синтетична или еластично податлива водонепропусклива мембрана (13, 213), и разполагане на поне една преходна зона (В, С) от подбран насипен материал върху въздушната страна на геомембраната (13, 213), който насипен материал е с висока водопропускли вост за инжектиране на флуиди или флуидизирани херметизиращи материали и осигуряване на закрепващи елементи (121, 25,26, 215, 315), монтирани в насипния материал на преходната зона (В,С), за постепенно закрепване на водонепропускливата геомембрана (13, 213) на тялото (11,211) на стената по време на изграждане на последната.

2. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че се изгражда опорен субстрат (15) от геотекстилен синтетичен материал, свързан с водонепропускливата геомембрана (13,213) откъм страната срещу преходната зона (В).

3. Метод съгласно претенция 2, характеризиращ се с това, че се изгражда допълнителен субстрат от геотекстилен синтетичен материал между опорния субстрат (15) и тялото (11, 211) на стената.

4. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че се разполага водонепропускливата геомембрана (213) в съответствие с водната страна на тялото (211) на стената.

5. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че водонепропускливата мембрана (13) се закрепва към наложените един върху друг пластове на преходните зони (В, С) чрез горещо заваряване на краищата на ленти (25) от синтетичен материал на водонепропускливата геомембрана (13), и частично вмъкване и закрепване на споменатите закрепващи ленти (215) в насипния материал на преходната зона (Ь) и/или на тялото (11) на язовирната стена.

6. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че водонепропускливата геомембрана (213) се закрепва чрез Г-образни ленти (215) от синтетичен материал с участък (215’), набит в разположените един върху друг пластове насипни материали (217, 212) на преходната зона (В) и тялото (211) на стената, и закрепващ издатък (216), заварен към водонепропускливата геомембрана (213) срещу водната страна на стената (211).

7. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с тежа, че водонепропускливата геомембрана (313) се закрепва чрез С-образни ленти (315) στ синтетичен материал, имащи крайни участъци (315’), вбити в положените един върху друг пластове насипен материал на преходната зона (В) и тялото на стената, и междинен закрепващ участък (316), заварен към водонепропускливата геомембрана (313) срещу водната страна на стената (311).

8. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че поне от едната страна на водната преграда (12, 212, 312) се изгражда пропуск лива и с възможност за инжектиране преходна зона (В) от фин насипен материал, чиято пропускливост и възможност за инжектиране се движи между lxlO¹ и 1χ10^_ί cm/s.

9. Метод съгласно претенция 4, характеризиращ се с това, че се изработва свободно деформиращ се и сгънат участък по долния ръб на геомембраната (213), прикрепен чрез закрепващи елементи (401) към фундамента на стената.

10. Метод съгласно претенция 9, характеризиращ се с това, че сгънатият участък на долния ръб на геомембраната (213) е защитен от подложка от фин насипен материал (220).

11. Метод съгласно претенция 9, характеризиращ се с това, че е осигурен субстрат от геотекстилен синтетичен материал за защита на водонепропускливата геомембрана (213) по отношение на пласт баластрен материал (221), положен върху споменатия огънат участък на долния ръб.

12. Метод съгласно претенция 11, характеризиращ се с това, че се поставя противозадържащ материал между защитния синтетичен материал и пласта на баластрен материал (221).

13. Метод съгласно претенция 6, характеризиращ се с това, че се осигуряват закрепващи ленти (315) за геомембраната (313), шахматно разположени в хоризонтални линии, успоредно на надлъжната ос на язовирната стена (211).

14. Метод съгласно претенция б, характеризиращ се с това, че се осигуряват непрекъснати закрепващи ленти (215), разположени в хоризонтални линии успоредно на надлъжната ос по част от или цялата дължина на стената (211).

15. Метод съгласно претенция 4, при който водонепропускливата геомембрана (213) включва множество ленти (214) от листов материал, характеризиращ се с това, че водонепропускливата геомембрана (213) се изгражда чрез разполагане на лентите (214) една до друга надолу по посока на наклона на водната страна на язовирната стена (211).

16. Метод съгласно претенция 4, при който водонепропускливата геомембрана (213) включва множество ленти (214) от листов материал, характеризиращ се с това, че водонепропускливата геомембрана (313) се изгражда чрез разполагане на лентите (214) една до друга хоризонтално върху водната страна в посока към оста на стената (211).

