Гидроэнергетическое строительство на Севере. Куперман В.Л. и др. 1987

. -ае~~ ra~J/ А-гr~~'?У h~~..-......... . ___.__ ~.//~~/ cf._S:-/ / ~/ / . В.Л. Куперман, Ю. Н. Мызников. Л. Н. Торопов Гилро энергетическое строительство на Севере 1 ·,·:_ • . . ' -.·· ·'. ' МОСКВА ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ 1987 ББК 31.57 К92 УДК 627 .8 :69 (-17) ' • ~-· ' ' ' ' 4•. ~-\ ;· P,ie ц ~.и з '\. ;· ." 1: • • • е и·т 1 • ~- ~.: • Е. Д. Каnиманов;. ' • ' ,' 1 ·~ ,,". ·.t •.. .. .... " Куперман В. Л. и др. К 92 Гидроэнергетическое строительство на Севере перман, Ю. Н. Мыэниковt Л. Н. Торопов. издат, 1987. - 304 с.: Описъmаются - В. Л. Ку- / М.: Энерrоатом ил. методы организации строительства., производства работ и особенносnt конструкций сооружений в суровых климатичсс кьх условиях. Основное внимание уделяется выбору оптималЫ{ЫХ типов сооружения. земелыю-скальных подготовке оснований, производству бетонных, и подземных работ. Приводятся данные по конт ролю качества ведения работ и натурным наблюдениям. Рассматрива ются вопросы экономики строительства. Для инженеров-mдротехников и mдроэнергеmков: проектиров щиков, строителей и эксппуаташюнников. 3302000000-308 к----051 (01) -87 284-86 ББК © 31.57 Энергоатомиздат, 1987 ПРЕДИСЛОВИЕ Решениями съезда КПСС намечено продолжить ускоренное XXVII наращивание производственноrо потенциала и освоение природных ресур сов восточных и северных районов страны, комJUJексное развитие их хозяйства. Эти задачи требуют более полноrо использования различных видов местных энергоресурсов, в частности, интенсификации rидроэнер rеmческоrо строительства. Помимо продолжающегося строительства Колымской, Курейской, ВилЮЙской-3, Богучанской, Бурейской ГЭС, в XII пятилетке намечеtiо сооружение Усть-Среднеканской, предусмотрены подготовительные Адычанской работы и Тельмамской по возведению ГЭС, крупнейшей Среднеенисейской ГЭС. Условия суровым сооружения этих rицрозлектростанций характеризуются климатом, отдаленностью районов строительства, сложностью доставки основных материалов и оборудова1mя, необходимостью значи тельных затрат на создание инфраструктуры целых регионов. Строитель ство эmх гидроузлов, как правило, осложняется наличием вечномерзлых грунтов в основаниях сооружений и в карьерах, продолжительностью зимних периодов, значительными паводковыми расходами и ледоходами, обусловленными неравномерностью стока северных рек. Несмотря на указанные сложности, в Северной строительно-климати ческой зоне построены такие крупные гидроэлектростанции как Иркут ская, Братская имени 50-летия Великого Октября, Красноярская имени 50-летия СССР~ Усть-Илимская имеЮ1 Ленинского комсомола, Зейская имени 60-летия Ленинского комсомола. Вилюйские (№ 1 и 2), Усть-Хан тайская, Серебрянские (№ 1 и 2), Нивская (№ 3), Верхнетуломская и др., возведены массивные и гидротехнические облегченные бетонные сооружения плотины, разнообразных плотины из типов: грунтовых материалов, подземные, полуподземные и открытые здания ГЭС, водо сбросные сооружения. При возведеЮ1и грунтовых rmотин была разра ботана технология укладки в зимнее время связных грунтов, усовершен ствованы работы по созданию подземных гидротехнических сооружений, особенно в условиях вечномерзлых грунтов, осуществлены принципиаль но новые схемы пропуска строительных расходов поверх недостроенных плотин из rрунтовых материалов. В ление Гидротехническом строительстве полуtm:ло развитие новое направ - северная гидротехника. Различные аспекты проблемы северной гидротехники наumи отражение в мноrоtШсленных публикациях, посвя щенных обобщению результатов натурных исследований бетонных плоз ......________ _ тин Братской, Усть-Илимской, Краноярской, Зейской и других ГЭС анализу термонапряженноrо состояния облегченных и массивных бетонных ШIОТИН [ 12, 16, 37), возведению _грунтовых пло тин Вилюйской, Усть-Хантайской ГЭС (2, 17, 30), поведению грунтовых плотин в процессе сооружения и эксIUJуатации (7, 13, 23, 25, 29, 32, 39], организации и производству гидротеХЮ1ческих работ [ 15, 27, 28, 41, {36, 44, 68, 85, 86], 42, 52, 53]. В настоящей книге на основании производственного опыта авторов, принимавших непосредственное узлов, а также материалов yчacrne ведущих в строительстве северных гидро проектных и научно-исследователь ских институтов и организаций (Гидропроекта, ВНИИГ, Орrэнерrостроя, МИСИ и др.) рассмотрены разнообразные типы гидротехнических соору жеJШй, влияние на их выбор специфических природных условий, рацио нальные типы компоновок гидроузлов и конструкций сооружений, приве дены транспортные схемы, методы производства бетонных, земляных и подземных работ, схемы пропуска строительных расходов, подготовки оснований сооружений, результаты натурных наблюдений, технико-эконо мические показатели мендации по в северных Авторы гидроэнергетического основным строительства, даны реко направлеЮ1ям совершенствования строительства условиях. выражают благодарность инж. Е. Д. Калиманову за про смотр рукописи и полезные замечания и канд. техн. наук Ю. П. Прав дивцу за помощь при подготовке книги к изданию. Замечания и пожелания по книге просьба направлять в Энерrоатом издат по адресу: 113114, Москва М-114, IIlлюзовая наб., 10. Авторы ., . . ' ··'"i, ГЛАВА 1 ОСОБЕННОСТИ ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СТРОИТЕЛЬСТВА НА СЕВЕРЕ 1.1. Природнь1е условиR Северной строительно-климатической зоны Районы Северной строительно-климатической зоны заJШмают в СССР около 11 млн. км 2 мощади, что составляет 46% всей территории стра ны. В европейской части страны к этим районам отнесены территории Мурманской и Архангельской областей, Карельской и Коми автономных республик. На азиатской части страны - Ямала-Ненецкий и Ханты-Ман сийский национальные округа Тюменской области, северные районы Томской области, Таймырский и Эвенкийский национальные округа, Туруханский и Игарский районы Красноярского края, Якутская АССР, Магаданская и Камчатская области, северные районы Иркутской, Читин ской, Амурской и Сахалинской областей, а также Бурятской АССР и Хабаровского края. Значительная часть указанных районов располагается в зоне распростра нения грунтов с отрицательной температурой (криогенной толщи), так называемых вечномерзлых, или многолетнемерзлых грунтов. Схемати ческая карта распространения этих грунтов на территории СССР пред ставлена на рис. 1.1. Зона вечномерзлых грунтов начинается за Полярным кругом на Коль ском полуострове и простирается на юго-восток через Полярный Урал до среднего течения р. Енисея, затем охватывает всю восточную часть территории СССР. Под обогревающим воздействием Тихого океана зона вечной мерзлоты исчезает только на юге Дальневосточного Приморья и на Камчатке. Южнее Государственной границы СССР в пределах Мон гольской Нароwюй Республики зона вечной мерзлоты расположена почти до пmроты Крыма. На Северо-Американском континенте вечная мерзлота занимает около 80% rutощади Аляски и около Sif/" площади Канады. В табл. 1.1 приво дятся данные о ruющади распространения вечномерзлых грунтов по стра нам и территориям. Южная граница вечномерзлых грунтов фиксируется на картах услов но, так областью как между зоной распространения вечномерзлых грунтов и сезоннопромсрзающих грунтов располагается достаточно lilll- poкaя переходная зона так называемой "островной" вечной мерзлотой (65]. Северная строительно-климатическая зона подразделяется на три под зоны (климатические пояса) и пять территорий (табл. 1.2). По характеру распространения вечномерзлые грунты подразделяются на вечномерзлые грунты островного, прерывистого и сJШошноrо рас пространения. 5 30" о во· во" 100°120· 140° 1ео 0 i7o" 180° 70° 250 f,.-' 21: ::::1 JШIJ] 4~ 5§ 6fm 1~ в18 g'М Рис. 1.1. Схематическu карта распростране НЮI вечномерэлых грунтов иа территории СССР: 1 - южиu rраиица распространения веч грунтов; 2 зона отдельных номерзлых осrровов вечномерэлых мвпьноlt 10лщииоА дР 25 грунтов м; З с макси - ro же тол щиной цо 100 м; 4 - то же толщиной от 100 до 200 м; 5 - 10 ж:е от 200 11Р 300 м; 6 ю же от 300 1JfJ 400 м; 7 - то :ж:е от 400 до 500 м; 8 - то же толщиной более 500 м; 9 - то же ТОЛЩЮIОЙ до 15 00 м Таблица 1.1 Площадь вечномерзлых грунтов Страна нли территория % rvtощадн млн. км 2 СССР Канада Монголия 47 10,5 5t7 0,8 1,5 1,6 13 ,5 США "(Аляска) ГренланЦИJ1 Аtпарктида страны (территория) 52 7,9 100 100 Таблица Климати ческий пояс Территория . Сумма по- Средняя Средняя Средняя от- ложитель- мощность скорость носительная пых тем- СНеЖJfОГО ветра влажность ператур покрова, зимой, воздуха, 803дУХа, о Арктиче Побережье аркm ский ческих морей Субаркm Северо-Вое10ч ная часть СССР Больwеземельнu ч.ес1О1й 1.2 м % м/с С/мес 0,1 - 0,2 5- 7 83 - 90 25 3-7 75 - 82 40 3-4 15 - 77 10 тундра и северо западная: часть Сибири Умереuный Якутская АССР 50 0,2 - 0,3 1- 3 68 - 73 60 Otl 1-4 65 -15 за исJ<Пючением приморских районов Южные районы распросrраиения вечномерзлых грунтов В е ч н о м е р з л ы е r р у н т ы о с т р о в н о г о р а с п р о с т р а н е н и я наблюдаются в виде отдельных "островов" в общей массе та лых грунтов вдоль южной границы распространения ве1П1омер3Лых грунтов. П р е р ы в и с т ы е м е р з п ы е r р у н т ы с островами и масси 4 вами rалых грунтов нталиков t' на общем фоне вечномерзлых грунтов встречаются значительно севернее, чем мерзлые rрунты островного рас пространения. Температура грунта в этих ''островахн мерзлоты, как пра вило, колеблется от -0,5 до -1,S 0 С. Обычно такая мерзлота называ ется ''вялой". Мерзлые грунты сплошного распространения преобладают в пределах центральной и северной части области распро- 7 странения вечномерзлых грунтов. Однако и здесь, как правило, ветре· чаются талые зоны в виде сквозных и несквозных таликов под реками, озерами, болотами. Мощность толщи мерзлых грунтов и их температура зависят от про должительности холодного периода, интенсивности охлаждеlПfя, свойств грунтов, их диспозиции и т. д. Мощность вечномерзлых грун тов для некоторых пунктов СССР приведена в табл. 1.3. ТоблuЦQ 1.З Пункт Температура у подо Мощность мерзлой швы с rодовыми толщи, коле б аниями, м ос Верхоянск -1 ..;.- -1.S -3+ -7 -6+ -7 Мирный -6 40 - 130 230 180 300 -7,6 500 Воркута Якутск пос. Удачный. Якутская АССР Мощность вечномерзлых грунтов достигает сотен метров. В летний период в зависимости от климатических условий, экспозиции и друrих факторов деятельный слой оттаивает на глубину от 0,2 до 3 м. Природные условия районов распространения вечномерзлых грунтов весьма суровы. Климат, как правило, резкоконmнентальный с холодной продолжительной зимой, коротким летом и кратковременными периода· ми весны и осени. Продолжительность безморозного периода изменяется от 100 сут на юrе зоны до нескольких суток на Крайнем Севере. Минимальные температуры зимой в зоне распростране1D1я вечной мер злоты достигают -60 ° С и даже Юtже. Продолжительность морозного периода в районе строительства Курейской ГЭС составляет 240 сут, Ко лымской - 283 сут, А,ць1чанской - 305, а Амrуэмской - 330 сут, абсо люrnый миюtмум в Оймяконе -72 °С. Среднемноголетняя температура воздуха в наиболее суровых районах Якутской АССР и Магаданской области -15 7 -16 °С, в районе строительства проекmруемой Амrуэм ской ГЭС -11,5 °С, Адычанской -12,2 °С. В некоторых районах при зна~ чительных морозах и сильных ветрах Так, район строительства Братской наблюдаются ГЭС сильные туманы. характеризуется континен тальным климатом со среднемноголетней температурой -2,6 меньшая среднемесячная температура воздуха в январе ° С. Наи равняется -23,8 °С, а зарегистрированный минимум января -58 °С. Средняя тем пература самого теплого месяца - июля равна 18,2 °С, с абсолютным максимумом температур 35 °С. Районы распространения вечномерзлых грунтов отличаются значи~ тельным разнообразием климатических, мерзлотно-грунтовых, ниже· нерно-rеологических 8 и rидролоrических условий, которые определяют· ся географическим, а также высотным положением отдельных терри торий. На Севере европейской территории страны климат более мяrкий, средняя зимняя температура колеблется от -15 до -21 °С, а летняя от 12 до 17 °С. В течение зимы наблюдается большое число суток с устой'П1:выми туманами и снегопадами (Кольский п-ов) , а в летние месяцы значительное количество осадков в виде дождя. На Север Западной дуnmые массы с средняя температура Сибири Северного зимЮIХ существенное влияШlе Ледовитого и лепmх океана. В месяцев оказывают воз результате колеблется этого от -21 цо 17 °С, при среднегодовой температуре воздуха около -3 °С. Суровой длительной зимой с частыми сильными ветрами, сопровож дающимися юrзкой rде среднегодовая Север ставляет нь1х температура воздуха около ЕЮtсейский -1 О 0 Север, С. Енисейский район крупного rидроэнерrетическоrо строительства, пред собой сложный природный регион с наличием высокоrор· участков ческих, температурой, характеризуется с широким Jnfапазоном · rеокриолоrических, rеотектоЮtческих, климатических и гидрогеологи гидрологических осо бенностей. Среднегодовая температура Енисейскоrо Севера колеблется от -14,5 °С (Мыс Челюскин) и-13,8°С (Хатанга) до -7,6 °С в районе 0 Туруханска и -8,S С в районе строительства Курейской ГЭС. Темпе ратура ниже -60 °С наблюдалась в Хатанге (-61 °С), Игарке (-64 °С), Туруханске (-61 ° С) . В районе ЕЮtсейского Севера осадков выпадает от 200 до 500 мм в год. Район имеет густую речную сеть, и до 60% ero территории заЮt мает горный рельеф. В зимний пернод здесь выпадает значительное количество осадков в виде снега, что в определенной степеЮ1 влияет на температурно-влажностный режим грунтов основания. Например, в зоне строительства таких круnнь1х rидроэнергеmческих объектов, как Усть Хантайская и Курейская ГЭС, встречается ''вялая" мерзлота с темпе ратурой, близкой к нулю, и достато\ffiо обширные зоны "таликовн. пrи этом абсолюmая амШiитуда колебаний температуры достигает 9 5 С (от -60 + -63 °С зимой до 30 + 32 °С летом). Зима длится более 8 мес, 0 переход среднесуточной температуры через О С происходит в начале июня. В течение года осадки в бассейне р. Хантайки распределяются крайне неравномерно - за короткий летний период выпадает до 40% среднегодо вой нормы 550 мм. Снежный покров, достигающий 2 м, удерживается до 265 сут в году. Большая скорость ветра (7 - 12 м/с) вызьmает метели и снежные заносы. Для самых холодных месяцев характерны туманы, из-за чеrо иногда полностью прекращаются работы на открытом воздухе. За по лярной ночью с ее туманами и морозами следует период сильных вет ров с метелями, снегопадами, снежными заносами, и только затем насту пает короткое дождливое лето. Климатические условия Восточной Сибири, Якупm, Магаданской об ласти и Чукотки, rде уже сооружаются, а также прецполаrается строи- 9 -тельство новых средняя температура -48)9 крупных гидротехнических января в объектов, Оймяконе особо суровы: 0 -50,l С, Верхоянске °С) абсолютный миmtмум температур в Якутской АССР опуска~ ется до -69 + - 71 ° С. В короткое лето возможны заморозки. Напри мер, в районе строительства гидроузла на р. Сытыкан в Якутской АССР среднегодовая температура воздуха -12 °С, абсолютный минимум со ставил -65 °С, а максимум 37 °С. 1.2. Гидро.яогический режим северных рек Районы Севера характеризуются крупными речными системами, со значительными запасами водной энергии. Сток наиболее крупных рек Северной зоны дан в табл. Реки Европейского Севера характери 1.4. зуются модулем стока 8 - 1О л/ (с · км 2 ) , реки Севера азиатской части СССР - 10-30 л{ (с · км 2 ), т. е. водообеспеченность северных районов по сравнению с промышленно развитыми южными районами значи тельно выше. Особенностью большинства рек Севера является мерицианальное на правление течения, ч.т9 оказывает существенное влияние на rидрологи ческий режим. Как правило, вскрыmе таких рек начинается с верховьев, расположенных в бо.лее южных районах, что предопределяет исключи тельную неравномерность годового стока по сезонам (табл. 1.5). Вследствие снеrодождевоrо питания и поверхностного стока расходы рек в течение зимнего периода составляет ной и летом они возрастают сменяется Тяжелые высокими весенЮtе (96-98% весенними ледоходы и 2-3% годового стока, вес стока). Низкая зимняя межень летне-осенними характеризуются mtками паводков. высокими заторами, подъемами воды, большой толщиной и прочностью льда. Минимальные в створах и максимальные построенных, водятся в табл. расходы строящихся и рек на некоторых проекmруемых гидроузлов 1.6. Таблица Срецнемноrолетиий Река сток. км 3 623 2619 2478 Печора Колыма 123 Хатанга 121 110 57 52 32 Северная Двина Индиmрка Анадырь Яна 32 Камчатка Вилюй (створ ГЭС 1,2) 19,6 1.4 Площадь водосбора, тыс. км 2 508 397 131 Енисей Лена Обь 10 реках 2470 327 665 422 360 362 200 238 56 141 при Таблица Распрецеление rодовоrо стока, Пункт яаблю- Река с. Кюсюр с. Куцу-Кюель Алдан с. Ох.отсюtй перевал ВилюА Яна Инднrнрка с. Сукrары r.Верхояиск п. Индигирский Колыма с. У сть-Среднекан Зима {Vll-X) (V-VJ) Лена Оле км а % Лето-осень Весна nений 40,3 sз.з 40,З 53,3 47,0 47,8 66,4 1.5 (Xl-IV) 6,4 6,4 5,2 33,9 31,9 65,8 36,0 48,2 63.О 1,7 0,3 1,0 50,0 1,8 Таблица 1.6 Расход. Sо/о-ной обесnечекиости, Река Зея Колыма Колыма 1• м 3 /с Створ ГЭС в леmий период, в зимний период, макснмалыtый минимальный Зеltской 14600 7 9650 11 ООО о.з Вилюй Колымской У сть-Средиеканской Вилюйских-! и -2 Мамакан Хантайка Воронья Мамаканской У сть-Хантайской Серебрянской 0,3 12600 4000 0,29 15 12 18 8090 1530 Как видно, зимняя межень большинства рек характеризуется мини мальными расходами дельные годы кращается. реки Так, на (гидрограф р. Вилюя показан на рис. могут полностью реках Яна, перемерзать Ад;ыча, и сток В от 1.2). по ним пре Оленек, Индигирка и других сток в течении января-апреля, как правило, равен нулю. В то же время весенне-летние паводки протекают очень бурно, объем стока колеблется от 31 на р. Витим до 66% на р. Вилюй их годо вого значения. На некоторых малых реках объем весеннего половодья достиrает 70-78% объема годового стока, продолжительность весенне летних паводков, как правило, составляет 40-60 сут. На большинстве рек Севера максимальные паводковые расхо,цы пре восходят минимальные в сотни, а иногда и Зейской ГЭС в 10000 раз, на р. Колыме в нар. Вилюе и р. Хантайке в 4000 раз. тысячи 9000, раз, так, в на р. Бурее в створе 6000, Вскрытие рек происходит сверху вниз, вследствие чего весной не редки мощные ледяные заторы, сопровождающиеся резким подъемом уровня" В осенне-зимний сезон наблюдается высокая зашугованность русла, доходящая до 85-90% ero живого сечения. 11 " ,1 а,но/с 11000 10000 r. 9000 11 11 8000 ' 1 1959r. 1 7000 1 'lil 1 1 1I 1 6000 l 'J 5000 '1 1 ' 1 '1 ::;~ 1 3000 zooo 1000 а 19JJг. *"\ ', i ;/ ··{ '.jf i \\г'J \ У IV , 193бr. i, : ." .·. н ,,, ! ~ 19ЧОr: 193бг. 1 1933r. !