RU2123556C1

RU2123556C1 - Dam

Info

Publication number: RU2123556C1
Application number: RU97105461A
Authority: RU
Inventors: В.П. Ягин; И.А. Давыдов; В.А. Гришин; В.А. Поваренкин; В.А. Вайкум
Original assignee: Акционерное общество Красноярский проектно-изыскательский институт "Гидропроект"
Priority date: 1997-04-02
Filing date: 1997-04-02
Publication date: 1998-12-20

Abstract

FIELD: hydraulic engineering. SUBSTANCE: this relates to dams which are erected from local materials in severe climatic conditions. Dam has core 1, filters 2-5 in head side and tail side, head side prism 6 and tail side prism 7, top unit 8 made of filtering non-swelling ground, water-impermeable member 9, and water-collecting ditch 10. Water-impermeable member 9 is built from rolled material in its head part which is steeply inclined towards upstream water. Water-impermeable member 9 creates counterfiltration diaphragm within limits of dam top unit. Tail part of water-impermeable member which is slightly inclined towards downstream water creates covering of ridge of core 1 and tail side filter 4. Water-collecting ditch 10 is provided in dame ridge 13 in filtering top unit 8 and above head part of water-impermeable member 9. Surface of dam ridge 13 is made with incline towards water-collecting ditch 10. Water-collecting ditch 10 is divided over its length by ground partitions 14 into separate feeding sections. Height h of top unit 8 is larger than depth h of its seasonal freezing. Application of aforesaid arrangement of dam allows for increasing its reliability and repairability, and for reducing cost of dam top unit warming. EFFECT: higher efficiency. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано при возведении плотин из местных материалов в суровых климатических условиях, а также при реконструкции оголовков таких плотин. The invention relates to hydraulic engineering and can be used in the construction of dams from local materials in severe climatic conditions, as well as in the reconstruction of the heads of such dams.

Известна плотина с грунтовым противофильтрационным элементом, покрытым от промерзания грунтовым защитным слоем (Чугаев Р.Р. Гидротехнические сооружения. Глухие плотины. Учеб. для втузов. - М.: Высшая школа, 1975, с. 52). A well-known dam with a soil antifiltration element, covered from freezing with a soil protective layer (Chugaev RR Hydrotechnical structures. Deaf dams. Textbook for technical colleges. - M .: Higher school, 1975, p. 52).

Недостатком такой плотины является то, что при ее эксплуатации в районах с отрицательной среднегодовой температурой воздуха, даже если толщина защитного слоя существенно превышает глубину сезонного промерзания, в верхней части грунтового противофильтрационного элемента может возникнуть и развиться многолетняя мерзлота, что снижает надежность плотины. The disadvantage of such a dam is that when it is operated in areas with a negative average annual air temperature, even if the thickness of the protective layer significantly exceeds the depth of seasonal freezing, permafrost can occur and develop in the upper part of the soil antifiltration element, which reduces the reliability of the dam.

Известна также плотина, включающая грунтовый противофильтрационный элемент, выполненный с уклоном поверхности гребня в сторону нижнего бьефа, боковые призмы, оголовок из фильтрующего непучинистого грунта, водонепроницаемый элемент из рулонного материала, покрывающий гребень грунтового противофильтрационного элемента и выведенный за пределы гребня в сторону нижнего бьефа, и водоподающее устройство, выполненное в виде перфорированной трубы, расположенной вдоль плотины в верхней ее части (на гребне грунтового противофильтрационного элемента) над водонепроницаемым элементом из рулонного материала и соединенной посредством трубы и насоса с водоисточником теплой воды (SU, авторское свидетельство N 1613531, кл. E 02 B 7/06, 1990). A dam is also known, including a soil antifiltration element made with a slope of the ridge surface towards the downstream side, side prisms, a head made of filter non-porous soil, a waterproof element made of rolled material covering the crest of the soil antifiltration element and brought out of the ridge towards the downstream side, and a water supply device made in the form of a perforated pipe located along the dam in its upper part (on the crest of the soil antifiltration lementa) over waterproof element of the web material and connected by a pipe and a pump with a water source of warm water (SU, Inventor's Certificate N 1613531, Cl. E 02 B 7/06, 1990).

