Бетонная плотина на скальном основании

(19) (111 СОКИ СОВЕТСНИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 047 02 В 7 10 МИТЕТ СССРЙ ИОТНРЫТИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ДЕЛАМ ИЗОБ РЕТЕНИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ ТЕЛЬСТВУ 4 в(56) 1. Авторское свидетельство СССР470570, кл. Е 02 В 7/06, 1972.2. Авторское свидетельство СССР по заявке3274037/29-15, кл. Е 02 В 7/00, 10.04.81.(54) (57) 1, БЕТОННАЯ ПЛОТИНА НА СКАЛЬНОМ ОСНОВАНИИ, включающая наклонную плиту, выполненную из упругодеформируемого материала и расположенную внутри скального основания от участка сопряжения верховой грани плотины с основанием наклонно в сторону нижнего бьефа через участок максимальных растягивающих напряжений, отличающаяся тем, что, с целью улучшения напряженно-деформируемого.состояния плотины путем управляемого воздействия силами противодавления с верховой стороны основания и уменьшения вымывания растворимых и тонкодисперсных частиц основания, наклонная плита выполнена из гидроизолирующего материала, а внутри нее и в направлении ее плоскости устроен фильтрующий слой, соединенный с водохранилищем, при этом фильтрующий слой снабжен водооттоком, а водоотток - регулируемыми заслонками.2. Плотина по п. 1, отличающаяся тем,что, с целью уменьшения непроизводительных потерь воды из водохранилища и уменьшения гидравлической нагрузки на водо- отток, фильтрующий слой снабжен полыми водозаборными элементами, оснащенными регулируемыми заслонками и соединяющими фильтрующий слой с водохранилищем.3. Плотина по п. 2, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения кольматации фильтрующего слоя, водозаборную поверхность полых водозаборных элементов устраивают выше уровня прогнозируемых наносов в водохр анил и ще1030471 5 0 15 20 25 50 Изобретение относится к строительству бетонных плотин на скальном основании, передающих часть усилий на борта створа и обладающих в различные периоды строительства и эксплуатации наличием растягивающих напряжений вблизи примыкания верховой грани к основанию. Такие растягивающие напряжения уменьшают путем дополнительного обжатия телаплотины при использовании механическихсредств или усилиями противодавления. Использование усилий противодавления дляэтих целей осуществляют путем внесенияконструктивных мероприятий в само сооружение или же в зону основания, примыкающую к плотине,Известна земляная плотина на водонасыщенном основании с устройством под ееядром вертикальных дрен, соединенных с горизонтальными трубами, Регулируя работуводовыпусков на таких трубах можно менять по времени величины осадок ядра плотины. Этот принцип можно применять ипри воздействии бетонной плотины на скальном основании, однако в этом случае речьпойдет не о регулировании осадок, а о регулировании воздействия сил противодавления на плотину 1.Недостатком для бетонной плотины наскальном основании является то, что наличие противодавления под плотиной предусматривает и наличие фильтрации, котораявызывает вымывание растворимых и тонкодисперсных частиц основания. Это можетпривести к потере несущей способности основания и к его последующему разрушению.Наиболее близким к предлагаемому изобретению является бетонная плотина наскальном основании, включающая наклонную плиту, выполненную из упругодеформируемого материала и расположенную внутрискального основания от участка сопряжения верховой грани плотины с основаниемнаклонно в сторону нижнего бьефа черезучасток максимальных растягивающих на-.пряжений 2.Таким образом, можно организовать искусственное воздействие сил противодавления на бетонную плотину за счет фронтафильтрационного потока, действующего нанижнюю плоскость наклонной плиты 2,Однако в известной плотине силовоевоздействие на сооружения подземного контура фильтрационного потока нерегулируемо, и, кроме того, оно связано с увеличением фильтрационных расходов и сопутствующему этому расходу вымыванию из основания растворимых и тонкодисперсных частиц.