Проектирование сопряжения грунтовой плотины с ее грунтовым основанием — один из важнейших вопросов при разработке проектной документации на гидротехническое сооружение. От типа сопряжения зависит фильтрационная устойчивость основания плотины. Неоптимальная конструкция сопряжения, принятая в проекте, вызывает развитие фильтрационных процессов, которые будут развиваться в самой труднодоступной части плотины — центральной части её подошвы. Возможные способы устранения проблем в данном узле при эксплуатации плотины ограничены и чрезвычайно капиталоёмки.
1 ТИПЫ СОПРЯЖЕНИЯ
При выборе типа сопряжения наиболее важным фактором служит основание — скальное или нескальное (податливые русловые отложения). Можно привести следующие основные конструктивные решения, наиболее часто используемые при разработке проектной документации:
1. Глиняный зуб в открытом котловане на водоупоре. Данная конструкция может быть запроектирована при наличии русловых отложений малой мощности (до 3-3,5 м), подстилаемых водоупором.
2. Бетонный зуб в открытом котловане на водоупоре. Данная конструкция применяется при наличии русловых отложений средней мощности (до 10-20 м), подстилаемых водоупором.
3. Цементационная завеса. Данная конструкция применяется, когда основание — скальное, и поверх него полностью отсутствуют мягкие отложения.
4. Понур с цементационной завесой. Проектирование данной конструкции применяется, если основание представлено проницаемыми отложениями очень большой мощности (т.е. водоупор практически недосягаем), и при этом основание допускает устройство цемзавесы (т.е. нагнетание цементного раствора).
5. Понур и развитый дренаж по подошве плотины. Данная конструкция применяется, если основание:
а) представлено проницаемыми отложениями очень большой мощности (т.е. водоупор практически недосягаем);
б) не допускает выполнение цементационной завесы (т.е. нагнетание цементного раствора невозможно).
6. Стальной шпунт. Данная конструкция применяется при наличии в основании мягких грунтов. При этом забивка шпунта в аллювиальные гравийно-галечниковые грунты не рекомендуется, т.к. она будет трудоёмка и не обеспечит полной водонепроницаемости. В проекте может применяться двухрядная забивка шпунта, с последующей цементацией аллювия между рядами, однако такое решение дорого и применяется редко.
2 ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
Помимо вышеописанных конструктивных решений, следует отметить ряд других аспектов, важных при проектировании грунтовой плотины:
– при наличии под противофильтрационным элементом скального основания углы перелома граней скалы, обозначенные в проектной документации, не должны превышать 20°;
– контактный слой противофильтрационного элемента (т.е. слой насыпи ядра или экрана, контактирующий с естественным основанием или бетонными сооружениями) мощностью 2—3 м должен выполняться из более пластичного грунта, нежели тело противофильтрационного элемента; он должен быть менее водопроницаем, и более влажен (но не более чем на 1—3 %), чем грунт остальной части противофильтрационного элемента. В частности, такое решение применено на грунтовой плотине Асуанской ГЭС;
– 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 грунтовой плотины проектируется бетонный водослив, следует особо обратить внимание на сопряжение разделительной стенки данного водослива водосброса с противофильтрационным элементом; этот узел всегда очень сложен ввиду разности осадок стенки и противофильтрационного элемента; особая сложность возникает, если противофильтрационный элемент выполнен в виде экрана; сопряжение с ядром устраивается легче, для чего применяется уширение ядра или врезка шпоры;
– для каменно-набросных и каменно-земляных плотин цементация основания обязательна для всех проектов таких плотин;
– 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 обязательно предусматривается удаление слоя растительного грунта;
– минимальная длина водонепроницаемой части подземного контура из условий обеспечения общей фильтрационной прочности) должна быть не менее половины напора на плотину (Lподз.конт ≥ H/2).