1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Укладка грунтов представляет собой основную группу технологических процессов, выполняемых при возведении таких качественных насыпей, как грунтовые плотины. По этой причине укладка занимает наибольшее время и требует наибольших капиталовложений. Все основные параметры укладки задаются еще на стадии проектирования плотины.
Укладка грунтов включает в себя следующую цепочку последовательных технологических процессов:
– подготовка естественного основания;
– отсыпка грунтового материала (в пределах технологических карт);
– разравнивание грунтового слоя на расчетную толщину и его планировка;
– уплотнение грунтового слоя;
– контроль коэффициента уплотнения и подготовка спланированной поверхности к укладке вышележащего слоя.
Принципиальная схема разбивки на карты при возведении однородной земляной плотины
2 ПОДГОТОВКА ЕСТЕСТВЕННОГО ОСНОВАНИЯ
Качественное проведение работ по подготовке природного основания очень важно. Оно позволяет обеспечить заданное в проекте надлежащее сопряжение искусственного сооружения (плотины) и естественного грунтового массива.
В общем случае подготовка основания может включать в себя следующие этапы:
1. Лесосводка — удаление деревьев, зарослей кустарника, мусора, пней.
2. Выемка котлована — в соответствии с геометрией, заданной в проектной или рабочей документации. Выемка производится с недобором до проектной глубины на величину 0,2—0,3 м. Недобор необходим для предохранения непосредственной подошвы будущего гидротехнического сооружения от длительного атмосферного воздействия.
3. Удаление ослабленных и некондиционных естественных грунтов — производится в случае необходимости, устанавливаемой в проекте.
4. Составление акта готовности естественного основания. Акт подробно отражает характер и объем всех выполненных строительных работ, а также фактическое состояние основания.
3 ОТСЫПКА ГРУНТОВОГО МАТЕРИАЛА
Отсыпка любых типов грунтов в тело грунтовой плотины производится по технологическим картам. Каждая технологическая карта представляет собой отдельную огороженную площадку (участок), в пределах которой выполняется обособленный вид работ. Количество и состав таких карт определяется в проекте организации строительства (ПОС), и во многом зависит от размеров плотины и принятой интенсивности земляных работ. Как правило, стремятся сравнять количество технологических карт и количество технологических операций. Равенство этих двух параметров позволяет обеспечить непрерывность всего цикла земляных работ: отсыпка → разравнивание → уплотнение → контроль качества. Это достигается благодаря полному исключению простоев и пауз в работе строительной техники и рабочих. Например:
– технологическая карта на отсыпку;
– технологическая карта на разравнивание;
– технологическая карта на уплотнение;
– технологическая карта на контроль качества выполненных работ.
Между собой технологические карты должны сопрягаться достаточно пологими откосами (около 1:3). Это необходимо, чтобы между картами не образовывались строительные грунтовые швы. Наличие таких швов после постановки плотины под напор водохранилища ведет к возникновению в её теле сосредоточенной фильтрации, что крайне опасно. Если сопряжение технологических карт происходит вдоль линий тока будущей (предполагаемой) фильтрации воды, то необходимо устройство прямо на поверхности сопрягающихся откосов борозд или штраб. Такие борозды должны располагаться поперек направления фильтрации. Борозды способствует удлинению пути фильтрации, что благоприятно влияет на фильтрационную прочность тела плотины.
По высоте технологические карты желательно отсыпать, выдерживая примерно одну общую высотную отметку. Разница между картами по высоте не должна превышать 3 м.
Отсыпка грунтов начинается с разгрузки кузовов автосамосвалов, формирующих небольшие отвалы. Грунт с отвалов развозится по технологической карте скреперами с открытым ковшом, которые производят отсыпку грунта тонким слоем по всей площади карты. В случае дождя грунт или укрывают водонепромокаемыми полотнищами (типа брезента), или выполняют отсыпку с уклоном (около 1:100). Такой уклон способствует быстрому оттоку воды. В случае, если всё же произошло переувлажнение поверхности грунта, верхний уже уложенный его слой снимается.
