RU2550885C2

RU2550885C2 - Earth dam

Info

Publication number: RU2550885C2
Application number: RU2013106146/05A
Authority: RU
Inventors: Александр Владимирович Гончаров; Вилен Федорович Корчевский; Алексей Михайлович Малышев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Гидроспецпроект"
Priority date: 2013-02-13
Filing date: 2013-02-13
Publication date: 2015-05-20
Also published as: RU2013106146A

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: invention relates to the field of hydraulic engineering, in particular to the construction of high-head dams made of local building materials with unearth impervious elements. Earth dam contains the thickened concrete diaphragm 1 as impervious element. Diaphragm 1 is separated form the concrete pad 10 by the perimeter seam 11 and longitudinal inspection galleries 5 are made in it at intervals by height. Horizontal joints-cuts 9 closed for inspection galleries 5, which prevent the disclosure of joints toward the downstream pool, are made on the upper edge of concrete diaphragm 1. Part of concrete diaphragm 1, located above its foundation part, is made of particularly hard concrete mixes pressed by layers. Screen 7 of asphalt concrete or rolled concrete enriched with cement mortar is also made on the upper edge of diaphragm 1. Concrete diaphragm 1 is cut into separate sections by vertical functional-sedimentary joints 8.

EFFECT: increase of strength of impervious element of the dam and possibility of carrying out the required repair is provided.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области гидротехнического строительства, в частности к строительству высоконапорных плотин из местных строительных материалов с негрунтовыми противофильтрационными элементами.The invention relates to the field of hydraulic engineering, in particular to the construction of high-pressure dams from local building materials with non-soil antifiltration elements.

Экономическая эффективность ГЭС (за исключением деривационных) в основном зависит от выбранной конструкции главного водоподпорного сооружения - плотины, которая определяет состав и компоновку прочих объектов гидроузла и, в конечном итоге, стоимость и сроки его строительства. В районах Крайнего Севера наиболее существенными факторами, влияющими на выбор типа плотины, являются суровые климатические условия и вечная мерзлота в основании сооружения.The economic efficiency of hydroelectric power stations (with the exception of derivational ones) mainly depends on the chosen design of the main water support structure - a dam, which determines the composition and layout of other hydroelectric facilities and, ultimately, the cost and timing of its construction. In areas of the Far North, the most significant factors affecting the choice of dam type are severe climatic conditions and permafrost at the base of the structure.

Грунтовая плотина менее чувствительна к изменению деформационных свойств пород основания в процессе ее эксплуатации, что представляется крайне важным в районах распространения вечной мерзлоты.The soil dam is less sensitive to changes in the deformation properties of the base rocks during its operation, which is extremely important in permafrost distribution areas.

Наиболее существенным вопросом при проектировании грунтовой плотины является выбор конструкции ее противофильтрационного элемента. В этом качестве обычно рассматриваются ядро или экран из суглинистого грунта, а при отсутствии в районе створа пригодных для этого материалов - экран или диафрагма из железобетона и асфальтобетона, а также различные виды инъекционных завес.The most significant issue in the design of a soil dam is the choice of the design of its antifiltration element. As such, a core or screen of loamy soil is usually considered, and if there are no materials suitable for this in the alignment area, a screen or diaphragm of reinforced concrete and asphalt concrete, as well as various types of injection curtains.

Что касается железобетонных экранов, получивших в последнее время довольно широкое распространение в странах, где отсутствуют резкие перепады температуры воздуха, нет явлений ледообразования в верхнем бьефе и других воздействий, способных привести к недопустимым деформациям экрана, то применение их в районах с суровыми климатическими условиями (с перепадом температур от +30°С летом до -60°С зимой), не представляется возможным.As for reinforced concrete screens, which have recently become quite widespread in countries where there are no sharp changes in air temperature, there are no ice formation phenomena in the upstream and other influences that can lead to unacceptable screen deformations, their use in areas with severe climatic conditions (with a temperature difference from + 30 ° C in the summer to -60 ° C in the winter) is not possible.