Недостатки такой плотины следующие:
- низкие надежность и ремонтопригодность вследствие подачи под давлением воды в грунтовой материал оголовка из трубы, размещенной на гребне грунтового противофильтрационного элемента;
- высокие затраты на создание плотины вследствие вынужденного завышения отметки гребня плотины из-за промерзания оголовка при обязательном размещении гребня грунтового противофильтрационного элемента выше максимального форсированного уровня воды в верхнем бьефе, а также на прогрев оголовка плотины вследствие неэффективного использования естественного тепла окружающей среды в летнее время.The disadvantages of such a dam are as follows:
- low reliability and maintainability due to the supply under pressure of water into the soil material of the tip of the pipe placed on the crest of the soil antifiltration element;
- the high cost of creating a dam due to the forced overshoot of the dam crest due to freezing of the head with the obligatory placement of the crest of the soil antifiltration element above the maximum forced water level in the upstream, as well as the heating of the dam head due to the inefficient use of natural ambient heat in the summer.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении надежности и ремонтопригодности плотины и в снижении затрат на создание плотины и на прогрев ее оголовка. The technical result from the use of the invention is to increase the reliability and maintainability of the dam and to reduce the cost of creating a dam and heating its tip.

Этот технический результат достигается тем, что в плотине, включающей грунтовый противофильтрационный элемент, выполненный с уклоном поверхности гребня в сторону нижнего бьефа, боковые призмы, оголовок из фильтрующего непучинистого грунта, водонепроницаемый элемент из рулонного материала, покрывающий гребень грунтового противофильтрационного элемента и выведенный в сторону нижнего бьефа за пределы гребня, и водоподающее устройство, обеспечивающее подачу отепляющей воды на водонепроницаемый элемент из рулонного материала, согласно изобретению конец водонепроницаемого элемента из рулонного материала своей частью, обращенной в сторону верхнего бьефа, выведен выше уровня воды в верхнем бьефе с образованием из этого элемента в оголовке плотины противофильтрационной диафрагмы, наклоненной в сторону верхнего бьефа и сопряженной с грунтовым противофильтрационным элементом, а водоподающее устройство выполнено в виде водосборной канавы, размещенной на гребне плотины в фильтрующем оголовке и над противофильтрационной диафрагмой, при этом поверхность гребня плотины выполнена с уклоном в сторону водосборной канавы. Дополнительно, в водосборной канаве выполнены перегородки, делящие канаву на участки, а высота оголовка превышает глубину сезонного промерзания его грунта. This technical result is achieved by the fact that in the dam, including the soil antifiltration element, made with a slope of the crest surface towards the downstream side, side prisms, a head made of filter non-porous soil, a waterproof element made of rolled material covering the crest of the soil antifiltration element and brought to the bottom side downstream of the ridge, and a water supply device that provides the supply of warming water to a waterproof element from a rolled material, according to According to the invention, the end of the waterproof element made of web material with its part facing the upstream side is brought up above the water level in the upper pool to form an anti-filtration diaphragm from this element in the head of the dam, tilted towards the upper pool and paired with an soil anti-filter element, and the water supply device is made in the form of a drainage ditch located on the dam crest in the filter head and above the anti-filter diaphragm, while the surface of the crest of the dam in full with a bias towards the catchment ditch. Additionally, partitions are made in the catchment dividing the ditch into sections, and the height of the head exceeds the depth of seasonal freezing of its soil.

Сущность технического решения заключается в том, что выполнение в пределах оголовка плотины водонепроницаемого элемента из рулонного материала частично в виде противофильтрационной диафрагмы и частично в виде покрытия гребня грунтового противофильтрационного элемента позволяет безвредно для плотины принять из водосборной канавы теплую дождевую воду в основание оголовка и этой водою прогреть основание оголовка, что, в свою очередь, позволяет предотвратить в зимнее время промерзание грунтового противофильтрационного элемента без завышения отметки гребня плотины. The essence of the technical solution lies in the fact that the implementation within the dam head of a waterproof element made of rolled material partially in the form of an anti-filtration diaphragm and partially in the form of a covering of the crest of the soil anti-filter element allows warm rain water to be received from the drainage ditch into the base of the head and warm this water the base of the head, which, in turn, allows you to prevent freezing of the soil antifiltration element in winter without Vyshen mark of the crest of the dam.

На чертеже показана плотина, поперечный разрез. The drawing shows a dam, a cross section.

