RU2416693C1 - Грунтовая плотина на многолетнемерзлых грунтах - Google Patents
Грунтовая плотина на многолетнемерзлых грунтах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2416693C1 RU2416693C1 RU2010103279/21A RU2010103279A RU2416693C1 RU 2416693 C1 RU2416693 C1 RU 2416693C1 RU 2010103279/21 A RU2010103279/21 A RU 2010103279/21A RU 2010103279 A RU2010103279 A RU 2010103279A RU 2416693 C1 RU2416693 C1 RU 2416693C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ice
- soil
- dam
- prism
- soil dam
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
Abstract
Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано при возведении на многолетнемерзлых грунтах грунтовой плотины, перегораживающей малорасходный водоток. Грунтовая плотина включает тело и противофильтрационное устройство, расположенное в пределах центральной части тела грунтовой плотины и водонепроницаемо сопряженное с многолетнемерзлыми грунтами. Сопряжение осуществлено посредством ледогрунтовой призмы, выполненной из влажного связного грунта, расположенной в пределах средней части подошвы грунтовой плотины на естественной поверхности многолетнемерзлых грунтов и примороженной к ним. Нижний конец противофильтрационного устройства на заданную величину водонепроницаемо защемлен в ледогрунтовой призме. Охлаждающие элементы замораживающей системы расположены в ледогрунтовой призме и обеспечивают в период эксплуатации грунтовой плотины поддержание этой призмы в мерзлом, ледогрунтовом состоянии. Предотвращается нарушение водонепроницаемости верхнего слоя многолетнемерзлых грунтов при возведении грунтовой плотины и ее эксплуатации, повышается качество водонепроницаемого сопряжения противофильтрационного устройства с многолетнемерзлыми грунтами и повышается точность прогнозирования оттаивания грунтов. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано при возведении на многолетнемерзлых (вечномерзлых) грунтах грунтовой плотины, перегораживающей малорасходный водоток, и высота которых обычно не превышает 20-25 метров.
Грунтовые плотины на многолетнемерзлых грунтах в условиях Крайнего Севера, создающие водохранилища на малорасходных, перемерзающих в холодный период года водотоках, практически всегда возводят с сохранением отрицательных температур в основании на весь их период эксплуатации - принцип строительства 1. Такие общеизвестные плотины часто называют мерзлыми или нефильтрующими.
Противофильтрационное устройство в такой грунтовой плотине расположено в пределах центральной части ее тела, выполнено посредством замораживающих колонок в виде ледогрунтовой завесы, водонепроницаемо сопряженной с многолетнемерзлыми грунтами посредством глубокого зуба, заполняемого суглинком, и путем погружения нижних частей замораживающих колонок через этот зуб на заданную величину в многолетнемерзлые грунты [1].
Основными и общеизвестными недостатками такой грунтовой плотины являются непредсказуемость оттаивания грунтов, особенно в месте сопряжения противофильтрационного устройства с многолетнемерзлыми грунтами [1]. Этому способствует то, что в процессе выполнения зуба коренные породы разуплотняются, в результате чего водонепроницаемость контакта суглинка с коренными породами не обеспечивается [2]. Все это снижает надежность грунтовой плотины.
Низкая надежность грунтовой плотины объясняется так же тем, что при выполнении зуба и бурении скважин под замораживающие колонки происходит нарушение верхнего водогазонепроницаемого ледогрунтового слоя многолетнемерзлых грунтов (то же: плащ, панцирь, корка). Такой мерзлый насыщенный льдом плащ образовался в начальный период последнего похолодания (ледникового периода) при одностороннем промерзании грунтов сверху вниз в условиях постоянного проникновения в его морозобойные трещины и поры воды атмосферных осадков. При этом толщина плаща местами увеличивалась снизу вверх за счет отложения дисперсных грунтов и их обильного обводнения осадками и последующего промерзания. Одновременно с этим по наиболее крупным трещинам напряжений, образовавшихся в предыдущие геологические периоды, под действием гидравлического уклона вода из-под плаща вытекала в ближайшие места разгрузки - талики водотоков и водоемов, источники подземных вод, термокарсты и другие. В результате этого по мере дальнейшего опускания нижней границы многолетнемерзлых грунтов под плащом часть глубинных трещин навсегда, до следующего глобального потепления, осталась свободной ото льда и дисперсных грунтов - пустотелые промытые трещины [3].
