Способы перекрытия и области их применения
Перекрытие русла реки при строительстве речного гидроузла является одним из сложных этапов работ в общей схеме пропуска строительных расходов. Сущность процесса перекрытия заключается в переключении расходов воды в реке на заранее подготовленный на I этапе водоотводящий тракт (различные отверстия, туннели, каналы) путем постепенного или мгновенного завала русла различного рода материалами (песчаногравелистой смесью, горной массой, сортировочным камнем, специальными бетонными элементами (кубами, тетраядрами и др.), (рис. 2.13).
Перекрытие русла осуществляется следующими способами (рис. 2.14): фронтальной отсыпкой каменного банкета в текущую воду (фронтальный способ); пионерной отсыпкой каменного банкета в текущую воду (пионерный способ); намывом песчано-гравийного грунта средствами гидромеханизации (намывной способ); мгновенным обрушением в русло земляных или горных масс (способ направленного взрыва); прочими специальными способами (сбрасыванием крупных бетонных массивов или их опрокидыванием, затоплением плавучих конструкций, забивкой шпунтовых рядов, погружением плетневых или соломенных тюфяков и т. д.).
Наиболее распространенными способами перекрытия русла реки являются фронтальный и пионерный способы отсыпки каменного банкета в воду. Сложность перекрытия при применении этих способов зависит в основном от двух факторов: максимальной скорости потока в проране У макс и максимальной удельной мощности потока
Таким образом, максимальные скорости при фронтальном перекрытии значительно ниже, чем при пионерном (при одинаковых конечных перепадах DZKOH). Поэтому он имеет преимущество для применения при перекрытии рек, у которых в русле залегают легкоразмываемые грунты. Но его применение усложняется необходимостью устройства моста через проран для отсыпки банкета. При применении пионерного способа перекрытия, наоборот, утяжеляются гидравлические условия в русле, но упрощаются организация и производство работ, не требуется устройства моста.
Выбор способа перекрытия в принципе должен осуществляться на основе техникоэкономического сравнения вариантов.
Наибольшее влияние на выбор способа перекрытия оказывают природные геологические и гидрологические условия в створе перекрытия. От гидрологических
Сроки перекрытия русла приурочиваются к меженным периодам и обычно устанавливаются в конце судоходного периода в осенне-зимние месяцы.
Расчеты перекрытия русла
Обоснование варианта перекрытия русла должно сопровождаться рядом соответствующих расчетов.
В целом гидравлические и иные расчеты для обоснования перекрытия русла включают в себя: определение допустимого предварительного стеснения русла реки до раскрытия перемычек; определение конечного перепада на банкете Акон; контроль за изменением гидравлических характеристик потока (расхода Q, перепадов AZ, скоростей в проране, полной и удельной мощностей потока N и N°) в проране и на сооружениях в процессе перекрытия; определение крупности камня, необходимого для закрытия прорана на разных стадиях; определение объема камня различной крупности.
Все эти расчеты выполняются с использованием законов гидравлики и программ на ЭВМ.
Организация работ по перекрытию русла
Перекрытие русла можно разбить на следующие стадии: подготовительную, предварительного стеснения русла, перекрытия прорана и заключительную.
На подготовительной стадии осуществляются работы по организации складов материалов, по устройству дорог (а при необходимости и мостов) от складов к створу перекрытия, по подготовке транспортных и погрузочных средств, по устройству освещения района перекрытия, по организации гидрологической службы и другие работы, обеспечивающие успешное и своевременное перекрытие русла. Эти работы выполняются за 1-2 мес. до перекрытия прорана параллельно с основными работами по возведению сооружений в котловане 1-й очереди.
Предварительное стеснение русла предусматривает сужение перекрываемого русла до допустимых по условиям судоходства и размыва русла с сохранением расчетного прорана. Это стеснение русла при всех способах перекрытия осуществляется пионерной отсыпкой каменного банкета с берегов (с одного или двух) или намывом песчаногравелистого грунта.
Для улучшения условий перекрытия при легкоразмываемых грунтах в русле предусматривается предварительное крепление дна малоразмываемым грунтом (как правило, горной массой или камнем) путем отсыпки этого грунта с плавсредств. Крепление осуществляется по всей ширине прорана на 5-10 м вверх и на 50-100 м вниз по течению от оси банкета в зависимости от грунтов основания и условий их размыва при стеснении русла.
Во избежание последующего размыва толщина крепления должна быть не менее 3 диаметров отсыпаемого камня. Параллельно с этими работами на данной стадии осуществляются подготовка всего водоотводящего тракта в котловане 1-й очереди и обжатие перемычек.
Перекрытие прорана русла-наиболее ответственный момент во всем этапе перекрытия и, начинается с разборки перемычек 1-й очереди, затопления котлована и переключения части расхода из русла на водосбросные сооружения. При этом особое внимание здесь следует уделить тщательности разборки перемычек до проектных размеров. При недостаточной разборке перемычек общий перепад при перекрытии может значительно превышать основной расчетный перепад на сооружении, что усложняет перекрытие.
После раскрытия перемычек часть расходов переключается на водосбросные сооружения, расходы, перепады и скорости в русле падают, что дает возможность начинать перекрытие прорана тем же материалом, который использовался в банкете при предварительном стеснении (обычно-горная масса). Так как скорость в проране после начала отсыпки постепенно увеличивается по мере сужения прорана и увеличения перепада, для отсыпки на разных стадиях перекрытия должен в принципе применяться материал разной крупности. Однако на практике чаще всего применяют два вида материалов. На начальном этапе применяется горная масса, а на заключительном- крупный камень (негабариты) и различные бетонные элементы (кубы, тетраэдры, железобетонные ежи и др.). Чем выше перепад при перекрытии и удельные мощности потоков, тем в принципе крупнее должны быть отсыпаемые элементы.
