Фильтрация под бетонными плотинами на нескальных основаниях. Эпюра противодавления на подошву плотины

Движение воды в порах грунта называется фильтрацией. Она работает на опрокидывание плотины. Существую элементы которые уменьшают воздействие фильтрации на плотину. Так на нескальных основания устанавливают шпунт, понур, дренажи, а на скальных основаниях: цементационную завесу и вертикальные дренажи. Расчет фильтрационного давления можно проводить по методу коэффициентов сопротивления и по методу удлинённой контурной линии.

Понуры. По степени водонепроницаемости понуры подразделяют: на во­донепроницаемые и слабоводопроницаемые (с коэффициентом фильтрации около 10^-6 см/с). Первые используют при глинистых и суглинистых грунтах основания, вторые — при песчаных и супесчаных. Длина понура принимается (1 - 1,5) Н, иногда до 2,5 Н. При большей длине понур становится не эффективным.

Вертикальные преграды фильтрационному потоку выполняют в виде шпунтовых стенок, а в последнее время и в виде стенок в грунте. Шпунт представляет собой металлический профиль шириной до 0,5 м. Масса 1 м шпунта около 60 — 80 кг; длина шпунта 12 и 25 м. При его забивке (или вибропогружении) в основание замок между отдельными шпунтинами не герметичен. Шпунты делают и из железобетона и даже деревянные. Глубокие зубья, стенки и завесы обычно используют в тех случаях, когда устройство шпунтовых завес невозможно по геологическим условиям — наличие большого количества валунов, прослоек скалы и др.

Дренаж является действенной мерой уменьшения фильтрационного давления на подошву плотины и потому, как правило, применяется дренирование подошвы плотины и крепления нижнего бьефа.

Понятие о фильтрационных деформациях. Фильтрационными деформациями называют деформации, возникающие в грун­тах под действием фильтрационного потока. Способность грунта сопротивляться фильтрационным деформациям называют фильтрационной прочностью грунта.

В нескальных грунтах возможны четыре вида фильтрационных деформаций: суффозии, фильтрационный выпор, контактный выпор, контактный размыв.

Возникновение того или иного вида деформаций оценивается одним из параметров фильтрационного потока (гидравлическим градиентом напора) и механическими характеристиками грунта (диаметром частиц, объемным весом, сцеплением, коэффициентом неоднородности).

Суффозии. Механическая суффозия — это перемещение мелких частиц грунта через более крупные поры в грунтовом массиве под воздействием фильтрационного потока. Химическая суффозия характеризуется растворением содержащихся в грунте водорастворимых солей и выносом их фильтрационным потоком.

Фильтрационный выпор. Этот вид фильтрационных деформаций характеризуется отрывом и перемещением грунта восходящим фильтрационным потоком. Отрыв и перемещение грунта при выпоре происходит со всеми слагающими его фракциями.

Контактный выпор. — это разрушение грунта на контакте с более крупнозернистым материалом (фильтром) из-за выдавливания фильтрац силами некоторого его объема в поры фильтра.

Контактный размыв. Этот вид фильтрационных деформаций возникает под действием фильтрационного потока на контакте двух различных по крупности грунтов (например, песка и гравия или глины и смежного гравелистого грунта).

Кольматация – отложение в порах более крупнозернистого грунта мелких частиц, выносимых фильтрационным потоком

Противодавление представляют в виде двух составляющих, взвешивающего и фильтрационного давления. Взвешивающее давление направленное снизу вверх определяют по прямоугольной эпюре с ординатой равной глубине погружения рассматриваемой точки подошвы под уровень нижнего бьефа.

 

 

12. Разрезка бетонных плотин на блоки бетонирования. Причины трещинообразования в бетонных плотинах. Конструктивные и технологические мероприятия по повышению монолитности бетонных плотин.

Существенное влияние на термонапряженное состояние сооружения, его трещиностойкость и монолитность в период строительства и эксплуатации оказывает разрезка сооружений на блоки бетонирования.
Причины, вызывающие необходимость разрезки сооружения на блоки бетонирования, можно разделить на две основные группы. Первая группа – производственные причины, связанные с обеспечением условий возведения сооружения. Вторая группа – причины, связанные с обеспечением трещиностойкости и монолитности сооружений в период строительства и эксплуатации. Обе группы причин требуют возведения сооружения отдельными частями, ограниченными как в плане, так и по высоте, и называемыми блоками бетонирования.

Размеры блоков бетонирования во многом зависят от системы разрезки сооружений на блоки бетонирования. В практике гидротехнического строительства применяются следующие основные системы разрезки: с перевязкой швов («днепровская»), столбчатая, секционная (длинными блоками), послойная, а также ряд комбинаций и разновидностей этих систем.

Разрезка ярусная «вперевязку» («днепровская»):

Сущность. Эта система предусматривает разрезку сооружения на блоки с взаимной их перевязкой (перекрытием) по типу кирпичной кладки. Обеспечение монолитности. Совместная работа блоков и монолитность сооружения обеспечивается наличием и соблюдением определенных конструктивных и технологических условий:

а) условий, исключающих образование трещин на продолжении межблочных швов;

б) температурных условий для минимального раскрытия этих швов.

Обеспечение необходимого температурного режима. Основным средством регулирования температурного режима в блоках при данной системе является естественное и искусственное поверхностное охлаждение горизонтальных поверхностей блоков в период перерывов в бетонировании смежных по высоте блоков.

