Что такое верховой откос плотины

Технология работ при досыпке грунтовых водоподпорных сооружений

Е.В. Васильева

В статье предложена технология ремонта грунтовых водоподпорных сооружений грунтосмесями улучшенного качества с использованием и без грунтосмесительной установки.Применение грунтосмесей, улучшенных высевкой и золой обеспечит восстановленным (отремонтированным) откосам и гребню сооружений высокие показатели прочности (до 13-15 МПа) и водостойкости, повышая тем самым эффективность и качество проведённых ремонтно-восстановительных работ и повышенную сопротивляемость элементов сооружений к дефектообразованию. Наличие в составе грунтосмеси высевки не только обеспечивает повышение прочности на 30-40%, но и даёт существенный прирост водо- и морозостойкости (на 20-30%), что предотвратит или существенно снизит фильтрационные просачивания воды через тело водоподпорных сооружений, так как высокопрочный и морозостойкий грунтобетон, будучи уложенным на откос (при восстановлении обрушенных откосов) и гребень (при досыпке и наращивании до или сверх проектных отметок), надёжно защитит тело плотин (дамб) от просадки, размыва, выпучивания, суффозии и других деформаций.

Ключевые слова: технология, досыпка, грунтосмесь, высевка, цемент, зола, плотина, ремонтно – строительные операции, грунтосмесительная установка, факторы, план эксперимента, регрессионное уравнение

Согласно мирового регистра плотин, в мире построено более 100тыс. водоподпорных сооружений. Среди них более 80% составляют грунтовые плотины и дамбы, значительная часть которых относится к средне- и низконапорным [1-7].
По данным Росприроднадзора и Ростехнадзора продолжительность эксплуатации этих сооружений составляет 30-50 лет, средний процент износа более 50%, их аварийность превысила среднемировой показатель более чем в два раза, ежегодно на них происходит 50-60 аварий, ущерб от которых исчисляется миллиардами рублей [3,7].
К числу основных причин аварий и разрушений грунтовых водоподпорных сооружений следует отнести несвоевременное устранение дефектов (просадок гребня, размывов, обрушений и оползаний откосов, трещин, фильтрационных ходов и др.) и некачественное выполнение ремонтно- восстановительных работ, из-за использования низкоэффективных технологий. Ведь применяемые в настоящее время технологии ремонтно- восстановительных работ предусматривают досыпку тела плотин и восстановление обрушенных откосов производить грунтом того же состава что и тело сооружения, а заделку трещин, фильтрационных ходов, нор и других подобных дефектов осуществлять им же или суглинком, глиной, смесью суглинка (глины) с навозом, мешками с грунтом и т.п. Но со временем, из-за низкой прочности, водо- и морозостойкости досыпанных и восстановленных элементов плотин (дамб), их защитные свойства (прочностные, противофильтрационные, теплоизоляционные и др.) будут утрачены и дефекты появятся вновь.
Ниже предложены технологии ремонтно-строительных работ по восстановлению грунтовых плотин и дамб путём их досыпки до требуемых отметок грунтосмесями, улучшенных высевкой и золой, способствующих образованию высокопрочной и водостойкой камневидной структуры в восстановленных элементах (откосах, гребне), обладающих повышенной сопротивляемостью к дефектообразованию [8].
Необходимость досыпки (наращивания) гребня и откосов плотины возникает в случае потребности в увеличении высоты плотины или при просадке её тела ниже проектных отметок (рисунок 1) .

а)

б)

а, б – для случаев, соответственно, подъёма высоты гребня плотины и
ликвидации просадки гребня и откосов
1-плотина; 2,3 –поперечное сечение плотины, соответственно, до и
после проведения ремонтных работ
Рисунок 1 — Схема поперечного сечения плотины

Для приготовления грунтосмеси рекомендуется использовать грунтосмесительную установку типа, например, ДС-50 с дополнительным бункером для золы (рисунок 1). Перечень ремонтно-строительных операций по досыпке гребня и откосов плотины до требуемых (увеличенных, проектных) отметок приведён в таблице 1.

