RU2267577C2 - Оголовок противофильтрационного элемента в пригребневой зоне грунтовых плотин для районов распространения многолетнемерзлых грунтов (варианты) - Google Patents
Оголовок противофильтрационного элемента в пригребневой зоне грунтовых плотин для районов распространения многолетнемерзлых грунтов (варианты) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2267577C2 RU2267577C2 RU2003104074/03A RU2003104074A RU2267577C2 RU 2267577 C2 RU2267577 C2 RU 2267577C2 RU 2003104074/03 A RU2003104074/03 A RU 2003104074/03A RU 2003104074 A RU2003104074 A RU 2003104074A RU 2267577 C2 RU2267577 C2 RU 2267577C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diaphragm
- head
- dam
- impervious member
- cementing
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Road Paving Structures (AREA)
Abstract
Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано в районах распространения многолетнемерзлых грунтов. Оголовок включает диафрагму, заделанную в противофильтрационный элемент в пределах пригребневой зоны. Диафрагма выполнена из бетона и армирована арматурой на всю высоту, а также в нижней части диафрагма снабжена анкерной плитой с наростком длиной не менее 0,5 м, жестко прикрепленным к нижней поверхности плиты. Диафрагма создана путем нагнетания непучинистого раствора в предварительно оттаявшую пригребневую зону и оголовок противофильтрационного элемента. Диафрагма в пригребневой зоне плотины и оголовке противофильтрационного элемента выполнена в виде шпунта из связных грунтов, который внедрен в предварительно оттаявшие пригребневую зону и не менее чем на 0,5 м в оголовок противофильтрационного элемента, причем диафрагма прикрыта теплозащитным слоем. Диафрагма в пригребневой зоне плотины и оголовке противофильтрационного элемента создана путем их цементации, причем в качестве арматуры использованы цементационные трубки в цементационных скважинах, а в нижней части диафрагмы выполнена цементационная анкерная плита. Изобретение повышает надежность сооружения, снижает экономические затраты. 4 н.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к области гидротехники для обеспечения надежной работы оголовка противофильтрационного устройства и всего грунтового сооружения, возведенного в районах распространения многолетнемерзлых грунтов. Оно может быть использовано как при реконструкции гребня плотины и оголовка противофильтрационного устройства, так и строительстве грунтовых плотин с ядром и экраном.
Известно устройство, взятое за прототип, - диафрагма в пределах противопучинистого оголовка, заделанная в противофильтрационный элемент каменно-земляной плотины (SU 1242566 А2, 07.07.1986).
Недостатком указанного устройства является отсутствие анкерных элементов и способов, обеспечивающих устойчивость диафрагмы, а также совместность работы всей конструкции плотины в районах распространения многолетнемерзлых грунтов на период, соответствующий классу капитальности сооружения.
Наиболее близким к предлагаемому оголовку противофильтрационного устройства по вар. №№ 1, 3 является противофильтрационный элемент в гребне грунтовой плотины, при способе его возведения, согласно патенту RU 2180934 С2, 27.03.2002, который располагается в пределах заданной толщины специально сформированного мерзлого слоя из несвязных грунтов. Связным грунтом в конце морозного и/или в начале безморозного периодов заполняют траншею, разрабатываемую землеройной машиной, на толщину созданного слоя несвязных грунтов, который предварительно увлажняется и замораживается в зимний период.
Принципиальными отличиями предлагаемого оголовка с диафрагмой (пять ее вариантов) являются:
- обязательное заглубление диафрагмы в оголовок противофильтрационного устройства грунтовой плотины;
- для вариантов №№ 2, 4 - обеспечение устойчивости диафрагмы и совместность работы всей плотины достигается применением анкерного устройства;
- для исключения действия сил пучения при промерзании-оттаивании оголовка противофильтрационного устройства диафрагма в вар. № 3 располагается в зоне перелетка (мерзлая зона). При образовании трещин в теле диафрагмы будет происходить их самозалечивание материалом обратного фильтра, расположенного со стороны верхнего бьефа.