Наиболее ответственной работой по отсыпке является устройство переходных фильтровых зон, которые разделяют основные призмы плотины и глинистое ядро или экран. Сопряжение разных материалов данных зон по высоте происходит зигзагообразно — в форме «ёлочки». Основные требования к укладке грунтов переходных зон и фильтров, определяемые в проекте организации строительства:
– грунт ни в коем случае не должен быть загрязнен;
– в грунте не должна происходить сегрегация по его гранулометрическому составу (т.е. расслоение крупных и мелких фракций в конкретном объеме отсыпки); для предотвращения сегрегации применяются предварительный полив отсыпаемого грунта, и ограничение толщины слоя отсыпки.
Также очень важно качество отсыпки тела плотины в области верхового откоса. Это связано с возможным разуплотнением грунта вдоль плоскостей откосов. Отсыпка таких зон производится с временным уширением (сдвижкой) насыпи за пределы откосов. Величина уширения составляет около 30 см. В дальнейшем, при производстве работ по креплению откосов, грунт выполненных уширений срезается — до восстановления профилей откосов, заданных в проектной документации.
4 РАЗРАВНИВАНИЕ И ПЛАНИРОВКА ГРУНТОВОГО СЛОЯ
Разравнивание отсыпанного грунта ведется до получения расчетной толщины грунтового слоя. Толщина грунтового слоя — важный параметр, определяемый при разработке проекта плотины. На строительной площадке принятая в проектной или рабочей документации толщина грунтового слоя может быть скорректирована (на основании уточненных данных по карьерным грунтам).
Работы по разравниванию выполняются после отсыпки, но с минимальной задержкой. Это необходимо для сохранения оптимальной влажности грунта Wопт, которая получена при его предварительном кондиционировании.
Для разравнивания и планировки грунта в пределах технологической карты по её периметру устанавливаются маяки (вешки). При разравнивании могут также выполняться дополнительное кондиционирование, боронование, удаление или дробление валунов. Разравнивание грунта глинистого ядра или экрана осуществляется вдоль оси ядра, а не поперек.
5 УПЛОТНЕНИЕ ГРУНТОВОГО СЛОЯ
Для уплотнения разравненного и спланированного слоя применяются два метода — статический (статическими катками, оборудованными гладкими вальцами) и вибрационный (вибрационными катками, оборудованными кулачковыми вальцами). Статический метод используется для уплотнения связных (глинистых) грунтов, динамический — для несвязных (песчаных). Иногда уплотнение производится гружеными самосвалами, а в стесненных местах — виброплитами (100—400 кг) и даже ручными трамбовками.
Уплотняющая техника должна уплотнить грунт до достижения так называемого коэффициента уплотнения kупл. Коэффициент уплотнения определяется в проекте грунтовой плотины и обычно находится в пределах 0,92—0,98. При выполнении уплотнения грунт должен иметь оптимальную влажность Wопт.
Наилучшая схема движения катков по технологической карте — челночная, реже применяется круговая схема. Катки перемещаются вдоль оси плотины, начиная от бровок верхового и низового откосов с постепенным приближением к центру плотины. Скорость уплотняющих катков — не более 0,4 м/с.
6 ИНТЕНСИВНОСТЬ УКЛАДКИ
Интенсивность работ по укладке и связанная с этим скорость роста грунтовой плотины, как правило, не ограничивается. Ограничение интенсивности задается при проектировании плотины только в двух случаях:
– если в тело плотины укладываются глинистые грунты пластичной консистенции;
– если в естественном основании присутствуют глинистые грунты, также находящиеся в пластичном состоянии.
Наложение ограничения по интенсивности связано с возможным появлением в описанных грунтах порового давления, которое резко возрастает при увеличении нагрузки на грунт от вышележащих слоев. При превышении поровым давлением определенной величины происходит резкая потеря несущей способности грунта и переход его в текучее состояние. Для снижения порового давления требуется завершение процессов консолидации, т. е. оттока из пор глинистого грунта определенного объема воды.