В соответствии с законами теплотехники на растепление искусственно созданным водоемом насыщенного льдом мерзлого плаща естественным путем требуется длительное время. При выполнении же зуба и бурении скважин цельность плаща нарушается, что приводит к развитию интенсивной фильтрации воды из водохранилища и соответственно аномально быстрому оттаиванию многолетнемерзлых грунтов с участием системы незаполненных льдом разного порядка полых трещин [2].
Задача, на решение которой направлено изобретение, является повышение надежности грунтовой плотины.
Технический результат от использования изобретения заключается в том, что полностью предотвращено нарушение водонепроницаемости верхнего слоя многолетнемерзлых грунтов (плаща) при возведении грунтовой плотины и ее эксплуатации, повышено качество водонепроницаемого сопряжения противофильтрационного устройства с многолетнемерзлыми грунтами и повышена точность прогнозирования оттаивания грунтов.
Указанная задача решается, а технический результат достигается тем, что в грунтовой плотине на многолетнемерзлых грунтах, включающей тело и противофильтрационное устройство, расположенное в пределах центральной части тела грунтовой плотины и водонепроницаемо сопряженное с многолетнемерзлыми грунтами, согласно изобретению, сопряжение противофильтрационного устройства с многолетнемерзлыми грунтами осуществлено посредством ледогрунтовой призмы, выполненной из влажного связного грунта, расположенной в пределах средней части подошвы грунтовой плотины на естественной поверхности многолетнемерзлых грунтов и примороженной к ним. Нижний конец противофильтрационного устройства на заданную величину водонепроницаемо защемлен в ледогрунтовой призме, а охлаждающие элементы замораживающей системы расположены в ледогрунтовой призме и обеспечивают в период эксплуатации грунтовой плотины поддержание этой призмы в мерзлом, ледогрунтовом состоянии.
Дополнительно:
- противофильтрационное устройство выполнено в виде водонепроницаемой геомембраны из полимерного материала, а охлаждающие элементы замораживающей системы - в виде металлических труб большого диаметра, обеспечивающего осмотр и ремонт этих труб изнутри, при этом посредством входного и выходного участка каждая эта труба сообщена с атмосферой, а размер ее внутреннего диаметра более 1,2 метра;
- противофильтрационное устройство выполнено в виде расположенной вертикально в центральной части тела грунтовой плотины ледогрунтовой завесы, созданной посредством замораживающих колонок, нижние части которых на заданную величину расположены в ледогрунтовой призме;
- геомембрана в поперечном сечении грунтовой плотины имеет ломаный вид, а входные участки охлаждающих труб замораживающей системы выполнены с теплоизоляцией или из полиэтилена.
Именно введение в состав плотины ледогрунтовой призмы, выполненной по ранее указанным правилам, позволяет выполнить сопряжения противофильтрационного устройства с многолетнемерзлыми грунтами без его углубления в многолетнемерзлые грунты, следовательно, и без нарушения водонепроницаемости их плаща, что обеспечивает достижение ранее указанного технического результата.
На фиг.1 изображен поперечный разрез руслового участка грунтовой плотины с противофильтрационным устройством в виде геомембраны из полимерного материала, пример 1; на фиг.2 - вид на плотину со стороны нижнего бьефа; на фиг.3 - поперечный разрез руслового участка грунтовой плотины с противофильтрационным устройством в виде ледогрунтовой завесы, пример 2.
Пример 1 (фиг.1 и 2). Плотина содержит тело 1, противофильтрационное устройство в виде водонепроницаемой геомембраны 2 из полимерного материала, ледогрунтовой призмы 3 и замораживающую систему, охлаждающие элементы которой выполнены в виде металлических труб (охлаждающие трубы) 4 большого диаметра.
Геомембрана 2 расположена в пределах центральной части тела 1 плотины, имеет ломаный вид. Нижняя часть 5 геомембраны 2 на заданную величину водонепроницаемо защемлена в ледогрунтовой призме 3, выполненной из влажного связного грунта. Эта призма 3 расположена в пределах средней части подошвы 6 плотины на естественной поверхности 7 многолетнемерзлых грунтов 8 и приморожена к ним. Замораживающая система выполнена сезонно-действующей с принудительной посредством вентиляторов 9 циркуляцией холодного воздуха по одной или двум охлаждающим трубам 4 в каждом поперечном сечении плотины на 3-х ее участках: русловом 10, правобережном 11 и левобережном 12. Каждая охлаждающая труба 4 выполнена из металла, расположена внутри ледогрунтовой призмы 3 и входным участком 13, и выходным участком 14 через соответственно воздухозаборный раструб 15 и работающий в режиме всасывания вентилятор 9, сообщена с атмосферой. Размер внутреннего диаметра охлаждающей трубы более 1,2 метра, что обеспечивает осмотр и ремонт такой большой трубы 4 изнутри.