Опыт эксплуатации каменно-земляных плотин (Вилюйская ГЭС-1-2, Усть-Хантайская, Колымская и Курейская ГЭС), возведенных в районах распространения многолетнемерзлых грунтов, показал образование многолетней мерзлоты в оголовке противофильтрационного устройства (выше кривой депрессии) до деятельного слоя (перелеток) в гребне плотины (Пехтин В.А., Серов А.А., Суслопаров В.А. О конструкции гребней каменно-земляных плотин в северной строительно-климатической зоне// Гидротехническое строительство, 2002, № 4. - С.18÷20). Ежегодное весенне-летнее оттаивание перелетка со стороны дневной поверхности и его промерзание в период осенне-зимнего охлаждения приводит к возникновению криогенных процессов в деятельном слое с выпучиванием связного грунта противофильтрационного устройства. Недостатком ранее разработанных конструкций (Пехтин В.А., Серов А.А., Суслопаров В.А. О конструкции гребней каменно-земляных плотин в северной строительно-климатической зоне// Гидротехническое строительство, 2002, № 4 - С.18÷20; Малышев Л.И., Шишов И.Н., Кудрин К.П., Бардюков В.Г. Технические решения и результаты первоочередных работ по сооружению противофильтрационной "стены в грунте" в ядре и основании плотины Курейской ГЭС// Гидротехническое строительство, 2001, № 3. - С.31÷36; Патент RU 2180934 С2/ Ягин В.П., Давыдов И.А., опубл. 27.03.2002) является отсутствие в них противопучинных анкерных устройств, обеспечивающих их совместную работу с противофильтрационным устройством и другими элементами плотины в любых климатических и геокриологических условиях.
Наиболее близка к предлагаемому оголовку конструкция гребня каменно-земляной плотины (подтип фунтовых плотин), противофильтрационное устройство которой усилено диафрагмой ("стена в грунте"), выполненной в виде секущих свай из глинобетона или цементного раствора (Малышев Л.И., Шишов И.Н., Кудрин К.П., Бардюков В.Г. Технические решения и результаты первоочередных работ по сооружению противофильтрационной "стены в грунте" в ядре и основании плотины Курейской ГЭС// Гидротехническое строительство, 2001, № 3. - С.31÷36; Патент RU 2180934 С2/ Ягин В.П., Давыдов И.А., опубл. 27.03.2002). Однако такая конструкция не обеспечивает надежность и безопасность сооружения в районах сурового климата, где сохраняется в летние месяцы перелеток, а по контуру дневной поверхности плотины формируется деятельной слой, при осенне-зимнем промерзании которого в зависимости от типа грунта возникают силы пучения, что способствует развитию деформаций и перемещений внедряемых в оголовок противофильтрационного устройства тел (бетон, дерево, глинобетон, металл, всех типов полиэтиленовые пленки) и нарушению их сплошности, поэтому долгосрочная безопасность такой плотины не гарантируется.
Цель изобретения - конструкция оголовка противофильтрационного устройства и гребня грунтовой плотины с диафрагмой, обеспечивающая совместность работы противофильтрационного устройства со всеми ее элементами, повышающая надежность и безопасность сооружения на весь предусмотренный период его эксплуатации, что достигается:
- увеличением собственного веса (длины) диафрагмы из бетона любой марки по сравнению с силами пучения, а также, при необходимости, армированием арматурой на всю ее высоту;
- устройством анкерной плиты с наростком в нижней части железобетонной диафрагмы;
- использованием диафрагмы из связных грунтов или пленки в гребне плотины с заглублением в оголовок противофильтрационного устройства после предварительного оттаивания грунтов пригребневой зоны;
- нагнетанием непучинистого раствора в предварительно оттаявшие гребень и оголовок противофильтрационного устройства или цементацией с внедрением арматуры, а также использованием в качестве ее самих цементационных "трубок", и устройства цементационной анкерной плиты в оголовке противофильтрационного устройства.