При перекрытии рек со слаборазмываемыми и неразмываемыми руслами перепады достигают значительных величин. Так, при пионерном перекрытии Ангары в створе Усть- Илимской ГЭС максимальный перепад достигал 3,82 м при расходе 2970 м3А и удельной мощности потока 900 кВт. Для перекрытия прорана на последнем этапе здесь применялись связки негабаритов общей массой до 25 т. При перекрытии р. Чирчик (Чарвакская ГЭС) перепад достигал 4,2 м, а рек Вилюй (Вилюйская ГЭС) и Нарын (Токтогульская ГЭС), соответственно, 5 и 7,32 м. На Чарвакской ГЭС применялся крупный камень до 1 м, негабариты и бетонные массивы до 10 т, на Вилюйской ГЭС - крупноглыбовый камень массой до 25 т, а на Токтогульской ГЭС - бетонные тетраэдры массой 10 т и каменные глыбы до 25 т.
Для уменьшения перепадов и скоростей в проране при пионерном способе возможно применять двухбанкетные схемы перекрытия, рассредоточивая общий перепад на два банкета.
При фронтальном способе дополнительным элементом организации перекрытия прорана является необходимость устройства транспортных коммуникаций для возможности отсыпки материала одновременно по всей ширине прорана. Обычно для этих целей устраиваются наплавные мосты (рис. 2.18). Иногда применяются канатные дороги, кабель-краны и стационарные мосты. Отсыпка материалов с мостов осуществляется с помощью автосамосвалов с торцевой или бортовой разгрузкой, для чего они специально должны быть подготовлены. Ширина мостов должна обеспечивать свободное маневрирование транспортом при разгрузке камня. При торцевой разгрузке автосамосвалов грузоподъемностью 5-15 т она составляет 18-20 м, при бортовой разгрузке-10-12 м. Отсыпка должна производиться равномерно по всей ширине прорана во избежание неравномерности размыва русла, поэтому отсыпка с мостов требует непрерывной организации промеров отсыпаемых слоев и четкого регулирования движения машин к местам отсыпки по результатам промеров. Интенсивность отсыпки при перекрытии больших рек доходит до 1000-1300 м/ч (Волжская им. XXII съезда КПСС, Саратовская, Красноярская ГЭС), а количество рейсов автомашин-до 360 в час (Саратовская ГЭС).
Так же как при пионерном способе, на начальном этапе для отсыпки используется горная масса, а на конечном-негабариты и бетонные элементы. Так, на перекрытиях русел при строительстве Камской и Воткинской ГЭС с перепадами, соответственно, 1,4 и 1 м применялись бетонные кубы массой до 5 т, Волжских ГЭС с перепадами до 2 м- бетонные тетраэдры массой до 10 т, а Горьковской ГЭС с перепадом 0,9 м-бетонные кубы массой до 5 т и железобетонные ежи массой 0,6 т.
На заключительной стадии после непосредственного перекрытия прорана осуществляют досыпку банкета до проектного профиля требуемой конструкции. Банкет перекрытия входит обычно в состав низового дренажного банкета плотины с соответствующими фильтрами и располагается на его месте.
В случае наличия котлована 2-й очереди банкет перекрытия, как правило, входит в состав будущей поперечной верховой перемычки и располагается на ее месте. В этом случае сразу после перекрытия осуществляется возведение этой перемычки до отметок, соответствующих уровню воды при перекрытии, а в дальнейшем (к паводку) до отметок, соответствующих пропуску расчетного строительного расхода. Параллельно возводится низовая поперечная перемычка.
Так как перекрытие осуществляется обычно поздней осенью, очень важно на этом этапе быстро и своевременно организовать котлован 2-й очереди и до наступления холодов осуществить его откачку и выемку рыхлых грунтов. В противном случае разработка насыщенных песчано-гравелистых грунтов после их промерзания значительно усложнит и удорожит разработку котлована в зимних условиях.
Примером перекрытия крупных рек в последний период является перекрытие р. Янцзы на строительстве гидроузла «Три ущелья» в Китае. Перекрытие реки было осуществлено в ноябре 1997 г. И происходило при условиях, которых не знала практика мирового гидростроительства.
Одним из существенных особенностей перекрытия в створе гидроузла является большая глубина реки; максимальная глубина достигала 60 м, что усложнило производство работ. Проект перекрытия предусматривал одновременное стеснение русла с обоих берегов реки с использованием самосвалов грузоподъемностью 44 - 77 т. Ширина перемычки (банкета) поверху составляла 30 м, что дало возможность одновременной работы трёх самосвалов параллельно. В результате была достигнута интенсивность отсыпки породы 194 000 куб.м/сут, или 17 100 куб.м/ч. Всего в проран было отсыпано 208 000 куб.м скальной породы. Ширина прорана 40 м, глубина 60 м.
Фактический расход реки при перекрытии составил 11 600 куб.м/с, максимальный перепад 0,66 м, максимальная скорость течения 4,22 м/с. Пропуск расходов при перекрытии осуществлялся через 23 донных водосброса сечением 79 м в водосливных секциях плотины. В целом плотина рассчитана на пропуск в период эксплуатации расхода 0,1 % равного 116 000 куб.м/с с проверкой на пропуск расхода 0,01 %. Общая длина водосливных секций плотины 483 м. В плотине расположено 23 донных водосброса сечением 79 м и 22 поверхностных водосброса при ширине пролета 8 м.
5.14. Лессовидные, песчано-гравелисто-галечниковые и моренные грунты разрешается укладывать послойно с уплотнением механическими средствами (укатка, трамбование и т.п.), а также путем послойном отсыпки в воду - в прудки, специально устраиваемые при возведении сооружения, и в естественные водоемы, без постройки перемычек и организации водоотлива. При этом подготовка дна естественного водоема определяется проектом производства работ и требованиями СНиП 2.06.05-84. Отсыпка грунта в естественный водоем без устройства перемычек допускается только при отсутствии скоростей, способных размывать и уносить мелкие фракции грунта.
Возведение сооружений способом отсыпки грунта в воду в искусственные прудки должно производиться отдельными картами, размеры и объемы которых определяются производительностью оборудования и установленной интенсивностью отсыпки грунта. Границы карт укладываемого слоя, фиксированные дамбами обвалования, необходимо смещать относительно границ ранее уложенного слоя на расстояние, устанавливаемое по толщине отсыпаемых слоев. Оно должно составлять не менее двух размеров ширины дамб обвалования.
Толщина слоев при отсыпке грунта в воду устанавливается проектом или техническими условиями в зависимости от характера грунта, интенсивности его отсыпки, грузоподъемности транспортных машин, типа и размеров сооружения.