Цель изобретения - улучшение напряженно-деформированного состояния плотины путем управляемого воздействия силами противодавления с верховой стороны основания и уменьшение вымывания растворимых тонкодисперсных частиц основания. гЭта цель достигается тем, что, в бетонной плотине на скальном основании, включающей наклонную плиту, выполненную из упругодеформируемого материала и расположенную внутри скального основания отучастка сопряжения верховой грани плотины с основанием наклонно в сторону нижнего бьефа через участок максимальных растягивающих напряжений, наклонная плита выполнена из гидроизолирующего материала, а внутри нее и в направлении ее плоскости устроен фильтрующий слой, соединенный с водохранилищем, при этом фильтрующий слой снабжен водооттоком, а водоотток - регулируемыми заслонками.При этом, с целью уменьшения непроизводительных потерь воды из водохранилища и уменьшения гидравлической нагрузки на водоотток, фильтрующий слой может быть снабжен полыми водозаборными элементами, оснащенными регулируемыми заслонками и соединяющими фильтрующий слой с водохранилищем.Кроме того, с целью уменьшения кольматации фильтрующего слоя, водозаборная поверхность полых водозаборных элементов может быть устроена выше уровня прогнозируемых наносов в водохранилище,На фиг. 1 показана бетонная плотина счастью основания, примыкающей к ней, вертикальное сечение; на фиг. 2 - увеличенный в масштабе узел сопряжения бетонной плохо тины с сооружениями, подземного контура;на фиг. 3 - бетонная плотина, возводимая на основании, обладающим значительной фильтрационной способностью даже после проведения противофильтрационных мероприятий; на фиг. 4 - то же, с основанием, З 5 не нуждающимся в противофильтрационнойзавесе и дренаже; на фиг. 5 - то же, у которой полый водозаборный элемент вынесен за пределы плотины и водохранилище; на фиг. б - то же, в которой устроена одна общая галерея для сбора водного потока и из дренажа и из водооттока.К основаниям, обладающим значительной фильтрационной способностью даже после проведения протифофильтрационных ме-, роприятий, относятся те, которые рассече ны многочисленными мелками трещинами,раскрытыми менее 0,1 мм и трудно поддаются инъектированию традиционными средствами. В этом случае для исключения возможной фильтрации воды через основание из водохранилища в нижний бьеф могут быть устроены две системы противофильтрационных завес, ограничивающих сооружения под земного контура: верховая противофильтрационная завеса, находящаяся в примыкании к наклонной плите со стороны верхнего бьефа, и низовая противофильтрационная завеса, примыкающая к наклонной плите со стороны нижнего бьефа.Бетонная плотина 1 включает скальное основание 2, противофильтрационную завесу 3, наклонную плиту 4, фильтрующий слой 5 наклонной плиты, верхний слой 6 наклонной плиты, нижний слой 7 наклонной плиты;й верхнюю пробку 8 наклонной плиты, нижнюю пробку 9 наклонной плиты, дренаж 10, водоотток 11, заслонку 12 на водооттоке, эластичный обсадной элемент 13 дренажа, эластичный обсадной элемент 14 водооттока, полый водозаборный элемент 15 и заслонку 16 на полом водозабррном элементе. 5 10Бетонная плотина 1 опирается на скальное основание 2В скальном основании 2 устроена противофильтрационная завеса 3 и наклонная плита 4, расположенная в плоскости наибольших растягивающих напряжений от участка сопряжения верховой грани плотины с основанием наклонно в сторону нижнего бьефа. Наклонная плита 4 включает 20 фильтрующий слой 5, расположенный внутри самой плиты и в ее плоскости, верхний слой 6, ограничивающий верхнюю плоскость фильтрующего слоя 5, и нижний слой 7 ограничивающий нижнюю плоскость фильтрующего слоя 5. В наклонную плиту 4 могут также входить верхняя пробка 8, ограничивающая от водохранилища фильтрующий слой 5 и нижняя пробка 9, ограничивающая от фильтрующего слоя 5 породы основания.30Через наклонную плиту 4 проходит дренаж 10, обеспечивающий отвод фильтрационного потока из пород основания, расположенных ниже наклонной плиты 4. Водный поток из. фильтрующего слоя 5 отводят посредством водооттока 11, снабженного в зоне дренажной или смотровой галереи бетонной плотины 1 регулируемыми заслон ками 12.Дренаж 10 снабжен в зоне прохождениячерез наклонную плиту 4 эластичными водонепроводящими обсадными элементами 13, 40 а водоотток 11 - такими же обсадными элементами 14 в зоне верхнего слоя 6 наклонной плиты 4.