Грунтовая плотина с глиноцементобетонной диафрагмой с регулируемым напряженно-деформированным состоянием Российский патент 2024 года по МПК E02B7/06 

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано при проектировании и строительстве напорных грунтовых сооружений, например, плотин, дамб, где в качестве противофильтрационного устройства применяют различного рода диафрагмы.

Известна грунтовая плотина (ПМ РФ №130322, МПК: Е02В 7/06, Е02В 3/16, опубл. 20.07.2013), включающая противофильтрационное устройство, образованное диафрагмой, выполненной из композитного материала, и переходными зонами, расположенными по обе стороны от диафрагмы. При этом диафрагма выполнена из буросекущихся свай, установленных поярусно по высоте плотины и расположенных в песчаном слое между переходными зонами.

Недостатком аналога является специфика напряженно-деформированного состояния диафрагмы, которое выражается в образовании растягивающих напряжений в береговых примыканиях и в верхнем поясе диафрагмы, больших деформациях и осадке ее центральной части, что в итоге приводит к образованию в диафрагме трещин.

Известна грунтовая плотина с глиноцементобетонной диафрагмой (патент РФ №2736193, МПК: Е02В 7/00, Е02В 3/16, опубл. 12.11.2020), включающая тело плотины из грунтового материала, диафрагму, выполненную методом буросекущихся свай, переходные зоны в виде обратного фильтра с самозалечивающим песчаным слоем, диафрагма имеет в плане форму криволинейной арки. При помощи изменения радиуса кривизны диафрагмы есть возможность оказывать влияние на напряженно-деформированное состояние грунтовой плотины.

По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Недостатком прототипа, не позволяющим достичь поставленной цели, является то, что остается вероятность появления трещин в противофильтрационном элементе из-за появления растягивающих напряжений при деформациях плотины. Также стоит отметить, что при изменении кривизны диафрагмы появляется необходимость изменения формы (планово-объемного) положения самой грунтовой плотины.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, состоит в снижении возможности трещинообразования и горизонтальных деформаций (смещений) глиноцементобетонной диафрагмы путем управления условиями, а именно их прочностными и деформационными характеристиками, формирующими ее напряженно-деформированное состояние.

Для достижения указанного технического результата в грунтовой плотине с глиноцементобетонной диафрагмой с регулируемым напряженно-деформированным состоянием, включающей тело плотины из грунтового материала, глиноцементобетонную диафрагму, выполненную методом буросекущихся свай, переходные зоны в виде обратного фильтра с самозалечивающим песчаным слоем, участок глиноцементобетонной диафрагмы, заменяющий собой традиционную цементацию основания, диафрагма выполнена зонами в количестве не менее четырех по ее площади, заполненными глиноцементобетоном, имеющим модуль деформации в диапазоне от выше 1 до 5 раз выше модуля деформации вмещающего грунта тела плотины, при этом каждая зона характеризуется модулем деформации, отличающимся по своему значению от модуля деформации других зон, с целью обеспечения минимизации растягивающих напряжений, возникающих в диафрагме.

Отличительным признаком предлагаемого изобретения является выполнение диафрагмы зонами в количестве не менее четырех по ее площади, заполненными глиноцементобетоном, имеющим модуль деформации в диапазоне от выше 1 до 5 раз выше модуля деформации вмещающего грунта тела плотины.

Благодаря этому обеспечивается возможность выполнения диафрагмы в виде тонкого элемента, уменьшения трещинообразования и смещения глиноцементобетонной диафрагмы путем зонирования площади диафрагмы с заполнением зон глиноцементобетоном с модулем деформации в диапазоне 1-5 раз выше модуля деформации вмещающего грунта тела плотины, эти зоны имеют различные прочностные и деформационные характеристики.

Данное техническое решение обеспечивает возможность разнесения во времени процессов отсыпки тела плотины и возведения диафрагмы: диафрагма выполняется после отсыпки тела плотины. При этом использование технологии возведения буросекущихся свай с помощью современного высокопроизводительного оборудования позволяет значительно ускорить и удешевить процесс строительства плотины.

Диафрагма все деформации воспринимает в соответствии теми движениями упорных призм, которые они претерпевают и при строительстве плотины и при постановке сооружения под напор. Традиционно, состав смеси глиноцементобетона подбирается одного состава с определенными характеристиками, которые не меняются по всей площади диафрагмы. Но напряжения, которые воспринимает диафрагма, различны по ее контуру, например, наибольшие растягивающие напряжения возникают в зоне, окаймляющей примыкание к бортам, основанию, в верхнем поясе. Преимущество заявляемого изобретения состоит в том, что в зонах диафрагмы, наиболее подверженных трещинообразованию применяют другой состав глиноцементобетона, например, более пластичный, обеспечивающий уменьшение растягивающих напряжений, и тогда диафрагма будет лучше воспринимать растягивающие усилия.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, представленным на фиг. 1 и 2.

На фиг. 1 показан поперечный профиль плотины из грунтового материала с глиноцементобетонной диафрагмой.

На фиг. 2 - вариант зонирования диафрагмы.