При назначении высоты слоя отсыпки в зависимости от гранулометрического состава грунта, рекомендуется пользоваться графиком (рис. 3), построенным по данным таблицы 13.
Рис. 3. Кривые гранулометрических составов грунтов, применяемых при возведении различных типов сооружений
Кривые I-II ограничивают область грунтов, рекомендуемых для укладки в понуры, экраны и ядра слоями не более 2 м; кривые II-III ограничивают область грунтов, рекомендуемых для укладки в экраны , ядра и однородные плотины слоями 2-4 м;
1 - земляная плотина Нива ГЭС-1; 2 - земляная плотина Княжегубской ГЭС; 3 - Верхне-Туломская плотина; 4 - Вилюйская плотина; 5 - ядро плотины Иркутской ГЭС; 6 - понур и экран Ириклинской плотины; 7 - ядро плотины Серебрянской ГЭС-1; 8 - Хантайская плотина;
9
- понур плотины Волгоградской ГЭС; 10
- земляная плотина Хишрау ГЭС; 11
- перемычка Нурекской плотины; 12
- земляная плотина Болгар-Чай; 13
- экран перемычки и опытная площадка Чебоксарской плотины; 14
- экран плотины Перепадной ГЭС.
Ориентировочные значения высоты слоя отсыпки следующие: при возведении сооружений из песчано-гравелистых грунтов высота слоя отсыпки должна приниматься от 4 до 10 м, для песков и супесей - до 4 м. При возведении сооружений из суглинков высота слоя отсыпки не должна превышать 2 м, для глин - не более 1 м.
Пригодность того или иного вида грунта для его отсыпки в воду определяется проектом. Отсыпка грунта в воду должна производиться с соблюдением специальных технических условий (см. "Руководство по возведению грунтовых сооружений способом отсыпки грунтов в воду", П 22-74/ВНИИГ, 1975).
5.15. На месте отсыпки грунта в карты должен находиться представитель грунтовой лаборатории (полевой контрольный пост). Он следит за качеством привозимого грунта, за равномерностью отсыпки грунта по фронту возводимой карты и за правильным движением транспортных средств по уложенному грунту.
5.16. Подготовка основания сооружения, установка реперов, разбивка на карты, отсыпка дамбы обвалования, заполнение прудков водой и другие подготовительные работы проверяются комиссией с участием представителей проектных и строительных организаций и службы геотехконтроля и по мере их готовности принимаются по акту приемки-сдачи.
5.17. При отсыпке в воду необходимо обеспечить равномерную укладку грунта по фронту возводимой карты, при этом достигается постоянство водонасыщения уложенного грунта. Необходимо задавать такую интенсивность отсыпки грунтов в воду, при которой исключается возможность их переувлажнения , свободного размокания и набухания, обеспечиваются заданное увлажнение грунтов и достаточно высокая плотность по завершении процесса уплотнения грунта в сооружении.
Отсыпка должна производиться непрерывно до полного заполнения карты грунтом. В случае вынужденного перерыва с остановкой работ на 4 ч и более вода из прудка подлежит удалению.
К концу отсыпки грунта в каждой карте образуется некоторое количество разжиженного грунта, поэтому перед окончанием заполнения карты уровень прудка необходимо резко снизить, проводя разгрузку грунта из последних 15-20 автосамосвалов в разжиженный грунт.
Особенное внимание должно уделяться: соблюдению проектной толщины слоя отсыпки, равномерному начальному уплотнению грунта движущимся транспортом, поддержанию заданной глубины воды в прудке и водонасыщению укладываемого грунта.
5.18. Для возведения сооружений способом отсыпки грунтов в воду пригодны грунты любой степени комковатости от однородного в порошкообразном состоянии до крупного из комьев, трудно поддающихся механическому дроблению. При механизированной разработке плотных глин, медленно размокающих в воде, следует контролировать наличие не менее 20-30% грунта с крупностью комьев не более 10 см, которые будут размокать в воде и служить материалом для омоноличивания более крупных комьев.
Начальное водонасыщение грунта в процессе отсыпки контролируется определением степени влажности, которая не должна быть более 0,75-0,85. Для ее определения по отбираемым пробам устанавливается плотность грунта, влажность и плотность сухого грунта.
5.19. Степень влажности определяется по пробам грунта, уложенного в каждый слой. Пробы должны отбираться по всей высоте уложенного слоя и не менее трех проб по глубине шурфа.
5.20. Степень влажности S r грунта определяется расчетом по формуле:
S r = (W · d · s ) / [( s - d ) W ], (11)
где W - влажность; d - плотность сухого грунта (плотность в сухом состоянии); s - плотность частиц отсыпаемого грунта.
5.21. Если плотность сухого грунта будет составлять 85% и более от проектной плотности сухого грунта, то начальное уплотнение для понуров следует считать удовлетворительным. Для плотин высотою до 25 м из однородного грунта или с экранами и ядрами начальное уплотнение грунта должно быть не менее 90% от проектной плотности сухого грунта, а для высоких плотин начальную плотность грунта необходимо определить опытным путем, причем требования к начальной плотности грунта должны быть повышенными.
5.22. При неудовлетворительных показателях плотности сухого грунта возводимой карты должно производиться дополнительное уплотнение грунта нагруженными автосамосвалами. В таких случаях для последующих карт должна уменьшаться толщина слоя отсыпки с тем, чтобы начальное уплотнение удовлетворяло установленным требованиям. Изменение толщины слоя отсыпки должно производиться по согласованию с представителем проектной организации.
5.23. С целью отбора проб грунта в теле насыпи проходят шурфы или скважины. Одним из косвенных показателей качественной отсыпки грунта является устойчивость вертикальных стенок и монолитность грунта по всей глубине шурфа.
Оценка качества укладки грунта в сооружение производится на основании лабораторных испытаний проб, отбираемых в шурфах режущими кольцами или в буровых скважинах пробоотборником.
При возведении сооружений из грунтов с примесями гальки и валунов отбор проб производится методом "лунки".