Плотина содержит грунтовый противофильтрационный элемент в виде ядра 1, выполненного с уклоном поверхности гребня в сторону нижнего бьефа, фильтры 2 и 3 с верховой стороны, фильтры 4 и 5 с низовой стороны, верховую 6 и низовую 7 боковые призмы из каменной наброски, оголовок 8 из фильтрующего непучинистого грунта, водонепроницаемый элемент 9 и водосборную канаву 10. Водонепроницаемый элемент своей верховой частью, крутонаклоненной в сторону верхнего бьефа, образует в пределах оголовка плотины противофильтрационную диафрагму, а своей низовой частью, пологонаклоненной в сторону нижнего бьефа, образует покрытие гребня ядра 1 и низового фильтра 4. В конструктивном отношении водонепроницаемый элемент 9 выполнен многослойным из рулонных материалов: нижние слои 11, собственно образующие собою противофильтрационную диафрагму, выполнены, например, из стеклорубероида, а верхний слой 12, перекрывающий в поперечном сечении плотины оба конца слоев 11, выполнен из полимерной пленки. Нижние слои 11 своими низовыми концами водонепроницаемо сопряжены с грунтовым противофильтрационным элементом, а их верховые концы выведены выше максимального форсированного уровня (max ФУ) воды в верхнем бьефе. На гребне 13 плотины в фильтрующем оголовке и над верховой частью слоя 12 выполнена водосборная канава 10, поверхность гребня 13 плотины выполнена с уклоном в сторону водосборной канавы 10. The dam contains a soil antifiltration element in the form of a core 1 made with a slope of the crest surface towards the downstream side, filters 2 and 3 on the top side, filters 4 and 5 on the bottom side, top 6 and bottom 7 side prisms from the stone outline, tip 8 of non-porous filtering soil, waterproof element 9 and drainage ditch 10. The waterproof element with its upper part, steeply inclined towards the upper pool, forms an anti-filtration diaphragm within the dam head, and its lower part By sloping towards the downstream side, it forms a covering of the ridge of the core 1 and the bottom filter 4. In the structural respect, the waterproof element 9 is made of multilayer roll materials: the lower layers 11, which themselves form an anti-filtration diaphragm, are made, for example, of glassruberoid, and the upper layer 12, overlapping in the cross section of the dam both ends of the layers 11, is made of a polymer film. The lower layers 11 with their lower ends are watertightly interfaced with the soil antifiltration element, and their upper ends are brought out above the maximum forced level (max FU) of water in the upper pool. On the crest 13 of the dam in the filter head and above the upper part of the layer 12, a drainage ditch 10 is made, the surface of the crest 13 of the dam is sloped towards the drainage ditch 10.

По длине водосборная канава 10 грунтовыми перегородками 14 разделена на питательные участки, а высота h_o оголовка 8 превышает глубину h_м его сезонного промерзания.The length of the drainage ditch 10 by soil baffles 14 is divided into nutrient areas, and the height h _{o of the} head 8 exceeds the depth h _{m of} its seasonal freezing.

Плотина работает следующим образом. The dam works as follows.

В период эксплуатации плотины практически весь напор воды со стороны верхнего бьефа при нормальном подпорном уровне НПУ воспринимается ядром 1, а при более высоком (форсированном) уровне включается в работу противофильтрационная диафрагма - водонепроницаемый элемент 9. Уже в первый год эксплуатации плотины ее оголовок 8 в зимнее время промерзает на глубину h_м, превышающую глубину сезонного оттаивания h_m, происходящего под воздействием только теплого летнего воздуха, при этом граница 15 мерзлого грунта в оголовке 8 не достигает поверхности гребня ядра 1. В летнее же время теплые дождевые воды из водосборной канавы 10 инфильтруют в оголовок 8 и по водонепроницаемому элементу 9 скатываются в низовой фильтр 5 и далее по контакту фильтров 4 и 5 в основание плотины. В результате оттаивание оголовка 8 в летнее время происходит как сверху со стороны гребня 13 плотины, так и снизу, со стороны гребня ядра 1, что обеспечивает полное оттаивание грунта оголовка 8 в течение теплого периода года или по меньшей мере отодвигает границу 15 мерзлого грунта от гребня ядра 1. Одновременно с этим происходит накопление тепла как у гребня ядра 1, так и по высоте низовых фильтров 4 и 5, что уменьшает промерзание как оголовка 8, так и фильтров 4 и 5 в последующую зиму.During the operation of the dam, almost the entire pressure of the water from the upstream side at the normal support level of the pumping station is perceived by the core 1, and at a higher (forced) level, the antifiltration diaphragm - waterproof element 9 is turned on. Already in the first year of operation of the dam, its head 8 in winter time freezes at a depth h _m exceeding seasonal thawing h _m depth occurring under the influence of only the warm summer air, the boundary 15 of the frozen soil in the center pole surfaces reaches 8 comb core 1. In the summer the same time warm water from the rain water collecting gutters 10 infiltrated into the head part 8 and the water-resistant member 9 falling into the downstream filter 5 and further by the contact of filters 4 and 5 in the base of the dam. As a result, thawing of head 8 in summer occurs both from above from the side of ridge 13 of the dam, and from below, from the side of ridge of core 1, which ensures complete thawing of the soil of head 8 during the warm season or at least moves the frozen soil boundary 15 from the ridge Cores 1. At the same time, there is an accumulation of heat both at the crest of the core 1 and along the height of the bottom filters 4 and 5, which reduces the freezing of both head 8 and filters 4 and 5 in the following winter.