~ 1 '1000 1959г. 19Ч{)г: V1 ' УШ Yll , r'. " ' ~ 1Х Х Xll XI а) а.м 3/с 10001------~--+-~-+-~+-~f-+-+~-+-~-+-~1---t-~-t------1 ZOOOJ.-~~~~-+-~+-~~~-J~."\~\г~-+-~+----11-----r~;-~ 1 , • 1000~---4~-+-~-+-~~-++~~~~,~~~\~+---,.--j~·~-lt+~-t----i k} ~j·~·~',,,,~~ ~.~\_G::="'a::"::'..._-+-.._-J" o~~air.*7:1~:.r.~~~-+-~~-+-~~-+..:;;;:~~ ~ Рис. 12 1 Л m 1.2. Гидроrраф Л У Л Ш УЛ! Л I рек Вилюя (а) и ХантайЮI (б) Л Н В летний уровней и за осенний счет перио,цы дождевых возможны паводков, многократные повышения часто сменяющих друr друrа вплоть до ледостава, что значительно осложняет ведеЮiе работ в русле реки и на низких пойменных участках. Особенности rидролоrическоrо режима рек предопределяют выбор схемы пропуска строительных расходов и перекрыmя рек и в конечном счете определяют выбор привести типа сооружения. В качестве примера можно некоторые rидролоrические показатели по рекам, на которых уже построены ИJIИ строятся крупные гидроэнерrеmческие объекты. Например, гидрограф р. Вилюй (рис. 1.2) характеризуется крайней нерав номерностью стока. При среднегодовом расходе в створе Вилюйских ГЭС-1 и -2 612 м 3 /с, максимально наблюденный расход достигал 12 600 м 3 /с, а минимальный 0,29 м 3 /с. Гидрологический режим р. Хантайки также характеризуется ярко выраженным весенним половодьем, высокой лете-осенней и 1Пtзкой зимней меженью. Максимальные расходы с различной степенью обеспеченности: Обеспеченно~% Расхоц peIOI, м /с ............... 0.01 ............... 12480 % ............... 3 м f с ....... " ..... Обеспеченностъ 2 Расхоц peIOI, 8950 Минимальные расходы 0,1 10980 0,5 10250 9370 2 8520 5 8090 10 7460 наблюдаются в 1 конце зимнего периода (около 12 м /с). 3 Для всех северных рек характерны образование торосов, наледей, значительная толщина льда. Потенциальные экономически обоснованные гидроэнерrоресурсы рек Северной климатической зоны (см. табл. 1.4) оцениваются приблизи тельно в 3 7% всех экономически обоснованных гидроресурсов рек стра ны и составляют около 400 млрд. кВт · ч. Современная же их освоен ность весьма Юtзкая. По большинству водотоков в настоящее время со ставлены схемы комrmексноrо использования водных ресурсов и выяв лены первоочередные объекты строительства. На Севере европейской часm СССР, особенно на Кольском полу острове, rце реки являются эффекmвным источником энергии блаrода ря значительному падению и хорошей зареrупнрованности стока, освое нию rидроэнерrетическоrо потенциала придается первостепенное зна чение. Основные реки западной части Кольского полуострова пракmчески уже использованы для получения гидроэнергии (Нива, Ковда, Тулома, Паз). Ведется освоение рек восточной части полуострова (Воронья, Териберка). Имеются проектные проработки по использованию рек Иоканьrа и Поноя. Реки ным, Крайнего еще не Севера, как использованным .црйВило, потеЮJ,Иалом довольно круп rидроэнерrетических обладают ресур сов, блаrоприятной их коIЩентрацией. Показатели рек районов Крайне- 13 ТаблuЦQ Река Площадь во- Среднегодовой цосбора, расход в устье, ТЫС. ВороНЫI Иокаиьга Поной Енисей Курей ка HИЖНJIJI Тунгуска Поцкаменная Тун- Падение, Дщmа реки, м км м 3 /с KM:Z 9,94 115 5,94 65 180 15,S 319 2620 45 483 249 fieqopa 1. 7 242 203 426 1814 3844 827 2900 1832 4020 19 800 690 3700 1750 202 270 292 601 1578 1154 533 494 rуска Оленек Пена Витой Алдан Витим 241 5110 2200 10 123 232 89 1000 Колыма 358 681 Амrуэма 149 1810 3900 30 Мамакан Яна Адыча Индиmрка 2219 4337 2654 2300 1823 210 856 668 1758 1988 1265 15 140 2290 218 2472 454 729 470 451 1619 477 1291 983 1175 134 1796 802 535 970 484 Севера, перспективных для выработки гидроэнерrии, приведены в табл. 1.7. Целесообразность ускоренноrо развития гидроэнергетики северных ro регионов обусловливается ростом промышленного освоения их и соот ветственно увеличением электропотреблеЮfя. ЭксШJуатация уже по· строенных в районах Сибири, Дальнего Востока и Крайнего Севера гид роэлектростанций показывает их высокую эффективность. Полноводные реки, относительно благоприятные геологические условия строительства и малое сельскохозяйственное значение долин в зонах образования водо~ хранилищ обусловливают возможность строительства крупных высоко напорных гидроэлектростанций с хорошими технико-экономическими показателями. Постоянная тельность возобновляемость труда неравномерного на гидроресурсов, гидроэлектростанциях, высокая возможность производи реrулирования стока рек водохраюшищами ГЭС~ обеспечение разви вающихся отраслей народного хозяйства водой в необхо,цимых количе ствах ного делают rидроэнергеmку обязательным элементом перспектив развития экономики северных районов. Обширность территории и установленная очередность промышленного развития отдельных райо нов определяют и очередность освоения rидроэнерrетических ресурсов. С этих позиций особый интерес представляют реки Ангара-Енисейского бассейна, бассейнов Лены, Колымы, Зен и Бурен. Потенциальные в 14 588 гидроресурсы рек бассейна Енисея оцениваются млрд. кВт· ч, из которых экономически эффекmвными признаны 290 млрд. кВт ч. Из · 1095 млрц. кВт· ч общеrо экономического потен циала СССР на реках Анrаро-Енисейскоrо каскада сосредоточено около 25% гидроресурсов рек СССР. К настоящему времени разработаны схемы энергетического исполь зования Etmceя на всем ero протяжении и ero притоков - рек Ангары, Хантайки, Курейки, Подкаменной Тунгуски. Этими схемами выявлены техническh.Я возможность и экономическая целесообразность сооруже ЮIЯ нескольких десятков гидроэлектростанций. Построена Усть-Хантай ская ГЭС на р. Хантайке (рис. 1.3) , на правобережном притоке ЕЮ1сея р. Курейке сооружается Курейская ГЭС. На Ю1жнем участке EIDfceя от впадения Ангары до устья реки в отда ленной перспекmве предусматривается сооружение двух rидроэлектро· станций - Осиновскоrо rидроэнергоком1U1екса и Игарской ГЭС суммар ной мощностью до 10 млн. кВт и выработкой около 55 млрд. кВт · ч. На третьем по ВQдносm притоке ЕЮ1сея выявлена возможность сооружения трех установленной мощностью до 3,5 млн. 20 млрд. кВт· ч р. Подкаменной Тунгуске гидроэлектростанций кВт и выработкой общей около [43]. На втором по водности притоке Енисея делена - возможность строительства - р. Нижней Тунrуске опре уникальной по своим показателям Туруханской ГЭС мощностью около 12 млн. кВт с дальнейnmм развиm до 46 млрд. кВт · ч. В целом Анrаро ем до 20 млн. кВт и выработкой Енисейский бассейн помимо уже построенных и строящихся ГЭС общей мощностью более 27 млн. кВт и среднегодовой выработкой электроэнер mи около 115 млрд. кВт · ч располагает еще значительными гидроре сурсами. В частносm~ могут быть сооружены ГЭС установленной мощ ностью 30 млн. кВт и выработкой около использовать около 125 млрд. кВт · ч, что позволит 82% экономически обоснованноrо rидроэнерrеrn ческоrо потенциала этого уникального по ресурсам бассейна. Река Лена и ее притоки являются второй после Енисея речной систе мой по запасам гидроэнерrетических ресурсов. Ее потенциал оценива ется в 235 млрд. кВт · ч, или около 20% общего rидроэнерrетическоrо потенциала рек страны. Проектными проработками определена потен циальная возможность создания в низовьях Лены Нижнеленской ГЭС с суммарной выработкой электроэнергии около 100 млрд. кВт · ч. Однако реализация этого грандиозного проекта, по-видимому~ может быть осуществлена только в следующем тысячелетии. В первую очередь предполагается энергетическое освоеЮ1е только притоков Лены ма, Вилюя и др. На р. Виmме - гидроэнергетические правом притоке Лены сосредоточены rt ·урсы, которые оцеюшаются в 25 ,3 - Вити крупнейurnе млрд. кВт . ч. ОIШ могут быть осв~,, 11ы при строительстве четырех ГЭС мощностью около 4,6 млн. кВт. Крупнейшей из этих гидроэлектростанций станет Мокская ГЭС. Сооружению ГЭС в Забайкалье и Южной Якутии будет способство вать завершению строительства Байкала-Амурской магистрали и желез ной дороги на Якутск. 15 Рис. 1.3. Подземное здание Усть-ХантайскоА ГЭС Притоки Витима - Мамакан, Цыпа, Калар также богаты rицроресур сами. На р. Мамакан в 60-х годах была построена Мамаканская ГЭС с установленной мощностью 86 тыс. кВт и среднегодовой выработкой 350 млн. кВт · ч. Однако недостаточная вместимость водохранилища ГЭС не позволяет эффективно использовать гидроэнергетический потен циал реки. Выше Мамаканской ГЭС предусматривается сооружение Тепьмамской ГЭС мощностью около 400 тыс. кВт и среднегодовой вы- 16 работкой рое млрд. кВт l ,5 позволит вести ч. Благодаря водохранилищу этой ГЭС, кото · сезонное регулирование стока, среднесуточная зим няя мощность Мамаканской ГЭС существенно повысится .. Сооружение каскада ГЭС на Витиме и его притоках также повысит надежность энергоснабжения Байкала-Амурской магистрали. Река Олекма, являющаяся крупным правобережным притоком Лены, имеет гидроресурсы, экономически эффекmвная часть которых оцени вается в 15 ,5 млрд. кВт · ч. В качестве первоочередной гидроэлектро станции возможно сооружеЮ1е Олекминской 2 млн. кВт и выработкой до 9 млрд. кВт· ч. ГЭС мощностью око ло Наиболее полно в энергеrnческом отношении изучен и используется левый приток Лены р. Вилюй. Рост электропотребления быстро разви вающейся poкoe алмазодобывающей применение способствовали промышленности электроэнергии ускоренному для этой Якутии, коммунально-бытовых строительству в 1961-1969 1973-1976 гг. и первой очереди Вилюйской ГЭС, а затем в ре.п;и Западной гидроэлектростанции. В настоящее время окончанием ее целей сначала второй оче ниже сооружается третья очередь гидроэлектростанщfи мощностью С гг. nrn- по течению 360 тыс. кВт. строительства будет использоваться около половины энергетического потенциала этого водотока. Разработанная схема энергетического использоваЮIЯ р. Колымы (одной из крупнейших рек, протекающей по территории Якутской АССР и Магаданской области) показала возможность обеспечения надежного энергоснабжения прилегающих территорий за счет строительства на основ ном русле Колымы и ее притоках каскада гидроэлектростанций. Энерге тическое использование Колымы намечается в основном на верхнем ее участке протяженностью около 1100 км, где предполагается строитель ство пяrn гидроэлектростанций, которые позволят использовать около 50% энергетического потенциала .реки. В качестве первоочередного объекта возводится Колымская ГЭС (рис. 1.4) в створе, расположенном недалеко от пос. Дебин. Строительство этой ГЭС завершается в ХП пяrnлетке. Освоение гидроэнергоресурсов Приамурья связывается, прежде всего, с перспективой строительства ГЭС на притоках Амура - реках Зее, Бурее и их притоках. Сооружение первенца дальневосточной гидроэнер rетики Зейской только получать ГЭС в настоящее время завершено, что позволило не дешевую электроэнергию, но и, что очень важно для этого района, зарегулировать сток р. Зеи и предотвратить разрушитель ные ежегодные наводнения в ее долине (рис. 1.5). В настоящее время сооружается вторая крупная гидроэлектростанция на Дальнем Востоке - Бурейская ГЭС мощностью около работкой 7 ,4 млрд. кВт КомШiексное каскада ГЭС. 2 · ч. освоение р. Бурен llля млн. кВт и среднемноголетней вы выравнивания предусматривает также сооружение расходов Бурейской ГЭС, т. е. для выполнения функции контрбьефа, предназначена Нижнебурейская ГЭС. Помимо притоке Зеи возможности ~ р. строительства достатоtmо крупной ГЭС Гилюе, расположенной вблизи створа Зейской на ГЭС. эффекrnвным может также стать каскад ГЭС на другом притоке Зеи 17 2- Зак. 1820 00 Рис. 1.4. Сооружение Колымской ГЭС f\) • • ~ Рис. 1.5. Зейская ГЭС в процессе строительства р. Селемдже, где возможно с общей выработкой около сооружение 8,6 девяm млрд. кВт · гидроэлектростанций ч. Первоочередной из этих станций, по-видимому, будет Лаrмарская ГЭС, проектные проработки по которой выполняются в настоящее время. Всего по бассейнам Зеи и Буреи ства 23 около 30 1.3. проектными проработками выявлена возможность строитель· гидроэлектростанций млрд. кВт с общей среднегодовой выработкой · ч. Районообразующее значение гидроэнергетического строи"Тельства В Основных СССР на направлениях 1986-1990 экономического годы и на период до 2000 и социального развития года предусматривается дальнейшее интенсивное хозяйственное освоеЮ1е районов Крайнего Севера с их боrатыми природно-сырьевыми ресурсами, развитие тошпmно-энерге тической базы, создание энерrопромыumенных комJUiексов. Для· обеспечения развивающегося народного хозяйства Севера в ка~ честве источников злектроэнерпm могут быть рассмотрены теrтовые, газотурбинные, атомные или гидравлические электростанции. На осно· вании теХJШко-экономических. сопоставлеЮIЙ делается выбор источника энергии. Однако снабжение от двух первых источников значительно усложняется, особенно для районов, имеющих ограничеШiые местные ре сурсы орrаническоrо тоШiива, из-за транспорrn:ровки его из других райо нов, а также необходимости привлечения большого количества трудовых ресурсов для эксплуатации энерrетических объектов. Опыт освоения отдаленных районов Севера показывает, что в боль шинстве случаев предпочтительным является строитепьство гидроэлектро станций. Неосвоеююсть района, как правило, благоприятствует созданию боль ших водохраюmищ гидроэлектростаIЩИй, поскольку на подготовку зон затоIDiения требуется меньше затрат, а больпmе водохраюmища позво ляют проводить многоле'Iнее реrулирование стока рек и значительно по высить выработку электроэнерrm1. Возводимые в необжитых северных районах rидроэлектростанmш по мимо обеспечения электроэнергией создают необходимые условия для дальнейшего ускоренного развития экономики за счет создания в процес се строительства ГЭС развитой производствеююй базы, поселков, подъездных путей и т .д. Строительство гидроэлектростанций имеет больnюе районообразующее значе1Ше благодаря следующим факторам: на одном объекте в относительно непродолжительный период времени концентрируются значительные капиталовложения; при создании водохратшищ полностью обновляются основные фонды, попадающие в зону затоrтения и влияния водохраНИдища. По ряду водо хранилищ, например Среднеенисейской ГЭСt эти капиталовложения дос тигают 1,5 млрд.руб.(из-за необходимости освоения лесных боrатств в зоне водохранилища); 20 в связи с освоением больпmх каrrnталовложеЮIЙ на основном объекте и строительством дорог, подъездных путей, перевало1П1ых. баз, инженер ных коммуникаций и т .д. в зоде влияния ГЭС создается развитая инфра структура; создание новой инфраструктуры в регионе открывает перспективы Д}IЯ лучшего освоения сырьевых ресурсов; развитая база строительной индустрии после завершения строительства ГЭС служит материально~технической основой к дальнейшему стро ительству объектов в регионе; романтика гидроэнергетического строительства, благоприятные усло вия оплаты труда, применение передовой техники и технологии привле кают на строительство ГЭС наиболее мобильные трудовые кадры и созда ют социальные предпосьmки для комIUiектования стабильных работоспо собных коллекrnвов, способствуют перераспределению трудовых ресур сов между северными и другими районами страны; наличие передовых коллективов гидростраителей благотворно влияет на другие коллективы региона, является источником роста и обновления коллективов смежных отраслей; на основе дешевой электроэнергии и богатых сырьевых ресурсов в но вых необжитых районах создаются энергопромъпWiенные комrmексы энергоемких предприятии. Так, в результате строительства Братской и Усть-Илимской ГЭС постро ен целый комrmекс предприятий целлюлозно-бумажной промыIШiенности и цветной металлургии. Здесь в течении трех десятилетий создан огром ный промыпmенный район с динамичным работоспособным населением. Строительство каскада Вилюйских ГЭС обеспечивает электроэнергией район алмазодобывающей промыll.Diею-юсти в Запа,цной Якутии. В необ житых местах в условиях вечной мерзлоты построены тысячи километров постоянно действующих автомобильных дорог, линий электропередачи, несколько поселков и современных городов, аэродромов, оружений. Строительство Колымской ГЭС портовых со позволило улучи.mть элект роснабжение горнодобывающей промыUDiенности и повысить его надеж ность. Сооружение следующих ступений каскада ГЭС нар. Колыме долж но вестись с необходимым опережением темпов развития rорнодобQ1ва ющей промыпmенности Магаданской области и коммунально-бытовых потребностей. После освоения энерrопотенциапа р.Колымы возможно со оружение гидроэлектростанции на ее притоке - р.Буюнде. Необходимо отметить, что на строительстве Колымской ГЭС создана хорошая база стройиндустрии, которая поставляет свою продукцию ,цля строительства объектов в Магаданской области. Строительство Зейской, Бурейской ГЭС в Амурской области играет еще большую районообразующую роль в связи с необходимостью заселе ния и освоения богатых природными ресурсами областей, расположенных в относительно умеренной климатической зоне. Строительство Зейской ГЭС позволило дать электроэнергию в зону БАМа. Гидрозлектростанции на Зее и Бурее являются высокоэффективными комIDiексными объектами, которые помимо выработки дешевой электро знерпm обеспечивают в долинах рек защиту сельскохозяйственных земель 21 · от разруuштельных наводнений, вызываемых муссоЮ1ыми дождями. В структуре совремеJШой энергетики Сибири, Дальнего Востока и Севе ро-Восточных районов гидроэлектростанции являются одними из основ ных энерrоисточников в объединеЮIЫХ энергосистемах. В некоторых изолированных системах они являются по существу важнейшими, а иног да и единственными источниками электроэнергии. Строительство гидроэлектростанции в отдельных районах способствует динамичному развитию народ;ного хозяйства этих районов и является бо лее экономИ'Пiым, чем строительство теШiовых энерrоисточников, для ра боты которых требуются большие капиталовложения на добычу и достав ку тоrопmа. Высокие маневренные качества ГЭС позволяют возлагать на Ю1Х задачи по покрытию неравномерной части графиков нагрузки, функ ции регулирования частоты и перетоков мощности. Гидроэлектростанции обеспечивают значительную долю резерва моuщости энергетических сис тем. 1.4. Влияние строительства гидроузлов на окружающую среду Природа Севера находится в состоянии неустойчивого равновесия. Любое вмешательство хозяйственной деятельности человека, особенно недостатоtrnо продуманное, может наруum:ть экологическое равновесие и привести к негативным последствиям. Особенно осторожно нужно под· ход;ить к этому вопросу гидроэнергетического при проектировании и сооружении объектов строительства в районах распространения вечной мерзлоты. Наибольшее влияШfе на окружающую среду оказывают создаваемые водохранЮIИща гидроэлектростанций. Из всех климатических изменений наиболее заметными являются температурные. В прилегающих к вновь созданным водохранилищам районах климат становится мяrче. На участ ках с горным рельефом наБлюдается увеличение осадков на склонах, об ращенных. к водохранилищу. Скорость ветра на водохранилищах, как пра вило, возрастает в 1,3-1,5 раза. По данным наблюдений, с созданием водо хранилища одной северной ГЭС в зоне гидроузла произоumо изменение "розы ветров" с нудтпmением" ее вдоль во_дохранилища (рис.1.6) . К неблагоприятному влиянию воздействия водохранWiищ на окружа~ ющую среду относится таюке развитие береговой абразЮf и возникнове ние волнового режима с образованием волн высотой до 3 зование в нижнем бьефе гидроузлов незамерзающей полыньи, влияние м, а также обра· которой негативно сказывается на условиях жизни населения. Повышен ная влажность зимой увеличивает количество простудных заболеваЮ1й. Увеличение числа дней с туманом затрудняет работу транспорта, особен но авиационного. Все эти негативные факторы необходимо учитывать при проектирова нии 22 северных гидроузлов: следует выносить жилые поселки в сторону ---------- Рис. 1 .6. "Роза ветров" цо строитель ства ГЭС (а) и с а) после создания водо· ---- хранилища (6) верхнего бьефа, взлетно-посадоч 3 ные полосы и аэродромные служ бы располагать мально в местах, подверженных незамерзающей МИЮf· влиянию полыньи, и т. д. Изменение гидрогеологических условий прибрежной полосы водо храюmищ шением сопровождается уровней повы подземных вод и увеличением водоносности су- б) з _..,..