Глубина заделки и геометрические размеры диафрагмы вышеуказанных вариантов определяются расчетом на основании напряженно-деформированного состояния (НДС) температурного и фильтрационного режимов, их конструктивных особенностей, а также инженерно-геологических и геокриологических условий региона.
Предлагаемое устройство может быть использовано при проектировании новых, а также реконструкции и ремонте грунтовых плотин как в районах распространения многолетнемерзлых грунтов, так и в районах умеренного климата.
Оно позволяет улучшить технологию производства работ, уменьшить затраты на механическую разработку грунтов, а также несколько снизить требования к качеству и составу грунтов, укладываемых в гребне плотины и оголовке противофильтрационного устройства при его реконструкции или ремонтно-восстановительных работах, не уменьшая общей фильтрационной устойчивости сооружения.
Верхняя пригребневая часть грунтовой плотины, которая состоит из верховой 2, низовой 6 призм, противофильтрационного элемента - ядра 7, обратных фильтров 3, теплозащитного слоя 4, дорожного покрытия 5 и железобетонной диафрагмы 9 (вар. №1) с армированием 10, обеспечивающим ее устойчивость при действии сил пучения, возникающих при промерзании связного грунта оголовка противофильтрационного устройства, показана на фиг.1.
Максимальная величина силы пучения (Wп), действующей на один погонный метр длины диафрагмы вдоль плотины, при промерзании деятельного слоя, в общем случае, определяется как (см. фиг.1):
где Рбок(у) - сумма длин боковых поверхностей диафрагмы, соприкасающихся с грунтом противофильтрационного устройства на один погонный метр вдоль плотины;
τсм(G, t, y) - предельно допустимое сопротивление мерзлых грунтов в деятельном слое по координате у в зависимости от степени водонасыщения (G), температуры (t, °С), кгс/м2;
hdc - максимальная величина деятельного слоя в гребне плотины, м;
Pгр - плотность материала диафрагмы, кг/м3;
Fс(y) - площадь поперечного сечения диафрагмы, м2.
Зависимость (1) позволяет сформулировать условие равновесия диафрагмы, установленной в гребне грунтовых плотин. Предположим, что силы пучения равны удерживающим силам ниже деятельного слоя. Не конкретизируя величину этих сил, условие равновесия диафрагмы в данном случае можно определить как:
где Wрас - сила растяжения диафрагмы в поперечном ее сечении при y=hdc, кгс;
Fc(y=hdc) - площадь поперечного сечения диафрагмы при y=hdc, м2.
Используя зависимость (2), с учетом знака силы τсм(G, t, y), которая всегда направлена к дневной поверхности плотины, т.е. имеет знак "-", устойчивость диафрагмы в теле оголовка противофильтрационного устройства определяется следующими условиями:
1. Wрас≥0 - диафрагма устойчива, данная конструкция обеспечивает ее надежную работу в период эксплуатации. Длина диафрагмы определяется функциональной пригодностью из условия фильтрационной устойчивости пригребневой зоны плотины;
2. Wрас<0 - в поперечном сечении диафрагмы на глубине y=hdc возникает сила растяжения, которая может компенсироваться при данной конструкции только увеличением площади поперечного сечения диафрагмы, что не всегда экономически оправдано, поэтому диафрагму следует армировать, площадь поперечного сечения арматуры (Fap) определяется по формуле:
где Wрас - максимальная сила растяжения диафрагмы за счет пучения в грунтах оголовка противофильтрационного устройства, кгс;
Fap - необходимая площадь поперечного сечения арматуры, см2.
