Талые плотины представляют собой классические грунтовые плотины, поддерживаемые в талом состоянии весь срок эксплуатации. В этом отношении проектирование талых плотин аналогично проектированию «обычных» грунтовых плотин — т.е. плотин, которые возводятся в районах с умеренным климатом. Однако наличие в основании у талых плотин вечномёрзлых грунтов и отрицательные среднегодовые температуры воздуха существенно изменяют принципы конструирования, строительства и эксплуатации таких сооружений.
В нашей стране, исходя из опыта проектирования грунтовых гидротехнических сооружений в суровых климатических условиях, выработаны различные конструкции талых плотин. Здесь мы кратко опишем четыре основных типа конструкций таких плотин, которые применяются чаще всего:
– талые плотины из однородного материала;
– талые плотины с ядром;
– талые плотины с диафрагмой;
– талые плотины с плёночным противофильтрационным элементом.
1. Талые плотины из однородного грунта — такие плотины могут возводиться как из связного, так и несвязного грунта, или их сочетания. В качестве допускаемого естественного основания выступают:
– прочные скальные породы (вне зависимости от мерзлотного состояния);
– прочные нескальные грунты, которые при оттаивании не деформируются и являются водоупором.
В поперечном разрезе талых плотин из однородного грунта плотин обязательно предусматривается устройство:
– дренажный элемент с утеплением, размещаемый внутри тела плотины;
– защитный грунтовый покров, выполняемый для верхней части верхового откоса, гребня и всего низового откоса плотины; такой покров предотвращает развитие трещинообразования, морозного пучения и солифлюкционных процессов (все они могут иметь место в слое ежегодного попеременного замораживания-оттаивания грунта).
2. Талые плотины с ядром — такие плотины в качестве противофильтрационного имеют в своей центральной части ядро из связного (глинистого) грунта. Верховая и низовая упорные призмы возводятся из несвязных грунтов, в том числе — крупнообломочных (каменная наброска). Также, как и у вышеописанных талых плотин из однородного грунта, для всех наружных поверхностей талой плотины с ядром должен быть предусмотрен защитный грунтовый покров, отсыпаемый из любых непучинистых грунтов. Вместо центрального ядра может выполняться глинистый экран. Плотины данного типа допускается возводить на:
– скальном основании;
– непросадочных грунтах;
– просадочных грунтах, но при условии обязательного проведения их предварительного оттаивания (в пределах всей площади подошвы будущей плотины).
3. Талые плотины с диафрагмой — такие плотины сооружаются с жёсткой диафрагмой в центре поперечного сечения. Диафрагма может быть выполнена из:
– монолитного железобетона — в виде сплошного ряда буросекущихся свай, инъекционных свай (струйная цементация «jet»), или стены в грунте;
– асфальтобетона;
– стального шпунта (с качественной герметизацией замковых соединений).
Нижняя кромка диафрагмы заделывается в естественное основание. Если в качестве материала упорных призм плотины выступает каменная наброска, то по обеим сторонам диафрагмы выполняется защитная отсыпка из песчано-гравелистого материала. Талые плотины с диафрагмой можно сооружать на скальных породах или на прочных мягких грунтах. В случае присутствия последних они должны быть водоупорными.
Талая плотина с асфальтобетонной или инъекционной диафрагмой
4. Талые плотины с плёночным противофильтрационным элементом — такие плотины для предотвращения фильтрации имеют тонкий полимерный плёночный элемент, устроенный вертикально в центре сечения плотины. Плёнка обычно выполняется из полиэтилена толщиной не менее 1 мм, который укладывается по высоте плотины в форме ломаной линии («змейкой»). По обеим сторонам противофильтрационного элемента отсыпаются защитные слои из песчаного грунта. В качестве естественного основания разрешаются:
– прочные скальные породы;
– льдистые скальные породы (при оттаивании деформируются);
– прочные нескальные грунты (при оттаивании не деформируются и являются водоупором);
– рыхлые нескальные грунты (при оттаивании деформируются и не являются водоупором, но имеют малую мощность и подстилаются непросадочными водоупорными грунтами).
Подготовка подошвы талой плотины с плёночным противофильтрационным элементом в любом случае должна включать в себя удаление поверхностного льдонасыщенного оттаивающего слоя грунта.