Возведение насыпных плотин
Уплотнение материала осуществляется в соответствии с общими принципами, рассмотренными ранее (рис. 17.11). Грунт любого состава может разрабатываться экскаваторами в карьерах и перевозиться на любой намеченный участок плотины тяжелыми самосвалами на пневматическом ходу. Самосвалы способствуют дополнительному уплотнению грунта в насыпи специальными катками. Стоимость единицы объема насыпной плотины значительно выше, чем намывной.
Грунт в теле сооружения по причинам, рассмотренным далее, должен укатываться при его влажности по меньшей мере на 2% ниже оптимальной. Дополнительное увлажнение грунта при недостаточной его влажности можно производить или на месте его укладки, или с помощью механических разбрызгивателей (спринклеров) в естественных условиях залегания грунта в карьере. В период обложных дождей работы по возведению плотин прекращают.
Следует проявлять заботу о том, чтобы на низовом откосе плотины не был уложен грунт с пониженной водопроницаемостью. В противном случае не исключается возможность аварии, подобной показанной на рис. 17.1 и 17.2.
Центральная часть плотины (ядро) обычно возводится из глинистых грунтов с низкой фильтрационной способностью (глины). В некоторых случаях на верховом откосе плотин используют экраны. Необходимо считаться с тем, что глинистые экраны могут быть повреждены землеройками. He исключена также возможность, потери устойчивости экрана и его сползания по откосу или обрушения по круглоцилиндрической поверхности при неожиданной сработке, т. е. при быстром понижении уровня воды и верхнем бьефе. Чтобы предотвратить такое повреждение экрана, может потребоваться использование более пологих верховых откосов плотин.
Во всех случаях очень важно проводить надлежащий непрерывный полевой контроль за плотностью и влажностью грунта, укладываемого в насыпь.
На рис. 17.12 и 17.13 приводятся поперечные сечения двух насыпных плотин, построенных Бюро мелиорации Соединенных Штатов. Плотина Дир Крик (рис. 17.12) возведена несколько позднее, когда уже укоренилась практика тщательного подбора грунтов для укладки и полевого контроля.
Относительно более водонепроницаемый грунт в описываемом случае укладывался в зону I. Зернистый материал использовался для низовой призмы II. Водонепроницаемое ядро было сопряжено с помощью траншеи и зуба из глины со скалой. Бетонная шпонка по низу траншеи заделывалась в скалу и выводилась вверх по бортам каньона. Такое сопряжение делается для уменьшения опасности фильтрации по поверхности контакта между естественным грунтом или скалой и укатанным телом плотины, так как эта поверхность контакта всегда является ослабленной. Назначение зуба, как это очевидно, заключается в предотвращении значительной фильтрации под плотиной. Там, где траншея закладывается в водоносных песчаных грунтах и где возможно ее проходить участками, а река временно отводится путем специально построенных туннелей или другими сооружениями (см. рис. 17.6), могут быть с успехом применены колодцы.
В тех случаях, когда отрывка глубокой траншеи под зуб практически неосуществима, для сопряжения тела плотины с се основанием устраивается стальная шпунтовая стенка. Этот способ был применен при возведении плотины Форт Пек, однако он оказался недостаточно эффективным. На участках, где валуны препятствуют забивке шпунта, успешно применялись с указанной целью кессоны. Этот способ был использован при строительстве плотины Квеббин. Небольшие железобетонные кессоны опускались последовательно рядом друг с другом до кровли скалы, залегавшей на глубине до 100 футов. После их погружения отдельные кессоны соединялись друг с другом также в условиях подачи сжатого воздуха, чтобы создать под плотиной непрерывную стенку, сопряженную с ядром.
В некоторых случаях скала под плотиной залегает на таких значительных глубинах, что сопряжение ядра с ней обычными методами оказывается невозможным. При этом условии возникает необходимость составления проекта плотины с исключением влияния на ее устойчивость противодавления в связи с фильтрацией в основании. На рис. 17.13 показана конструкция насыпной плотины, возведенной в 1931 г. с учетом этих требований.