Плотина из грунтовых материалов с каменными упорными призмами Советский патент 1984 года по МПК E02B7/06 

Изобретение относится к гидротехническому строительству, в частности, к конструкции плотин из грунтовых материалов с экраном, и может быть использовано при ее проектировании, строительстве и эксплуатации. Известны плотины с грунтовым экраном, напорная грань которого выполнеиа ступенчатого профиля 1.

Однако данное техническое решение недостаточно надежно при работе в условиях сейсмических воздействий.

Также известна плотина из грунтовых материалов с каменными упорными призмами, тело которой расчленено на отдельные слои прослойками из водоупорного материала, идущими иаклонио от верхового и низового откосов плотины к ее центру (2). Однако известная плотина отличается недостаточной гарантией противофильтрациониой устойчивости из-за постоянно существующей опасности .разрыва водоупорных прослоек в местах смыкания взаимноперехлестывающих слоев, образующих водонепроницаемую завесу, что особенно опасно при воздействии сейсмических сил. Вероятность такой опасности обусловлена тенденцией смещения навстречу друг другу разноводонасыщенных слоев левой и правой половин поперечника плотины по скользящим поверхностям, также отличающимся по степени водонасыщенности.

Цель изобретения - повыщение противофильтрационной и динамической устойчивости плотины.

Указанная цель достигается тем, что плотина из грунтовых материалов с каменными упорными призмами, тело которой расчленено на отдельные слои прослойками из водоупорного материала, идущими наклонно от верхового и низового откосов плотины к ее центру, содержит грунтовой экран с верховой гранью ступенчатого профиля, центральную дренажную призму и защитное покрытие экрана в виде разделенных бодоупорными прослойками наклонных слоев, размещенных так, что последние и слои тела плотины, расположенные между низовой гранью экрана и верховым откосом центральной дренажной призмы, наклонены со стороны верхового откоса, а контакт между разнонаправленными слоями тела плотины осуществлен непосредственно без водоупорной прослойки.

На чертеже изображена плотина из грунтовых материалов, поперечный профиль. Плотина с Каменными упорными призмами 1 и 2 состоит из центральной дренажной призмы 3 и противофильтрационного грунтового экрана 4 с верховой (напорной) гранью 5 ступенчатого профиля, на которой устроена дренажная прослойка 6 и защитное покрытие 7 в виде разделенных водоупорными прослойками 8 наклонных слоев 9, идущих со стороны верхового откоса плотины к ее центру.

Со стороны низовой грани экрана 4 тело плотины состоит из расчлененных водо. упорными прослойками 10 и II наклонных слоев 12-15, при «том слои 12 и слой 13 имеют тот же наклон, что и слои 9, а слои 14 и слой 15 наклонены к центру плотины со стороны низового откоса плотины. Со стороны низовой грани экрана 4 между ней и слоем 15 устроена переходная зо.на 16, которая упирается в слой 13.

В основании плотины между низовой гранью экрана 4 и центральной дренажной п-ризмой 3, а также между этой призмой и низовой упорной призмой 2 устроены дренажные прослойки 17 и 8.

2Для противофильтрациоиаого экрана .4

и водоупорных прослоек 8,, iO и 1 используется естественный водоупорный материал типа глины, суглинка и т.п.

Для наклонных слоев 9, 12 -15 используется полускальная или скальная порода, 0 для центральной дренажной призмы 3, верховой 1 и низовой 2 упорных призм используется щебень, камень.

Дренажные прослойки 6,17 и 18и переходная зона 16, оборудуются в виде обрат ного фильтра с использованием традиционных материалов (например, естественная песчано-гравелистая смесь).

.Плотина гфедлагаемой конструкции возводится и работает следующим образом. После подготовки котлована, отсыпки 0 нижней ступени экрана 4, устройства центральной дренажной призмы 3; низовой упорной призмы 2 и дренажных прослоек 7 и 18, начинается устройство верховой упорной призмы 1, а по мере наращивания экрана 4 поочередная отсыпка наклонных слоев 9, 5 12 и 14 и водоупорных прослоек 8,10 и П. При этом отсыпке слоев 9 и прослоек 8 предшествует устройство дренажной прослойки 6. После отсыпки слоя 13 наращивание экрана 4 временно прекращается и возобновляется после отсыпки слоя 15 и

/

устройства переходной зоны 1Ь.

При возведении экрана 4 устраиваются ступени (наподобие берм на откосах пЛотины) по всей напорной грани 5. При отсыпке экрана 4 и водоупорных прослоек 8,10

5 и И при.меняется мех,аническое уплотнение их материала.