Входные участки 13 металлических охлаждающих труб 4 целесообразно выполнить с теплоизоляцией или из полиэтилена, имеющего относительно низкую теплопроводность.
При прогнозируемом конечном положении нулевой изотермы 16 геомембрана 2 в изображенном на фиг.1 варианте находится в пределах талой части тела 1 плотины, а в возможном варианте, изображенном пунктиром - в пределах ее промерзающей части.
На чертежах дополнительно позициями обозначены:
17 - водохранилище;
18 - водонепроницаемый плащ;
19 - русловой талик;
20 - берма.
При возведении плотины основные работы выполняют в один холодный период года, точнее: до подъема уровня воды в водохранилище 17 в первой половине теплого периода года, т.е. за 8-9 месяцев. При этом особое внимание уделяют качеству примораживания ледогрунтовой призмы 3 непосредственно к ледонасыщенным многолетнемерзлым грунтам 8, точнее - к их ледогрунтовому плащу 18, особенно в пределах руслового талика 19 (фиг.2). Для этого в проекте предусматривают известные технические приемы и средства для осуществления качественного примораживания ледогрунтовой призмы 3.
В эксплуатационный период ведут наблюдения за температурой грунтов, особенно в месте примораживания ледогрунтовой призмы 3 к водонепроницаемому плащу 18. При этом в проекте предусматривают средства для ведения этого наблюдения, а также средства для понижения температуры грунтов на случай возникновения необходимости, например, с бермы 20.
По мере оттаивания многолетнемерзлых грунтов 8 их водонепроницаемый плащ 18 опускается вниз без нарушения своей водонепроницаемости [3].
Пример 2 (фиг.3). Отличие этой грунтовой плотины от плотины, приведенной в примере 1, заключается, прежде всего, в выполнении противофильтрационного устройства, которое представляет собой расположенную в центральной части грунтовой плотины вертикальную ледогрунтовую завесу 21. Эта завеса 21 создана и постоянно поддерживается в мерзлом состоянии посредством замораживающих колонок 22, нижние части 23 которых на заданную величину расположены в ледогрунтовой призме 3 и, охлаждая, поддерживают эту призму в мерзлом, ледогрунтовом состоянии.
Тип и конструкция замораживающих колонок 22, а также необходимость выполнения в плотине охлаждающих труб 4 (на чертеже трубы изображены пунктиром) устанавливаются проектом в зависимости от конструкции грунтового тела 1 плотины и местных условий.
Источники информации
1. Биянов Г.Ф. Плотины на вечной мерзлоте. - М.: Энергоиздат, 1983. С.64-101.
2. Алешин Д.В., Шишов И.Н., Федосеев В.И. Восстановление напорного фронта гидроузла на реке Сытыкан. // Гидротехническое строительство. 2004. №12.
3. Ягин В.П., Вайкум В.А. Опорная гидрогеологическая схема-гипотеза многолетней мерзлоты с учетом истории геокриологического развития территории и применительно гидротехнического строительства. Интеллектуальный продукт. Зарегистрирован ФГУП «ВНТИЦ» под номером 73200700080.
Claims (5)
1. Грунтовая плотина на многолетнемерзлых грунтах, включающая тело и противофильтрационное устройство, расположенное в пределах центральной части тела грунтовой плотины и водонепроницаемо сопряженное с многолетнемерзлыми грунтами, отличающаяся тем, что сопряжение противофильтрационного устройства с многолетнемерзлыми грунтами осуществлено посредством ледогрунтовой призмы, выполненной из влажного связного грунта расположенной в пределах средней части подошвы грунтовой плотины на естественной поверхности многолетнемерзлых грунтов и примороженной к ним, при этом нижний конец противофильтрационного устройства на заданную величину водонепроницаемо защемлен в ледогрунтовой призме, а охлаждающие элементы замораживающей системы расположены в ледогрунтовой призме и обеспечивают в период эксплуатации грунтовой плотины поддержание этой призмы в мерзлом, ледогрунтовом состоянии.