~~~~~~~~~----- ществующих горизонтов. Вместе с тем обводнение безвоJдiыХ зон трещиноватых пород благопри ятно сказывается на обеспечении водоснабжением пунктов, населенных расположенных ю вдоль водохранилищ. Относительно высокая температура воды в водохранилищах способст вует, с одной стороны, ускорению вскрытия водохраюmищ от льда, с дру гой, развиrnю термокарстовых явлений на берегах. Все эти факторы требуют тщательного изучения. Например, по предва рительным оценкам создание водохранилища Колымской ГЭС будет иметь положительное воздействие на природу. В результате особенностей геологического строения берегов ожид,ается, что разрушения от темпера турного воздействия (термоабразия) не получат широкого развития, де формация прибрежной полосы захватит зону, не превышающую 250м. С заполнением водохранилища ero акватория, расположенная на пути миграции птиц Крайнего Северо-Востока, станет местом их гнездо вания. Выравнивание внутриrодовоrо распределеJmя стока р. Колымы 400 благоприятно скажется также на санитарном состоянии реки ниже водо хранилища. ·в водохранилище Вилюйской ГЭС летом температура воды на поверх ности повышается до 20--24°С, а на глубине около цу зимнего периода температура на глубине до 5 50 м равна 5°С. К кон м от поверхности опуска ется до 1,5° С, а на глубине 5 О м - до 2,6-3,2° С. В результате такого тем пературного режима происходит деградация вечной мерзлоты на дне и бортах водохранилища на 4-5 м в год, что изменяет инженерно-геологи ческую обстановку ложа водохранилища. На многих северных водохранилищах, в часrnости Вилюйском, для борьбы с торфяником предусматривалось создание спеЩ1альных JUiава ющих запаней на подходе к водозаборным сооружениям. Од;нако массово го всШiытия торфяников на северных водохранилищах, в том числе и на Вилюйском, в натуре не наблюдалось. По-видимому, методы прогнозиро вания по всШiытию торфяюtков, разработанные для условий водохрани- 23 -- ·-·- лищ, расположенных в средней полосе, не могут быть прямо распростране ны для применения в водохранШiищах Северной климатической зоны и особенно для условий распространения вечной мерзлоты. Вопросы ледового режим:а на круIП-Iых водохранилищах требуют дета льного изучения, особеmю учитывая, что болышmство гидроузлов, наме чаемых к строительству, проектируются на реках, протекающих с юга на север, которые вскрываются в верховьях, в то время, когда низовья еще скованы тяжелыми льдами . .Особенно сложный режим возникает в связи с многоводностью рек рассматриваемой зоны в паводковый период. В зонах выклинивания водохраmmищ возможно возникновение зажор но-заторных явлений, так как в этих зонах при небольшой толще воды образуется крепкий ледяной покров, стесняюш.ий живое сечение русла. Об разование зажорно-заторных явлений наблюдается также в нижних бьефах гидроузлов в конце образующейся полыньи, что создает подпор со сторо ны нижнего бьефа, уменьшает напор на ГЭС и снижает ее мощность. По прогнозам создание кpyrrnыx водохраюmищ может привести к из менениям гидрогеологического, тermoвoro, гидрохимического и гидроби ологического режимов водотока. Водохранилище оказывает охлажда ющее воздействие на окружающую среду в первую половину теrmого периода года и отеШiяющее воздействие во вторую половину года, при этом наблюдается сглаживание суточного хода температур. Анализ больших эксплуатации водохранилищ показывает, что Шlощадях затоrmение на нетоварной древесины прежде всего отрицательно влияет на рыбное хозяйство. Однако по прошествии воздействие таких последствий на 5-8 лет неrативное развиJ:ие рыбного хозяйства, как пра вило, значительно снижается. В круrmых водохранилищах северных райо нов массовое развитие получают такие виды рыбного стада, как Шiотва, окунь, ерш, щука. Все сказанное свидетельствует о том, что созданию круШIЫХ водохра нилищ на северных реках должны предшествовать тщательные изыскания и исследования с учетом всех предполагаемых последствий такого стро ительства. ГЛАВА 2 ОРГАНИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ГИДРОУЗЛОВ В СЕВЕРНЫХ УСЛОВИЯХ 2.1. Доставка основных строительных материалов и оборудования Транспорrnая схема доставки основных строительных материалов и оборудования занимает важное место в организации гидроэнергетическо· го строительства на Севере. Она оказывает существеююе влияние как на стоимость, так и на сроки строительства. В практике освоения энергоресурсов северных рек прослеживаются две принци1D1ально отличающиеся транспортные схемы: н последовательная " и 24 " островная '' . так называемые п ервая, как правило, неnосредственно . связана с существующей железной дорогой. Примером такой схемы явля ется строительство Ангарского каскада гидроэлектростанций. Вторая схе ма не имеет прямой связи с железной дорогой. Строящийся объект и бли жайшую железнодорожную станцию разделяют сотни, а иногда и тысячи километров. При этом доставка грузов осуществляется водным, автомо бильным и воздушным транспортом в чистом или комбинированном виде. Примером второго типа транспортной схемы может служить стро ительство Вилюйских ГЭС в отдаленных районах Якутии, Усть-Хантайской и Курейской ГЭС на севере Красноярского края, Колымской ГЭС в Мага данской области. Эта схема более дорогая и может быть оправдана только определенными обстоятельствами, когда необходимость производства электроэнергии для народного хозяйства опережает по срокам возмож ности сооружения разветвленной дорожной сети к району строительства гидроэлектростанций и создания надежной связи с железнодорожными магистралями союзного значения. В случае значительной стоимости железнодорожной линии к створу гидроузла при соответствующем экономическом обосновании может быть прIО-Iято решение об использовании существующих автодорог Шiи даже сезонных зимников с одновременным сооружением постоянных путей сообщения. Такая схема усложняет и удорожает работы, но позволяет вы шрать время до ввода гидроэлектростанции в эксrmуатаци:ю. Так, на стро ительстве Усть-Илимской ГЭС в начальный период ее сооружения связь с Братском осуществлялась только по автодороге, а в летний период также по реке и частично по воздуху, а железнодорожная линия к Усть-Илимску бьша закончена только к концу строительства ГЭС. Такое решение приня то и для строительства Богучанской ГЭС, где основной транспортной схе мой предусматривается связь с базами строительной индустрии, располо женными в Братске, сначала по временному зимнику, а затем по автодо роге круrлоrодичноrо действия Седаново-Боrучаны. Строительство же лезной дороги до створа ГЭС из-за большой капиталоемкости и ряда дру гих причин задерживается и, по-видимому, будет закончено только после окончания сооружения гидроузла. Учитывая высказанное, а также отдаленность и разбросанность осва иваемых территорий Севера от промыnmенных центров страны, их трудно достуmюсть и больпmе расстояния, реки северных районов при "островном " освоении гидроэнергоресурсов с евера являются в настоящее время и, по-видимому, останутся в перспективе основными транспортными артери ями, связывающими районы сооружения гидроузлов с железнодорож ной сетью страны. Крупнейшие реки Сибири редственно связаны имеют достаточно с - такие, как Енисей, Лена, Ангара, непос транссибирской хорошо железнодорожной магистралью, оборудованные порты и служат основными транспортными артериями для сооружаемых и проектируемых на этих ре ках rидр0узлов. Вся долговременная программа освоения гидроресурсов бассейна Ени сея и его притоков базируется на идее создания региональной базы гидро энергетического строительства в районе г. Лесосибирска, которая будет связана как с железнодорожной сетью, так и с водным транспортом. 25 Строительные материалы, конструкции, оборудование, получаемые на ба зе, будут затем транспортироваться вниз по Енисею на IUiощадки сrро иrельства будущих гидроузлов, таких, как Туруханский, Осин.о в с кий, Иrарский и др. Определенную роль для будущего гидроэнергетического строительства на Севере будет играть и Северный морской путь. Так, для Амгуэмскоrо юtи Адычанскоrо гидроузлов, расположенных на Крайнем Северо-Восто ке страны, намечается транспортная схема, использующая Северный морс кой путь. Поступающие в морских судах грузы будут перегружаться на pe\ffiыe суда и баржи с мелкой осадкой и по рекам доставляться к месту строительства. Такая схема, конечно, сложна, требует четкой орrаниза1..UiИ работ, но зачастую является единственной. Северный морской путь уже достаточно u.mpoкo использовался для доставки крупногабаритных грузов на гидроэнергетическое строительст во. По Северному морскому пути, а затем по Енисею и Ангаре были дос тавлены рабочие колеса турбин на строительства Красноярской, Усть-Хан тайской, Саяно-Illушенской, У сть~Илимской ГЭС. Аналогичную схему предполагается осуществить и для Курейской ГЭС. В будущем при стро ительстве крупных гидроэлектростанций в низовьях Енисея и его прито ков через Северный морской путь могут доставляться не только уникаль ные круШiоrабаритные rрузы, но и массовые строительные материалы, особенно при удлинении периода навигации и перевода ее на круIП1оrоцич ный WIКЛ работы. Возможно также применеЮ1е авиатранспорта большой грузоподъемности. При проекп1ровании Усть-Хантайской и Курейской ГЭС, расположен ных в районе, где отсутствуют постоянные автомобЮiьные и железные до роги, была принята "островная" схема освоения с использованием для. доставки грузов р.Енисея и ero притоков - Хантайки и Курейки. В качест ве перевалочной ба.зы использован Красноярский речной порт. После дос тавки к устьям рек Хантайки и Курейки грузы перегружались на суда с малой осадкой и потом в 30 короткий период "большой воды" сут) отправлялись к створам гидроузлов (рис. (около 2.1) . По состояншо фар ватера рек Хантайки и Курейки потребовалось производство дополнитель ных дноуглубительных работ на них, а также устройство временных причалов, особенно для выгрузки тяжеловесов. В ряде случаев в устьях рек приходилось делать "распаузку" грузов, доставленных к устью суда ми с большими осадками. Еспи грузы по каким-либо причинам задержи вались и их не удавалось доставить к створу в "большую воду", то прихо д;илось сооружать временные зимники от Иrарки или устьев рек. На стро ительство и экс1U1уатацию этих зимников затрачивались значительные средства. В связи с этим при гидротехническом строительстве на Севере, характе ризующемся большой материалоемкостью, особое значение приобрета ют 1U1анируемые сроки поставки материалов, мaunm и механизмов. Из-за коротких сроков навигации на северных реках опрузка с заводов-постав щиков всех материалов, маumн и механизмов должна предусматриваться в первом-втором кварталах года поставки для тоrо, чтобы они бьmи сво евременно 26 сосредоточены в портах отгрузки и с началом навш-ации их !j Рис. 2.1. Начало навигации нар. Курейке ' - можно было бы интенсивно направлять речным транспортом на строитель ные площадки. Задержка с поставкой всего на одну-две недели может при вести к тому, что в навигацию этого года грузы не попадут на стройпло щадку. Это, естественно, приведет не только к затягиванию сроков стро mельства, но и к необходим:ости длительного хранения грузов в припор товых складах, что дополнительно усложнит работу речных портов по дос тавке грузов м северные районы и приведет к ухудшению качества матери алов, например потере акnmности цемента при его почти годовом хране нии. При строительстве первой очереди ВЮiюйской ГЭС, сооруженной бо лее чем в 1000 км от железной дороги, в качестве основных перевалочных пунктов использовались железнодорожная станция Лена Восточно.Сибирс кой железной дороги, на которой осуществлялась перевалка грузов на во ду в порту Осетрово, и станции Невер Забайкальской железной дороги. Основная часть грузов ;ц,пя строительства следовала до станции Лена, затем перегружалась на речные суда, которые доставляли их в порт Мух тую(Ленск), где бьmа возведена спеrщальная причальная стенка, органи зовано крановое хозяйство, складские 1U1ощадки и т.д. Поступавшие для строительства грузы автотранспортом направлялись далее по дороге круг логодичного действия до r. Мирного, а затем по зимнику до створа стро ящейся ГЭС. Из общего количества грузов, предназначенных Вилюйгэс строю, около 3 % направлялось до станции Невер, откуда по Амура-Якутс кой магистрали через Якутск на расстояние более 3 тыс. км автотранспор том доставлялось на стройrтощадку. Из-за сложной транспортной схемы и ее сезонности около 1 % грузов вынуждены бь~и доставлять с помощью авиатранспорта. Причем возникали такие ситуации, когда авиацией дос тавлялись не только малогабаритные грузы, но и металлоконструкции, це· мент, бензин и т .д. Тяжеловесное оборудование общей массой около 11 тыс.т после дос тавки в порт Мухтую (Ленск) перегружались на прицепы-тяжеловозы и в зимний период по специальному зимJ-Шку в обход мостов, имевших не достаточную грузоподъемность, направлялось к створу ГЭС. Особенно сложными бьmи операции по перевозке трансформаторов, которые в пор· ту Осетрово перегружались на баржи с малой осадкой, а затем по Лене и Вилюю в нбольшую воду" доставлялись в район створа гидраузла. Сложность указанных транспорmых схем, сезонность действия их от дельных участков, отсутствие в перевалочных пунктах соответствующего оборудования и оснащения (закрытых и теШiых складов, кранового обо рудования соответствующей грузоподъемности, необходимого причаль ного фронта и т.д.) - все это значительно удоражает стоимость привозных материалов. Кроме того, стоимость 1 т- км перевозок грузов по сезонным грунтовым автодорогам и автозимюtкам увеличивается до 10-15 40 коп., что в раз дороже водного транспорта_ Некоторые материалы упаковывались в специальную тару, так как без этого изменялись их свойства в период транспортировки и хранения. Нап ример, цемент упаковывался с учетом его доставки речным транспортом, но если он прибывал в порт Осетрово в начале навиrа1U1и~ то в Ленске ми Мирном должен был дожидаться начала зимника и практически только че- 28 рез год после выпуска с завода попадал на стройку. Естественно, что его активность за это время терялась, что приводило к перерасходу цемента. Сложная транспорnшя схема, обусловленная отдаленностью и неосвоен ностью района строительства, была вынужденно применена при сооруже нии Колымской ГЭС. Доставка строительных материалов, оборудования и конструкций осуществляется железнодорожным транспортом до дальне востоt.Пiых портов -- Владивостока, Находки и Ванина, где происходит их перевалка на морской транспор1~, которым на расстояние до 3 тыс.км они доставляются до порта Нагаево близ Магадана. Из Нагаево грузы перево зятся автотранспортом по Колымской трассе до створа строительства на расстояние более чем 5 00 км. Несмотря на то что порт Нагаево открыт для навигации круглый год, в летний период основной объем морских перевозок переориентируется на доставку грузов в недостуrmые в другое время года районы, т.е. в пор ты Чукотки и северо-восточного побережья и в связи с этим доставка гру зов в порт Нагаево осуществляется крайне неравномерно по сезонам, а на доставку грузов д.ля строительства отводится короткое время из навига ции. Поэтому в пос. Уптар близ Магадана бьmа создана крупная перевалоч ная база строительства Колымской ГЭС, с сооружения которой фактичес ки и началось строительство этой гидроэлектростанции. Помимо совершенствования транспортных схем при организации стро ительства на Крайнем Севере необходимо разработать и организовать изготовление специальной тары и транспортных средств для доставки раз личных грузов в труднодоступные районы. Для хранения и перевозки ж:идкоrо тоIVIива в пионерный период целесообразно разработать конст рукцию и изготовить стационарные и передвижные цистерны из rurастико вых материалов. Имеются разработки по изготовлению складывающихся герметических котейнеров для транспортировки цемента, которые с ус пехом могли бы заменить транспортировку цемента в крафтмешках. В настоящее время еще не решена комплексная проблема транспорти ровки таких негабаритных тяжеловесных грузов, как металлоконструк· ции, оборудование. Изготавливаемые .п.ля этой цели трайлеры выпускают ся малой серией и плохо приспособлены к зксШiуатации в экстремальных условиях Севера. Таким образом, транспортные схемы оказывают существенное влияние на выбор типа сооружения, его стоимость и организацию строительной площадки, так как именно они диктуют необходимые перевалочные базы, их количество и мощность, объем запаса материалов, а следовательно, склады и их rnп, транспорrnые устройства, их количество и грузоподъем ность. сроки изготовления и завоза оборудования и т.д. Определение структуры и объемов грузоперевозок, исследование проб лемы формирования транспортной схемы, разработка и внедрение новых методов и технических средств транспортировки основных создание транспортных коммуникаций - материалов, очень важный и необходимый этап подrоrовки к гидроэнергетическому освоению северных районов. 