При свободном осыпании материала слоев последние укладываются под углом естественного откоса, величина которого для полускальных пород достигает 37-44°

0 а для скальных пород - 45°.

Грунтовой экран 4 в верховом клине плотины является основным противофильтрационным элементом. Ступенчатый профиль его напорной грани 5 предназначен для предотвращения возможности оползания наклонных слоев 9, водоупорных прослоек 9 и дренажной прослойки 6 защитного покрытия 7 экрана 4. Количество, местоположение по высоте и ширина ступеней верховой грани 5 экрана 4 зависят в основном от высоты плотины и назначаются, как для случая берм.

Защитное покрытие 7 экрана 4 устраивается за пределами призмы обрушения плотины и служит для заш.иты экрана 4 от воздействия волн, льда и температуры. Отсыпка наклонных слоев 9 под углом естествеиного откоса материала и наличие между иими водоупорных прослоек 8, являющихся скользящими поверхностями, обуславливает самоуплотнение защитного покрытия 7, а дренажная прослойка 6 обуславливает обезвоживание слоев 9 при понижении уровня воды в верхнем бьефе и предотвращает размыв напорной грани 5 экрана 4, опасность которого особенно значительная при резких изменениях уровня воды в водохранилище.

Защитное покрытие 7 в низовой части опирается на верховой банкет (упорную призму) I, являющийся одновременно и защитным сооружением для расширенной части экрана 4.

Центральная дренажная призма 3 совместно с дренажными прослойками 17 и 18 обеспечивают сбор фильтрата из верхнего бьефа и атмосферных вод посредством слоев 12-15, при этом дренирование фильtрационных вод, поступающих из водохранилища, происходит слоями 12, 13 и 15, расположенными непосредственно за экраном 4. Что касается слоев 14, то они дренируют лищь атмосферные воды, поэтому половина профиля плотины сохраняется сухим. Именно такая компановка плотины из -экрана 4, центральной дренажной призмы 3, дренажных прослоек 17 и 18, наклонных (разделенных водоупорными прослойками 10 и 11) слоев 12-15, какая предлагается в данной

конструкции плотины и при которой достигается возможно наибольшее сокращение водонасыщенных зон тела плотины, обеспечивает повышенную противофильтр.ационную стойкость плотины.

Водоупорные прослойки 8,10 и 11, имеющие наклон слоев, между которыми они за ключены, являются поверхностями сколь жения для разделяемых слоев. Из-за соб ственного веса материала слоев 9, 12-15 и его способности уплотняться во времени, а также из-за ползучих свойств материала самих прослоек и их малого коэффициента сопротивления сдвигу, обеспечивается тенденция самоуплотнения тела плотины Эта тенденция, выражающаяся в скольжении наклонных слоев в сторону центра плотины, еще сильнее проявляется при сейсмических нагрузках, исключая полностью образование трещин вдоль влотины.

Отсыпка наклонных слоев 9,12-15 под углом естественного откоса материала дает возможность„обеспечить экономичный профиль плотины.

Следовательно, при предлагаемой конструкции плотины из грунтовых материалов комплексно обеспечиваются экономичный профиль, сейсмическая и протнвофильтрационная стойкость плотины.

Что касается величины мощности наклонных слоев и водоупорных прослоек, то ее рледует устанавливать в каждом конкретном случае отдельно с учетом ряда факторов, например, физико-механическнх свойств материала слоев и прослоек, условий производства строительных работ, условий эксплуатации и т.д.

Применение изобретения позволяет снизить на t млн. руб. трудозатраты на возведение по сравнению с каменно-набросной плотиной Ткибульской ГЭС.

ПЛОТИНА ИЗ ГРУНТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ С КАМЕННЫМИ УПОРНЫМИ ПРИЗМАМИ, тело которой расчленено на отдельные слои прослойками из водоупорного материала, идущими наклонно от верхового и низового откосов плотины к ее центру, отличающаяся тем, что, с целью повышения противрфильтрацнонной и динамической устойчивости плотины, она содержит грунтовой экран с верховой гранью ступенчатого профнля, центральную дренажную призму и защитное покрытие экрана в виде разделенных водоупорными прослойками наклонных слоев, размещенных так, что последние и слои тела плотины, расположенные между низовой гранью экрана и верховым откосом центральной дренажной прнзмы, наклонены со стороны верхового откоса, а контакт между разнонаправленными слоями тела плотины осуществ лен непосредственно без водоупорной прослойки.