При возведении сооружений способом отсыпки грунтов в воду следует иметь в виду , что конечную плотность грунта в теле сооружения достигают с течением времени в результате воздействия собственного веса сооружения и физико-химических процессов, происходящих в грунтах, отсыпаемых в воду. Поэтому контроль качества работ должен проводиться не только в процессе отсыпки грунта, но и через 15 и 30 дней после возведения карты.
5.24. Образцы грунта, отобранные через 15 и 30 дней после отсыпки, испытываются в грунтовой лаборатории - определяется влажность, плотность грунта, плотность сухого грунта, коэффициент пористости и степень влажности.
При этом плотность сухого грунта, равная в среднем указанным в п.5.21 значениям проектной плотности сухого грунта, должна признаваться достаточной для удовлетворительной оценки качества работ.
5.25. Для удовлетворительной оценки качества возведения сооружения количественные показатели должны быть в среднем не менее 95% соответственных показателей, установленных проектом.
При получении показателей, постоянно удовлетворяющих требованиям настоящего пункта, отбор проб и их исследования через 15 и 30 дней могут быть прекращены.
Если через 30 дней указанная в п.5.21 плотность не будет достигнута, решение о дальнейших исследованиях и возможности изменения технических условий в части назначения контрольного значения плотности сухого грунта должно быть принято проектной организацией и 3аказчиком.
Заделка шурфов должна производиться увлажненным грунтом слоями по 30-40 см с уплотнением до проектной плотности.
Все выявленные недостатки, рекомендации по их устранению, согласованные изменения технологии производства работ, записи о приемке готовых карт и другие указания службы геотехнического контроля должны вноситься в полевой журнал контроля.
Намывные сооружения
5.26. Геотехническая служба осуществляет контроль за технологией намыва в части:
а) правильности прокладки распределительных пульповодов и подачи пульпы на карту намыва в соответствии с проектом ;
б) распределения пульпы по поверхности карты намыва;
в) устройства обвалования в соответствии с проектом и сопряжения смежных участков карт;
г) соблюдения принятой в проекте интенсивности намыва (скорости наращивания намытого грунта по высоте за сутки) и толщины слоя намываемого грунта;
д) предотвращения образования промоин в намытом грунте или застойных зон, где возможно отложение мелких фракций в пределах боковых зон;
е) состояния откосов сооружения и их формирования согласно проекту;
ж) соблюдения режима работы водосбросных сооружений и осветления сбросной воды, а также недопущения сброса в водоемы сбросной воды с повышенной по сравнению с проектом мутностью;
з) соблюдения принятой в проекте и технических условиях ширины прудка на различных отметках намыва;
и) выполнения требований проекта и СНиП 3.01.04-87 по намыву сооружений при производстве работ.
Наблюдения за намывным сооружением ведутся геотехнической службой до окончания его возведения. Если сразу после этого сооружение не сдается в эксплуатацию, наблюдения до приемки сооружения в эксплуатацию принимает на себя геотехнический отдел строительства или центральная геотехническая лаборатория. Дальнейшие наблюдения осуществляются эксплуатирующим гидроузел персоналом.
5.27. При устройстве обвалования проверяется его высота, размеры поперечного сечения и его размещение в плане в соответствии с заданным проектом расположением. Перед началом намыва сооружения обязательно должно быть проконтролировано превышение наинизшей отметки гребня обвалования над верхом водоприемных отверстий сбросных сооружений и соответствие этой величины принятой в проекте или установленной расчетами.
При устройстве обвалования с помощью бульдозера внутри карты необходимо обращать внимание на недопущение создания углублений на поверхности карты вблизи обвалования, где в результате застойных явлений могут отлагаться мелкие фракции, а также могут оставаться намывы валиков (гребешков) между проходками бульдозеров, которые препятствуют правильному распределению пульпы по поверхности намыва и приводят к снижению плотности намытого грунта.
При устройстве бульдозером обвалования из грунта, намытого за проектным контуром откоса с наружной стороны сооружения, необходимо контролировать размеры перебора по отношению к проектному контуру откоса.
Примечание. Все текущие геодезические работы при намыве сооружений и геотехническом контроле выполняются организацией, ведущей намыв.
5.28. Правильность распределения пульпы по карте намыва фиксируется визуально. При возведении плотин с ядром потоки пульпы от места выпуска из пульповода до уреза прудка должны иметь направление, нормальное к оси плотины. Контроль за положением распределительных пульповодов может производиться по рейкам , устанавливающим прямолинейное расположение труб. Для контроля толщины слоя намыва по проекту в процессе подачи пульпы рекомендуется выставлять через 50-100 м по створу укладки распределительного пульповода Т-образные вешки, планка которых соответствует высоте намываемого слоя.
5.29. Контроль за интенсивностью намыва, толщиной фактически намытых слоев грунта и уклонами откоса намыва боковых зон осуществляется по показаниям реек. Интенсивность определяется путем деления средней толщины слоя, намытого за определенный период, на продолжительность периода в сутках или часах.
Уклон откоса намыва устанавливается по рейкам, расположенным на одном поперечнике, и определяется по формуле:
i = [( 1 - 2) / l r ] · 100, (12)
где i - уклон, %; 1 - абсолютная или условная отметка поверхности грунта по первой рейке, м; 2 - то же, по второй рейке, м; l r - расстояние между рейками, м.
Операционный контроль за состоянием откосов и устройством обвалования осуществляется визуально по закрепленным специальным знакам (вехам), которые устанавливаются через каждые 50-100 м и наращиваются по мере намыва.
Контрольная проверка величины уклонов откоса в процессе намыва сооружения осуществляется по результатам ежемесячных геодезических замеров.
5.30. При намыве сооружений с ядерной зоной ежесменно должны контролироваться размеры прудка и его положение на карте в заданных границах по рейкам, выставленным на каждом поперечнике, или по специальным вехам, фиксирующим проектное очертание прудка на данной отметке намыва. Их установка производится периодически по мере намыва, через 2-3 м по высоте. О состоянии прудка делается запись в журнале намывных работ. В случае, если его размеры или положение не соответствует заданным, немедленно извещается персонал, ведущий намыв, для принятия соответствующих мер.