29 2.2. Производственно-техническая база строи1еnьства r идроэлектростанций Строительство гидроэлектростанций на Севере, как правило, ведется в неосвоенных и отдаленных районах, и начинать сооружение ГЭС прихо дится с создания производственно-технической базы строительства. При последовательном (каскадном) освоении участка реки или двух ближай ших рек в начальный период, как правЮiо, полностью используется база, ранее созданная при сооружении предыдущего гидроузла. В последующем на новом гидроузле можно не создавать базу с полным набором предпри яrnй, так как часть конструкций и материалов поступает с базы предшест вующего строительства. На ранее созданной базе можно выполнять часть ремонтных работ и работ по изготовлению металлоконструкций и арма туры. Так, на строительстве Усть-Илимской и Богучанской ГЭС использо вались базы Братской ГЭС~ при сооружении Бурейской ГЭС используют ся базы Зейской ГЭС. Конечно, по мере роста объемов выполняемых работ и их номенклату ры базы строящих.ел гидроэлектростанций продолжают расu.mряться, особенно когда на спаде специальных гидротехнических работ имеющийся коллектив и производственные базы ориентируются на промыnmенное ос воение района. Однако не редко многие гидроузлы сооружаются в необжитых районах, поэтому в начале строительства ГЭС приходится создавать производствен ные базы. Так, на строительствах Вилюйского, Усть-Хантайского, Колымс кого и Курейского ги.цроузлов создаю1е баз начиналось с сооружения пи онерных маломощных предприятий с последующим их развитием до про екrnых ными, показателей. В результате строительства обеспечиваются беrон дробильно-сортировочными, арматурными и опалубочными хо зяйствами, имеют базы механизации, автобазы, базы специализираванных организаций и т.д., что позволяет выполнять необходимое ремонтное обс луживание строительной техники, изготавливать арматуру, опалубку и металлоконструкции. Гидрозпектростанции, возводимые в необжитых северных районах, по мим:о обеспечения народного хозяйства эл ектроэнерrией создают необхо димые условия для дальнейшего ускорения развития экономики этих рай онов за счет создания в процессе строительства ГЭС производственной ба зы, поселков, подъездных путей и т.д. Наиболее рациональной формой развития отдаленных районов являет ся формирование на базе строительства rидраэлектростанIЩЙ территори ально-производственных комrmексов, обеспечивающих наивысшую про изводительность труда, экономmо капитальных вложений и сокращение сроков возпедения промыumенных объектов (например, Братско-Усть Илимский, Саянский ТПК). Дальнейшее перемещение rидроэнерrостроительства в отдаленные вос точные и северные районы способствует сохранению объектов строитель ных баз гидроэлектростанI.ЩЙ в качестве опорных баз для последующего сооружения объектов промыllDlенностн, жилья и сооружений культурнозо бытового назначения. В связи с этим при щ:юекrnровании и строительстве объектов строительного хозяйства гидрозлектростанций на Севере следу ет учитывать перспективу развития района строительства и возможности использования их после завершения возведения основных сооружений гидроузла. В то же время, независимо от дальнейшего использования баз, конструкции этих зданий должны быть максимально индустриальными, требовать мюrnмальных затрат при возведении и минимальной материало емкости и стоимости. Некоторые из предприятий должны возводиться с учетом возможносrn их легкого демонтажа для перебазирования на новую строительную площадку. Указанныrv~ требованиям в значительной степени отвечают здания сборно-разборного mпа из унифицированных типовых секЩfй, получившие в последние rоды достаточно ll.Пfpoкoe распростране· ние на строительных площадках rидроэлектростаиций. Анализ распределения трудозатрат по основным объектам строительст ва гидроэлектростанций показывает, что на строительстве основных со оружений занято, как правило, не более 40 % общей численности работа ющих и расходуется от 40 до 50 % обищх трудовых затрат, такие же тру дозатраты приходятся на строительство и эксплуатацию баз и поселков. ПоJтому эффективность строительства зависит от сокращения объемов строительства баз и численности их обслуживающего персонала. За счет блокировки зданий и более рациональной компоновки отцель· ных хозяйств необходимо повышать коэффициент использования терри тории, занятой нировочных производственными работ, протяженность базами, дорог сокращать и объемы инженерных пла коммуни каций. Бетонные и дробильно-сортировочные хозяйства по своим технологи ческим и конструктивным решениям представляются наиболее сложными из всех объектов подсобно-вспомоrательного хозяйства гидроэлектро станций, а затраты на их сооружение в общем комплексе объектов подrо· товительного периода являются наибольшими. Значительного сокращения трудозатрат, сроков строительства и каJlliталовложений можно достичь за счет разработки и организации централизованного изготовления бетонных хозяйств, получения в инвентарном контейнерном исполнении складов це· мента. установок дпя подогрева заполнителей, отделения песка и пыли и т.д. В условиях Крайнего Севера внедрение бетонных хозяйств в блочном исполнении может дать экономический эффект в 2,0-2,5 млн. руб. в каж· дом хозяйстве. Степень индустриализа1.Щи строительства подсобных пред11риятий ха рактеризуется степенью сборности временных зданий и сооружений. С по вышением степени сборносrn временных здаЮIЙ и сооружений сокращает ся продолжительность строительства этих объектов, затраты труда и, как следствие, объем временного жилья. Применение сборно-разборных конструкl.Uiй зданий заводского изго товл сния позволяет сократить сроки их возведения в ШИ1Ъ трудозатраты в 4- 5 3-5 раза и умень раз. Большое влияние на эффективность гидротехнического строительства на Севере оказывают объемы работ и затраты на строительство внутри постраечных инженерных сетей и дорог. 31 Пракrnка доказала необходимость создания основных магистральных автодорог с твердым покрыrnем, обеспечивающих движение тяжелой строительной техники в любое время года. "Экономия" на твердом пок рыrnи основных дорог с интенсивным движением приводит к преждевре менному износу автотранспорта и техники и в конечном итоге затягивает сроки строительства и увеличивает его стоимость. Для инженерных коммуникаций из-за распространения вечномерзлых грунтов наиболее рациональна прокладка их по поверхности земли на свайном или другом основании, но с обязательной теmюизоляционной за щитой. Удачно решены внутрипостроечные дороги и инженерные комму никации на строительстве Колымской ГЭС. В районах с суровыми природно-климатическими условиями требует ся больше закрытых отаШiиваемых зданий и сооруженийt конструктивные решения которых сложнее, а глубина заложения фундаментов и Шiженер ных сетей знаtШтельнее, что не может не сказываться на материалоемкос ти и стоимости их возведения. При сооружении жилых домов, объектов соцкулыбыта и подсобных предприятий необходимо IШtpe использовать полносборные и облегченные конструкции, сети теJUiоводоснабжения и канализащm выполнять в на ружном исполнении, применять агрегатный метод ремонта механизмов и максимально сокращать количество и объем подсобно-вспомогательных предприятий по изготовлению на месте конструкций из дерева и железо бетона. Строительство жилых поселков и объектов соцкультбыта в условиях Севера остается сложной и дорогостоящей задачей, поэтому основными направлениями снюкения затрат и сокращения сроков их возведения являются как сокращение общей численности работающих на строительст ве гидроузла, так и максимально возможная индустриализация жилищно го строительства. Поселки небольnmх строительствt пионерные поселки круrmых объектов должны возводиться из сборно-разборных зданий контейнерного типа или щитовых конструкций из эффективных матери алов заводского изготовления. В инвентарных сборных конструкциях должны изготавливаться и оЩ,екты соцкультбыта. Для сокращения шющади, занимаемой поселкомt и тем самым снижения затрат на сети и благоустройство эm здания t как правило, должны изготавливаться двухэтажными. На кру1mых строительствах целесообразно создавать сборно-разборные домостроительные комбинаты производительностью 35-50 тыс. м 2 жилья в год и застраивать поселки многоэтажными зданиями. Опыт строительства постоянных поселков на круmrых гидроэнергети ческих объектах Севера доказывает эффективность такого решения, тем более, что сопоставление вариантов застройки постоянных поселков во временном деревянном исполнении и в каIDtтальной застройке показыва ет преимущество последней в круmюпанельных зданиях как по стоимос m, так и по индустриализации и трудоемкости строительства. Для создания комфортных условий работаюlI..Щм на Севере и их семьям необходимо: строительство поселков капитальной застройки с панелъны ми(блочными) домами и зданиями соцкультбыта с предоставлением от· 32 Рис. 2.2. ОбЩИЙ вид поселка строителей Колымской ГЭС с домами из керамэито бетоlПIЫХ блоков Рис. З - 2.3. Зак. Поселок строителей Курейской ГЭС в деревянном исполвеяии 1820 Рис. 2.4. Поселок строителей ГЭС Черчилл Фоле в Канаде дельных квартир семейнь1м и общежиrий гостиничного типа одиноким ра бочим. Примером может служить поселок строителей Колымской ГЭС (рис. 2.2); строительство деревянного жилья со всеми удобствами, как это сделано на строительстве Курейской ГЭС (рис. 2.3) ; применение блоч ного деревянного сборно-разборного ЖЮIЬЯ, поставляемого комплектно со всем оборудованием. Это поселки типа ПДУ, УГIЩ, СКД, "Берлин" (ГДР), производства финских и канадских фирм. Приме.ром такого решения может служить поселок на строительстве ГЭС Черчилл-Фолс в Канаде (рис. 2.4.) . При вахтовом способе ведения работ для проживания рабочих на вре мя вахты вблизи сооружений следует создавать общежития гостиничного типа из панельных домов или из сборно-разборных блочных деревянны домов со всеми современными бытовыми условиями. 2.3. Организация строительства гидроэлектростанций каскадным методом Опыт возведения гидроузлов в северных условиях доказывает цепе- сообразность круглогодичного ведения работ. При относительно корот ком теплом периоде сезонное строительство приводит к увеличению его продолжительности и стоимости, требует решения социальных вопросов, так ка.к на период приостановки строительных работ необходимо трудо устроить большое число работников на других объектах~ что в условиях Севера при ограниченном количестве предприятий в одном районе прак тически невозможно. В то же время ведение работ при низких температурах воздуха затруд нено и приводит к дополнительным затратам. Поэтому такие работы, как укладка мягких грунтов в противофЮiьтрационные элементы плотин, укладка бетона в наземные сооружения, следует стремиться максимально выполнять в теплый период при положительной температуре, в холодный же период - усиливать интенсивность таких работ, как выемка грунта, отсыпка каменной наброски, подземные работы и т .д. С учетом специфики строительств·а на Севере наиболее эффективным является применение при строительстве жилых поселков и производст веЮ1ых баз облегченных сборных конструкlUfй в блочно-комl}Jlектном ис полнении, а также широкое использование экспедициоЮ1.о-вахтового ме тода и временных поселков, оборудованных сборно-разборными здани ями. Особенно эффективным это может стать на начальном этапе осво ения гидроэнергетических объектов [82]. Повышение эффективности гидроэнергетического строительства в северных условиях может быть достиrнуrо за счет использования вахтово го и экспедициоЮ:1оrо методов строительства ГЭС, что позволит сократить объем жилищного строительства, уменышпь подготовительный период, сократить стоимость и сроки строительства. В а х т о в ы й м е т о д может быть рекомендован при расположении новой строительной площадки ГЭС на расстоянии до 300-400 км от уже завершаемого строительства гидроузла, поселок которого должен исполь зоваться в качестве базового. При боль!ШIХ расстояниях ( 1000-1500 км), по-видимому, целесообразАо применение экспедициоЮJоrо метода, с дос тавкой работающих с базового поселка воздуnmым транспортом. Базо вый поселок, т.е. поселок строителей на завершаемой стройке, должен быть расположен в той же территориально-климатической зоне, что и на мечаемый к строительству гидроузла. Это исключит необходимость адаптации работников на новом месте и ее отрицательные последствия. Существенное сокращеЮ1е сроков строительства гидроэлектростаmщй возможно благодаря рациональному использованию особеЮ1остей к а с к а д н о г о м е т о д а - их возведения. При строительстве следующей ступени каскада используется ранее созданная при сооружении предыду щей ступени каскада уже отлаженная производствеЮJая база. Но даже если потребуется часТИ1П1ая модернизация базы или ее перестройка, то и при этом имеется возможность сэкономить время, которое соизмеримо 35 со временем, затрачиваемым на возведение основных сооружений гидро узла. При каскадном методе частично используется уже созданный жилой фонд. Значительное сокращение трудозатрат достигается также за счет то го, что отпадает необходимость монтажа и наладки оборудования подсоб но-вспомогательных предприятий. Кроме того, регулирование расходов воды ранее построенными гидро электростанциями, расположенными выше по течению, дает возможность использовать более простые и эконоJ\.fИчные решеimя для пропуска стро ительных расходов, а также облегчить перекрытие русла в створе нижерас положенной строящейся ГЭС. Особенно эффективно применение каска,цного метода строительства в случае, если водохранилище выше расположенного гидроузла позволяет производить многолетнее регулирование стока. Так, при строительстве Вилюйской ГЭС-3 за счет большой регулировочной возможности водохра нилища Вилюйских ГЭС-1 и ГЭС-2 стало возможным существенно снизить расчетные расходы строительного периода в створе Вилюйской ГЭС-3. Каскадное строительство позволяет использовать уже сформировав шийся, квалифицированный, владеющий определенной технологией стро ительства гидроузлов в конкретных условиях данного каскада строитель ный коллектив. Это положительно сказывается на сокращении сроков строительства основных сооружений, уменьшении трудозатрат, обеспече нии ритмИ1П1ости выполнения строительных работ и повышении их качест ва. Стремление к созданию производственных баз не только для одного, а д;IЯ нескольких гидроузлов неизбежно усиливает взаимное влияние конструкций гидросооружений и технологии их возведения, а трансфор мация и перераспределение стока построенными гидроузлами благопри ятствуют более экономичному строительству ступеней каскада, распо ложенных ниже. Вместе с тем для полного использования тех преимуществ, которые дает готовая производственная база, имеющаяся в наличии техника и обо рудование для выполнения строительных работ, а также учитывая специ ализацию строительной организации, необходимо создание однотиm1ых или близких по типу конструкций гидроузлов. Так, на близких по конст рукции Братской и Усть-Илимской ГЭС были использованы не только опыт Братскrэсстроя в производстве земельно-скальных и бетонных ра бот, но и основные бетоноукладочные средства, включая бетоновозную эстакаду, двух.консольные бетоноукладочные краны и т .д. Важным условием развития каскадного строительства является rармо ЮIЧНОе сочетание завершающей стадии строительсIВа предъщущего (базо вого) rидроузла и начала работ на следующей ступени каскада. Требуется взаимная увязка календарных графиков работ по сопряжен ным гидроузлам, в часпюсти готовности проекта намеченной к строи тельству ГЭС за 3-4 года до окончания основных работ на базовом гидро узле, а также разработка общей схемы строительства гидрозлектростан ций в системе каскада с обоснованием очередности проектирования и строительства различных ступеней, размещения основных производствен ных баз, жилых поселков, транспортных потоков и т.д. 36 _,.- а ~Гта Т;ИW=з•р'" W?- 11 = ··yn~ .. .. =иь·'?f 1 6k_L ~" ... -.-",.:; " ..... .,."'-+, ~ С учетом больumх потенциальных возможностей и эффективности кас кадного строительства гидроузлов необходима разработка научных прин ципов его рациональной организации и методов выявления оптимальных вариантов. Это должно явиться важной частью общих положений кас кадного строительства, обосновывающих принимаемые компоновочные решения, расчетные строительные и эксШiуатаIЩонные расходы, очеред ность возведения гидроузлов и т .д. Каскадное освоение водотока должно быть неразрывно связано со строительством не только крупных, но и малых и средних ГЭС, створы которых расположены вблизи строительства базовых гидроузлов. В северном регионе малые ГЭС могут приобрести особое значеЮiе. Если в Северной зоне европейской части страны малые ГЭС, как правило, строились с напором до 1О-20 м и мощностью несколько мегаватт, то Д)IЯ северной зоны азиатской части речь может идти о ГЭС мощностью 20-60 МВт с напорами до 40-60 м. Строительство таких ГЭС может быть осу ществлено на притоках к основному водотоку. Возможные к использова~mю экономически обоснованные гидроэнер горесурсы малых и средних рек северной природно-Юiиматической зоны оцениваются в млрд. кВт- ч. Выработка такого количества электро 60 20 млн. энергии позволила бы сэкономить около т условного тоmiива. Сооружение малых ГЭС в отдаленных северных районах для энерго снабжеЮiя оmосительно неболы1m.х, разбросаннЪiх на значительных территориях потребителей могло бы кардинально реПntть проблему зам:е ны неэкономичнъ1х электростанций малой мощносm~ работаюI..