Северный способ возведения грунтовой плотины Советский патент 1989 года по МПК E02B7/06 

Изобретение относится к возведению грунтовых плотин, преимущественно в условиях северной строительно- климатической зоны.

Цель изобретения - повышение эффективности работ за счет ускорения оттаивания мерзлого грунта в процессе возведения плотины.

На фиг. 1 представлена плотина, поперечный разрез; на фиг. 2 - то же, при возведении плотины в летнее время.

Плотина содержит упорные призмы 1, в каждом ярусе отсыпки, центральную призму 2, запитывающую траншею 3.

Центральная призма 2 функционально разделена запитывающей траншеей 3 на Противофильтрационный экран 4 и ядро 5. Плотина включает также Противофильтрационный элемент 6. В процессе строительства устраивают прудок 7.

Способ осуществляют следующим образом.

Пример 1. Летом известными способами подготавливают основание. Если оно мерзлое, то отсыпают слой талого грунта по всей ширине плотины с уплотнением для создания теплоизоляции

-U 1

О

О Јь СО

,от охлаждающего действия мерзлого основания .

Зимой отсыпают первый ярус грунта по всей ширине плотины высотой, на- пример, 20 м (контур АВСД). В упорные призмы 1 укладывают мерзлые несвязные грунты без уплотнения. В центральную призму 2, в экран 4 и ядро 5 укладывают мерзлые связные грунты без уплотнения, в запитывающую траншею 3 отсыпают мерзлые несвязные грунты без уплотнения. Противофильт- рационный элемент 6 возводят, например, из сборного железобетона.

Летом 1-й ярус плотины оттаивают гидравлическим способом путем залива воды в гребень насыпи с переливом воды через кромку откосов - 1-й цикл оттаивания.

Гидрооттаивание по 1-му циклу проводят в течение ограниченного времени, например за месяц. В оставшееся теплое время до наступления зимы в течение 2-3 мес, отсыпают плотину из талого грунта с уплотнением (контуры АА1KL и К1В BL1) и одновременно подачей воды в прудки 7, устроен-- ные на контакте упорных призм 1 и грунтовых противофильтрационных эле- ментов (экрана и ядра) 4, 5 - второй цикл гидрооттаивания.

Часть мерзлого грунта первого яруса плотины по всей ее ширине оттаяла в течение первого цикла, образо- вался талик - фильтрующий слой грунта (контур АВСС ЕД Д), обеспечивающий необходимые условия для успешного оттаивания оставшегося мерзлого грунта (контур д ЕС1) во втором цик- ле гидрооттайки - во время подачи воды в прудки, устроенные на контакте упорных призм 1 и противофильтрационных элементов 4 и 5.

В предлагаемом способе возведения плотины подача воды и запитывающую траншею 3 как самостоятельный цикл гидрооттайки будет малоэффективен: вода будет фильтровать через противофильтрационные элементы 4, 5 малым расходом, что обусловит низкую скорость оттаивания упорных призм 1, сложенных из несвязных грунтов. Для повышения скорости оттаивания воду

нужно подавать в зону контакта упор ных призм 1 с противофильтрационными элементами 4 и 5, т.е. в прудки 7. В этом месте устраивают переходную зо™

-

с1015

20

25й 30

3540

50

55

ну, сопрягающую упорные призмы с противофильтрационными элементами. Подавая воду в пруток, устроенный в указанном месте, можно оттаивать с высокой скоростью мерзлые несвязные грунты упорных призм 1 и мерзлые связные грунты противофильтрационных элементов 4, 5 с наружных сторон. При этом часть воды может фильтровать через противофильтрационные элементы 4, 5 в запитывающую траншею 3.

Затем организуют оттаивание противофильтрационных элементов 4, 5 изнутри со стороны запитывающей траншеи 3. Если откачивать воду из запитывающей траншеи 3, которая профильтровала по талику в противофильтраци- онных элементах 4, 5, то противофильтрационные элементы 4, 5 постепенно оттаят. Для повышения скорости оттаивания нужно организовать циркуляцию воды в запитывающей траншее 3 - 3-й цикл оттаивания: для этого, например, в бортах плотины в запитывающую траншею 3 подают воду, она самотоком фильтрует в несвязном талом грунте талика и оттаивает мерзлый несвязный грунт запитывающей траншеи 3 (днище потока) и мерзлый связный грунт противофильтрационных элементов 4 и 5 (борта потока). В русловой части плотины воду из запитывающей траншеи 3 откачивают. В силу того, что несвязный грунт оттаивает быстро в сравнении со связным грунтом, грунт запитывающей траншеи 3 быстро оттаивает на всю высоту и таким образом грунтовые противофильтрационные элементы 4,5 начинают оттаивать из- ,нутри.

Организацию циркуляции воды в запитывающей траншее 3 можно осуществлять и другими известными способами. Гидрооттайку противофильтрационных элементов 4, 5 со стороны запитывающей траншеи 3 (3-й цикл) можно осуществлять независимо от первого и второго цикла оттаивания.

Деление гидрооттайки на два первых цикла и очередность их исполнения по примеру 1 рациональна. Если гидроот- тайку начать с выполнения 2-го цикла то вследствие отепляющего воздействия поданной в прудок воды ( в середину мерзлого массива) образуется замк-, нутый талик ограниченных размеров. Дальнейшая передача тепла от воды к мерзлому грунту будет происходить

кондуктивно. При наличии же талого фильтрующего слоя грунта по всей ширине плотины, образующемся при 1-ом

цикле оттаивания, эффективность вто- рого цикла оттаивания возрастает до предельной величины (для данного способа оттаивания).