Поступление водного потока в фильтруюший слой 5 из водохранилища может обеспечиваться непосредственным контак 45 том водохранилища и фильтрующего слоя 5 или же за счет использования полых водозаборных элементов 15, снабженных регулируемыми заслонками 16. Эти полые водозаборные элементы 15 располагают внутри верхней пробки 8 наклонной плиты 4 с вы 50 ходом в водохранилище или же с выходом в водохранилище через породы основания, находящиеся непосредственно под плотиной и телом самой плотины. Водоввод в полые водозаборные элементы 15 из водохранилища может обеспечиваться на уровне, превышающем уровень прогнозируемых наносов в водохранилище. Сооружение предлагаемой плотины осуществляют следующим образом.По створу будущей плотины 1 в скальном основании 2 возводят при необходимости противофильтрационную завесу 3, а также наклонную плиту 4, используя для этого известные приемы.С этой целью в основании 2 бурят скважины, проходящие по оси расчетной противофильтрационной завесы и через расчетный контур будущей наклонной плиты 4, Используя пробуренные скважины, инъектируют противофильтрационную завесу 3 от отметок водоупора до нижних отметок будущей наклонной плиты 4. Возведение наклонной плиты 4 осуществляют путем разрыхления посредством, например, подземных взрывов, пород основания, находящихся в контуре наклонной плиты 4, и последующего инъектирования гидроизолирующим и упругодеформируемым материалом, в частности полиуретановыми смолами, р рыхленных пород.Фильтрующий слой 5 создают следующим образом.По средней поверхности наклонной плиты 4 и вдоль ее плоскости бурят от дневной поверхности наклонные скважины до расчетных отметок заложения будущего фильтрующего слоя 5.В пробуренные скважины под давлением подают материал, служащий основой фильтрующего слоя 5. Таким материалом может быть, например, фракционированный инертный заполнитель,Для увеличения флотационной подвижности инъектируемого материала применяют, например, раствор тиксотропной жидкости с такой концентрацией, которая позволяла бы инъектируемому материалу быть во взвешенном состоянии в период транспортировки и формирования фильтрующего слоя 5. Такую концентрацию раствора определяют предварительно экспериментально- аналитическим путем. Формирование фильтруюшего слоя 5 и заполнение его фильтрующим материалом производят при разрыве межскважи нных промежутков и их последующего смыкания, что достигается созданием избыточного давления при инъектировании.Раствор тиксотропной жидкости впоследствии отгоняют промывкой фильтруюшего слоя 5. Внешние контуры плоскости фильтруюшего слоя 5 ограничены верхним 6 и нижним 7 слоями, которые образуются при разрыве наклонной плиты 4 фильтрующим слоем 5. Зону сопряжения фильтруюшего слоя 5 с водохранилищем, т. е. верхнюю часть этого слоя, можно заделывать верхней пробкой 8, создаваемой путем укладки в заранее созданную полость материала, обладающего гидроизолирующими и упругодеформируемыми свойствами.1030471 45 50 55 5Зону сопряжения нижней части фильтруюшего слоя 5 с породами основания можно ограничивать нижней пробкой 9, которая фактически является общим элементом и верхнего 6 и,нижнего 7 слоев наклонной плиты 4, Для бетонных плотин, имеющих наклонную плиту 4, простирающуюся на значительную глубину или имеющую сложную форму, фильтруюший слой 5, а также и другие элементы наклонной плиты 4 могут выполняться иначе, а именно от днев ной поверхности основания бурят скважины, проходящие вертикально или с незначительным отклонением от вертикали, и оканчивающиеся на нижних отметках плоскости будущей наклонной плиты 4, используя пробуренные скважины, размещают на отметках элементов наклонной плиты 4 источники, например, взрывчатого вещества и, инициируя их, разрыхляют породу, входяшую в контур будущей наклонной плиты 4 ин ьектируют соответствующими материалами элементы наклонной плиты 4. 20После завершения устройства элементов наклонной плиты 4 сооружают дренажО, проходяший через наклонную плиту 4, и водоотток 11, проходящий в фильтруюший слой 5 наклонной плиты 4. Дренаж 10 может быть устроен в виде пробуренных дрен, перехватывающих возможный фильтрационный поток из пород основания, находящихся ниже уровня наклонной плиты 4, а водоотток 11 - в виде обсадных труб, размещаемых в заранее пробуренных скважинах. И дренаж 10 и водоотток 11 размещают по расчетным осям, проходящим через инвентарные галереи будущей плотины. Водоотток 11 снабжают при строительстве . плотины регулируемыми заслонками 12, размещаемыми в зоне указанных галерей.