ЦИХ на при возном дизельном тоrmиве. требует привлечения в отдаленные Обслуживание большого районы десятков дизельных электростанций количества персонала, а также доставки и сотен тысяч тонн жидкого тоrmива. Сооружение взамен дизельных электростанций малых ГЭС даже с удель ными затратами в 2500-3500 руб/кВт мощности может стать экономи чески эффекmвным. Анализ динамики освоения капиталовложений на строительство rидро злектростанций показывает, что на Севере вблизи базовых гидроузлов, створы которых расположены на основных водотоках, целесообразно строить неболыuие ГЭС. Это позволЮiо бы более полно и с меньnmми затратами осваивать rидроэнерrоресурсы отдаленных районов и после возведения основноrо или так называемого базового гидроузла, опираясь на его производственную базу, продолжить освоение гидропотеJЩИала на притоках основного водотока. Примером успешного осуществления строительства небольшой ГЭС одновременно с базовым гидроузлом может служить сооружение Майнс· кой ГЭС ниже створа Саяно-lllушенской ГЭС. Возможность экономичного строительства станции вблизи круrтой действующей ГЭС можно показать на примере Гилюйской ГЭС с выра боткой электроэнергии около 0,8 млрд. кВт· ч, расположенной в несколь ких десятках кЮiометров от Зейской ГЭС. В районе створа имеется по селок, к которому подведена грунтовая дорога улучшенного типа и ВЛ 11 О кВ, что может обеспечить энергоснабжение стройШiощадки и доста удобную транспортную связь со стройrmощадкой Зейской ГЭС. ТО'ШО 37 " В этих условиях создаются благоприятные условия Д,Jiя строительства Гилюйской ГЭС вахтовым способом с базой в r. Зея. Гилюйская ГЭС расположена в горной местности, поэтому наиболее экономичным следует считать компоновку сооружений с IUiотиной из грунтовых материалов, подземным зданием ГЭС и туннельными водо сбросами. Это потребует минимального объема подсобно-вспомогатель ных производств, что существенно снизит стоимость строительства и сок ратит сроки ввода мощностей. Гилюйская ГЭС не только явится допол нительным источником дешевой энергии, но и повысит надежность эл ект роснабжения указанного района. Эксплуатация ГЭС должна осуществлять ся с использованием ремонтной базы Зейской ГЭС. Аналогичные rидрозпектростанции моrут быть выявлены и вблизи других крупных строящихся гидроэлектростанций на Севере. ГЛАВА 3 ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ В ПРОЕКТИРОВАНИИ ГИДРОУЗЛОВ В СЕВЕРНЫХ РАЙОНАХ 3.1. Компоновки гидроузлов Компоновки, состав и типы сооружений гидроузлов, возводимых в северных районах, должны обеспечивать: надежную эксrшуатацию с за данными техюtко-экономическими показателями; возможность приме нения технологии строительства с максимальной мехаюtзацией работ и наименьшими трудозатратами; строительных материалов; максимальное использование местных соблюдение необходимых требований по ох ране окружающей среды. В современном гидроэнергетическом строительстве наблюдается тен денция к сооружению высоконапорных гидроузлов с большими rшоти нами, при этом общая компоновка, состав сооружений, производственная база строительства и друrие компоненты гидроузла определяются в пер вую очередь типом JUJотины. В то же время совокупность характерных для рассматриваемых районов климатических, гидрологических, геоло гических, типоrрафских, креолоrических и строительных условий, а так же условия ценообразования и социального развития районов предопреде ляют особые требования к выбору компоновки, составу и типу сооруже ний. Существенное влияние на основные направления в проектировании северных гидроузлов оказывают накоrmение опыта эксJUJуатации и стро ительства в аналогичных условиях, уровни развития исследований и тео рии расчетов в гидротехнике. Весьма важны также направления развития промьшmенности строительных механизмов, транспортных средств и ма териалов. В настоящее время в мире эксrmуатируется около различного ции более 250 тыс. IUiотин типа и назначения, часть из которых находится в эксrmуата 350 лет. 38 _ _ _ _____.. ._" .........";..- \ Известно, что первоначально преобладали грунтовые 1U1отины. Появле ние бетона положило начало новой эре в JUiотиностроении. С развитием строительства бетонных ШIОТИН интерес к грунrовым подпорным соору жениям постепенно ослабел. Однако начиная с 60-х годов нашего столе тия в мировой и отечественной практике гидростроительства намеmлась четкая тенденция увеличению к снижению числа возводимых бетонных ШIОТШI и к ШIОТИН возвод.имых I 00 всем Шiотинам из грунтовых Шiоmн материалов. В грунтовые (это 90 большим и малым) - . настоящее время из соотношение оrnосится ко Среди больllПIХ Шiотин это сооrnо шение значительно меньше - из 35 строящихся крупных в СССР гидроуз лов 15 возводятся с бетонными Wiотинами и 20 с грунтовыми. Плотины из грунтовых материалов в большей степени отвечают тре бованиям, коrорые предъявляются ительно-климатической зоне - к строительству в Северной стро мШIИмум привозных материалов, сниже ние требований к основанию~ большая приспособле1П1ость к зимним ус ловиям строительства. Увеличение числа строящихся rmотин из грунто вых материалов связано с ускоренным развитием землеройной и транс портной техники и ростом дефицита основных строительных матери алов для бетонных IUioпm- цемента и металла. IIIиpoкoe применение Шionm из грунтовых материалов в высоконапор ных гидроузлах привело к повышению объемов и интенсивностей возве дения насыпей. Так, на строительстве Вилюйской ГЭС объем Ш1отинь1 составлял около 19 млн.м 3 • 6 млн.м 3 , Усть-Хантайской 5 млн.м 3 , Колымской При строительстве бетонных WJотин упрощается пропуск строительных и эксШiуатационных расходов реки. Применению бетонных IUIOTШf в райо нах с суровым больum.х климатом бетонных IDiотин способствуют результаты, накоIDiенные при подтвержд,ающие возведении возможность регулирования термических процессов, возникающих в массивном бето не в период твердения, и влияния температурных изменений окружающей среды в период строительства и эксШiуатации. Причем бьто установлено, что температурные нагрузки - особенно в период строительства - во мно го раз превышают другие действующие на бетонные Шiотины нагрузки. В последние годы, благодаря увеличению блоков бетонирования, при менению жестких, малоцементнъ1х укатываемых бетонов, конструкции rтотины стали более экономИ'Шы, а технология возведения проще. В районах с суровыми климатическими условиями компоновки гидро узлов зависят от типа Шiотины (грунтовой или бетонной) . 1.Компоновка гидроузла с плотинами из rрунто в ы х матер и ал о в ва и эксплуатации: с пропуском расходов реки в период строительст по одноярусным или многоярусным туннелям; налам, трубчатым ЮIИ открытым водосбросам; по ка периливом воды поверх тела rmотины со специальными гасителями энергии потока без устройства других водосбросных сооружений или с водосбросными сооружениями, рассчитанными на меженные расходы реки. Энергетические сооружения при такой компоновке могут выполнять ся открытыми (надземными)~ nолуrюдземными или подземными. 39 - - '· 2. К о м п о н о в к а г и д р о у з л а с б е т о н н о й и л и ж ел е з о б е т о н н о й ительства и - п л о т и н о й с пропуском расходов реки в период стро эксrmуатащm: через туннельные и открытые водосбросы, расположенные вне теnа плотинь1; через гребенку плотины или воцосли· вы, расположенные на IUIOIИНe или в ее теле. В условиях Крайнего Севера при большой протяжеЮJости транспорт ных коммуникаций наиболее целесообразны гидроузлы с IDiomнoй из rрунтовых материалов и подземным эдаШlем ГЭС, с пропус~ом строитель ных расходов через туннели. Такая компоновка дает возможность круrло rодичного ведения работ в относительно благоприяrnых условиях. В оrnичие от IDionm, возводимых в средней полосе, для IUionm, стро ящихся в Северных районах, характерны особеююсти, связанные с нали чием в основанШf вечномерзлых льдистых грунтов и с необходимостью вести работы круглогодично в условиях низких температур. Выбор конструкций и технологии: возведеЮIЯ сооружений в условиях сурового климата осложняется тем, что грунты основания, как правилоs неоднородны. Основания IDIОТИН могут быть представлены талыми или мерзлыми грунтами, а часто и теми и другими(на склонах под руслами - - мерзлыми, талыми). Специфическими особенностями может оrnича· ться состояние карьеров грунтовых строительных материалов. Рещающее значение на выбор типов сооружений оказывает характер· ная для северных рек неравномерность стока. Сложность транспорmой схемы при освоении отдаленных Северных необходимость максимального сокращения объема районов. диктует использования привозных материалов и требует применения в гидро· техническом строительстве местных материалов, особенно при возведении таких материалоемких сооружений, как IDiотины. Все это оказывает влияние на выбор типа сооружений и методов их воз ведения. В рассматриваемых условиях наиболее рациональными и перс пективными являются rшотины из местных грунтовых материалов, поско льку характер их работы позволяет СШIЗIПЪ требования к деформаnmным свойствам оснований. Технология возцействия грунтовых плотин дает возможность внед рить комIDiексную механизацию работ и тем самым снизить труцозатраты на возведеЮtе rmornн. Накоm1ею1ый отечествеЮiый и зарубежный опыт подтверждает воз можность строительства пло1Ю1 практически из любых грунтов и на лю бых основаниях. Разработаны надежные методы строительства гидро сооружений в суровых климатических условиях и на вечномерзлых грун тах. Компоновки rидроузлов с использованием грунтовых плотин реали зованы при возведении каскада Серебрянских, Вилюйских(рис. Усть-Хантайской, Курейской и Колымской ГЭС. 3.1), Примером компоновки с плотиной из грунтовых материалов может служить Колымский гидроузел (рис. 3.2). Компоновка гидроузла предусматривает пуск ГЭС в две оче реди. В 1 очередь вводятся агреrаты на пониженном напоре, изменяющем ся от 40 до 56 м. В состав сооружений менно-набросная 40 IUiотина 2; временное I очереди входят: временная ка водосбросное сооружение 1; \ Рис. 3.1. План Вилюйского гидроузла: сооружения 1 очереди: 1 - IU1отина; 2 - водосбросный канал; 3 - водопри емник; 4 - водосброс, оборудованный затвором; 5 - здание ГЭС 1 очереди; 6 отводяUUlй канал; 7 - закрытое распределительное устройство 220 кВ; 8 - здание управления; 9 - перегрузочное помещение; 10 - вспомогательный и здминистра nmный корпуса; сооружения 11 очереди: 11 - подводящий канал; /2 - водо приемник; I.ЦИЙ канал; 13 16 - напорные водоводы; 14 - здание ГЭС закрытое распределительное устройство 11 очереди; 220 15 - отводя кВ временный деривационный тракт 4~ часть подземного здания ГЭС 6 и производственно-технолоrическоrо корпуса 7 в пусковом объеме 1 очере ди. Основная каменно-набросная IUJотина 8 с суглинистым ядром запроек rnрована высотой 126 и длиной по гребню 750 м. Временная каменно-набросная IUiomнa 2(также с суглинистым ядром) имеет высоту 60 м. Первоначально она была запроектирована как высоко водная верховая перемычка, ограждающая котлован основной IUiотины. Впоследствии, когда была пересмотрена схема пуска 1 очереди ГЭС, конст рукция и параметры временной плоmны бьmи изменены соответственно 41 Рис. 3.2. План Колымского гидроузла: сооружения ная мотина; З деривации; 5 - 1 - очереди: 1 - временное водосбросное сооружение; ственно-тсхиолоmческий корпус; тина; 9- 2 - времен· временный водоприемник; 4 - подводящий туннель временной временное щитовое помещение; 6 - здание rзс; 7 - производ водоприемник; 1О - сооружения 11 очереци; 8 - постоянная ш10- эксплуатаuионныА водосброс --- ---- -- напору, который ей предстояло принять к намеченному сроку эксrmуата ции. В процессе возведения основной плоmны и уточнения ее конструк ции временная rmотина вошла в объем ее верховой призмы. Временное водосбросное сооружение рету, предназначено расположенное на правом бе 1, для пропуска строительных расходов до возведения левобережного эксrmуатационного водосброса 10, рассчитано на пропуск 3 паводка 0,5 %-ной обеспеченности{IО 500 м /с) и состоит из подводящего канала длиной 400 300 м, железобетОЮiОЙ трубы под телом rmотины длиной м, максимальной 1Ш1риной дпиной 300 22 и высотой 30 ми отводящего канала м с ковшом-гасителем на концевом участке. Регулирование расхода. пропускаемого через временное водосбросное сооружение, про изводится на его оголовке, через четыре отверстия размерами по х 16 6,5 х м, которые оборудованы основными и ремонтно-аварийными затво рами с гидроприводами. Временный деривационный тракт к ных напорах, состоит из дованными 1 очереди, работающей на понижен водоприемника 3 с двумя отверстиями, обору сороудерживающими решетками, подводящего напорного туннеля 4, помещения для основных и ремонтно-аварийных затворов 5. Подземный машинный зал ГЭС с диагональными турбинами имеет дпину 132, ширину 20, высоту м. Постоянные подводящие подземные 38 напорные водоводы диаметром по Постоянный водоприемm1к 9 6 м имеют металлическую облицовку. расположен в борту постоянного подводя щеrо канала водосброса. В состав входят ЗРУ производственно-технологическоrо 220 корпуса 7 управления кВ, корпус маслохозяйства, производственный корпус и пожарное депо. Эксплуатационный водосброс 10 на левом бefery рассчитан на про пуск расхода 0,01 %-ной обеспеченности ( 17 500 м /с) и имеет три водос ливных отверстия шириной по 20 м. Для ввода 11 очереди гидроузла rmотина возводится на полную проект ную высоту. l-la левом берегу возводятся постоянный водосброс и zn постоянный водоприемник Основные объемы 9. работ, подлежащие выполнению по Колымскому гидроузлу*: Выемка мягких грунтов, млн. м 3 . 3 Выемка скалы, млн.м . . . . . . . Насыпь мягких грунтов, млн.м 3 . Каменная наброска, млн.м 3 . . . . з Подземная выломка, тыс.м . . . . . Укпадка бетона и железобетона, тыс.м 3 В том числе подземного . . . . . . . . . . . \fонтаж мсталлоконструкциА, . 16/13 . 15/8 . l 0/8 . 11/3 . 400/300 • 1087 /700 . .. 112/80 механического и гндросилового оборудования, тыс.т . . . . . . . . . . 46/36,6 *В числителе в целом по гидроузлу, в знаменателе для пуска 1очереди ГЭС. 43 .. -~- __::____:_----=---·- •• После завершения работ на основных сооружениях водоприемные от· верстия водосбросного сооружения на правом берегу и в оголовке вре· менных подводящих туннелей на левом береrу закрываются. Весенним па водком заполняется водохраюmище и включается в работу постоянный левобережный водосброс, после чего гидроэлектростанция может быть введена в постоянную эксплуатацию. В процессе строительства выяви лись определенные недостатки проектной схемы, прежде всего в схеме пропуска расходов реки. Очень сложным оказалось сооружеШfе постоянного левобереж ного водосброса, расположенного над всеми энергетическими сооружени ями гидроузла. Левобережный водосброс был рассчитан на пропуск 17 500 м /с, погасить такой мощный поток при сбросе с высоты более 100 м оказа,ось чрезвычайно трудно. В результате было принято пред ложение увелИtmть высоту IUiотины на 10 м, за счет чего увеличилась 3 вместимость водохраюmища, а это, в свою очередь, уменьunшо расчетный сбросной расход до 12 ООО м3 /с, yлyчllDIЛo показатели работы ГЭС и, rлав ное, упростило конструкцию левобережного водосброса. Предложенное в проекте размещение водосброса над подземными сооружениями гидроузла нельзя признать рациональным, так как такая компоновка значительно осложнила как проходку подземных сооруже ний, так и разработку поцводящеrо канала левобережного воцосбросаs что привело к нарушению устойчивости свода машзала ГЭС. Более удачной является компоновка Курейской ГЭС на р. Курейке (рис. 3.3) с расположе1Шем всех водосбросных и энергетических соору~ жений на одном правом берегу. Строительный Т}'Юfель рассчитан только на пропуск меженных и осенних расходов, а паводковый расход пропускает ся сначала поверх недостроеююй IDiотины, а затем через недостроеЮ1Ь1й эксплуатационный водосброс. Компоновка гидроузла с бетонной плопrnой в условиях Севера долж· на обеспечить возможность независимоrо ведения работ по всем сооруже ниям гидроузла. Наиболее рациональна компоновка с отведением реки в строительные туннели, что позволяет возвести плоmну в одну очередь, упростить ее конструкцию и снизиrь трудозатраты на ее возведение. Од нако в связи с возрастанием стоимости и сложностью туннепьнъIХ водо сбросов при расходах в реке свыше 10 ООО м 3 /с экономически целесооб разно совмещать водосбросы с моrnной. Характерными компоновками такого типа являются Братская, Усть Илимская, Красноярская, Зейская ГЭС со эдаЮfем ГЭС приШiотЮ1ноrо типа, расположенным в общем котловане. Все перечислеIО-Iые ГЭС постро· ены с ruютинами высотой около 100 м. При более высоких 1V1отннах значительно усложняются вопросы гашения энергии сбрасываемоrо пото ка, поэтому целесообразно либо трансформировать расходы за счет фор сировки уровней верхнего бьефа, если стоимость бетонной Шiотины во:r растает незначительно, либо гасить энергию специальными трамmt:инами. Соотношения объемов 1U1отины от высоты и изменение стоимости водосбросных сооружений ruютины в зависимости от расходов воды при ведены на рис. 3.4. и 3.5. [53] . 44 Рис. 3.3. План Курейского гидроузла: 1 - водоприемник; 2 - здание ГЭС; ОРУ-220 кВ; бережная IШотина; 5 - 6 9 - З русловая плотшш; поселок - водосброс; 7 - 4- строитепЬll:ЫЙ туннель; правобережная: Шiотнна; 8 - лево На комrюновку сооружений гидроузлов с бетоШIЫМи IUionmaми ока зывают заметное влияние максимально допустимые напоры на затворы водопропускных сооружений. Чем больше допустимый напор на затворы, тем проще получаются компоновка и конструкIЩЯ IDIОТИНЬI. Возможность применения одноярусного пропуска расходов является наиболее рацио нальным решением. Для ускорения строительства следует применять компоновочные реше ния, не препятствующие поrочным методам бетонирования (послойного или конвейерного) , а также возведешпо IDIОТИНЫ ипрабленным профи лем. При этом следует стремиться к следуюUUIМ решениям: совмещению 45 '\. 1 ~ БГ м~ ~ W·1D 3 кз-. ца / 30 кз ~ , ч ~ /" ZD ~v ,,.. [/ 10 D -БГ. - 20 lfO 60 80 100120 . ._ :.--- 1ЧD Н м 7 Рис. 3.4. Изменение объема W каменио·земляной (КЗ) и бетонной (гравитацион· ной) плотин (БI) в зависимости от высоты Н 56/Sn 17 8 l----+--+----+---t----1,.....-t----t воды o,ч- 1 - ~l~~~~=E::~3-J о Рис. 3.5. Изменение относительной стоимости водосбросов S 8 /S п в зависимости от расхода г ч б в а· 10 ~ м 3/с ном; Q: береговой водосброс с носком~амrutи· то же с водобойным колодцем; 3 - 2 - бетонная водосливная mотина с носком~амп лином; 4 - то же с водобойным колодцем донных эксплуатационных водосбросов со строительными водосбросами, отказу от заглубленных и поверхностных водосбросов; береговому рас положению зданий ГЭС, что позволит уменьшить объем монтажа метал локонструкций по напорным трубопроводам и водоприемникам здания гэс. При реализации этих условий обеспечивается укладка до 80 % общего объема бетона непрерывно-конвейерным(поточным) способом. Проект ными проработками такого варианта бьmа установлена экономия трудо затрат, например) на комrmексе бетонных работ по Бурейской ГЭС до 1 млн. чел.-дней при сокращении числа рабочих в пиковые rоды на 8001200 чел. по сравнению с краново-циклюm:ой технологией возведения JUIО тины. Однокоmованные компоновки являются предпочтительными, так как они решают еще одну важную задачу водохранилище до ero - обеспечивают задержание льда в таяm1я. Следует отметить, что гидроузлы с бетонными моmнами в условиях Севера желательно возводить только на скальном основании. При этом должно быть проведено тщательное изучение состояния пород и дан прог ноз их поведения во время строительства и после пуска ГЭС в эксIDJуата цию. . 1 , L __ З.2. Гидроузnы с пnоtинами из грунтовых материаnов В настоящее время определились два метода строительства 1U1отин на вечномерзлых основаниях: тины в мерзлом с сохранением грунтов основания и тела 1U1О состоянии и с допущением их оттаивания, т.е. соответст венно мерзлый и талый тип ШIОТИН. · При выборе типа Шiотины решающим является температурный противофильтрационноrо ительство Wiотины на устройства вечномерзлом как систему ''основание - rmотина - в период основании эксШiуатаци.и. следует режим Стро рассматривать водохра1ШЛищен, т.е. как единое целое. Плотина называется м е р з л о й , если ее водонепроницаемость обеспе чивается мерзлым состоянием rрунтов ядра и основания под ним, что дос тигается этом применением мерзлотной противофи.