При сезонном промерзании оголовка 8 водонепроницаемый элемент 9 предотвращает миграцию влаги из ядра 1 к границе 15, в результате чего в оголовке 8 образуется "сухая" мерзлота, что не препятствует инфильтрации воды из канавы 10. При недостаточности водопроницаемости материала оголовка 8 водонепроницаемый элемент 9 с безнапорной стороны может быть покрыт слоем (на чертеже не показан) из более проницаемого сыпучего материала. During seasonal freezing of the head 8, the waterproof element 9 prevents the moisture from migrating from the core 1 to the border 15, as a result of which dry ice is formed in the head 8, which does not prevent the infiltration of water from the ditch 10. If there is insufficient water permeability of the material of the head 8, the waterproof element 9 with pressureless side can be covered with a layer (not shown) of a more permeable bulk material.

В случае малой величины превышения max ФУ над НПУ выполнение условия превышения высоты оголовка h_o над глубиной его сезонного промерзания h_м может привести к завышению отметки гребня плотины, определенной из обычных гидравлических условий. В этом случае может оказаться оправданным устройство в оголовке дополнительного слоя (на чертеже не показан) из высокоэффективного теплоизоляционного материала, который только при совместном воздействии с отепляющим потоком воды, движущейся по водонепроницаемому элементу 9, может способствовать предотвращению образования и накопления многолетней мерзлоты в оголовке плотины.In the case of a small excess of max FU over the NPU, the condition that the height of the tip h _o exceeds the depth of its seasonal freezing h _m can overestimate the dam crest mark, determined from normal hydraulic conditions. In this case, it may be justified to install in the head of the additional layer (not shown) a highly effective heat-insulating material, which only when combined with the heating stream of water moving along the waterproof element 9 can help prevent the formation and accumulation of permafrost in the dam head.

Контроль за температурным режимом у подошвы оголовка 8 осуществляется с помощью дистанционных преобразователей температуры, размещаемых в трубах 16, которые закладываются в основании оголовка 8 при его создании. При необходимости в водосборную траншею 10 подается дополнительная теплая вода, например летом - из верхнего слоя водохранилища, а зимою - по трубам 17 из системы охлаждения оборудования предприятия. Monitoring the temperature at the base of the head 8 is carried out using remote temperature transducers placed in the pipes 16, which are laid in the base of the head 8 when it is created. If necessary, additional warm water is supplied to the catchment trench 10, for example, in summer from the upper layer of the reservoir, and in winter through pipes 17 from the cooling system of the equipment of the enterprise.

При реконструкции оголовка плотины, содержащего зону многолетней мерзлоты, например, в случае просадки гребня грунтового противофильтрационного элемента ниже НПУ использование изобретения после частичной разборки оголовка плотины позволяет надежно восстановить работоспособность плотины без завышения отметки ее гребня и одновременно навсегда ликвидировать в верхней части грунтового противофильтрационного элемента мерзлую зону, возникшую до реконструкции оголовка. В результате последнего обстоятельства ликвидируется мерзлое "перекрытие" над ядром, а следовательно, увеличивается вертикальная нагрузка на ядро. Это уменьшает опасность трещинообразования в виде гидравлического разрыва в ядре, склонном к зависанию на фильтрах, а в случае возникновения такой трещины способствует ее закрытию. When reconstructing the tip of a dam containing a zone of permafrost, for example, in the case of subsidence of the crest of the soil antifiltration element below the NPU, the use of the invention after partial disassembly of the tip of the dam can reliably restore the operability of the dam without overstating the mark of its crest and at the same time permanently eliminate the frozen zone in the upper part of the soil antifiltration element that occurred before the reconstruction of the head. As a result of the latter circumstance, the frozen “overlap” above the core is eliminated, and therefore, the vertical load on the core increases. This reduces the risk of cracking in the form of a hydraulic fracture in the core, which tends to hang on the filters, and in the event of such a crack, it helps to close it.

Claims

1. A dam comprising a soil anti-filtration element made with a slope of the crest surface towards the downstream side, side prisms, a head made of non-porous filtering soil, a waterproof element made of rolled material covering the crest of the soil anti-filtration element and brought to the side of the downstream beyond the ridge, and a water supply device for supplying warming water to a waterproof element from a roll material, characterized in that the waterproof element from a roll part of the material, facing the upstream, is withdrawn above the water level in the upstream with the formation of an anti-filtration diaphragm from this element in the head of the dam, tilted towards the upper pool and paired with an soil anti-filtration element, and the water supply device is made in the form of a drainage ditch, placed on the crest of the dam in the filter head and above the anti-filter diaphragm, while the surface of the crest of the dam is made with a slope towards the catchment ditch.

2. The dam according to claim 1, characterized in that in the catchment ditch partitions are made dividing the ditch into sections.

3. The dam according to claim 1, characterized in that the height of the tip exceeds the depth of seasonal freezing of its soil.