В. зоне наибольших деформаций растяжения под бетонной плотиной, т. е. в зоне наклонной плиты 4, указанные дренаж 10 и водоотток 11 снабжают эластичными обсадными элементами, выполненными, например, из полиамидных или полиэфирных ком позиций. При этом дренаж 1 О, проходящий через всю толщу наклонной плиты 4, снабжают такими элементами по зоне прохождения через наклонную плиту 4, а водоотток 11, проходящий в фильтруюший слой 5 через верхний слой наклонной плиты, снабжают такими элементами только в зоне прохождения через верхний слой 6.Такие же обсадные элементы могут быть устроены и в сопряжении участков водооттока 11 с контактом плотина в основан. При наличии верхней пробки 8 в системе элементов наклонной плиты 4 связь фильтруюшего слоя 5 с водохранилишем можно обеспечить за счет устройства полых водозаборных элементов 15, снабженных регулируемыми заслонками 16.Эти полые водозаборные элементы 15 могут быть устроены как за пределами тела плотины, так и внутри тела плотины с последуюшим выходом в водохранилище,В первом случае регулируемые заслонки 16 располагают в верхнем бьефе и снабжают регулируемые заслонки 16 дистанционной системой управления, а во втором случае - системой непосредственного регулирования из инвентарных галерей плотины.В целях уменьшения кольматации фильтруюшего слоя 5, водозаборная поверхность полых водозаборных элементов 15 может быть устроена выше уровня прогнозируемых наносов в водохранилище. Для этого полые водозаборные элементы 15 выполняемые в виде сборных бетонных или железобетонных секций, в случае их размещения за пределами плотины соответственно удлиняют по высоте, в случае размешения полых водозаборных элементов внутри тела плотины устраивают их выход в водохранилище на отметках, превышающих уровень прогнозируемых наносов, а в зоне прохождения этих элементов через контакт плотина - основание обеспечивают обсадными эластичными элементами.После завершения устройства сооружений подземного контура и узлов, обеспечивающих их функционирование, возводят бетонную плотину.Реализация функции предлагаемого технического решения может быть осуществлена как в период возведения сооружения, так и при его эксплуатации.До заполнения водохранилища вблизи контакта плотины с основанием по верховой грани плотины имеют место сжимаю. щие напряжения, которые по мере заполнения водохранилища уменьшаются по абсолютной величине, приближаясь к растягиваюшим, а иногда и переходящие в растягиваюшие.Обеспечивая поступление фильтрационного потока, из водохранилища в фильтрующий слой наклонной плиты при закрытых заслонках на водооттоке обеспечивают возможность возникновения в фильтрую щем слое. Это противодавление, интенсивность которого соответствует высоте столба воды, вызывает усилия, действующие нормально к плоскости наклонной плиты. В результате этого произойдет дополнительное обжатие плотины по контуру верховой грани и общее улучшение напряженно-деформированного состоянии плотины.Регулируя заслонками на водооттоке, величину противодавления в фильтруюшем слое достигают благоприятного напряженно-деформированного состояния в плотине.Такое силовое воздействие на плотину со стороны основания увеличивает значение горизонтальной составляющей в контакте плотина - основание, поэтому такое техническое решение применимо в основном к таким плотинам, у которых часть усилий передается на берега, т. е. к плотинам арочным и арочно-гравитационным.Использование изобретения позволит улучшить напряженно-деформированное состояние бетонной плотяны на различных этапах ее возведения и эксплуатации. Оно может иметь существенное значение при поэтапном вводе строящейся плотины в эксплуатацию, т. е. позволяет перед возведением последующей очереди плотины напрягать уже возведенную для улучшения контакта в швах межочередных секций и формировать плотину как единое целое. Изобретение позволяет также улучшить взаимную адаптацию плотины и основания, уменьшая вымывание из основания растворимых н тонкодисперсных частиц и компенсируя возможные подвижки основания в первые годы эксплуатации сооружения.В. Казакос Составитель Техред И Вер Тираж 673 осударственного а м изобретений на, Ж - 35, Рау атент, г. УжгоН. Рогулич 7/32 ВНИИПИ Г по дел 113035, Моск Филиал ППП Пе Корректор,Л. БокшаПодписноекомитета СССРи открытийшская наб., д. 4/5род, ул. Проектная, 4