5.31. Размер отстойного прудка в пределах ядерной зоны неоднородной плотины определяет гранулометрический состав грунта, оседающего в прудке и формирующего ядро плотины. В некоторых случаях , например, при подаче грунта, состав которого не соответствует проектному, ширина прудка может быть изменена на месте. Эти изменения определяются требованиями формирования ядра с заданным гранулометрическим составом грунта и условиями сброса мелких фракций, отложение которых в ядре не допускается. Решение об изменении ширины прудка выносится главным инженером строительства по согласованию с организациями, проектирующими плотину и производство работ, по представлению начальника геотехнической службы.
5.32. При намыве неоднородных плотин с ядром периодически должна производиться зарисовка границ прудка с обозначением действующих водосбросных устройств для отвода осветленной воды, поскольку по этим зарисовкам определяется очертание ядерной зоны. Одновременно с зарисовкой должна быть зафиксирована отметка уровня воды в прудке.
Примечание. Соблюдение принятого в проекте местоположения уреза воды на поперечном профиле плотины является одним из основных требований качества намыва сооружения. Аварийные, даже кратковременные (менее 2 ч) поднятия уровня прудка приводят к затоплению откоса намыва в пределах промежуточной и боковой зон и образованию прослоек из пылевато-глинистых фракций, вследствие осаждения этих фракций из воды отстойного прудка. Сплошные прослойки пылевато-глинистых фракций в теле боковой зоны из несвязного грунта могут при эксплуатации плотины явиться причиной образования верховодки и высачивания фильтрационной воды на низовом откосе.
5.33. Контроль за состоянием проточного (технологического) прудка при намыве однородных плотин и других земляных сооружений также должен производиться с необходимой тщательностью, поскольку выход прудка за пределы заданных границ может привести к отложению не отвечающих требованиям проекта фракций грунта на поверхности боковых зон сооружения, а смещение прудка к обвалованию зачастую приводит к его прорыву и размыву откоса сооружений.
5.34. Промеры глубин в прудке при намыве плотины с ядром выполняются один-два раза в месяц на контрольных поперечниках - на оси плотины и на четвертях ширины прудка. Промеры производятся с плота или лодки при помощи наметки с металлическим диском на конце диаметром 15 см.
5.35. Систематически, не реже чем через каждые два-три дня, должно проверяться состояние водосбросных колодцев и их наращивание, а также других водосбросных устройств, о чем делается соответствующая запись в журнале контроля за качеством намывных работ.
5.36. При намыве в зимних условиях подлежит контролю толщина промороженного слоя, замываемого свежим грунтом. Необходимо контролировать своевременное удаление льда с поверхности карты намыва (в случае его образования), состояние обвалования и сбросных устройств, размеры и положение прудка, а также наблюдение за выполнением других требований проекта производства работ в зимних условиях.
По специальному заданию проектной организации или технического руководства строительством геотехническая служба после окончания зимнего периода работ и оттаивания поверхностного слоя грунта выполняет проходку шурфов с целью определения состояния грунта в сооружении.
5.37. При возведении намывных плотин должно быть обеспечено систематическое наблюдение за состоянием откосов в связи с возможностью высачивания на них фильтрационной воды. В теле намываемого сооружения возникает фильтрационный поток , образующийся за счет водоотдачи намытого грунта, инфильтрации из отстойного прудка и с откоса намыва, периодически покрываемого потоками пульпы. В случае высокой интенсивности намыва и при недостаточной фильтрационной способности грунта боковых зон может произойти высачивание фильтрационного потока на откосы сооружения, что может вызвать оползни и оплывы грунта.
5.38. Работники геотехнической службы должны ежедневно осматривать откосы намываемого сооружения и отмечать все выходы фильтрационной воды. Рассредоточенные и периодически появляющиеся выходы фильтрационной воды на откосы плотины обычно не причиняют вреда сооружению, однако интенсивные выходы в виде ключей могут вызвать оползни или оплывы, особенно в мелкозернистых грунтах. Наблюдения за выходом фильтрационных вод должны быть увязаны с контролем за состоянием пруда-отстойника. В рабочий журнал-дневник заносятся отметки верхней границы выходов фильтрационных вод, они должны регистрироваться одновременно с отметками уровня прудка и его размерами.
В угрожающих случаях начальник геотехнической службы должен потребовать от организации, производящей намыв, снижения интенсивности намыва и, в крайнем случае, временного прекращения работ на участке, где происходит высачивание фильтрационной воды.
5.39. Геотехническая служба должна следить за состоянием постоянных дренажных устройств, предусмотренных проектом сооружения и построенных до намыва или строящихся одновременно с намывными работами. Не допускается засорение или замыв этих устройств при производстве намыва. О всех нарушениях дренажных устройств должно быть немедленно доведено до сведения представителя организации, производящей намыв сооружения, и главного инженера строительства для принятия последним необходимых мер по восстановлению этих устройств.
5.40. При появлении признаков, свидетельствующих о ненормальных осадках основания или тела сооружения (трещин, оползней на откосах, местных просадок грунта, резких возрастаниях осадки контрольных реперов и т.п.), геотехническая служба должна немедленно поставить об этом в известность руководителей организации, ведущей намыв , и главного инженера строительства, потребовать провести внеочередные геодезические замеры и привлечь геологическую службу к обследованию сооружения с целью принятия мер по ликвидации обнаруженных деформаций.
5.41. Геотехническая служба должна отмечать все промоины на наружных откосах плотины, которые возникают при нарушении правил производства работ, когда вследствие размыва обвалования поток пульпы прорывается на наружный откос. При этом указывается состав и объем грунта, которым заделаны промоины и отбираются пробы на плотность этого грунта.
5.42. Если проектом плотины предусмотрена установка контрольно-измерительной аппаратуры (реперы, пьезометры и пр.), то геотехническая служба обязана следить за установкой и состоянием этой аппаратуры. В некоторых случаях геотехнической службе может поручаться контроль за уровнем фильтрационной воды по пьезометрам.
5.43. В обязанности геотехнической службы входит периодическое определение величины уклонов поверхности намытого грунта выше и ниже уровня воды в прудке-отстойнике; периодичность устанавливается по СНиП 3.02.01-87 (табл. 13). Замер уклонов надводной поверхности выполняется согласно указаниям п.5.29, а под водой - замером глубины воды в прудке по створу реек. Отметка поверхности грунта получается как разность между отметкой уровня воды прудка и глубиной воды.