17. Метод съгласно претенция 16, характеризиращ се с това ,че водонепропускливата гео мембрана (313) се изгражда, като се започва от фундамента на стената (311), така че да бъде възможно стената да се използва частично по време на изграждането й.

18. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че водонепропускливата геомембрана (13) се вбива в ядро (12) от фин насипен материал вътре в тялото (11) на стената.

19. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че водната преграда (12) се изпълнява в центъра на тялото (11) на язовирната стена чрез разполагане на две водонепропускливи геомембрани (13) успоредно и на разстояние по отношение на надлъжната ос на стената (11), като в междинна зона между двете геомембрани (13) има ядро от фин насипен материал за инжектиране на херметизиращ флуид за отстраняване на евентуални нарушения в херметичността на геомембраната (13) върху водната страна на стената (11).

20. Метод съгласно претенция 4, характеризиращ се с това, че се заваряват парчета от синтетичен материал за поправка на повредени части от водонепропускливата геомембрана (13).

21. Насипна язовирна стена за събиране на вода в резервоар с водонепропусклива преграда (12), включваща водонепропусклива геомембрана (13, 213), изградена съгласно метода от претенция 1, като стената се състои от:

- тяло (11, 211) от наложени един върху друг пластове едър насипен материал, например пръст и/или камъни, имащо надлъжна ос;

- преходна зона (В, С) от фин насипен материал от едната страна на водонепропускливата геомембрана (13);

- транзитната зона (В, С) е от водопропусклив насипен материал;

характеризираща се с това, че преходната зона (В,С) включва положени един върху друг пластове насипен материал с висока пропускателна способност в рамките на 1 х 10*’ и 1 х 10‘³ cm/s, както и с това, че водонепропускливата геомембрана (13) включва множество разположени една до друга водонепропускливи ленти (13) от еластично податлив геомембранен материал с херметически заварени краища и закрепващи елементи, вбити в насипния материал на преходната зона (В, С) за закрепване на водонепропускливите ленти към разположените един върху друг пластове насипен материал на преходната зона (В,С).

22. Насипна язовирна стена съгласно претенция 21, характеризираща се с това, че поне един защитен пласт (15) от еластичен синтетичен ма териал е разположен между страните на водонепропускливата геомембрана (13,213) и подбрания материал на преходната зона (В, С).

23. Насипна язовирна стена съгласно претенция 21, характеризираща се с това, че водонепропускливата геомембрана (13, 213) включва пласт термопластичен листов материал, свързан поне от едната страна с опорен геотекстилен субстрат.

24. Насипна язовирна стена съгласно претенция 21, характеризираща се с това, че водонепропускливата геомембрана (13, 213) е херметически прикрепена към закрепваща греда (16), разположена успоредно на надлъжната ос по долния периметър на тялото (11, 211) на стената.

25. Насипна язовирна стена съгласно претенция 24, характеризираща се с това, че закрепващата греда (16) е успоредна на водната основа на тялото (11, 211) на стената, както и с това, че водонепропускливата геомембрана (13, 213) се простира под тялото (11, 211) на стена към закрепващата греда (16).

26. Насипна язовирна стена, съгласно претенция 21, характеризираща се с това, че включва тръбопроводна система за дренаж и контрол на водата, просмукваща се през водонепропускливата преграда (12) на стената.

27. Насипна язовирна стена, съгласно претенция 21, включваща неподвижна структура (10), характеризираща се с това, водонепропускливата геомембрана (13, 213) е херметически свързана с неподвижната структура (10) на тялото на стената с поне една свободно деформируема водонепропусклива лента (18’).

28. Насипна язовирна стена съгласно претенция 27, характеризираща се с това, че водонепропускливата лента (18’), свързваща водонепропускливата геомембрана (13,213) с неподвижната структура (10) на тялото на стената, е с формата на хармоника.

29. Насипна язовирна стена съгласно претенция 21, характеризираща се с това, че водната преграда (12) включва първа и втора водонепропускливи геомембрани (131,132), разположени на разстояние една от друга, и централна преходна зона (С) от подбран фин насипен материал между двете геомембрани (131,132), както и странична преходна зона (В) от подбран фин насипен материал от всяка страна на водонепропускливите геомембрани (131, 132), която е срещу централната преходна зона (С).

30. Насипна язовирна стена, съгласно пре тенция 29, характеризираща се с това, че двете водонепропускливи геомембрани (131,132) са разположени успоредно на надлъжната ос на стената.