Грунтовая плотина содержит тело плотины 1 из грунтового материала и проходящее вдоль продольной оси плотины противофильтрационное устройство в виде глиноцентнобетонной диафрагмы 2, выполненной из буросекущихся свай заполненных глиноцементобетоном, обратный фильтр 3 с самозалечивающим песчаным слоем, участок 4 глиноцементобетонной диафрагмы 2, заменяющий собой традиционную цементацию основания. ВБ - верхний бьеф, НБ - нижний бьеф. Зона А - центральная часть глиноцементобетонной диафрагмы 2. Зона Б и Зона Д - участки глиноцементобетонной диафрагмы 2 в бортовых примыканиях. Зона В - участок глиноцементобетонной диафрагмы 2 в примыкании к основанию. Зона Г - верхний пригребневой пояс глиноцементобетонной диафрагмы 2.

Состав песчаного слоя подбирают таким образом, что он позволяет минимизировать отклонения при бурении буросекущихся свай и обеспечивает возможность кольматажа сквозных трещин при их раскрытии в теле или между буросекущимися сваями. Буросекущиеся сваи изготовлены из материала, заданные физические характеристики которого по величине близки к соответствующим характеристикам материала тела грунтовой плотины 1, но зонированы по площади глиноцементобетонной диафрагмы 2 таким образом, чтобы максимально уменьшить в ней растягивающие напряжения.

Заявляемая грунтовая плотина работает следующим образом.

Возведение тела плотины 1 из грунтового материала ведется в один или несколько этапов, при этом строительство глиноцементобетонной диафрагмы 2 осуществляется после отсыпки тела плотины 1. Кроме того, на первом этапе возведения тела плотины 1 выполняется заглубленный в основание плотины 1 участок 4 глиноцементобетонной диафрагмы 2, заменяющий собой традиционную цементацию основания.

После возведения тела плотины 1 из грунтового материала, включающей обратный фильтр 3 с самозалечивающим песчаным слоем, пробуривают вертикальные скважины, далее в скважины согласно принятой схеме зонирования диафрагмы 2 укладывают глиноцементобетон на участок глиноцементобетонной диафрагмы 2 в примыкании к основанию (Зона В), затем заполняют центральную часть глиноцементобетонной диафрагмы 2 (Зона А). Далее заполняют участки глиноцементобетонной диафрагмы 2 в бортовых примыканиях (Зона Б и Зона Д) и верхний пригребневой пояс (Зона Г). Глиноцементобетон имеет модуль деформации в диапазоне 1-5 раз выше модуля деформации вмещающего грунта тела плотины. При этом каждая зона характеризуется определенным модулем деформации, подобранным расчетом и отличающимся по своему значению от модуля деформации других зон, с целью обеспечения минимизации растягивающих напряжений, возникающих в диафрагме, устраивая, таким образом, конструкцию диафрагмы 2. Возможный вариант зонирования диафрагмы 2 иллюстрируется чертежом фиг. 2.

При наполнении и после заполнения водохранилища глиноцементобетонная диафрагма 2 воспринимает действующий на тело плотины 1 напор ВБ и за счет наличия диафрагмы 2 из глиноцементобетона, имеющего модуль деформации выше модуля деформации вмещающего грунта тела плотины 1 и благодаря различиям в значениях в каждой зоне модулей деформации глиноцементобетона друг от друга, подобранных расчетом таким образом, чтобы в них не возникало растягивающих напряжений, происходит изменение ее напряженно-деформированного состояния - уменьшение растягивающих напряжений в береговых примыканиях и верхнем поясе, что в итоге приводит к уменьшению вероятности трещинообразования и горизонтальных смещений глиноцементобетонной диафрагмы 2.

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано при проектировании и строительстве напорных грунтовых сооружений, например плотин, дамб, где в качестве противофильтрационного устройства применяют различного рода диафрагмы. В грунтовой плотине с глиноцементобетонной диафрагмой с регулируемым напряженно-деформированным состоянием, включающей тело плотины 1 из грунтового материала, глиноцементобетонную диафрагму 2, выполненную методом буросекущихся свай, переходные зоны в виде обратного фильтра 3 с самозалечивающим песчаным слоем, участок 4 глиноцементобетонной диафрагмы 2, заменяющий собой традиционную цементацию основания, согласно изобретению диафрагма 2 выполнена зонами в количестве не менее четырех по ее площади, заполненными глиноцементобетоном, имеющим модуль деформации в диапазоне от выше 1 до 5 раз выше модуля деформации вмещающего грунта тела плотины 1, при этом каждая зона характеризуется модулем деформации, отличающимся по своему значению от модуля деформации других зон, для обеспечения минимизации растягивающих напряжений, возникающих в диафрагме 2. Технический результат - снижение возможности трещинообразования и горизонтальных деформаций (смещений) глиноцементобетонной диафрагмы путем управления условиями, а именно их прочностными и деформационными характеристиками, формирующими ее напряженно-деформированное состояние. 2 ил.

Грунтовая плотина с глиноцементобетонной диафрагмой с регулируемым напряженно-деформированным состоянием, включающая тело плотины 1 из грунтового материала, глиноцементобетонную диафрагму 2, выполненную методом буросекущихся свай, переходные зоны в виде обратного фильтра 3 с самозалечивающим песчаным слоем, участок 4 глиноцементобетонной диафрагмы 2, заменяющий собой традиционную цементацию основания, отличающаяся тем, что диафрагма 2 выполнена зонами в количестве не менее четырех по ее площади, заполненными глиноцементобетоном, имеющим модуль деформации в диапазоне от выше 1 до 5 раз выше модуля деформации вмещающего грунта тела плотины 1, при этом каждая зона характеризуется модулем деформации, отличающимся по своему значению от модуля деформации других зон, для обеспечения минимизации растягивающих напряжений, возникающих в диафрагме 2.