5.44. Геотехническая служба должна обеспечивать контроль за толщиной намытого за сутки грунта (интенсивность намыва). При намыве сооружений из пылеватых и глинистых грунтов или сооружений, возводимых на водоупорном основании, превышение проектной суточной интенсивности намыва должно согласовываться с проектной организацией. В особых случаях (когда это предусмотрено проектом и Техническими условиями) контролируется плотность и влажность намывных слоев грунта в зависимости от продолжительности перерывов в намыве.
Строительное водопонижение
5.45. Строительное водопонижение применяется при производстве земляных работ в процессе возведения фундаментов, гидротехнических сооружений, устройства подземных выработок, коммуникаций, а также при других работах в водонасыщенных грунтах .
Сущность метода заключается в том, что при откачке подземных вод различными методами (водопонизительные скважины, иглофильтры, открытый водоотлив) поверхность воды в грунте приобретает воронкообразную форму, понижаясь при этом к месту откачки.
5.46. Задачей строительного водопонижения является создание и поддержание в течение строительного периода депрессионной воронки в водоносных грунтах , где устраиваются котлованы, а также снятие избыточного напора в подстилающих водоносных грунтах, отделенных от подошвы котлована водоупором.
5.47. Производство водопонизительных работ может влиять на изменение первоначальных свойств грунта. Откачка воды в грунте приводит к увеличению давления от собственной массы и к дополнительным осадкам территории. Особенно это относится к слабым грунтам, осадки которых могут вызвать недопустимые деформации сооружений, построенных в пределах зоны откачки воды.
Изменение свойств грунтов может быть также вызвано непосредственно бурением скважин, особенно если водопонижение необходимо выполнить на большую глубину в сильно водопроницаемых грунтах, когда требуется большое количество скважин, бурение которых оказывает влияние на свойства окружающего грунта.
5.48. Опасные нарушения грунтов могут возникнуть также при открытом водоотливе. К ним относятся вынос мелких частиц на откосах, а также вспучивание дна котлована вследствие гидродинамического взвешивания.
%D0%AD%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B5%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F%20%D0%BE%D1%82%D1%80%D0%B0%D1%81%D0%BB%D1%8C -> Правила организации пусконаладочных работ по асу тп на тепловых электростанциях рд 34. 35. 414-91 Срок действия с 01. 07. 91 до 01. 07. 98
Мокрый способ отсыпки грунта является сравнительно новым. Вначале этот способ применялся только для отсыпки лёссовых грунтов; в дальнейшем его стали использовать и для отсыпки глинистых и обычных песчаных грунтов (иногда с примесью крупнообломочных грунтов и камня).
Мокрый способ имеет следующие преимущества по сравнению с сухим: а) отпадает необходимость просушивать или увлажнять карьерный грунт (до оптимальной влажности); б) обеспечивается размокание плотных комьев связного грунта, укладываемого в тело плотины; в) увеличивается длительность строительного сезона за счет возможности производства работ во время выпадения атмосферных осадков, а также во время заморозков; г) получается большая плотность отсыпанного грунта (что особенно важно при выполнении глинистых противофильтрационных устройств).
Производство работ по отсыпке грунта в воду осуществляют следующим образом. Плотину возводят горизонтальными слоями толщиной для глинистых грунтов до 1,5...2,0 м и для песчаных до 4,0 м. Каждый намеченный горизонтальный слой грунта разбивают на карты (прямоугольные в плане), причем по границам карт сухим способом отсыпают дамбы высотой, равной примерно толщине слоя. Карту, намеченную к засыпке грунтом, предварительно заполняют водой (с помощью насосов). После этого ведут работы по отсыпке грунта в карту согласно схеме на рис. 2.93. Как видно, заполнение карты грунтом производится в воду пионерным способом. Вытесняемая грунтом из пруда карты вода сливается в соседнюю карту. Начальное уплотнение грунта обеспечивается автосамосвалами в процессе отсыпки подвезенного грунта, а также бульдозерами при выравнивании ими поверхности отсыпанного слоя грунта. Какоголибо дополнительного уплотнения в данных условиях не производят.
Инженеры-гидростроители В. Хаблов и Ю. Николаев Фото О. Николаева
Весной, когда бурно разливаются ручьи, во дворах и на улицах появляются бригады гидростроителей. Сдвинув на затылок надоевшие за зиму ушанки, расстегнув теплые пальто, вспотевшие и счастливые работники увлеченно сооружают величественные плотины.
Вначале с обоих берегов ручья ребята валят в воду камни, обломки кирпичей, гальку. Растет каменный хребет будущей плотины - банкет, сближаются словно для рукопожатия его ветви, вскипает и пенится в узкой горловине вода. Наступает ответственный момент: перекрытие узкого прохода - прорана. Тут надо действовать расчетливо и решительно: не перекроешь проран самым большим, самым тяжелым камнем - прорвется вода, смоет плотину, моргнуть не успеешь!
Но вот закрыт и проран. Нет проходу воде. Теперь не зевай, насыпай на банкет повыше землю да песок, спеши - вода не ждет, все выше поднимается она, вот-вот хлестнет через верх плотины.
Торопятся пацаны, наращивают плотину, соревнуются с мутной вешней водой. И невдомек им, что в своей работе они повторяют то, что тысячелетия назад изобрели наши предки. Перекрытие реки с обоих берегов - самый древний из известных человеку способов сооружения плотин.
Перегораживали этим способом небольшие речушки и ручьи.
Когда же потребовалось вращать тяжелые фабричные колеса и мельничные жернова, пришлось перекрывать более крупные реки. Техника тогда была слаба, большинство работ производилось вручную, поэтому перегораживать реки дедовским способом стало невозможно: не успевали грабари отсыпать надежный банкет. Да и не на чем было подвозить достаточно крупные камни.
И
люди
пошли на хитрость: через реку перебрасывали прочный мост на надежных опорах -
ряжах, - бревенчатых срубах, наполненных камнем. Въезжали на мост телеги с
камнем и ссыпали его в воду. Сразу расширился фронт работ, летели в воду
каменные глыбы. Вода тяжело ворочала их, пыталась нести по течению. Но камни
застревали между ряжами, перегораживали путь воде. Не с боков, постепенно сужая
реку, росла плотина, а со дна. Так было легче и удобней.
