Проектирование сопряжения грунтовой плотины с естественным основанием — важный вопрос при разработке проектной документации на данную плотину. От конструкции такого сопряжения надежность всей плотины, т.к. это сопряжение определяет итоговую фильтрационную устойчивость основания. Недостаточно надежная конструкция сопряжения может вызвать интенсификацию фильтрации, которая будет развиваться в самой труднодоступной части плотины — центральной части её подошвы. А способы ликвидации течей в данном узле плотины при эксплуатации весьма ограничены и весьма капиталоемки.
1 ТИПЫ СОПРЯЖЕНИЯ
При выборе типа сопряжения с основанием наиболее определяющим фактором является вид этого основание — скальное или нескальное (т.е. мягкие русловые отложения). Далее даются основные конструктивные решения, наиболее часто используемые при проектировании:
1. Глиняный зуб (в открытом котловане, на водоупоре). Данная конструкция сопряжения может быть принята в проекте при наличии русловых отложений сравнительно малой мощности — до 3—3,5 м. При этом указанные отложения должны подстилаться водоупором.
2. Бетонный зуб (в открытом котловане, на водоупоре). Данный вариант сопряжения применяется при наличии русловых отложений средней мощности (до 10—20 м), которые также подстилаются водоупором.
3. Цементационная завеса. Цемзавеса применяется, когда основание — скальное, и поверх него не залегают какие-либо мягкие отложения.
4. Стальной шпунт. Шпунтовая стена в грунте применяется при наличии в естественном основании плотины мягких грунтов (пески, супеси, суглинки, глины). Этот вариант не рекомендуется при аллювиальных гравийно-галечниковых грунтах, т.к. погружение шпунта будет трудновыполнимым и не будет обеспечена нужная степень водонепроницаемости. В проекте может быть рассмотрено применение двухрядной забивки шпунтин, с последующей цементацией аллювия между этими двумя рядами. Но это решение дорогостояще и применяется крайне редко.
5. Понур с цементационной завесой. Комбинация понура и цемзавесы находит применение, если основание представлено проницаемыми отложениями очень большой мощности (т.е. когда водоупор недосягаем). При этом основание должно допускать устройство цемзавесы (т.е. возможно нагнетание цементного раствора). Последнее требование не всегда реализуемо — например, при высоких фактических скоростях грунтовых потоков.
6. Понур и развитый дренаж по подошве плотины. Такая конструкция применяется, если:
а) основание представляет собой проницаемые отложения, характеризующиеся очень большой мощностью (т.е. водоупор практически недосягаем);
б) не допускается выполнение цементационной завесы (т.е. нагнетание цементного раствора невозможно).
2 РЕКОМЕНДАЦИИ
При разработке проектной документации на плотину помимо собственно конструктивных вариантов её сопряжения, необходимо отметить ряд других важных факторов:
– при наличии под противофильтрационным элементом скального основания углы перелома граней скалы не должны превышать 20°;
– контактный слой противофильтрационного элемента (т.е. слой насыпи ядра или экрана, контактирующий с природным основанием или бетонными сооружениями) мощностью 2—3 м должен выполняться из более пластичного грунта, чем тело противофильтрационного элемента; этот грунт должен быть менее водопроницаем, и более характеризоваться большей влажностью (но не более чем на 1—3 %), чем грунт остальной части противофильтрационного элемента. Такое решение, например, применено на грунтовой плотине Асуанской ГЭС (Египет);
– для повышения фильтрационной прочности в сопряжении с основанием и на береговых примыканиях в проектной документации рекомендуется предусматривать уширение подошвы противофильтрационного элемента;
– в случае, если в пределах тела грунтовой плотины проектируется бетонный водосброс (т.е. если водосброс не берегового типа), следует обратить внимание на сопряжение разделительной стенки данного водосброс с противофильтрационным элементом; этот узел всегда конструктивно сложен из-за разности осадок стенки и противофильтрационного элемента плотины; особая сложность возникает, если противофильтрационный элемент выполнен в виде экрана; при этом сопряжение с ядром устраивается легче — здесь применяется уширение ядра или врезка шпоры;
– для каменно-набросных и каменно-земляных плотин цементация основания обязательна при проектировании любых плотин данных типов;
– каменно-набросные плотины более требовательны к основанию, чем земляные плотины; их допускается возводить только на скальном или гравелисто-галечниковом основании, при ограниченной высоте допускается строительство таких плотин на крупнозернистых песках, глинах, плотных суглинках, при этом укладывается переходный слой из щебня, гальки или мелкого камня; категорически не допускается возведение каменно-набросных плотин на мелких песках, слабых глинах и суглинках, что связано с появлением больших осадок, расстройству кладки и противофильтрационного экрана, развитию сосредоточенной фильтрации по контакту "плотина-основание";
– при врезке противофильтрационного элемента в скальное основание в проекте плотины предусматривается удаление слоя растительного грунта;
– минимальная длина водонепроницаемой части подземного контура плотины должна быть не менее половины напора на плотину — Lподз.конт ≥ H/2; это необходимо из условия обеспечения общей фильтрационной прочности.