льтраци.онной завесы, при оттаивание грунтов в пределах завесы не допускается, и гидравли ческая связь бьефов отсутствует (рис. 3.6). Плотина называется тал ой, если ее nротивофильтрационное устройст во имеет положительную температуру и допускает фильтрацию в расчет ных пределах. допускается При разнотемпературном состоянии грунтов основания оттаивание мерзлых и промерзаЮ1е талых его участков. Допускается также п~юмерзание отдельных зон и упорной призмы IUiоти ны. Конструктивно грунтовые IUiотины талого типа~ сооружаемые в усло виях Крайнеrо Севера, мало чем отличаются от грунтовых rmотин, возво димых в средних uшротах{рис. строительства и эксплуатации 3.7). в Специфические северные условия основном сказываются на решении дре нажных устройств и требованиях, предъявляемых к материалам для ук ладки в части сооружения, которые подвержены воздействию колебаний температуры наружного воздуха. ПлотЮJу талого типа на Крайнем Севере предпочтительнее возводить с экраном, так как такое еешеЮiе более технологично и позволяет возво дить упорные призмы, с большой интенсивностью, не зависимо от возве дения экрана. На севере европейской части нашей страны наиболее оrпимальным материалом основного тела 1U1отины при однород;ной конструкщm с упор- 1 -г Рис. 3.6. -г Мерзлая плотина Сьпыканского гидроузла в Якуmи: 1 - суглинистое ядро; 2 - замораживающая колонка; 3, 4 - соответственно ни зовая и верховая упорные призмы; 5 - отметка основания поn верховой упорной призмоА после отrанвания под воздействием солнечной радиации и водохранили ща; нулевая изотерма 6 - 47 НЛ!J !/НО PJ.t:c. 3. 7. G Плотина Вилюйской ГЭС: упорный банкет; обратные фильтры; 1 6 - 5 2 1 2 7 - пригрузка; З - цементациоJmая потерна; 5 - экран; упорная призма; 8 - нулевая изотерма (в зимний Ье риод) нъ1м банкетом из камня является морею1ый rрунт. Особенно эффе1<тивен - материал по гранулометрическому соста ву в силу своего происхождения близкий к оптимальному, при укладке в воду через 90--120 сут приобретает IDiотность, близкую к карьерной, он при укладке в воду. Морена а при отсыпке насухо хорошо поддается yIDiomeнию катками или груже ным автотранспортом, причем не требует оrраюtЧения высоты слоя менее 2 м. Хороиmм материалом для устройства упорной призмы плотины в се верных условиях является горная масса, при использовании которой можно получить устойчивую насыпь без ограничений производства работ пракmчески в любых поrо~1х услови.ях(высота слоя может превышать 40 м). При этом допускается непрерывный ее транспорт к месту отсьmки с большой интенсивностью, что позволяет значительно улучnmтъ 1'ехнико эконом:ические показатели сооружения и снизить трудозатраты на его воз ведение. К материалу каменной наброски прецьявляется в основном одно требование - удовлетворятЬ условиЯм морозостойкости. До последнего времени в Северной строительно-климатической зоне применялись противофильтрационные устройства - центральные или слабонаклонные ядра и экраны из rрунтовых материалов. В настоящее время большой интерес проявляется к нетрадиционным противофильтрационным устройствам, с заменой месmых материалов на привозные, более конструктивные и технологичные. Наибольшее внима ние обращено на металлические диафрагмы. Хотя срок эксшtуатации пер вой из построе1mых плотин с такой диафрагмой Лоуэр Отей (CIIIA) весьма значителен - с 1897 r. (высота плоmн 40 м) t при применении метаJUiичес ких диафрагм возникают определенные трудносm. В диафрагме из листовой стали приходится ставить компенсаторы в вертикальном и горизонтальном направлениях на расстоянии в зависимос rn от высоты ruютины и ширины ее створа. Наиболее сложно обеспечить примыкание диафраrмы к бортамt особе:mю при скальном основании. Для обеспечеЮIЯ совместной деформации диафрагмы с упорными призмами рекомендуется выполнять ее свободное примыкание к бортам через би тумные шпонки(ванны). 48 В качестве материала WIЯ диафрагм ранее широко применялся шпунт, сейчас листовая сталь толщиной не менее 10-12 мм. При антикоррозийной защите срок службы такой металлической диафраrмы может быть уве личен до 200 лет. Плотина с экраном имеет некоторое преимущество перед плотиной с диафрагмой, так как из-за водонепроницеамости экрана вся упорная призма над УJХ>Внем нижнего бьефа находится в сухом состоянии, что повышает ее сейсмостойкость. При тщательном выполнении подэкран ноrо слоя экран имеет большую возможность деформаций совместно с призмой. Однако опыт строительства таких rmотин показывает слож ность выполнения подэкранноrо слоя и значительное повышение требова ний к упорной призме. Поскольку к началу возведения экрана должны за верurnться все строительные осадки призмы, увели1П1вается срок стро ительства плоmны. Замена сварных соединений болrовыми, выполнение ванн, примыканий и анrnкоррозиоЮiой защиты, применение оклеечной изоляции и катодной защиты не исключают rлавноrо недостатка металлических диафрагм, зак лючающегося в увеличении количества дорогостоящих. привозных мате риалов - цефицитной листовой стали. В настоящее время разработан вариант проекта IUiотины Тельмамской ГЭС (напор 140 м) на р. Мамакан в Иркутской области с JJ.;Иафраrмой из листовой стали, имеющей специальные компенсаrоры деформации. Вариант плотины с металлической диафрагмой предложен также для rmотины Амrуэмской ГЭС на р. Амгуэме на Чукотке. Из-за исключитель но суровых климатических условий .ц;иафрагма запроектирована без свар ных соединений. Для этой плотины рассматривались и другие варианты, в частности железобетоЮ1ая сборная ,циафрагма из IDiит массой 5-7 т с пок рытием те1U1оrидроизоляциою1ыми матами. КонструкIUIЯ швов с герме тической изоляцией допускает некоторую деформацию диафрагмы. В последнее время в мировой пракmке UПt.роко применяются асфальто бетонные диафрагмы той 100 м. - возведено около Некоторые из эксплуатируются свыше 40 плотин с лет 30 IUIOTИН максимальной высо асфальтобетоЮ1ыми диафрагмами [ 51] . Для плоmны Богучанской ГЭС принята асфальтобетонная диафрагма из листового круmiозернистоrо асфальтобетона. Такое решеЮ1е позво ляет обеспечить высокую водонепроницаемость и необходимые деформа mвные свойства даже при значительных осадках тела Шiотины и сейсми ческих воздействиях. Для асфальтобетона требуется оmосительно небольшая потребность в привозных материалах: битум в количестве 8-12 % массы асфальтобе тона. Одним из главных достоинств такой диафрагмы является возмож ность ее возведения при любых погодных условиях, так как снижение температуры асфальтобетонной смеси на 15-20 °С при транспортировке и укладке слабо влияет на ее свойства, поскольку начальная температу ра смеси 130-140 °С. Ulирокие перспективы для северных районов представляет так назы ваемый бескотлованный способ возведения Шiопm, т .е. без расчистки основания, а следовательно, без устройств перемычек, водоотлива и т .д. 49 4- Зак. 1820 Рис. а 3.8. - Русловая Шiотина Майнской ГЭС в разные периоды строительства: пусковой профиль; отложения; призмы; 5 2 - экран из - суrnинистое б - проектный профиль; 1 - русловые аллювиальные пылеватого песка; 3 - переходные зоны; 4 - упорные ядро; 6 - цемеtпационные скважины; 7 - цементацион ная завеса Впервые этот способ бьm применен на строительстве Атбаurnнской rmоти ны высотой 70 м [ 4] , где аллювиальные отложения не расчищались, а бьmи прорезаны цементационной завесой, сопряженной со скальным осно ванием. Благодаря этому, а также применению экрана из полиэтиленовой IU1 енки удалось существенно уменьllnlть объемы работ и упростить схему пропуска строительных эксШiуатируется с расходов. Плоmна Атбаnmнской ГЭС успеи.nю г. Конструкrnвные решения, осушествленные на 1970 А тбашинской Ш1Отине, получили высокую оценку на XI Конгрессе меж 1973 r. в Мадриде, и наnmи применение в праектах ряда rutотин, в том числе на Майнской(рис. 3.8), Ирганайской ГЭС и др. Известно, что на северных водотоках коренные породы обь11Пfо прик рыты IUiaщeм аллювиальных и делювиальных отложен:АЙ, мощность ко дународной комиссии по больurnм Шiоmнам, проходившем в торых колеблется от нескольких. до десятков метров. Наносные грунты убираются в основании бетонных плопm и, как правило, подлежат уда лению в основании земляных и каменно-земляных плотин. Однако опыт строительства Вилюйской ГЭС доказал возможность и техническую обос новаЮiость пересмотра этого основного положения. Обычно для обеспечения надежного соnряжеЮfя противофильтрацион ного грунтового элемента с коренными породами и для обеспечения воз можности последующего закреШiения подстилающих кореЮ1ых пород цементацией по мере их оттаивания в процессе эксШiуатации сооружения в проектах предусматривается устройство цементационной галереи на кон такте коренные породы - противофильтращюнные элементы. Такое реше ние требует выполнения значительного объема выемок, различных за'filс ток, укладки больших объемов бетона в потерну и цементационные ка меры. Для выполнения этих работ необходимо возведение перемычек в русле реки, отвод строительных расходов на период производства работ в русле и т.д. 50 Возможна и другая схема возведения плотин. Если позволяют топогра фические, а также инженерно-геологические условия залегания rруюов и их физико-механические свойства, можно не производить уборку рыхлых отложений в основании всей rmотины, а включать их в состав противо фильтрационных элементов. При этом цементационную rалерею можно возводить двумя способами; в виде подземной штольни, пройденной гор ным способом в основании Шiоmны с последующим устройством из нее цементационной завесы и сопряжения с противофильтрационным элемен том IUiотины или в виде цементационной потерны на искусственной насы пи, отсыпаемой из любого несвязного грунта прямо в воду до отметок вы ше бытовых уровней, после чего эта насыпь в основании галереи подверrа- • ется цементации. 3.3. Гидроузлы с бетонными nnотинами Бетонные сооружения северных гидроузлов возводятся двух типов: м а с с и в н ы е (преимущественно плотины с болы.uими объемами работ) и и ем а с с и в н ы е - прискальные облицовочные блоки, бетонные и железобетонные энергетические сооружения, водоприемники, здания ГЭС. При возведении массивных сооружений главная проблема, возника ющая при строительстве, обеспечение заданного термонапряженного сос тояния, обусловленного внутреЮfей экзотермией при твердении бетона и наружным неравномерным охлаждением массивных элементов. Для уменьшения температурного перепада стремятся снизить внутренний ра зогрев и уменьшить перепад за счет применешtя теплой опалубки [ 16]. При возведении немассивных сооружений экзотермический разогрев бетона должен использоваться как положительный фактор, позволяющий укладывать бетон методом "термоса'" на мерзлое скальное основание [37) . Опыт строительства круm1ейших бетонных rmomн Братской, Усть Илимской, Красноярской, Зейской, Мамаканской ГЭС показал, что мас сивные конструкции позволяют максимально механизировать бетонные работы, свести к мЮ1имуму применешtе ручного труда и сократить вспо могательные работы. По возможности из ШIОТИНЪI должны быть вынесены турбЮiные водоводы на низовую грань или в береговые сооружения; водосливы должны быть либо поверхностными, либо максимально заг лубленными (донными); целесообразно совмещать строительные и эксп луатационные водосбросы. При приплотинной компоновке ГЭС значительные трудности возника ют при сооружении станционных частей бетонных WIОТИН из-за необходи мости совмещения бетонных работ по созданию напорного фронта и мон тажа напорных водоводов и механического оборудования водоприемни ков гидроэлектростанций. При столбчатой разрезке также создаются труд ности конструктивного решеЮtя временных швов в трубоправоде в мес тах ero пересечения межстолбчатыми швами. Одним из возможных решений, облегчаюищх процесс возведения ruто тины, является вынос водоводов на низовую грань rmотины, как это сделано в проектах Красноярской, Саяно-lllушенской и Бурейской ГЭС. 51 Од;нако такое решение не снимает все ПJЮблемы, связанные с совмещени ем бетонных и монтажных работ) особеюrо на верхних отметках rшоmн. Решением этой проблемы бьm бы вынос здания ГЭС на береr и разделение строительного потока на монтажные и строительные работы. При сооружении Зейской ГЭС с целью облегчения работ по водоводу в условиях столбчатой разрезки бьmо решено устроить скользящий шов вдоль трубопровода внутри тела Шiотины, отделяющий трубопровод от основного массJJВа и заканчивающегося объемным замыкающим блоком. После остывания бетона моnmы и облицовки до температуры омоноли чивания произвели бетонирование замыкающих блоков. Однако конст рукция шва оказалась несовершенной, о чем свидетельствует наличие кон тактной фильтрации [1'4] . При краново-цикличной технологии укладки бетона и столбчатой раз резке плоnmы даже при максимально доступных размерах блоков до биться увеличения производительности бетоноукладочноrо комIDiекса традиционными способами практически не удается. Необходимо сущест венно менять технологmо бетонирования, транспорта бетонной смеси и ее укладку. При разрезке сооружений на длинные блоки (от верхнего бьефа до ниж него) или при применении неомоноличиваемых конструкций целесообраз но переходить на укладку особо жестких малоцеменmых бетоlПIЬIХ сме сей слоями до 1 м с уШiоmением бетона виброкатками и применением комrmекса механизмов для приемки, разравнивания и уrmотнения бетона и нарезки межсекционных швов, т.е. переходить на применение так назы ваемоrо укатанного бетона. Для удлинения строительноrо сезона должны быть использованы противоморозные добавки, обеспечивающие уЮiадку бетона при низких температурах наружноrо воздуха. Опалубку массивных сооружений как с верхнего, так и с нижнего бьефа цепесообразно выполнять железобетонной из массивных легко монтируемых блоков. Должны быть пересмотрены также требования зо нальности уЮiа,п;ываемоrо бетона по водонепроницаемости и морозостой кости. Иногда даже целесообразно с целью обеспечения единой марки бе· тона для всего массива устраивать водонепроницаемые экраны и диафраг мы с верхнего бьефа и теIUiозащитные экраны с нижнего бьефа. При возведении облицовочных бетонов должны п.mроко применяться удобоукладываемые составы (со специальными добавками) , а также ли тые бетоны, обеспечивающие um~юкую механизацию подачи бетона и укладку его без вибрирования. Как уже отмечалось, на реках с больumми расходами воды в условиях ограниченности транспортировки запасов связных грунтов на бoльllDle расстояЮfя или при необходимости их соответствующими технико зкономическими расчетами может быть обоснована целесообразность воз ведения напорного сооружения из бетона. В связи с этим Ю1оrда предла гается применять теплоrидроизоляцию и теmозащиту, а к бетону сооруже ний не предъявлять жестких требований по морозостойкости и водонепро ницаемости. Тогда бетон работает только на восприятие статической нагрузки. БетоЮ1ая смесь может быть приготовлена из нефракциониро ванных или малофракционированных заполнителей с небольUDIМ расхо- 52 <er_: нnУ 263, 1 М1 :500 256,D М300, Mp)Lf-DD 232,О мzоо, Мр) zoa 195 о Грани.ца Во донепрониио. еного бетон мzоо, 88 1so,a 1ЧЧ О 138 о 5,0 1~1501 131,О 12s а 96 5 мгоо, вв Рис. 3.9. Схема зонирования бетона в гравитационной ruютине дом цемента, а технология ее укладки допускает промораживание (холод ный бетон). Такоrо рода плоrnна рассматривается как вариант в проекте Мокской ГЭС на р. Виmм. Все эти решения требуют соответствующих лабораторных и натурных исследований и технико-экономических обос новаюtй с обязательным определением трудозатрат. Другой путь совершенствования бетонных массивных IU10TШI это глубокое зонирование бетона с укладкой в центральную часть малоце ментного укатанного бетона (рис. 3.9). Особое внимание следует уделять выбору rnпов и конструкl..Ufй затво ров и подъемных механизмов для них, поскольку недоучет сложных се верных условий приводит к значительным затруднениям при монтаже и эксплуатации. Наиболее существенные дополнительные нагрузки на сооружения воз никают из-за образования наледей на затворах со стороны верхнего бьефа 53 и примерзания заiвора к пороrу, забральной стенке и бычкам; примерза ния уплотнительных и опорно-ходовых устройств затворов к закладным частям; забивки льдом и шугой сороудерживающих решеток; выпучива ния металлических облицовок пазов и затворных камер; хрупкого разру шения металлических конструкuий; обмерзания узлов подъемных меха низмов и захваmых устройств. Если своевременно не приняты соответствующие меры, то каждое из этих явлений может привести весь комIШекс механическоrо оборудова· ния, а следовательно, и все сооружения в неработоспособное состояние. Опыт строительства ГЭС показывает, что для обеспечения надежной ра боты механического оборудования в суравых условиях необходимо при менение теwювой защиты (полной или частичной) и системы противоб леденения, использование материалов, способных работать без хрупких разрушений при температуре до - 70 ° С, установка на регулирующих во досбросах затворов сегменnюго типа .. ГЛАВА 4 ПРОПУСК СТРОИТЕЛЬНЫХ РАСХОДОВ ПРИ СООРУЖЕНИИ ГИДРОУЗЛОВ НА СЕВЕРНЫХ РЕКАХ 4.1. Современные тенАенцим в орrанизации пропуска строитеnьных расходов Схема пропуска расходов реки в период строительства и наполнения водохранитtща щие нередко является не только произвоцства работ одним общую из сложнейших вопросов, опрецеляю компоновку гидроузла, но и методы (особенно в условиях неравномерного стока север ных рек). Существуют два основных метода пропуска строительных расходов через створ гидроузла во время его строительства: д ы и з р у с л а р о е н н о м у р е к и и с е е о т в о д о м по 6 е з о т в о д а в о· с п е ц и а л ь н о в о до п р о п у с к н о м у т р а к т у .В у с т каждом методе различают по два способа ведения работ: с и с п о л ь з о в а н и е м п е - р ем ы чек и без них. Ведение работ без перемычек как при отводе из русла реки при пой менном способе~ так и без ее отвода на северных реках не применя· ется: первый способ из-за отсутствия блаrоприяmых по топографии створов, а второй - из-за его трудоемкости. Наиболее приемлемыми схемами пропуска строительных расходов при возведении как бетонных~ так и грунтовых rmотин на северных ре ках могут быть схемы с отводом воды из русла реки путем прегражде ния его перемычками и без отвода реки, путем секционирования русла. Однако неравномерность стока(см. рис. 1.2), длительная зимняя межень и значительные весенние паводки северных рек не позволяют эффектив но использовать эти схемы, так как Д)1Я краткосрочного пропуска весен юtх паводков в проекте сооружения приходится предусматривать доро гостоящие временные водосбросные сооружения. 