Армирование диафрагмы исключает образование в ней поперечных трещин и гарантирует ее функциональную надежность, но не обеспечивает устойчивого положения в теле плотины. Необходимая ее длина для данной конструкции определяется по зависимости:
где L - длина диафрагмы, м; остальные обозначения аналогичны указанным выше. Например, при Fc(y)=Fc·const
Величина L должна удовлетворять также условиям фильтрационной устойчивости, она определяется по зависимости (14), приведенной в источнике [8]. Толщина диафрагмы (δ, м) определяется с учетом напряженного состояния и минимизации экономических затрат.
Если полученная длина (L) такой диафрагмы и ее устройство не удовлетворяют по экономическим затратам, то целесообразно применить железобетонную диафрагму с анкерной плитой 10 и наростком 11, заглубленными в оголовок противофильтрационного устройства для обеспечения ее устойчивости против действия сил пучения, фиг.2. Элементы 1-8 аналогичны приведенным на фиг.1.
Толщина диафрагмы 9, ее длина (hоб), ширина плиты В', высота наростка (hн) определяются расчетом из условия фильтрационной и статической устойчивости всей конструкции. Преимущество этой диафрагмы - возможность ее изготовления в заводских условиях и монтажа на гребне плотины - в специально пройденной согласно проекту траншее.
Существенным недостатком данной конструкции является необходимость полного демонтажа пригребневой зоны оголовка грунтовых плотин, что может привести к резкому увеличению стоимости строительно-монтажных работ.
Альтернативная конструкция гребня плотины - с диафрагмой из связных грунтов 9 в теплозащитном слое 4 и оголовке противофильтрационного устройства 7, фиг.3. Элементы 1÷8 аналогичны приведенным выше (фиг.1, 2).
В связи с тем что связный грунт подвержен ежегодному морозному пучению, которое необходимо исключить устройством тепло- и гидроизоляционного слоя 10 шириной δ'≥δ+2hст, а толщиной (hиз) равной:
где δ - толщина диафрагмы, м;
hст - мощность сезонно-талого слоя грунта шпунта (диафрагмы) на открытой местности м;
λст - коэффициент теплопроводности грунта шпунта (диафрагмы), Дж/(м·час·К);
λиз - коэффициент теплопроводности теплоизолирующего слоя, Дж/(м·час·К).
Гидроизоляция сохраняет гигроскопичность теплоизолирующего слоя 10, толщина определяется по формуле (6). Гидроизоляция прикрывается слоем песчано-гравийной смеси до отметки низа дорожного покрытия.
Основным преимуществом фунтовой диафрагмы является возможность самозалечивания возникающих в ней трещин материалом обратных фильтров 4 при ее оттаивании и возникновении усиленной фильтрации. Поэтому диафрагма из связных грунтов со стороны верхнего и нижнего бьефов должна быть защищена обратными фильтрами 4, одновременно обладающими и теплозащитными свойствами.
Предлагаемая конструкция отличается от наиболее близкой по патенту (RU 2180934 С2) тем, что шпунт из связных грунтов должен располагаться только в пределах перелетка, т.е. ниже деятельного слоя, с заглублением в оголовок противофильтрационного устройства плотины. Предпочтительное ее расположение - в сторону нижнего бьефа от оси противофильтрационного устройства.
На фиг.4 показана пригребневая часть грунтовой плотины с устройством диафрагмы 9 (вар. № 4) путем цементации грунта оголовка вдоль плотины с шагом (S) между скважинами на определяемую глубину (hоб), где в качестве арматуры оставляется цементационная скважина 10, при расчете эквивалентной площади поперечного сечения которой необходимо учитывать ее уменьшение за счет устройства щелей (отверстий) для проведения цементации. В случае необходимости для повышения устойчивости такой диафрагмы следует предусмотреть в нижней ее части цементационную "анкерную плиту" 11. Устройство цементационной диафрагмы выполняется после предварительного оттаивания перелетка и может быть доведено до отметки поверхности гребня плотины.
Верхняя отметка диафрагмы (фиг.1-4) должна быть равна (▽ФПУ+α), где α - величина запаса, определяемая СНиП-2-06-05-84, или больше - при дополнительном обосновании.