Таблица 1 – Перечень ремонтно-восстановительных операций по
досыпке гребня и откосов плотины до проектных отметок

Рыхление проезжего участка гребня в виде покрытия из гравийно-песчаной смеси

Навесной или прицепной рыхлитель на базе гусеничного трактора

Верховой откос плотины (дамбы)

Экологические новости

Мероприятия

Последние сообщения

Контактная информация

РЕДАКЦИЯ
Адрес: 105066, Москва,
Токмаков пер., д. 16, стр. 2
+7 (499) 267-40-10
E-mail: red@ecoindustry.ru

ПРЯМОЙ ТЕЛЕФОН ОТДЕЛА ПОДПИСКИ:
+7 (499) 267-40-10
E-mail: podpiska@vedomost.ru

ОТДЕЛ РЕКЛАМЫ:
+7 (499) 267-40-10
+7 (499) 267-40-15
E-mail: reklama@vedomost.ru

© 2004-2021 Издательский дом «Отраслевые ведомости». Все права защищены
Копирование информации данного сайта допускается только при условии указания ссылки на сайт

Настоящим, в соответствии с Федеральным законом № 152-ФЗ «О персональных данных» от 27.07.2006 года, Вы подтверждаете свое согласие на обработку компанией ООО «Концепция связи XXI век» персональных данных: сбор, систематизацию, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), использование, передачу в целях продвижения товаров, работ, услуг на рынке путем осуществления прямых контактов с помощью средств связи, продажи продуктов и услуг на Ваше имя, блокирование, обезличивание, уничтожение.

Компания ООО «Концепция связи XXI век» гарантирует конфиденциальность получаемой информации. Обработка персональных данных осуществляется в целях эффективного исполнения заказов, договоров и иных обязательств, принятых компанией в качестве обязательных к исполнению.

В случае необходимости предоставления Ваших персональных данных правообладателю, дистрибьютору или реселлеру программного обеспечения в целях регистрации программного обеспечения на Ваше имя, Вы даёте согласие на передачу своих персональных данных.

Компания ООО «Концепция связи XXI век» гарантирует, что правообладатель, дистрибьютор или реселлер программного обеспечения осуществляет защиту персональных данных на условиях, аналогичных изложенным в Политике конфиденциальности персональных данных.

Настоящее согласие распространяется на следующие персональные данные: фамилия, имя и отчество, место работы, должность, адрес электронной почты, почтовый адрес доставки заказов, контактный телефон, платёжные реквизиты. Срок действия согласия является неограниченным. Вы можете в любой момент отозвать настоящее согласие, направив письменное уведомление на адрес: podpiska@vedomost.ru с пометкой «Отзыв согласия на обработку персональных данных».

Обращаем Ваше внимание, что отзыв согласия на обработку персональных данных влечёт за собой удаление Вашей учётной записи с соответствующего Интернет-сайта и/или уничтожение записей, содержащих Ваши персональные данные, в системах обработки персональных данных компании ООО «Концепция связи XXI век», что может сделать невозможным для Вас пользование ее интернет-сервисами.

Давая согласие на обработку персональных данных, Вы гарантируете, что представленная Вами информация является полной, точной и достоверной, а также что при представлении информации не нарушаются действующее законодательство Российской Федерации, законные права и интересы третьих лиц. Вы подтверждаете, что вся предоставленная информация заполнена Вами в отношении себя лично.

Настоящее согласие действует в течение всего периода хранения персональных данных, если иное не предусмотрено законодательством Российской Федерации.

Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

Общие сведения и классификация

По конструктивным признакам принято различать следующие основные типы земляных насыпных плотин (рис. 2.1): 1) плотины из однородного грунта, т. е. выполненные из одного вида слабоводопроницаемого грунта (рис. 2.1,а); 2) плотины из неоднородного грунта; часто отдельные грунты в теле плотины располагают так, чтобы водопроницаемость плотины увеличивалась по направлению от верхнего бьефа к нижнему (рис. 2.1,6), иногда наиболее водонепроницаемый грунт помещают в центральной части профиля 3) плотины с наружной (верховой) маловодопроницаемой или водонепроницаемой противофильтрационной преградой в виде экрана, выполненного из маловодопроницаемого грунта (рис. 2.1,г, е), асфальтобетона, полиэтиленовой пленки и т.п. (рис. 12.1, д), 4) плотины с внутренней (центральной) маловодопроницаемой или водонепроницаемой преградой в виде ядра, образованного маловодопроницаемым грунтом (рис. 2.1,ж), или диафрагмы (рис. 2.1, з) из негрунтовых материалов — бетона, тона, полиэтиленовой пленки, металла и т. п.

В зависимости от способа производства работ различают земляные насыпные плотины: 1) уплотняемые механическими средствами без применения отсыпки грунта в воду («сухой способ»); 2) возводимые путем отсыпки грунта в воду (также в некоторой мере уплотняемые механическими средствами).

В зависимости от грунтов, которые можно добыть на месте, а также от геологического строения основания и т. п. наиболее рациональным в техническом и экономическом отношениях может оказаться любой из перечисленных выше типов плотин.