54 Поскольку даже на больших реках в зимяее время расходы резко сни жаются или даже сток полностью прекращается, разработку котлованов и возведение нижних частей сооружений необходимо выполнять в зимнее время под защитой небольших перемычек. Бытовые зимние расходы, ес ли они имеют место, рекомендуется пропускать через стесненное русло или строительную деривацию небольшого сечения. Большую часть половодья и летние паводки, как показал опыт стро ительства, целесообразно пропускать по бытовому руслу через строящи еся сооружения как грунтовые, так и бетонные, при этом временные водопропускные сооружения(строительные туннели, каналы, трубы) с целью уменьшения объемов работ предусматриваются с относительно не большой пропускной способностью. Исходя из зтоrо при сооружении северных гидроузлов для пропуска строительных расходов предусматриваются два водопропускных тракта: один - небольшого сечения для пропуска зимней межени и второй - д.пя пропуска весенних половодий. Наиболее эффективным оказывается про пуск половодий поверх или через строяш.иеся сооружения с выполнени ем специальных мероприятий, обеспечиваюI.ЦИХ сопротивляемость соору жений размыву. Но такое решение неизбежно приводит к затоrmению котлована и перерыву работ по русловой чacrn сооружения на летний период до трех-четырех месяцев. Поэтому для условий северных рек ве~ дение гидротехнических работ в зимнее время неизбежно. Для пропуска строительных расходов через строю1mеся бетонные со оружения можно использовать недостроенные агрегатные блоки, часть секций глухих и водосливных rmотин, готовность которых к моменту прохождения паводка определяется гидравлическими расчетами. В экст ремальных случаях можно допустить перелив воды поверх уложенного бетона. С целью сокращения стоимосnt и ускорения строительства грунтовых плотин летние паводковые расходы целесообразно пропускать перели вом через недостроенные плоmны с устройством специальных гасителей на низовом клине плотины. Такая схема, осуществленная на строительст вах Усть-Хантайской и Курейской ГЭС) дала значительную экономию [30,52] . При строительстве грунтовых JUiornн с отводом воды из русла прихо дится возводить сложные, дорогостоящие и трудоемкие сооружения для пропуска строительных рассматривать варианты расходов, поэтому использования необходимо временных обязательно водопропускных сооружений при постоянной эксплуатации. В IUiотинах высотой более 100--120 м приходится устраивать много ярусные водосбросы для про пуска расходов реки при наполнении водо хранилища. Число ярусов зависит от высоты плотины и предельных на поров на затворы водосбросов. Конструкции разработанных в настоящее время затворов выдерживают напоры рукций 100-120 м. С разработкой конст более высоконапорных затворов требуемое количество водо сбросов, а следовательно, и затраты на них будут снижаться. Наиболее рациональным решением, особенно для грунтовых плотЮI, является рас- 55 ~ i положение водосброса на низких отметках с использованием его как при временной эксIUiуатации, так и при наполнении водохранилища. шенные противокавитационные требования. Учитывая сезоmюсть работы водосбросов, в npoeкre нужно предусматривать возможность ремонта и водоотводящих трактов водосбросов в межпаводковый период. 4.2. Пропуск строительных расходов при сооружении бетонных плотин На больших реках гидроузлы с бетонными rmотинами при достаточ ной 1ШiрШ1е русла возводятся, как правило, в п е р е м ы ч к а х . Этот способ д в у х с е к ц ио н н ых umpoкo применяется в гидроэнергетичес ком строительстве как в СССР, так и за рубежом. Такая схема возведе ния сооружений с некоторыми изменениями исходя из конкретных ус ловий применялась при строительстве Братской, Усть-Илимской, Красно ярской, Зейской ГЭС. Н а с т р о и т е л ь с т в е К р а с н о я р с к о й Г Э С сначала под за щитой земляных перемычек бьmа возведена нrребенка'~ левобережной водосливной части плотины. Расходы воды в этот период пропускались через правобережную часть русла реки. Стеснешrе русла реки перемыч ками 1 очереди составляло 5 О %. После перекрытия в марте 1963 г. рус ла пермычками 11 очереди расходы воды пропускали через "гребенку~~ водосливной части rmотины. "Гребенка" Шiотины состояла из девяти во досливных пролетов nmриной в свету 21 ми одного пролета 15 м. Во досливные пролеты со стороны верхнего и нижнеrо бьефов бьти обору довань1 плоскими затворами, под защитой которых производилось даль нейшее бетонирование. Станционная часть rmотины и здание ГЭС, размещенное в правой части русла, возводились под защитой перемычек 11 очереди. К весне 1964 г. в водосливных пролетах " гребенки" бьmо выполнено 18 донных отверстий первоrо яруса размером бх 12 м. Со стороны верх него бьефа отверстия бьти оборудованы решетками, обеспечивающими пропуск весеннего ледохода. Специальные козловые краны с нижнего и верхнего бьефов обслуживали затворы "гребенки" и доJШых. отверстий. Н а с т р о и т е л ь с т в е 3 е й с к о й Г Э С использовалась анало гичная схема [ 50] . После пропуска паводка 1966 r. 1О донных отверстий первого яруса бьUIИ заделаны бетоШiыми пробками, а 8 бьmи передела нъ1 в отверстия второго яруса размером 5 х S м, которые предназначались для сброса расходов воды в период наполнения водохранилища. До1Шые отверстия были оборудованы сеrменmыми затворами, рассчитанными на работу при напоре до 100 м. Перемычками 1 очереди(рис. 4.1) ограждался правобережный котло ван, в котором сооружались "rребенка" водосливной rшотины из 4 про летов шириной в свету 23 м, 2 донных отверстий размером 8х 11,5 м, водобойной ШIИты, раздельной стенки и береговых подпорных стенок. Строительные расходы при этом пропускались по стеснеююй перемычка ми левобережной части русла. 56 1 ., i 1 К водоотводящим трактам водосбросов должны предъявляться повы заmоров :1 i 1 fO,O 8,0 Рис. 4.1. 5-Б в-в План и разрезы перемычек 1 очереди Зейского rnдроузла: верховая перемычка; 2 - ряжевый оголовок; З - продольная перемычка; низовая перемычка: 5 - ряжевая шпора; 6 - ядра перемычек из супеси 1 4 - Перемычками 11 очереди ограждался левобережный котлован, в кото ром возводилась станционная часть 1U1отины и здаЮfе ГЭС. Ширина рус ла реки позволяла выполнить продольную перемычку ряжено-земляной с цементацией аллювия и верхней зоны трещиноваrой скалы мощностью 3 м. Для уменьшения приточности воды в котлован и защпrы ряжевой пе ремычки от подмыва предусматривалась забивка шпунта lIIП-1 в аллю вий до скалы со стороны прорана и приrрузка шпунта скальной приз мой. Со стороны коmована основание ряжей прикрывалось супесью, поверх которой укладывалась гравийная масса. Некоторые участки скальной призмы со стороны прорана укреШ1я лись бетонными блоками размером 1х1х2 м, связаЮ1ыми арматурной сталью. Перемычки котлована 1 очереди возводились в несколько этапов. Работы по устройству оголовка ряжевой перемычки, которую необ ходимо бьmо установить на скалу, были выполнены во время зимней межени 1967/68 r. "насухо" под защитой локальных перемычек(рис. 4.2) , так как произвести расчистку аллювия Шiавучими грейферными 57 р.Jея Рис. 4.2. 1-.l -· 7, 8 реди; План локальной перемычки и ряженого оголовка Зейского гидроузла: ряжи оголовка~ 4-6 - ряжи примык~я продольноn перемычки ~ ряжи 11римыканий продольной перемычки 1 11 оче очереди кранами не удалось. Оголовок состою~ из 8 ряжей размером 19,5 х 19,5 и высотой 18 м. Оголовок ряжевой перемычки и верховая перемычка бьmи закончены к апрелю Продольную 1968 ряжевую г. перемычку стали возводить после пропуска весеннего ледохода. За летнее время было установлено 1О ряжей, осталь ные ряжи устанавливали начиная с декабря месяца со льда в расчищен ные ото льда полыньи. Засыпку ряжей и обсыпку их грунтом со стороны прорана и котло вана производили пионерным способом. Зимой роза ливневых паводков, пристуmши к вибропогружателя. К весеннему ледоходу 1969 r., забивке 1969 когда отпала уг шпунта с помощью г. продольная и низовая перемычки были закончены. Объемы работ по возведению перемычек и оголовка составили: руб ка ряжей (дерево в депе) 20,5 тыс. м 3 , засыпка ряжей 87 тыс. м 3 , отсып ка призмы со стороны котлована 117 тыс. м 3 , со стороны прораиа 3,5 тыс.м 3 , установка металлического шпунта 402 т, обшивка листовым металлом 3 nриток 95,9 т, цементация в основание ряжей воды в котлован при напорах 9- 15 1300 м. м составлял l 000-2700 м /ч. Для откачки в котловане бьти установлены насосы с суммарной подачей 13 880 м 3 /ч. Проектная к о й 58 Г Э С н а схема возведения плотины Бурейс р. Б у ре е . Бетонная ШJотина имеет высоту 140 мс объемом бетона более 3,6 млн. м 3 • Условия строительства гидроузла осложнены узким каньонообразным створом с крутыми скальными бе регами и резкими колебаниями уровней воды реки вследствие больших ливневых паводков. Проектом предусматривались следующие основные этапы сооружения ШIОПIНЫ(рис. 4.3). В первую зиму под защитой низководных перемычек, отсыпаемых с правого берега, создается локальный котлован, в котором возводятся верховой н низовой упорные ряжевые оголовки высоководных грунто вых перемычек левобережного котлована Qервой очереди, верховой бе тоm1ый устой, одна сек1..О1Я rmom:ны, раздельная стенка здаЮl.Я ГЭС и ав rодорожнь~й мост, обеспечивающий транспортную связь будущего лево бережного котлована первой очереди с правым берегом. Так как ширина русла реки не позволI01а разместить продольную ряжевую перемычку, ее роль будет выполнять одна из секции бетонной IUiотины и раздельный устой здания ГЭС, в которые до паводка за один зимний сезон необхо димо уложиrь 102 тыс. м 3 бетона. В весеннее время низководные перемычки размываются потоком и расходы воды пропускаются через стесненное русло. В осенний период с автодорожного моста отсыпаются верховая и низо вая высоководные перемычки котлована первой очереди, под заIЦНrой которых в течении двух лет возводится "гребенка" водосливной части Шiотины. Расход реки при этом пропускается через правобережный про ран. Транспортная связь с котлованом 1 очереди осуществляется через автодорожный мост. На последующих этапах по готовности '~гребенкин водосливной пло тины в зимний период четвертого rода строительства отсыпаются верхо вая и низовая высоководные перемычки котлована той 11 очереди, под защи коrорых сооружаются здания ГЭС и станционная часть Шiотины. Расходы реки пропускаются по "гребенке" водосливной части плоти ны, в которой последовательно по мере роста напорного фронта "гре бенкан заменяется водопропускными отверстиями ра3ЛИ1ПIЬIХ сечений. Предложенная схема пропуска строительных расходов имела сущест веЮiые недостатки. Она предусматривала создание трех котлованов. Объемы работ первого этапа строительств - создание бетоЮfой раздель ной стенки и автодорожного моста трудно выполнимы на начальном эта пе строительства, когда производственные мощности строительной орга низации развиты недостаточно. Транспорmая связь левобережного котлована 11 очереди с правым бе регом реки, где расположена производственная база строительства, будет осуществляться только по автодорожному мосту при челночной схеме подачи бетона и строительных конструкl.О'lй. В этих условиях достичь проектной интенсивности укладки бетона и монтажа металлоконструк ций будет невозможно. Автодорожный мост не используется для укладки бетона на третьем этапе строительства, а при производстве работ по котловану станционной части IUiотины будет находиться в зоне буровзрывных работ. 59 ~~~ --/ ---- ~' -~--~-~------ ~ /" ,,,,...,,....---""" 1 ,/ f а) .,....,...,.,,..- / 60 / / / / / / 85 ----~~-~- - - - р. Б11рея 1; р.Бgрея г--- 1--- 1--- f---- ~---- ------------ 11· 5урея / Рис. 4.3. Основные этапы сооружения Б урейского mдроузла по проекту: а - план расположения локальной перемычки; б - rтан расположения перемы чек 1 очереци; в - план расположения перемычек 11 очереди; 1 - низководная переммчка; 2 - временный мост; 3 - ось сооружения; 4 - стесненное русло ре ки; 5 - ряжевый оголовок верхнего бьефа; 6 - ряжевый оголовок продольной перемычки и нижнего бьефа; 7 - раздельный бетонный устой (секuия плотины); 8 - раздельная стенка; 9 - контур верховой перемычки первой очереди; 1 О контур низовой перемычки; 11 "гребенка" бетошюй водосливной плотю~ы; 12 - верховая перемычка второй очереди; 13 - низовая перемычка второй оче реди; 14 - котлован здания ГЭС Фронт работ по котловану здания ГЭС раскрывается только на треть ем этапе строительства, что делает работу по нему очень напряженной. Анализ осуществленных схем пропуска строительных расходов при сооружении бетонных Шiотин показал, что классические решения с пол ным отводом реки в стесненное русло на различных этапах строительства на реках с явно выраженной неравномерностью стока оказываются неэф фективными. Более целесообразно применять схемы пропуска стро ительных расходов при возведении бетонных Шiотин, коrда расходы зим ней межени пропускаются через водопропускные отверстия небольших сечений, а расходы половодий поверх или через недостраенные сооруже ния. 61 -- __ ............... 62 ~ Рис. 4.4. Принята.я схема возведения основных сооружений Бурейского mдро узла: а - план котлована 1 очереди; б - rтан котлована 11 очереди; 1 ~ стесненное русло; 2 - контур низководных перемычек; З - верховая высоководная пере мычка; 4 - низовая высоководная перемычка; 5 - бетонно-ряжевый оголовок продольной перемычки с водопропускным отверстием (секция ru10тины); 6 раздельный бетонный устой {сеЮI.Ия ru10тины) с водопропускным отверстием; 7 - бетонно-ряжевый оголовок низовой продольной перемычки; 8 - котлован станционной ЧаС'Пt плотины; 10 - 9 - контур верховой ниэково,ruюй восстанавливае мой перемычки; 11 - гребенка бетонной водосливной wютины выштрабленноrо профиля контур низовой низководной размываемой перемычки; По уточненной схеме, предложенной Ленгидропроектом, расходы зим ней межени на строительстве Бурейской ГЭС предполагается пропускать через специально сделанное водопропускное отверстие малого а летние расходы и ливневые паводки на первом сечения, этапе строительства пропускать поверх недосчюенной водосливной шютины, а затем через водопропускные отверстия. Новая схема предусматривает два основных этапа (рис. 4.4) . Под за щитой низководных перемычек, отсыпаемых с правого берега, возводят ся верховой и низовой бетонные ряжевые оголовки высоководных перемычек, раздельный устой, одна секция 1U1отины и раздельная секция 3 здания ГЭС. Для про пуска зимЮ1х строительных расходов до 100 м /с в бетонных сооружениях предусматривается отверстие сечением 20 м 2 • Одновременно с возведением оголовков отсыпаются высоководные верховая и низовая перемычки, образующие правобережный котлован 1 очереди, где разворачиваются работы по зданию ГЭС и станционной части rшотины. Весенний паводок пропускается через левобережный проран. Осенью отсыпаются ниэководные верховая и Ю1зовая перемычки, под защитой которых создается левобережный котлован, в котором ведется бетонирование rшиты водосливной части мотины. Расходы зимней межени пропускаются через водопропускные отверс тия. Весной низководные перемычки размываются и расходы проходят по верх бетонной Шiиты водосливной части IU1отины. В следующую осень низководные перемычки отсыпаются вновь и под их защитой возводится "гребенка", через которую в дальнейшем и про пускаются строительные расходы. Преимущества указанной схемы: уже на первых этапах строительства раскрывается фронт работ по зданию ГЭС; облегчаются условия произ водства работ в правобережном, а затем и в левобережном котловане за счет лучшей транспортной схемы, что очень важно на первых этапах орга низации строительства; в зимнее время сооружение мотины ведется по всему руслу~ уменьшаются объемы работ первого этапа за счет отказа от строительства авrодорожного моста. Совершенствованием этой схемы пропуска строительных расходов явилась бы замена водопропускного отве~тия в оrоловке перемычек и ccкLUfй rmотины на строительный туннель равнозна'Пfоrо или большего се- 63 - ' . - - . - L~ ~-----~ ..::.--~------------ ~ . ~-,_ -------...---" ... ~ - -,--. - - ... - . - ---~.--~ ---...:--...._,.....:".-----~~---- --~- ..._ ...... ~~- ----· ·~ . ~·-~__.._ ..:..~~~-~ • чения. В этом случае paбoThI по сооружению туннеля можно бьmо бы на чать заблаrовремеюIО и совместить во времени с созданием коmована 1 очереди, что снизило бы объемы работ первого этапа. Однако уточненная проектной организацией схема имеет следующие не· достатки: повторная отсыпка размываемых низководнъIХ перемычек сни жает эффекmвность этого варианта, так как необходимо дважды прово дить трудоемкие работы по зачистке примыканий возводимых перемычек к берегам и устоям; возможны ледовые затруднения при производстве ра бот по отсыпкам перемычек в случае неблагоприятных. гидрогеологичес ких условий и, как следствие, осложнения в левобережном котловане; неизбежный занос грунтом банкета перекрытия верховой перемычки кот лована с недостроенной бетонной Шiотиной при пропуске паводка поверх сооружений. Указанных недостатков можно избежать, если вместо размываемых пе ремычек возвести неразрываемые низководные перемычки, допускающие пропуск расчетного паводка через rребlШ перемычек. Применение такой схемы дает следующие преимущества: оmадает необходимость в повтор ной отсыпке перемычек; увеличивается время на бетонирование водо сливной IUiотины; не требуется очистка котлованов от наносов, что нема ловажно, так как работы по очистке ве.цут в период наиболее низких тем ператур наружного воздуха; в целом объемы работ по коmовану можно определить более четко. Расчеты показывают, что при 5 %-ной обеспеченности удельные расхо ды не превышают 79 м /с, при 1 %-ной обеспеченности составляют 107 3 м 3 /с. Такие удельные расходы пропустить через перемычки возможно, тем более, что расчетные расходы ямяются ливневыми, а ледоход прохо дит при меньших расходах. Таким образом, на северных реках с ярко выражеЮ1ой неравномер ностью стока при возведении беrоШ1ьIХ mютин наиболее эффективна схе ма работ в зимн~е время по всему фронту русловой части сооружения с пропуском осенних и зимних расходов через отверстия малого сечения и пропуском половодья и летних расходов поверх или через недостроенные сооружения. Проектные проработки показывают, что при строительстве глухих мо тни из укатанного малоцементного особо жесткого бетона схему про пуска строительных расходов можно существенно упростить и удешевить. Основание русловой части Шiотины в этом случае устраивается под защи той небольших перемычек с пропуском расходов зимней межени через небольиmе водопропускные сооружения. Весенние половодья пропуска ются поверх уложенного бетона. По мере роста сооружеЮ1я водопропуск ной тракт для весенне-осеннего половодья подготавливается штраблением уложенного бетона с последуюп.