Источники информации
1. СНиП 2.06.05-84. Плотины из грунтовых материалов. - М.: Госстрой, 1985, 31 с.
2. Бардюков В.Г., Изотов В.Н., Гришин В.А., Радченко В.Г., Шишов И.Н. Ремонт плотины Курейской ГЭС// Известия ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева, том 238, 2000. Надежность гидротехнических сооружений. - С.92÷96.
3. Патент SU № 1242566. Каменно-земляная плотина/ Мухетдинов Н.А., Зальцман О.М., Бережнев С.И., опубл. 07.07.1986 г.
4. Пехтин В.А., Серов А.А., Суслопаров В.А. О конструкции гребней каменно-земляных плотин в северной строительно-климатической зоне// Гидротехническое строительство, 2002, № 4. - С.18÷20.
5. Малышев Л.И., Шишов И.Н., Кудрин К.П., Бардюков В.Г. Технические решения и результаты первоочередных работ по сооружению противофильтрационной "стены в грунте" в ядре и основании плотины Курейской ГЭС// Гидротехническое строительство, 2001, № 3. - С.31÷36.
6. Патент RU 2180934 С2/ Ягин В.П., Давыдов И.А., опубл. 27.03.2002 г.
7. Ягин В.П., Давыдов И.А. Оголовок грунтовой плотины, возводимой в северной строительно-климатической зоне// Гидротехническое строительство, 2002, №4. - С.18÷20.
8. Мухетдинов Н.А., Кузьмина С.А. Фильтрационный расчет проницаемого оголовка каменно-земляных плотин, возводимых в районах Крайнего Севера// Известия ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева, т.209. Фильтрационные исследования и расчеты. - С.20÷27.
Claims (4)
1. Оголовок противофильтрационного элемента в пригребневой зоне грунтовых плотин для районов распространения многолетнемерзлых грунтов, включающий диафрагму, заделанную в противофильтрационный элемент в пределах пригребневой зоны, отличающийся тем, что диафрагма выполнена из бетона и армирована арматурой на всю высоту, а также в нижней части диафрагма снабжена анкерной плитой с наростком длиной не менее 0,5 м, жестко прикрепленным к нижней поверхности плиты.
2. Оголовок противофильтрационного элемента в пригребневой зоне грунтовых плотин для районов распространения многолетнемерзлых грунтов, включающий диафрагму, заделанную в противофильтрационный элемент в пределах пригребневой зоны, отличающийся тем, что диафрагма создана путем нагнетания непучинистого раствора в предварительно оттаявшую пригребневую зону и оголовок противофильтрационного элемента.
3. Оголовок противофильтрационного элемента в пригребневой зоне грунтовых плотин для районов распространения многолетнемерзлых грунтов, включающий диафрагму, заделанную в противофильтрационный элемент в пределах пригребневой зоны, отличающийся тем, что диафрагма в пригребневой зоне плотины и оголовке противофильтрационного элемента выполнена в виде шпунта из связных грунтов, который внедрен в предварительно оттаявшие пригребневую зону и не менее чем на 0,5 м в оголовок противофильтрационного элемента, причем диафрагма прикрыта теплозащитным слоем.