По мере повышения высоты плотины увеличивается опасность разрушения экрана из-за неравномерности осадок ее тела. Эта опасность еще более возрастает в районах распространения вечномерзлых пород. Упорная призма, возведенная из смерзшегося грунта, в процессе эксплуатации начнет размораживаться, что приведет к дополнительным неравномерным ее деформациям.As the dam height increases, the risk of screen destruction due to uneven sediment of its body increases. This danger is even greater in areas of permafrost. A stubborn prism erected from frozen ground during operation will begin to defrost, which will lead to additional uneven deformations of it.

Диафрагмы из бетона, железобетона или асфальтобетона, инъекционные завесы, а также их комбинации до настоящего времени применялись в плотинах высотой не более 100 м. Использование таких диафрагм при строительстве плотин, высота которых по сравнению с существующими аналогами увеличена более чем в 2 раза, неприемлемо.Diaphragms made of concrete, reinforced concrete or asphalt concrete, injection curtains, as well as their combinations, have so far been used in dams with a height of not more than 100 m. The use of such diaphragms in the construction of dams, the height of which is 2 times higher than existing analogues, is unacceptable.

Величина деформации вмещающего грунта может значительно превысить размер противофильтрационного элемента, что приведет к его разрушению.The amount of deformation of the surrounding soil can significantly exceed the size of the impervious element, which will lead to its destruction.

Из-за неравномерных осадочных деформаций при растеплении пород в основании бортовых примыканий плотины и в русловой, уже растепленной ее части могут возникать неконтролируемые трещины как в бетонной диафрагме, так и в инъекционном ядре.Due to uneven sedimentary deformations during the thawing of rocks, uncontrolled cracks in the concrete diaphragm and in the injection core can occur at the base of the side adjoins of the dam and in the channel, already thawed part of it.

Качество инъектирования каменной наброски в таких масштабах практически невозможно проконтролировать, а необходимость остановки земляных работ на время выполнения очередного этапа электроотогрева промороженной насыпи и последующего ее инъектирования значительно увеличивает сроки возведения плотины и ее стоимость.The quality of the injection of stone sketches on such a scale is practically impossible to control, and the need to stop excavation during the next stage of the electrical heating of the frozen embankment and its subsequent injection significantly increases the time of construction of the dam and its cost.

Общим и наиболее существенным недостатком таких конструкций является невозможность их ремонта и восстановления в случае необходимости.A common and most significant drawback of such structures is the inability to repair and restore them if necessary.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в реализации инновационных решений, расширяющих возможности гидроэнергетического строительства за счет применения в качестве водоподпорного сооружения ГЭС грунтовых плотин в сложных природных условиях Крайнего Севера, а также в районах, где отсутствуют месторождения связных материалов, пригодных для использования в качестве противофильтрационного элемента плотины.The problem to which the claimed invention is directed, is to implement innovative solutions that expand the possibilities of hydropower construction through the use of soil dams as a hydropower plant in difficult natural conditions of the Far North, as well as in areas where there are no deposits of cohesive materials suitable for use as an anti-filter element of the dam.

Практически эта задача была решена при разработке проекта Канкунской ГЭС на р. Тимптон в Республике Саха (Якутия) в варианте с грунтовой плотиной и ядром из укатанного бетона. Предлагаемое решение поясняется чертежами. На фиг.1 показан поперечный разрез плотины, на фиг.2 - продольный разрез А-А на фиг.1.In practice, this problem was solved during the development of the project of the Kankun hydroelectric station on the river. Timpton in the Republic of Sakha (Yakutia) in the version with a soil dam and a core of rolled concrete. The proposed solution is illustrated by drawings. Figure 1 shows a cross section of the dam, figure 2 is a longitudinal section aa in figure 1.

Были приняты следующие инновационные решения по конструкции и технологии возведения грунтовой плотины Канкунской ГЭС высотой 250 м.The following innovative decisions were taken on the design and technology of erecting a soil dam at the Kankun hydroelectric station with a height of 250 m.