2. Грунтовая плотина по п.1, отличающаяся тем, что противофильтрационное устройство выполнено в виде водонепроницаемой геомембраны из полимерного материала, а охлаждающие элементы замораживающей системы - в виде металлических труб большого диаметра, обеспечивающего осмотр и ремонт этих труб изнутри, при этом посредством входного и выходного участка каждая эта труба сообщена с атмосферой.
3. Грунтовая плотина по п.1, отличающаяся тем, что противофильтрационное устройство выполнено в виде расположенной вертикально в центральной части тела грунтовой плотины ледогрунтовой завесы, созданной посредством замораживающих колонок, нижние части которых на заданную величину расположены в ледогрунтовой призме.
4. Грунтовая плотина по п.2, отличающаяся тем, что геомембрана в поперечном сечении грунтовой плотины имеет ломаный вид, а входные участки охлаждающих труб замораживающей системы выполнены с теплоизоляцией или из полиэтилена.
5. Грунтовая плотина по п.1, отличающаяся тем, что размер внутреннего диаметра охлаждающей трубы более 1,2 м.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010103279/21A RU2416693C1 (ru) | 2010-02-01 | 2010-02-01 | Грунтовая плотина на многолетнемерзлых грунтах |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010103279/21A RU2416693C1 (ru) | 2010-02-01 | 2010-02-01 | Грунтовая плотина на многолетнемерзлых грунтах |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2416693C1 true RU2416693C1 (ru) | 2011-04-20 |
Family
ID=44051376
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010103279/21A RU2416693C1 (ru) | 2010-02-01 | 2010-02-01 | Грунтовая плотина на многолетнемерзлых грунтах |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2416693C1 (ru) |
-
2010
- 2010-02-01 RU RU2010103279/21A patent/RU2416693C1/ru active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Lin et al. | Thermal regime of a thermokarst lake and its influence on permafrost, Beiluhe Basin, Qinghai‐Tibet Plateau | |
Haeberli et al. | Prevention of outburst floods from periglacial lakes at Grubengletscher, Valais, Swiss Alps | |
Haldorsen et al. | Sensitivity to long-term climate change of subpermafrost groundwater systems in Svalbard | |
Sivakumar | Reclamation of land and improve water productivity of Jaffna Peninsula of northern Sri Lanka by improving the water quality of the lagoons | |
CN104196047A (zh) | 一种免动力逆向压水的自恢复边坡高扬程虹吸排水系统及排水方法 | |
CN106961864A (zh) | 一种井渠结合的盐碱地改良系统及其改良方法 | |
CN205477742U (zh) | 适用于富水岩石地层中隧道底部的排水结构 | |
Vandenbohede et al. | Seasonal dynamic of a shallow freshwater lens due to irrigation in the coastal plain of Ravenna, Italy | |
Toumi et al. | Evaluation of geology and hydrogeology of the water leakage in Hammam-Grouz Dam, Algeria | |
RU2602538C1 (ru) | Способ снижения воздействия сил морозного пучения и повышения устойчивости свайных фундаментов в криолитозоне | |
Velstra et al. | Observations of salinity patterns in shallow groundwater and drainage water from agricultural land in the northern part of the Netherlands | |
Stevanović | Damming underground flow to enhance recharge of karst aquifers in the arid and semi-arid worlds | |
RU2415997C1 (ru) | Грунтовая плотина на многолетнемерзлых грунтах | |
RU2416692C1 (ru) | Гидроузел на многолетнемерзлых грунтах | |
RU2416693C1 (ru) | Грунтовая плотина на многолетнемерзлых грунтах | |
CN102587399B (zh) | 寒区涎流冰防治结构 | |
Turgunbaeva et al. | The problem of construction on salted soils due to insufficient use of Underground Water of the Bukhara Region | |
RU2418134C1 (ru) | Гидроузел на водотоке сезонного действия в условиях многолетнемерзлых грунтов, охлаждающая установка и способ эксплуатации гидроузла | |
RU187757U1 (ru) | Водопропускная труба в насыпи | |
CN114382096B (zh) | 一种矿区土壤回填系统及土壤裂缝检测修复方法 | |
Baťka | Factors of formation and development of supraglacial lakes and their quantification: A review | |
RU2244785C1 (ru) | Способ регулирования запасов подземных вод | |
RU78815U1 (ru) | Грунтовая плотина в суровых климатических условиях | |
RU2592113C2 (ru) | Грунтовая плотина на многолетнемерзлом основании и способ ее создания | |
Alter | Water supply in Alaska |