4. Оголовок противофильтрационного элемента в пригребневой зоне грунтовых плотин для районов распространения многолетнемерзлых грунтов, включающий диафрагму, заделанную в противофильтрационный элемент в пределах пригребневой зоны, отличающийся тем, что диафрагма в пригребневой зоне плотины и оголовке противофильтрационного элемента создана путем их цементации, причем в качестве арматуры использованы цементационные трубки в цементационных скважинах, а в нижней части диафрагмы выполнена цементационная анкерная плита.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003104074/03A RU2267577C2 (ru) | 2003-02-11 | 2003-02-11 | Оголовок противофильтрационного элемента в пригребневой зоне грунтовых плотин для районов распространения многолетнемерзлых грунтов (варианты) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003104074/03A RU2267577C2 (ru) | 2003-02-11 | 2003-02-11 | Оголовок противофильтрационного элемента в пригребневой зоне грунтовых плотин для районов распространения многолетнемерзлых грунтов (варианты) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003104074A RU2003104074A (ru) | 2004-12-20 |
| RU2267577C2 true RU2267577C2 (ru) | 2006-01-10 |
Family
ID=35872675
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003104074/03A RU2267577C2 (ru) | 2003-02-11 | 2003-02-11 | Оголовок противофильтрационного элемента в пригребневой зоне грунтовых плотин для районов распространения многолетнемерзлых грунтов (варианты) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2267577C2 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2453655C1 (ru) * | 2011-02-28 | 2012-06-20 | Василий Петрович Ягин | Грунтовая плотина на многолетнемерзлом основании |
| CN104389294A (zh) * | 2014-11-26 | 2015-03-04 | 禹顺生态建设有限公司 | 一种深厚覆盖层上面板堆石坝及其施工方法 |
-
2003
- 2003-02-11 RU RU2003104074/03A patent/RU2267577C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2453655C1 (ru) * | 2011-02-28 | 2012-06-20 | Василий Петрович Ягин | Грунтовая плотина на многолетнемерзлом основании |
| CN104389294A (zh) * | 2014-11-26 | 2015-03-04 | 禹顺生态建设有限公司 | 一种深厚覆盖层上面板堆石坝及其施工方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103741714B (zh) | 地下工程全盖挖逆作法施工方法 | |
| RU2453655C1 (ru) | Грунтовая плотина на многолетнемерзлом основании | |
| CN112281917B (zh) | 软土地基地下廊式结构顶进施工方法 | |
| CN109930606A (zh) | 快速堵漏防渗灌浆施工方法 | |
| CN104762955A (zh) | 一种基于冻结法的人工挖孔扩底桩施工方法 | |
| CN108457249A (zh) | 一种新型复合面板砂砾石坝的结构设计及施工方法 | |
| CN107761910A (zh) | 基于对雨水管道进行施工的工艺 | |
| CN1127596C (zh) | 短土钉连续墙基坑支护方法 | |
| RU2307891C1 (ru) | Грунтовая плотина на многолетнемерзлом основании | |
| RU2267577C2 (ru) | Оголовок противофильтрационного элемента в пригребневой зоне грунтовых плотин для районов распространения многолетнемерзлых грунтов (варианты) | |
| CN111058469A (zh) | 一种防渗墙结构及生态控渗固床系统 | |
| CN108166455A (zh) | 一种高寒区挖方渠道防冻胀的施工方法及结构 | |
| CN113846609A (zh) | 用于覆盖层接基岩基础的挡水重力坝接头结构 | |
| CN113187487A (zh) | 一种地铁双层全断面冷冻暗挖车站结构 | |
| CN103572783B (zh) | 地下室工程防开裂防水的综合方法 | |
| CN208455661U (zh) | 超长嵌岩t形组合式柱板高挡墙结构 | |
| CN110984143A (zh) | 一种预制装配式矩形抗滑桩护壁及其施工方法 | |
| Barley | Soil nailing case histories and developments | |
| CN103924616A (zh) | 超深地下连续墙预埋剪力槽制作、安装施工方法 | |
| CN114482084B (zh) | 一种土质边坡护坡结构的施工方法 | |
| RU1697U1 (ru) | Фундамент мелкого заложения | |
| CN219753135U (zh) | 一种园林水景驳岸结构 | |
| CN220099888U (zh) | 一种抗浮锚杆防水结构 | |
| CN220284719U (zh) | 预制压坡结构及边坡护坡结构 | |
| Miyoshi et al. | Large-scale freezing work for subway construction in Japan |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TZ4A | Amendments of patent specification | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090212 |