Вместо обычно применяемой в грунтовых плотинах относительно тонкой и поэтому легко деформируемой диафрагмы из железобетона или асфальтобетона принята утолщенная до 20-25 м бетонная диафрагма 1, выполняемая с целью снижения стоимости сооружения, из укатанных послойно особо жестких бетонных смесей (RCC). Сопряжение диафрагмы 1 с породами основания обеспечивается ее фундаментной частью 2, расширенной до 50-55 м (в русле) и возводимой из вибрированного бетона. В основании ее предусматривается укрепительная цементация пород 3 и глубокая цементационная завеса 4.Instead of the relatively thin and therefore easily deformable diaphragm commonly used in soil dams made of reinforced concrete or asphalt concrete, reinforced concrete diaphragm 1, made to reduce the cost of construction, made of especially hard concrete layers packed in layers (RCC), was adopted. The coupling of the diaphragm 1 with the rocks of the base is provided by its foundation part 2, expanded to 50-55 m (in the channel) and constructed from vibrated concrete. At its base, reinforcing cementation of rocks 3 and deep cementation curtain 4 are provided.

В утолщенной бетонной диафрагме через определенные интервалы по высоте устраиваются продольные инспекционные галереи 5, используемые для осмотра, и в случае необходимости ремонта сооружения. Инспекционные галереи 5 сопрягаются с цементационными штольнями 6, имеющими выходы на дневную поверхность.In the thickened concrete diaphragm, at regular intervals in height, longitudinal inspection galleries 5 are used for inspection and, if necessary, repair of the structure. Inspection galleries 5 mate with cementing galleries 6, with exits to the day surface.

Фильтрационная прочность конструкции обеспечивается тонким (1,0-1,5 м) экраном из асфальтобетона 7, примыкающим к бетонной диафрагме 1 с верховой стороны. Состав и толщина асфальтобетона изменяются с высотой и подбираются в зависимости от действующих на данном уровне напряжений. Возможно также использование для этой цели других водонепроницаемых материалов, а также защитной оболочки из обогащенного цементным раствором укатанного бетона (GEVR) по аналогии с плотиной гидроузла Шон-Ла во Вьетнаме.The filtration strength of the structure is ensured by a thin (1.0-1.5 m) screen made of asphalt concrete 7 adjacent to the concrete diaphragm 1 on the upper side. The composition and thickness of asphalt concrete vary with height and are selected depending on the stresses acting at a given level. It is also possible to use other waterproof materials for this purpose, as well as a protective shell made of rolled concrete enriched with cement mortar (GEVR), by analogy with the dam of the Sean-La waterworks in Vietnam.

Утолщенная бетонная диафрагма 1 разрезана системой вертикальных осадочно-деформапионных швов 8 и горизонтальных швов-надрезов 9 и отделена от бетонной подушки 10 периметральным швом 11. Каждый горизонтальный шов-надрез 9 заканчивается в основании инспекционной галереи 5, которая служит компенсатором, ограничивающим дальнейшее раскрытие шва-надреза 9 в сторону нижнего бьефа. Со стороны верховой грани диафрагмы 1 в швах предусматривается противофильтрационное уплотнение.The thickened concrete diaphragm 1 is cut by a system of vertical sedimentary-deformation seams 8 and horizontal notch seams 9 and is separated from the concrete pad 10 by a perimeter seam 11. Each horizontal notch seam 9 ends at the base of the inspection gallery 5, which serves as a compensator restricting the further opening of the seam notch 9 towards the downstream. From the side of the upper edge of the diaphragm 1, an anti-filter seal is provided in the seams.

Периметральный шов 11 позволяет уменьшить опасность возникновения растягивающих напряжений от сейсмических воздействий, которые могли бы привести к нарушению целостности цементационной завесы 4, а также сгладить влияние на бетонную диафрагму 1 местных неровностей скальной поверхности в ее основании. Вертикальные осадочно-деформационные швы 8 препятствуют возникновению в бетонной диафрагме I неконтролируемых трещин при неравномерной осадке основания в уже растепленной русловой его части 12 и в промороженных зонах бортовых примыканий 13 после их растепления в процессе эксплуатации. Раскрытие горизонтальных швов-надрезов 9 снижает вертикальные растягивающие напряжения в верховой грани бетонной диафрагмы 1.The perimeter seam 11 can reduce the risk of tensile stresses from seismic effects, which could lead to a violation of the integrity of the cement curtain 4, as well as smooth out the impact on the concrete diaphragm 1 of the local roughnesses of the rocky surface at its base. Vertical sedimentary-deformation joints 8 prevent uncontrolled cracks in the concrete diaphragm I during uneven settlement of the base in the already thawed channel part 12 and in the frozen zones of the side junctions 13 after their thawing during operation. The disclosure of horizontal notch seams 9 reduces vertical tensile stresses in the upper face of the concrete diaphragm 1.