Земляные плотины имеют трапецеидальное поперечное сечение (рис. 2.2). Гребень глухой земляной плотины намечают так, чтобы он возвышался над нормальным подпорным уровнем (НПУ) и форсированным подпорным уровнем (ФПУ) на высоту, несколько большую высоты наката ветровой волны на верховой откос плотины. Ширина плотины поверху задается такой, чтобы на ее гребне можно было разместить проезжую дорогу.

Для предохранения откосов плотины от размыва волнами, течением воды в бьефе, а также стекающей по ним дождевой водой их обычно покрывают, например, бетонными плитами, каменной наброской и т. п. На откосах иногда делают бермы. Поверхностный слой земли в пределах основания плотины снимают; часто в основании плотины устраивают так называемые зубья, которые прорезают грунт основания на некоторую глубину. В пределах низового клина плотины, как правило, устраивают дренаж для перехвата воды, фильтрующейся через тело плотины.

Грунт, из которого образована плотина, в большей или меньшей мере водопроницаем, поэтому в теле плотины образуется фильтрационный поток. Кривую депрессии АВ (рис. 2.3) считают самой Вер хией линией фильтрационного потока. Однако здесь более сложная картина. Благодаря капиллярному поднятию воды в грунте в теле плотины возникает поверхность менисков АВ, причем зона (на рисунке заштрихована) оказывается насыщенной капиллярной Водой, которая по своим физическим свойствам ничем не отличается от обычной (гравитационной) воды. В капиллярной зоне вода движется так же, как и в области, расположенной ниже кривой ЛИ, под действием разности напоров. Как известно из курса гидравлики, капиллярная зона характеризуется наличием вакуума. Та кнм образом, самойверхней линией тока в данном случае является линия ADCB, т. е. соответствующая частица воды сначала поднимается вверх, совершая путь AD, а затем опускается вниз, двигаясь вдоль линии DCB. Что касается линии АВ, то она представляет собой линию атмосферного давления. Линии тока пересекают кривую АВ.

Выше поверхности менисков CD поры грунта частично заполнены воздухом, частично так называемой пленочной водой; количество ее кверху уменьшается. При фильтрационных расчетах земляных плотин капиллярной и пленочной водой обычно пренебрегают. Однако при проектировании тела плотины наличие такой воды в порах всегда следует учитывать.

В зависимости от размеров пор грунта максимальная высота капиллярного поднятия может быть различной: для мелкопесчаных грунтов, например, до 0,5. 1,0 м, для глинистых — значительно больше.

Анализируя работу земляной плотины, видим, что скелет ее грунта находится под постоянным воздействием фильтрационного потока. Если, например, при строительстве плотины грунт будет недостаточно уплотнен, то в теле плотины могут раскрыться сосредоточенные ходы фильтрации и плотина может разрушиться (размыться фильтрационным потоком). Глухая земляная плотина может разрушиться также в связи с переливом воды через ее гребень (если отметка гребня плотины назначена неправильно) или в результате оползания откосов, находящихся под воздействием фильтрационных сил (если эти откосы устроены недостаточно пологими), и по ряду других причин, являющихся специфичными для работы тела плотины.

Все эти обстоятельства заставляют смотреть на земляную плотину как на сооружение, принципиально отличающееся от других земляных сооружений, например железнодорожных дамб (насыпей) и т. п.

Надо учитывать, что в связи с поясненными выше обстоятельствами стоимость 1 м3 грунта, укладываемого в тело плотины, всегда значительно выше стоимости 1 м3 грунта, отсыпаемого в тело земляного сооружения, не сдерживающего напор воды.

Будем называть (см. рис. 2.1,д) коэффициентом откоса, характеризующую крутизну откоса,— уклоном откоса. Длина именуется заложением откоса. Превышение Нпл гребня плотины над дном котлована называют высотой плотины, а разность Z уровней воды верхнего и нижнего бьефов — напором на плотине; при отсутствии воды в нижнем бьефе Z — это превышение уровня воды в верхнем бьефе над поверхностью земли в нижнем бьефе.