31. Насипна язовирна стена съгласно претенция 30, характеризираща се с това, че водонепропускливите геомембрани (131, 132) включват множество надлъжни ленти (25п), които са алтернативно наклонени в противоположни посоки по всяка странична преходна зона (В).

32. Насипна язовирна стена съгласно претенция 30, характеризираща се с това, че преходната зона (С) между двете водонепропускливи геомембрани (131, 132) и преходните зони (В,С) са свързани със съответната система за дренаж и контрол на водата, просмукваща се през насипния материал на преходните зони (В, С).

33. Насипна язовирна стена съгласно претенция 30, характеризираща се с това, че съдържа поне една напречна преграда от хидроизолационен материал (23), заварена между двете геомембрани (131,132) на водонепропускливата преграда (12) на стената.

34. Насипна язовирна стена съгласно претенция 30, характеризираща се с това, че преходната зона (С) между двете геомембрани (131,132) включва подбран насипен материал със степен на водонепропускливост и възможност за инжектиране, различни от тези на подбрания насипен материал на двете преходни странични зони (В).

35. Насипна язовирна стена съгласно претенция 21, характеризираща се с това, че насипният материал на водонепропускливата преграда (132) се залива с херметизиращи флуидни субстанции в съответствие с локализирани области на просмукване на вода, причинено от повреди в геомембраните (131, 132) по цялата дължина на водонепропускливата преграда (112) или в съответствие с областите на средната й преходна зона (В) между гореспоменатите напречни прегради (23).

36. Насипна язовирна стена съгласно претенция 21, характеризираща се с това, че включва инжекционни тръби за херметизиращи субстанции, поставяни преди или след изграждането на водонепропускливата преграда (12) на стената.

37. Насипна язовирна стена съгласно претенция 21, характеризираща се с това, че водонепропускливата преграда включва редица закрепващи ленти от синтетичен материал (215, 315), които закрепващи ленти (215, 315) започват от водонепропускливите геомембрани (13,213) и са вбити в насипния материал на преходната зона (В) и на тялото (11, 211) на стената.

38. Насипна язовирна стена съгласно претенция 37, характеризираща се с това, че закрепващите ленти (215,315) за водонепропускливата геомембрана (213, 313) са разположени в успоредни редици върху водната страна на тялото (11) на стената.

39. Насипна язовирна стена съгласно претенция 38, характеризираща се с това, че закрепващите ленти (215, 315) от всяка редица са разположени шахматно спрямо закрепващите ленти (215, 315) на съседната редица ленти.

40. Насипна язовирна стена съгласно претенция 38, характеризираща се с това, че защитен субстрат (15) от синтетичен материал е разположен между водонепропускливата геомембрана (213, 313) и преходната зона (217).

41. Насипна язовирна стена съгласно претенция 38, характеризираща се с това, че водонепропускливата геомембрана (213) е направена от водонепропускливи ленти (214), разположени една до друга и успоредно на наклона на водната страна на язовирната стена.

42. Насипна язовирна стена съгласно претенция 38, характеризираща се с това, че водонепропускливата геомембрана (313) е направена от водонепропускливи ленти, разположени хоризонтално една до друга и успоредно на надлъжната ос, започвайки от основата на стената.

43. Насипна язовирна стена съгласно претенция 38, характеризираща се с това, че водонепропускливата геомембрана (213) е сгъната така, че се образува свободно удължаващ се участък по долния й ръб.

44. Насипна язовирна стена съгласно претенция 43, характеризираща се с това, че върху долния сгънат участък на водонепропускливата геомембрана (213) се слага насипен баластрен материал (221).

45. Насипна язовирна стена съгласно претенция 44, характеризираща се с това, че между баластрения материал (221) и сгънатия участък на геомембраната (231) е разположен защитен пласт от синтетичен материал.

46. Насипна язовирна стена съгласно претенция 44, характеризираща се с това, че между баластрения материал (221) и синтетичния защитен пласт на геомембраната (213) е разположен пласт противозадьржащ материал.

47. Насипна язовирна стена съгласно претенция 38, характеризираща се с това, че долният край на водонепропускливата геомембрана (213) е херметически механично закрепен към долен пояс (400) по долния периметър на тялото (11, 211) на стената.

48. Насипна язовирна стена съгласно претенция 38, характеризираща се с това, че долният край на водонепропускливата геомембрана (213) е закрепен чрез херметично вмъкване към долен пояс (400) по долния периметър на тялото (11, 211), на язовирната стена.

5 Приложение: 22 фигури