Между бетонной диафрагмой 1 и упорными призмами из каменной наброски 14 отсыпаются переходные зоны из галечника и мелкого камня 15, обеспечивающие более благоприятное для восприятия сейсмических воздействий изменение плотностей материалов в теле плотины от бетона диафрагмы (2,3 т/м³) к галечникам переходных зон (2,1 т/м³) и упорным призмам из каменой наброски (1,9 т/м³).Between the concrete diaphragm 1 and thrust prisms from stone outline 14, transition zones from pebble and fine stone 15 are poured, providing a more favorable for the perception of seismic effects change in the density of materials in the dam body from the concrete of the diaphragm (2.3 t / m ³ ) to the pebbles of transition zones (2.1 t / m ³ ) and stubborn stone prisms (1.9 t / m ³ ).

Более низкая относительно каменной наброски деформируемость материала переходных зон 15 снижает нагрузку на бетонную диафрагму 1, возникающую от зависания упорных призм 14 в процессе осадки и исключает проскальзывание их непосредственно по контакту с бетоном диафрагмы 1 или асфальтобетоном экрана 7.The deformability of the material of the transitional zones 15, which is lower relative to the stone outline, reduces the load on the concrete diaphragm 1, which arises from the freezing of the stop prisms 14 during the precipitation process and eliminates their slipping directly in contact with the concrete of the diaphragm 1 or the asphalt screen 7.

Отсыпка упорных призм плотины 14 ведется круглогодично, тогда как возведение бетонной диафрагмы 1 и примыкающих к ней экрана из асфальтобетона 7 и переходных зон 15, учитывая суровые зимние условия Крайнего Севера, производится только в летний период. К концу лета отметки верха упорных призм 14, переходных зон 15 и бетонной диафрагмы 1 выравниваются.The thrust prisms of the dam 14 are dumped year-round, while the construction of the concrete diaphragm 1 and the adjacent screen of asphalt concrete 7 and transition zones 15, taking into account the harsh winter conditions of the Far North, is carried out only in the summer. By the end of summer, the top marks of the resistant prisms 14, transition zones 15 and concrete diaphragm 1 are aligned.

Местоположение горизонтальных швов-надрезов 9 приурочено к сезонным остановкам бетонных работ. Сборная железобетонная опалубка инспекционных галерей 5 монтируется зимой, до начала летних бетонных работ. Поверхность бетона в пределах шва-надреза 9 покрывается битумом, а с низовой стороны выполняется комплекс работ по подготовке к бетонированию холодного строительного шва. Конструкции из сборного железобетона используются также для формирования низовой грани бетонной диафрагмы 1 и верховой грани асфальтобетонного экрана 7.The location of horizontal notch seams 9 is confined to seasonal stops of concrete work. Precast reinforced concrete formwork of inspection galleries 5 is mounted in winter, before the start of summer concrete work. The concrete surface within the seam-notch 9 is covered with bitumen, and from the bottom side a complex of works is carried out to prepare for concreting a cold construction joint. Prefabricated reinforced concrete structures are also used to form the bottom face of the concrete diaphragm 1 and the top face of the asphalt concrete screen 7.

Предварительные исследования напряженно-деформированного состояния системы «плотина - основание», выполненные в плоской постановке, подтвердили работоспособность предложенной конструкции плотины и перспективность ее внедрения.Preliminary studies of the stress-strain state of the dam-base system, carried out in a flat setting, confirmed the operability of the proposed dam design and the prospects of its implementation.

Claims

1. Soil dam, the thickened concrete diaphragm serving as an antifiltration element, which is separated from the concrete cushion by a perimeter seam and in which longitudinal inspection galleries are arranged at intervals of height, characterized in that horizontal seams-cuts are arranged on the top face of the concrete diaphragm to inspection galleries that prevent the opening of joints to the downstream side, the part of the concrete diaphragm located above its foundation part is made of hard concrete mixtures, while on the upper edge of the concrete diaphragm, a screen made of asphalt concrete or rolled concrete enriched with cement mortar is also arranged.

2. Soil dam under item 1, characterized in that the concrete diaphragm is cut into separate sections by vertical sedimentary-expansion joints.