Этим способом можно было перекрывать большие полноводные реки. А появление грузового автотранспорта давало возможность отсыпать банкеты еще быстрей: ведь грузоподъемность машины не сравнишь с грузоподъемностью грабарки.
Вместе с тем машинами можно было перевозить куда более крупные глыбы, чем на телегах. Такие глыбы реке было трудней унести, их не нужно было придерживать ряжами моста.
Стали строить на реках наплавные мосты на понтонах. Один за другим проходили по такому мосту тяжелые грузовики, ссыпая в воду камень и огромные бетонные блоки.
Кроме того, строить наплавной мост много дешевле и быстрей» поэтому такой способ перекрытия нашел широкое применение. Этим способом, например, перекрывали реку при постройке Каховской и Куйбышевской ГЭС. Затем на отсыпанный каменный банкет с помощью земснарядов намывают песок и землю.
Появление мощных гидротехнических машин - земснарядов - вызвало к жизни еще один метод перекрытия рек. Он совсем прост. Земснаряд гонит по трубопроводу перемешанную с галькой и песком землю, так называемую пульпу, прямо на место будущей плотины. Здесь не отсыпается банкет. Пульпа, оседая в воде, создает тело будущей плотины.
Таким методом можно перекрывать неширокие и спокойные реки и их притоки. Это и проделали гидростроители, перекрыв так один из рукавов Волги - Ахтубу. Безбанкетным методом была перекрыта и река Днестр при строительстве Дубоссарской ГЭС.
Но творческая мысль строителей вновь и вновь возвращалась к простому методу, каким перекрывали реки наши предки. Ведь в этом случае не нужно строить мост для отсыпки банкета.
Современная техника создала условия для того, чтобы старый метод можно было применить на огромных реках. > Теперь не слабые руки человека должны были усмирять непокорную реку. Новые мощные машины - бульдозеры, самосвалы, подъемные краны - двумя отрядами можно бросить на штурм реки, с обоих берегов продвигать с их помощью банкет к середине реки. При этом сама плотина может служить мостом, по которому будет подвозиться камень для банкета. Чтобы не мешать судоходству, работать можно было бы даже зимой и одновременно отсыпать земляную плотину. Все это сократило бы срок постройки электростанции, удешевило бы ее строительство.
Лабораторные исследования, многочисленные расчеты и опыты подтвердили правильность предположений. Скоро преимущества нового метода подтвердили и практики: этим методом были возведены банкеты Нарвской ГЭС и Кзыл-Ординского гидроузла.
Но выгоды нового метода были бы особенно ощутимы при перекрытии мощных судоходных рек, таких, как великие реки Сибири.
И вот, пока инженеры решали, где и как применить новый метод, сама жизнь потребовала его применения.
Это случилось осенью прошлого года при сооружении плотины Новосибирской ГЭС на Оби. Здесь не было парадного показа «нового старого» метода - метод «вступил в бой» в невероятно тяжелых условиях, когда в сражении с водой наступил решительный момент, требующий ввода главных сил.
Вот как это произошло.
Строители начали штурм Оби ранним утром 25 октября 1956 года с двух мостов: наплавного и ряжевого (см. цветную вкладку). Сначала все шло как обычно: два дня подряд непрерывным потоком шли по мостам самосвалы, росла на дне реки каменная стена, запирая последний выход бушующей Оби. Чтобы уменьшить напор воды, строители, взорвав перемычку в подводящем канале, открыли Оби путь в котлован водосливной плотины.
Но разгневанная Обь не удовлетворилась открытым для нее путем. Воды ее хлынули в котлован ГЭС, угрожая затопить его. Сотни людей бросились на спасение котлована и отстояли его. Тогда вступила коварная река в союз с холодным осенним ветром, швырнула громадные волны на мосты.
Сорвался с места и затонул наплавной мост. В кромешной тьме шли на штурм массы обской воды, на площадке были оборваны злектропровода, продолжать перекрытие реки по намеченному плану было невозможно. И строители начали отсыпку банкета по-новому, с обоих берегов. Наступление продолжалось.
Не ослабевая, шел поток самосвалов, засыпая проран. Но теперь им на помощь пришли бульдозеры. Они сталкивали с самого торца уже отсыпанного правобережного участка банкета огромные каменные глыбы и железобетонные «ежи», связанные толстой проволокой в гирлянды. С левого берега паровой кран сыпал в проран громадные металлические клетки, наполненные камнем и обломками скал, и железобетонные балки.
И стих бешеный напор воды, смирилась Обь. 3 ноября ширина прорана уменьшилась до 20 метров, а скорость течения снизилась с пяти до четырех с половиной метров в секунду.
В ночь на 4 ноября проран был закрыт. Человек одержал победу над непокорной сибирской рекой, и победой этой он был обязан, помимо всего, новому методу!
«Новому ли? - может кто-нибудь усомниться. - Ведь это тот самый метод, который давным-давно применяли наши предки».
И мы уверенно ответим: «И все-таки новому!»
Потому что никогда еще не перекрывались такие огромные реки столь смелым и быстрым методом; потому что. применив целую армию строительных машин, человек раскрыл совершенно новые, невиданные возможности метода; потому что древнее искусство предков заискрилось и засияло в труде советских людей, словно заново отшлифованный старинный драгоценный камень!
Новый способ назван «пионерным». Ведь камень отсыпается не вбок, как при других методах, а всегда вперед, с торцов половинок банкета, с обоих берегов навстречу друг другу. Вперед и только вперед!
Это название отражает и другое: постоянное стремление советских людей прокладывать новые пути в науке и технике, быть пионерами великих дел. И всегда вперед и только вперед!
Читайте также:
|
Тип плотины выбирают на основании технико-экономического сравнения вариантов компоновки узла сооружений в целом с учетом назначения плотины, инженерно-геологических, климатических и др. условий.
По виду строительного материала плотины возводятся из
· бетона и железобетона,
· дерева,
· грунтов.