Предлагаемая последовательность работ необходима для случая, когда упорные призмы сложены преимущественно из песчаных грунтов, а каменная наброска выполняет роли пригрузки.

Пример 2. Летом подготавли-. вают основание по способу аналогич- но примеру 1.

Зимой отсыпают первый ярус грунта по всей ширине плотины, (контур АВСД) (фиг. 1). В упорные призмы 1 укладывают талые несвязные грунты с уплот- нением, в противофильтрационные элементы 4, 5 центральной призмы 2 укладывают мерзлые связные грунты без уплотнения, в запитывающую траншею 3 также укладывают талые несвязные грунты с уплотнением.

В процессе укладки талые грунты неизбежно промерзнут. Таким образом техника гидрооттайки противофильтра- ционных элементов 4, 5 с целью уп- лотнения мерзлого связного грунта полностью совпадает со способом, изложенным в первом примере.

Пример 3. Зимой отсыпают первый ярус грунта по всей ширине плотины (контур АВСД, фиг. 2) по тех- нологии и из тех же грунтов, приведенных в 1-м примере.

В летнее время наращивают тело плотины из талых грунтов по всей ширине (см. фиг. 2) - контур , с целью создания фильтрующей зоны. Проведение этих работ позволяет исключить 1-й цикл гидрооттайки - за- топление насыпи с переливом воды через откосы, а гидрооттайку начать со 2-го цикла путем подачи воды в прудки 7, устроенные на контакте упорных призм 1 и противофильтрационных эле- ментов 4 и 5. Одновременно ведут гидрооттайку мерзлого несвязного грунта запитывающей траншеи 3, например гидроигловым способом, путем закачки и откачки воды (3-й цикл).

Приведенная в примере 3 последовательность работ пригодна и для случая, когда упорные призмы сложены преимущественно из каменной наброски.

Оттаявший грунт 1-го яруса плотины до наступления морозов будет самоуплотняться. За это время реализуется просадочная часть осадки связного грунта противофильтрационных элементов 4, 5 (гарантированного оттаивания можно добиться, используя подогрев воды, подаваемую в запитывающую траншею). Осадка доуплотнения будет протекать в зимнее время. От промерзания его будет защищать слой . талого грунта, отсыпанного с уплот-/ нением в оставшееся теплое время (по 1-му примеру контуры AA KL и К В ВЬ, фиг. 1 и по 3-му примеру контуры и фиг. 2).

Во вторую зиму отсыпают второй ярус грунта по всей ширине плотины с одновременным возведением проти- вофильтрационного элемента 6. Летом производят гидравлическое оттаивание второго яруса с одновременным наращиванием тела плотины.

Таким путем строят плотину в несколько сезонов с превышением гребня на высоту строительного подъема. Плотину можно ставить под напор.

Противофильтрационный элемент 6 по своей сущности является временным конструктивным элементом: он нужен на период доуплотнения грунта экрана 4. Срок его эксплуатации можно совместить с наступлением другого события, например землетрясения, после наступления которого он может разрушиться в плановом порядке.

Противофильтрационный элемент б можно устраивать как в процессе строительства, так и после его окончания. Например, его можно устроить в виде ледогрунтовой завесы с заглублением в основание на расчетную глубину оттаивания. Непрерывное искусственное охлаждение проводят до полной консолидации грунта экрана совместно с оттаявшим основанием, на что потребуется 5-15 л. По завершении ффор- мирования текстуры грунта экрана 4 необходимость в ледогрунтовой завесе отпадает, и замораживающую систему отключают в проектном режиме.

Формула изобретения

Северный способ возведения грунтовой плотины, включающий поярусное возведение одного грунтового противофильтрационного элемента из мерзлых связных грунтов, возведение другого противофильтрационного элемента, устройство запитывающей траншеи между противофильтрационными элементами, поярусное возведение упорных призм из несвязных грунтов с гидравлическим оттаиванием каждого возведенного яруса плотины, отлича- I

ю щ и и с я тем, что, с целью повышения эффективности работ за счет ускорения оттаивания мерзлого грунта в процессе возведения плотины, воду подают в зону контакта упорных призм с противофильтрационными элементами и в запитывающую траншею, а также производят отведение воды из запитывающей траншеи.

Изобретение относится к возведению грунтовых плотин преимущественно в условиях северной строительно-климатической зоны. Цель изобретения - повышение эффективности работ за счет ускорения оттаивания мерзлого грунта в процессе возведения плотины. Способ возведения грунтовой плотины включает поярусную отсыпку грунтового противофильтрационного элемента из мерзлых связных грунтов, возведение противофильтрационного элемента и устройство запитывающей траншеи между противофильтрационными элементами. При возведении упорных призм из несвязных грунтов подают воду в гребень каждого яруса, при этом воду подают в зону контакта упорной призмы и противофильтрационного элемента. Также производят подачу воды в запитывающую траншею и ее отведение. Противофильтрационный элемент устроивают путем промораживания грунта на период стабилизации прочности тела сооружения. После этого замораживающую систему отключают. 2 ил.

Ф|/е. 7

ч № С

Фиг. 2

С С

6