Преимущества и недостатки. Преимуществом данной системы является отсутствие цементации (омоноличивания) швов. Совместность работы отдельных блоков обеспечивается перекрытием, или перевязкой, швов по высоте. Это преимущество обеспечило ее большое распространение для бетонных и железобетонных сооружений небольшой высоты – до 50 м – как на скальных, так и на мягких основаниях.

Недостатком является ограниченная область применения (для относительно невысоких сооружений) и относительно малая интенсивность роста сооружений по высоте.

Столбчатая система разрезки:

Столбчатая система разрезки заключается в разрезке плотины на отдельные «столбы» вертикальными строительными межстолбчатыми швами, параллельными оси плотины. Каждый столб разбивается по высоте на отдельные блоки горизонтальными строительными швами. Применяют два варианта столбчатой разрезки с тонкими межстолбчатыми швами и с объем-нымимежстолбчатыми швами.

А. Система разрезки с тонкими межстолбчатыми швами:

Сущность. В столбчатой разрезке с тонкими межстолбчатыми швами столбы бетонируются «впритык» друг к другу. В дальнейшем в период остывания блоков после экзотермического разогрева эти швы раскрываются, образуя между столбами «щели» (тонкие швы).

Обеспечение монолитности сооружения. Совместную работу отдельных столбов (монолитность сооружения) обеспечивают путем заполнения «щелей» в межстолбчатых швах цементным раствором. Этот процесс называется омоноличиванием швов (сооружения).

Преимущества и недостатки. Основное преимущество столбчатой разрезки – простота и независимость бетонирования отдельных столбов, что обеспечивает высокие темпы возведения сооружения при одновременном обеспечении условий трещиностойкости блоков бетонирования. Иногда, при наличии условий для зависания соседних столбов друг на друга и недопустимого перекоса столбов при их несимметричном остывании, превышение одного столба над соседним при бетонировании ограничиваютдо 9–12 м.
Недостаток этой системы – необходимость проведения дополнительных работ по омоноличиванию (цементации) швов и относительно малый плановый размер блоков. Последнее обстоятельство ограничивает возможность полной механизации внутриблочных работ.

Б. Столбчатая разрезка с объемными межстолбчатыми швами:

Сущность. При этой системе столбы бетонируются отдельно друг от друга с оставлением между ними полостей, так называемых объемных межстолбчатых швов, шириной 1,2 – 1,5 м.

Преимущества и недостатки. Основное преимущество этой системы по сравнению с тонкими швами – возможность омоноличивания сооружений при полностью промороженном бетоне в столбах, что обусловливает ее применение в особо суровых климатических условиях.Кроме того, имеется возможность независимого возведения отдельных столбов практически на всю высоту без ограничений, которые имеются в первом варианте.

Особым преимуществом данной системы является возможность обжатия верховой грани плотины и улучшения ее напряженного состояния за счет бетонирования замыкающих блоков при температурах столбов ниже эксплуатационных и последующего отогрева этих столбов до постоянных эксплуатационных температур. Регулируя температурные условия столбов при омоноличивании и вызывая тем самым предварительные горизонтальные деформации (наклоны) столбов, можно целенаправленно влиять на напряженное состояние верхового столба плотины в нужном направлении.
Основной недостаток этой системы – трудоемкость устройства объемных межстолбчатых швов и последующего их бетонирования. Для снижения этого недостатка межстолбчатые швы рекомендуется выполнять не в деревянной опалубке, а в железобетонной несъемной опалубке.
Область применения. Применяется в основном там, где затруднено использование столбчатой системы с тонкими швами. А именно в особо суровых климатических условиях при среднегодовых температурах воздуха ниже минус 3– 4°С.

Секционная система разрезки длинными блоками:

Сущность. Секционная система разрезки длинными блоками предусматривает разрезку плотины горизонтальными блоками, имеющими в плане размеры, равные размеру секции и более. При размерах блоков, более чем размер секции, межсекционные швы образуются путем предварительной установки в них специальной опалубки или путем нарезки этих швов после бетонирования.
Система имеет ряд разновидностей. Основными из них являются;

- секционная система с многослойными длинными блоками;

- секционная система с однослойными длинными блоками из обычного бетона;

- секционная система с однослойными длинными блоками из укатанного жесткого бетона.

А. Секционная система с многослойными длинными блоками:

Сущность системы. Укладываются блоки, размер которых в плане равен размеру секции, а высота – до 3 м, небольшими по толщине слоями (0,3–1,0м) из обычного бетона.

Б. Секционная система с однослойными длинными блоками из обычного бетона:

Сущность системы состоит в укладке блоков возможно больших плановых размеров с высотой блока, равной толщине слоя укладываемого обычного бетона. В этом случае сроки перекрытия слоев не регламентируют, так как блок состоит из одного слоя и укладку его можно вести достаточно длительное время, в зависимости от мощности бетонного хозяйства.

В. Секционная система разрезки с однослойными длинными блоками из укатанного жесткого бетона:

Основная суть та же, что и для предыдущей системы. Разница заключается в том, что в блок укладывают не обычный, а жесткий бетон, уплотняемый катками (так называемый укатанный жесткий бетон). Толщина слоя при этом равна, по данным практики, 0,3–0,5 м в зависимости от состава бетона и мощности катков для уплотнения.

Смешанные системы разрезки:

Кроме изложенных выше трех основных систем разрезки на блоки бетонирования и их разновидностей существуют различные их сочетаний.

Наиболее перспективна из них смешанная система разрезки из комбинации столбчатой разрезки и секционной длинными блоками. При этой системе напорная грань выполняется в виде монолитного столба из обычного бетона с соблюдением всех технологических требований по предотвращению трещинообразования для столбчатой системы разрезки.