Откосы земляных плотин достаточно пологи. Поэтому на приводимые ниже схемы поперечного сечения земляных плотин, где эти плотины представлены с коэффициентом откоса т = 1,0. . 1,5, следует смотреть как на условные (безмасштабные) схемы.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГРУНТОВЫХ ПЛОТИН

Асфальтобетонное покрытие для грунтовых плотин и водохранилищ

СВОЙСТВА И КОНСТРУКЦИЯ

Асфальтобетонное покрытие — одна из разновидностей гидроизоляционных экранов, применяемая при проектировании противофильтрационных элементов грунтовых плотин и гидроизоляционных покрытий доньев водохранилищ. В сравнении с другими решениями по гидроизоляции гидротехнических сооружений экран из асфальтобетона характеризуется рядом преимуществ:
– гибкость и деформируемость;
– невосприимчивость к большому перепаду температур;
– хорошая сопротивляемость ультрафиолетовому (солнечному) излучению;
– общая высокая эксплуатационная надежность;
– относительно низкая стоимость возведения;
– низкая стоимость ремонтно-восстановительных работ;

Указанные преимущества асфальтобетонного покрытия позволяют проектировать данный тип противофильтрационного элемента для исключительно больших площадей. Известны примеры реализованных проектов с укладкой асфальтобетонной гидроизоляции на откосы дамб и донья водохранилищ с общей площадью 1 км 2 (100 га) и более (мелиоративное водохранилище в Ливии и др.).

Применяемая асфальтобетонная смесь включает следующие компоненты: битум, песок и щебень. Конкретные физико-механические свойства получаемой смеси зависят от соотношения компонентов и их марки (в первую очередь — марки битума).

Собственно асфальтобетонное покрытие обычно выполняется из двух слоёв:
– биндерный слой — выполняет связующие функции, характеризуется малой плотностью и большей пористостью;
– основной слой — выполняет герметизирующие функции, характеризуется повышенной плотностью и малой пористостью;
– слой горячей битумной мастики.

Схема асфальтобетонного покрытия верхового откоса грунтовой плотины и ложа водохранилища

Толщина асфальтового материала зависит от проектного гидростатического давления. К примеру, при глубине 20―30 м ориентировочная толщина основного слоя асфальтобетона может находиться в диапазоне 50―70 мм. Толщина биндерного слоя обычно равна или несколько превышает толщину основного слоя. Толщина облицовочной битумной мастики составляет 1―2 мм.

Укладка слоев асфальтобетонного покрытия на откосе производится на подготовленное и выровненное основание и дренажный слой. Для получения качественного основания в проекте обычно назначается уплотнение тела плотины или дамбы (а в случае дна водохранилища или бассейна — коренного грунта основания) до коэффициента уплотнения не менее 0,95. Дренажный слой необходим для обеспечения отвода воды, профильтровавшейся через асфальтобетонный экран, в дренажную систему. Обычно данный слой выполняется в виде последовательной отсыпки по откосу (или дну) двух материалов: щебня и песка. Толщина каждого такого слоя принимается равной в пределах 100―300 мм.

Укладка асфальтобетона сильно осложняется необходимостью проведения строительных работ на откосах. С этой целью для всей специальной техники — асфальтоукладчиков, транспортеров асфальтобетона и дорожных виброкатков — в обязательном порядке требуется дополнительное крепление канатами к верхней отметке (гребню) сооружения. Для этого на гребне устанавливаются передвижные лебедки.

Сопряжение асфальтобетонного экрана с другими капитальными конструкциями из монолитного железобетона ( подпорными стенами , водосбросами ) выполняется посредством деформационных швов. Полость такого шва заполняется битумной мастикой, а в качестве основного гидроизоляционного элемента используются шпонки из нержавеющей стали или меди, с гибкой центральной вставкой.

ЭКСПЛУАТАЦИЯ

Асфальтобетонное покрытие характеризуется достаточно высокой степенью надежности и показало себя в качестве эффективного гидроизоляционного решения для напорных гидротехнических сооружений. Вместе с тем можно выделить ряд дефектов, проявляющихся у асфальтобетонных экранов в ходе длительной эксплуатации:
1) отслоение основного гидроизоляционного слоя от подстилающего его биндерного слоя — возникает в случае проникновения воды из водохранилища через основной слой покрытия; основной причиной такого типа повреждения асфальтобетона является низкое качество первоначальных строительных работ;
2) деструкция асфальтового материала — возникает в зоне переменного уровня воды, характеризующегося условиями частого чередования между воздушной и водной средами при одновременном действии перепадов температуры; в ходе длительной эксплуатации объекта (не менее 20―30 лет) материал основного слоя асфальтобетона, расположенного в зоне переменного уровня, теряет эластичность, становится ломким и в нем развиваются активные процессы растрескивания.

Проект ремонта или реконструкции асфальтобетонных покрытий обычно предусматривает в качестве основного решения замену всей толщи асфальтобетона (основного и биндерного слоев) на участках его интенсивного повреждения. Асфальтобетон на демонтируемом участке вырезается фрезой и утилизируется, а на его место укладываются новые основной и биндерный слои гидроизоляционного покрытия. Все строительные работы ведутся насухо, с частичным опорожнением водоёма.