Плотины , возводимые из грунтов , называются грунтовыми. Широкое распространение грунтовых плотин объясняется следующими их достоинствами : материал для возведения плотин местный, затраты на добычу материала минимальны, возможность применения в большинстве географических районов; грунт, уложенный в тело плотины, не теряет своих свойств со временем. Грунтовые плотины можно возводить практически любой высоты, все процессы при их возведении высокомеханизированны.
Наряду с достоинствами грунтовые плотины имеют недостатки : ограниченные возможности сброса максимальных расходов через гребень плотины; наличие в теле плотины фильтрационного потока, потенциально создающего условия для фильтрационных деформаций; возможность больших потерь воды на фильтрацию, если тело плотины выполнено из грунтов с повышенной водопроницаемостью; трудность укладки насыпи при значительных и продолжительных минусовых температурах; неравномерность осадок по поперечному профилю плотины; ограничение в использовании некоторых видов грунтов для тела плотины и оснований.
По конструкции тела и противофильтрационных устройств различают следующие виды грунтовых плотин:
· из однородного и неоднородного грунта,
· с экраном из грунтового и негрунтового материала,
· с ядром из грунтового материала,
· с диафрагмой из негрунтового материала.
По противофильтрационным мероприятиям в основании различают плотны:
с зубом, замком, диафрагмой, со шпунтовой стенкой, с комбинацией шпунтовой стенки с зубом, с инъекционной завесой (доведенной до водоупора или висячей), с понуром.
По высоте различают грунтовые плотины:
· низкие – с напором до 15 м;
· средней высоты – с напором 15–50 м,
· высокие – с напором более 50 м.
Для основной части профиля плотины используют все виды грунтов, за исключением: содержащих водорастворимые включения солей хлоридных или сульфатно-хлоридных в количестве более 5% или солей сульфатных более 2% массы; содержащих неполностью разложившиеся органические вещества, находящиеся в аморфном состоянии, в количестве более 8% массы.
Лучшими грунтами для однородной грунтовой плотины считаются суглинки и супеси . Вполне пригодны песчаные и песчано-гравелистые грунты, однако ввиду их водопроницаемости необходимо предусматривать противофильтрационные устройства. Для противофильтрационных элементов плотины применяют связные, пластичные, малопроницаемые грунты: глины, суглинки, а также торф при степени разложения не менее 50%.
Непригодны для укладки в тело плотины илистые грунты, а также легкоподвижные при насыщении их водой. Важное качество грунта для тела плотины – легкая уплотняемость его при укатывании. Выбор грунта для тела плотины обосновывается технико-экономическими расчетами.
При наличии в районе строительства достаточного количества относительно водонепроницаемых грунтов (суглинки, лёссы) строят плотину из однородного грунта. Преимущества однородных плотин – простота и быстрота возведения, возможность применения комплексной механизации, что значительно снижает стоимость работ по сравнению с другими типами грунтовых плотин.
При недостаточном количестве малопроницаемых грунтов плотину можно насыпать из имеющихся на месте песчаных грунтов, супесей или других проницаемых материалов. В этом случае будет происходить сильная фильтрация воды через тело плотины. Для предупреждения этого явления применяют противофильтрационные устройства в виде ядра, экрана, диафрагмы. В нашей работе мы предусматриваем устройство ядра, для предотвращения фильтрационных процессов.
Пластичное ядро устраивают из глины или тяжелого суглинка и располагают вертикально под гребнем плотины, желательно ближе к верховому откосу, для того чтобы уменьшить объем насыщенного водой грунта верховой призмы, обращенной к верхнему бьефу, и сделать более устойчивой низовую часть плотины, т. е. находящуюся со стороны нижнего бьефа.
К грунтам основания предъявляются такие же требования, как и к грунтам тела плотины. Грунты у основания тела плотины с неразложившейся корневой системой и гумусированные почвы, а также имеющие ходы землеройных животных, как правило, удаляют.
По способу производства работ грунтовые плотины подразделяются на плотины:
· с отсыпкой насухо пионерным способом и механическим уплотнением грунта,
· с отсыпкой грунта в воду, намывные,
· возводимые с помощью направленных взрывов.
Насыпной способ считается наиболее доступным и дешевым. При этом способе доставленный из карьера грунт разравнивают слоем толщиной 20–25 см в рыхлом состоянии. Грунт уплотняют самоходными или прицепными катками – гладкими или шиповыми, иногда гусеничными тракторами или самоходными скреперами. Применяются также большегрузы на пневмоходу (массой до 26 т), уплотняющие слой грунта толщиной до 60 см, и виброкатки, уплотняющие слои грунта до 0,8–1,0 м. Степень уплотнения грунта контролируется лабораторным путем и с помощью плотномеров. Для достижения необходимой степени уплотнения грунта иногда требуется смачивание его водой, так как лучшее уплотнение грунта происходит при оптимальной влажности. Последняя зависит от характера грунта и массы катка. Для более тяжелых катков оптимальная влажность уменьшается, а для более легких – повышается. Влажность грунта определяется опытным путем в лабораторных и натурных условиях. После уплотнения слоя поверхность его боронуется для лучшего сцепления со следующим слоем.
При залегании у основания плотины маловодопроницаемого (глина или суглинок) грунта толщиной не менее 2 м перед укладкой тела плотины снимается только растительный слой на глубину до 30 см от поверхности.
При залегании маловодопроницаемого слоя не глубже 4 м, кроме снятия растительного слоя, в основании плотины устраивается замок. При залегании водоупора на глубине от 4 до 6 м устраивается замок глубиной 2–3 м и в его дно забивается шпунтовый ряд, прорезающий весь водопроницаемый слой и входящий в водоупор на 1 м. Шпунтовый ряд сооружается из брусьев или толстых досок и верхней частью входит в замок на 0,5 м.
Сопряжение тела плотины с берегами следует делать в виде наклонных плоскостей с короткими уступами для удобства работ. Обработка склонов вертикальными уступами не допускается, так как вследствие резких изменений высоты насыпи вдоль уступов образуются опасные поперечные трещины. Наличие их будет способствовать усиленной фильтрации воды и разрушению плотины.
Нами проектируется грунтовая плотина из песка, которая будет возводится путем отсыпки пионерским способом. Для снижения фильтрации мы будем устраивать ядро и замок.
Загрузка...