щм переключением расходов на постоян ные водосбросы, устраиваемые вне тела rmотины. При этом улучшаются условия сопряжения бьефов и исключаются дорогостоящие и трудоем кие операции по переустройству "гребенок" водосливных мотни, пере устройству водопропускных отверстий, предусматриваемых при :клас сических схемах в бетонных водосливных mотинах; исключается заделка доЮ1ых отверстий, перемонтаж механического оборудования и т .д. 64 1 l 4.3. Пропуск строительных расходов при возведении грунтовых плотин Традиционные схемы возведения IUiотин предусматривают па водка в с б р о с и ы м обход т р а к т а м nро п у с к плотины по временным водо , запроектированным на пропуск расчетных расходов в зависимости от класса сооружения. Временная строительная деривация, как правШiо, в дальнейшем не используется. Вследствие это rо стоимость сооружений для пропуска расходов в период строительства и в эксrmуатационный период превышает стоимость mютины. Так, сто имость (прямые затраты) каменно-набросной IUiотины Колымской ГЭС составляет 29% общей стоимости основных сооружений гидроузла: стои мость левобережного водосброса - 27%; стоимость временных водо сбросных сооружений - 13%, ~· е. затраты, связанные с пропуском расходов воды на всех стадиях строительства и эксIDiуатации, составля· ют 40 %. Фактически затраты оказались выше, так как rютребовалось до· полнительно проложить левобережный строительный туннель дпя проnус· ка расходов зимней межени. ПрИUDiось также компенсировать затраты, связанные с выносом паводковыми водами материала, уложенного в ос новную IDIOППfY. Анализ структуры затрат на основные сооружения при строительстве rрунrовых ШIО'ПtН позволяет сделать вывод, что дальнейшее повышение эффективности использования грунтовых ruютин должно осуществляться в основном за счет совершенствования схем пр:туска половодий и усо~ вершеиствования постоянных воцосбросов. Рассмотрим несколько примеров организации возведения Шiотин при строительстве ряда северных гидроузлов. Н а с т р о и т е л ь с т в е к а м е н н OwH а б р о с н о й пл о т и н ы В и л ю й с к о й Г Э С высотой 7 4 м строительные расходы на первом этапе(рис. 4.5, а) пропускались по прорану в каменной наброске и через недостроенную строительную траюпею. На втором этапе(рис. 4.5, б) строительный расход пропускался по траншее, вырублеШfОЙ в левобереж ном скальном массиве, затем расход перключался на постоянные водосб росные сооружения [ 17). При подготовке основmrnя плоrnны и возведеЮIИ ее в пределах русла в тeJDioe время года для отвода реки потребовалось бы сооружение пере мычек и водопропускных сооружений, рассчитанных на пропуск стро ительных расходов до 8000--9000 м3 /с, что значительно удлиюmо бы сро ки и увеличило стоимость строительства. Поэтому бьmа принята схема ра бот, при которой все работы в русле реки по подготовке основания, уст ройств у цементационной потерны и отсыпке rтотины на нижних отметках выполнялись в зимний период при минимальных расходах peIOt и под за· щшой русловой перемычки высотой всего 11 м. Расходы реки пропуска лись через строительную траншею. Весенний паводок 1964 г. и летне-осеюrnе бытовые расходы р.Вилюя пропускались по прорану между правобережными и левобережными от сыпками и частично через строительную траншею. В течение лета 1964 г. 65 5- Зак. 1820 Рис. 4.5. Этапы строительства Вилюйской ГЭС: а - первый этап; б - второй этап; 1 - верховая перемыч1<а; 2 - строитель ная траншея; 3 - цементационная галерея; 4 - левобережная отсыпка Шiom· ны; 5 - правобережная отсыпка rmотины; 6 - креrmение верхового откоса mto· тины желеэобето1П1Ыми. rшитами на вход;ном участке строительной траншеи; 7 - экран плотины на подготовленное зимой основание производилась отсыпка низовой призмы моnmы наброской камня в текущую воду и постепеШiое сужение прорана. В октябре 1964 r. было осуществлено перекрытие русла Вилюя. Каменная отсыпка с обоих берегов бьmа сомкнута~ отсыпана верховая и низовая перемьГ1ки и расходы реки переключены в строительную тран шею. 66 В течение зимнеrо периода 1964/65 r. тело rmonmы и переходная зона с фильтрами бьmи возведены на высоту 40 м, а экран rnюnrnы на высоту 25 м. Это гарантировало пропуск паводка расчетной обеспеченности че рез строительную траншею с допущением частичной фильтрации воды че рез фильтры и наброску поверх возведеююго экрана. Для предотвраще ния размыва телu IUiomны в районе входного оголовка строительной траншеиt материал переходных зон и ядра были укреплены железобе тоШ1ыми плитами, уложенными по слою щебня. Окончательное перекрытие Вилюя и возведение IUIОТИНЫ на участке строительной траншеи бьmи осуществлены в третью зиму строительства. Расходы воды к этому периоцу переключались на постоянные водосброс ные сооружения. Принятая схема может быть аналогом цпя плотин, возводимых в по добных гидроrеолоrических и природно-климатических условиях. При этой схеме зимний период максимально используется для подго товки основания плотины и укладки Оригинальным оказался также материалов на юt:жних отметках. пропуск половодья на начальном этапе строительства поверх строящихся сооружений с затоIUiением котлована, а в последующем через строительную траншею входе (40 с достаточным напором на м), обеспечивающим ее минимальные. размеры. При этом часть потока контактировала с недостроенным грунтовым сооружением, заuщ щенным от размыва. РассмотреЮ1ая схема позволяет, увеличив напор на временную дерива1..UfЮ, уменьшить ее сечения. В то же время принятая конструкция плотины позволяет в зимнее время выполнять в меньшем объеме наиболее труда· емкие работы по возведению противофилырационных элементов и основ ные усилия направлять на высокомеханизированные виды работ, не зави сящие от поrодных условий: отсыпку каменной наброски, укладку не габаритов на низовом откосе и отсыпку переходных зон. Заслуживает внимания предложение о допущении фильтраl.DfИ через штрабленный профмь mютины (рис. 4.6), основная упорная призма ко торой из каменной наброски бьmа отсыпана на 40 м, а экран возведен на 25 м. Для уменьшения фмьтрации переходную зону с фильтрами выпол нили на высоту упорной призмы, однако и в этом случае для обеспечения фильтрационной устойчивости низовой упорной призмы ее приnmось ук реIDfть с нижнего бьефа слоем неrабаритов. К сожалению, полностью про верить в натуре эту схему не удалось, так как вследствие меньшего факти ческого расхода половодья подтоШiение экрана бьто всеrо лиl.l.lli на вместо 15 м 1м [17]. Экранирование каменной наброски с целью уменьшения фильтрацион ного потока необходимо, так как в зарубежной практике известны случаи разрушения каменной наброски фильтрационным потоком. Так, крупной аварией закончился пропуск паводковых расходов фильтрацией через низовую каменно-набросную призму Ш1ОТШIЫ Хелл Хоул нар. Рубикон в штате Калифорния(СIIIА). При уровне воды в водохранмище, достиг шем 30 м выше ядра, фЮiырационным потоком вынесло отдельные кам ни, и это привело к оползанию откоса. Последовавший за этим поверх67 Рис. 4.6. Поперечный разрез мотины ВилюАскоА ГЭС: наброска из рядового камня; 2 - выравнивающиА слоА; 3 - второй (щебень крупностью до 150 мм); 4 - первый слой фильтра (ще бень круmюстью 40 мм) ; 5 - экран из щебеЮ1сто-дресвяного суглинка; 6 - вер 1 - слой фильтра ховой надэкранный фильтр из песчано-гравийной м"ссы; 7 - пригрузка из рядо вого камня; 8 - верховой упорный банкет; 9 - uементационная галерея; / О контур отсыпки IUiотины к паводку 1965 г.; 11 - профиль IUiотины 1 очереди; 12 - то же 11 очереди; 13 - uементационная завеса; 14 - пригрузка ЮIЭового откоса негабаритаМи ностный перелив воды через образовавшийся проран в течение 3 ч пол ностью опорожнил водохранШiище. По произведенным впоследствие расчетам удельный фШiьтрационный расход воды через наброску не превышал 1,2 м 3 / (с· м) , но этого оказа лось достаточно для .нарушения устойчивости каменного откоса с укло ном 1: 1,3. Отсутствие данных о гранулометрическом составе каменной наброски не позволяет установить точную связь между размером камня на низовом откосе mютины и допустимым удельным фильтрационным расходом воды. Однако принятый в расчетах повышенный коэффиШtент фильтрации каменной наброски может иметь место в наброске с размером камня не менее 1 м. Поэтому возможности пропуска воды фильтрацией ШIИ переливом через каменно-набросное сооружение с кру тыми откосами весьма ограничены. Опыт строительства Вмюйской IUJomны показал, что аккумуляция всего стока в верхнем бьефе в зимний период позволяет выполнять зна чительные объемы работ без отвода реки. Так, зимой ка основания 1964/65 г. подготов mютины на участке строительной траншеи и возведение плотины в этой зоне объемом около 1,2 млн. м 3 бьmи проведены при ак кумуляции стока в верхнем бьефе. Недостатком указанной схемы была трудоемкость выполнения стро ительной траншеи. Вследствие трещиноватости скального массива отко сы с заложением 1О:1 обрушались. Н а с т р о и т е л ь с т в е С е р е б р я н с к о й Г Э С строительные 3 расходы 1120 м /с пропускались через трубу уровня верхнего бьефа на ла неглубокой . 11-12 и канал с форсировкой м. Врезка канала в скальный массив бы Со стороны rmотины канал отгораживался железобетон ной стенкой. Паводок второго этапа строительства осуществлялся только 68 О"1 \С Рис. 4. 7. Сrроительство временного водосборного сооружения Колымской ГЭС - - ---- - - - -- -~-- ·- - - ---- - ----- ·----~-- - --- ~- ---- ----~-- -~~-~- через трубу за счет напора. созданного мопuюй, отсыпанной на высоту м 35 [80). Н а с т р о и т е л ь с т в е К о л ы м с к о й Г Э С пр1П1Ятую схему про пуска строительных расходов следует признать неудачной. Проектом пре дусматривалось осуществить пуск первых агрегатов ГЭС при наооре, соз даваемом 60-метровой перемычкой. Для пропуска строительных расхоцов использовалась бетонная труба, выполненная на правом берегу в скаль ном массиве (рис. вана в равным 4. 7) . виде лотка, 16 х 26 Первоначально бетонная труба бьmа запроектиро перекрытого сводом, сечеЮ1е трубы nрИЮ1малось м. Дальнейnmе расчеты выявили необходимость увеличе Юfя сечения трубы до 22х 29 м, что утяжелило облицовку бортов и днища. Строительная труба возводилась насухо под защитой перемычек на пор тальных учас"ках. Для регулирования наполнения водохранилища, а также для обеспече ния аккумуляции льда в верхнем бьефе входная часть бетонной трубы выполнена в виде оголовка с четырьмя донными отверстиями сечением 6,5 х 16 м, оборудованными затворами. Общий объем бетона, уложешюrо на эту трубу, составляет 400 тыс. м 3 • Сооружение получилось очень мате риалоемким. Объем бетоца бьm соизмерим с бетоном основных сооруже ний Вилюйской ГЭС-2, У сть-Хантайской и Курейской ГЭС. В качестве рас четного расхода для строительноrо периода принят расход 1 %-ной обеспе чеююстью, равной 9650 м 3 /с. Проектом предусматривалось, что после строительства трубы и перек· лючения на нее расхода под защитой перемычек будут выполняться рабо ты по сооружению вследствие основной больumх объемов IШотины. Однако строительство трубы затянулось и для подrоrовки основания мотины в зимнее время на левом берегу бьт пробит короткий туннель сечением 22 м 2 для пропуска зимних расходов. Под защитой небольumх размываемых перемычек в течение двух сезонов бьmо подготовлено ос нование основной мотивы. На подготовленное основа1D1е на низких от метках был частично уложен материал в основную плот1П1у, однако он не бьm достаточно защищен от размыва и при пропуске паводка был чac rn'Пlo размыт. 4.4. Пропуск строитепьнь1х расходов nоверх недостроеннь1х rрунтовых nпотин § 4.2, Как отмечалось в при возведеюtи rрунтовых JUiотин также оказывается целесообразным и экономичным ды ш о реки r о сечен и я, до ст рое н но мыва м е ж е н н ы е р а с х о - пропускать по отводному тракту неболь поверхность r а па в од о к - переливом поверх не - о грунтового сооружения. Для предотвращения раз пnотины, соприкасающаяся с rютоком, укрепляется различными материалами и конструкциями: каменной наброской, rаби онами, металлическими сетками на анкерах, монолитным или сбориым железобетоном и r.д. Профиль временноrо водосбросного тракта выбира- 70 1 . -" НЛ':I бО,О J5.J #. • ~ • ,,, . DJ:J t6> ,,. o\d ". и • d # б Рис. 4.8. 4- Поперечный разрез по оси rmотины Усть-Хаитайской ГЭС: 1 - ядРО из моренных грунтов; 2 - каменная наброска; З - верховаи: перемыч ка; 4 - ряж; 5 - негабариты массой до 10 т; 6 - низовая призма ШIОТИНЫ I этапа строительства; 7 - цементационная завеса 1 27,5 при. Q.н4 z = 6700 мо/с 1 5 19,Z 6 в 7 РИс. 4.9. Схема пропуска паводка через низовую упорную призму русловой плоти ны У~Хаитайской ГЭС: верховая перемычка из каменной набросЮt; 2 - низовая призма IШотины; спой негабаритов массой до 10 т; 4 - упорный ряж; 5 - бетонная водослив 1 З - ная пnита; 6 .- ceкwu цементациониой потерны; 7 - камеШ1ая наброска; зобето1D1ая балка-зуб; 9 - "ковер" из трех слоев негабаритов массой 10 т ется с учетом создания наиболее блаrоприятноrо 8- жепе режима сопряжеюtя бьефов. Перелив паводка через недостроенную каменно-набросную Шiотину при сооружении IDionmъ1 Браунли на р. Снайк (CIIIA) позволил отказаться от строительства вroporo туннеля. Низовой откос IDIOТIUIЫ и аллювиальные отложеlDIЯ основания бьmи укреIШены слоем камня толщиной 2,5-3 м. Максимальные удельные расходы не превышали 20 м 3 / (с·м) при сопря жеmm бьефов по типу затопленного водослива с ПD1роким порогом. С х е м а п р о п у с к а с т р о и т е л ь н ы х р а с х о д о в п р и в о з в е д е и и и к а м е н и о - н а б р о с н о й п л о т и н ы У с т ь-Х а и т а й с к о й Г Э С предусматривала несколько этапов· строительства(рис. 4.8, 4.9). На 1 этапе после перекрыmя русла под защитой невысоких верхо вой и низовой перемычек предусматривалось устройство цементационной галереи и ниэо:Вой уоорной призмы IDiотины. Пропуск осенне-зимнего 71 паводка с расходами до 500 м 3 /с предполагалось осуществить через стро ительный туннель. Весенний паводок с расчетным удельным расходом до 70-75 м 3 / (с· м) предусматривалось пропускать поверх гребня верховой и низовой призм плотины, а также через строительный туннель. Низовая призма укреrmя лась против размыва упорным ряжем с бетонным зубом, поверх которого укладывалась трехметровая слабоармированная бетонная плита. Бетони ровался также ряж с нижнего бьефа. Предполагалось, что верховая пере мычка после пропуска паводка сохранится. На П этапе строительства в осенне-зимЮ1й период 1968/69 r. под прик рыrnем верховой перемычки и низовой упорной призмы плотины с ряжем предусматривалось rmornнy возвести полным профилем на высоту 17 м и осуществить вroplf\lliый пропуск паводка поверх недостроенной части плоnrnы, укрепленной против размыва так же, как и на первом этапе. На 11 этапе в осенне-зимний период ным профЮiем на высоту 52 1969/70 г. мотина возводилась пол м. В этот период должны бьmи быть закон чены работы для пропуска паводка через подводящий и водосбросный каналы, для чего водосброс ШIЗНИJХ>валось выполнить uпрабленным про филем с временным пороrом на отметке 32 м. В апреле-мае 1970 г. в зависимости от готовности сооружений напорно го франта строительный туннель предполагалось закрыть затворами с устройством бетонной пробки и пропуск паводка осуществить через пос тоянные водосбросные сооружения гидроузла. Таким образом, принятая схема обеспечивала, с одной стороны, мини мальные затраты на создание водопроводящего тракта, а с другой - сни жала требуемую годовую интенсивность укладки материала в плотину. Это, в свою очередь, давало возможность уложить связный грунт в наибо лее ответственную часть ядра в более благоприятных условиях. Схема пропуска строительных расходов через недостроенную плотину неоднократно моделировалась в гидравлических лабораториях МЭИ и ВНИИГ. При разработке рабочих чертежей элементов крепления бьmи вы полнены дополнительные исследования на моделе в масштабе 1 :50 с уче том ожидаемой шероховатости, расположения бортов, условий схода по тока с ряжа и т.д. В результате этих исследоваЮIЙ для повышения надеж ности сооружений уклон поверХности каменной наброски низовой приз мы плотины бьm принят нулевым, что уменьшало скорости поrока на под ходе к ряжу и увеличивало устойчивость камня. Особое внимание уделялось креплению за ряжем нижнего бьефа, так как в основании залегали аллювиальные отложения кого заполнителя до с содержанием мел 30-40 %. Исследования креJUiения нижнего бьефа показали, что кремение ка менной наброской различной крупности с последующей укладкой негаба ритов массой 12-14 т не обеспечивает необходимой устойчивости низо вого откоса. При креIUiеНИИ камеmюй наброски связками неrабаритов разрушение начиналось с боковых участков каме1Шоrо ковра вследствие возникнове ния сбойного течения потока у берегов. Kpermeюte нижнего бьефа бетон ными плитами толщююй до 72 2м также бьmо не эффективно. Наиболее устойчивым креrтением оказался t'коверн из трех слоев не габаритов массой т, 8-10 перевязанных в продольном и поперечном направлениях тросами. Эта схема креШiения бьmа принята. Ряж американского типа с размерами банок 4х 4 м выполнялся из бру са 18х 18 см и раскреплялся мета.rоtическими болтами. Расход брrса сос тавил 50 тыс. м 3 . В водосливной бетонной плите объемом 3 тыс. м устра ивались дренажные отверстия сечением 2Ох 20 см с шагом 4 м. Низовая призма плотины отсыпалась из рядовой горной массы без специального уплоmения. Поверх каменной наброски на уровне водосли ва был уложен слой толщиной 4 м из неrабаритов массой до 4 Непосредственно за ряжем бьm устроен быстроток длиной сом 1 :8, т. 60 мс отко укрепленный нковром" из трех слоев негабаритов массой по 1О т. Негабариты с помощью анкеров перевязывались тросами диаметром 39-42 мм, а затем прикреIUiялись к шестиметровым береговым пучко вым анкерам диамеrром 105 мм. Расход троса составил 5 тыс. м. Неrаба риты укладывались при помощи автосамосвалов rрузоподьемностью 1О-25 т и бульдозеров. Для проезда механизмов по слою неrабариrов от сыпался слой карьерной мелочи. Бурение в неrабаритах пmуров для уста новки анкеров произво.цилось на месте их укладки. Клинощелевые анке ры устанавливались на цементно-песчаном растворе с добавками хлорис того кальция. Устройство зуба ряжа осложнялось наличием мощного слоя аллюви альных отложений до 12-15 м и значительным притоком фмьтрационных 3 вод (1500 м /ч). Сопряжение ряжа с основанием выполнялось в виде висячей армированной балки, которая должна была препятствовать подмыву основания ряжа. Исследованиями бьmо установлено, что наибольшее опасение вызывает поведение потока за ряжем, где возникает значительное понижение давле ния под струей. За ряжем образуется валец, обратные скорости в котором достигают 4-5 м/с. На сходе потока с ряжа устанавливается глубина ни же критической со скоростями 12-13 м/с. В связи с этим поток произ водит интенсивный размыв непосредственно за ряжем с вьmосом камня массой 3-4 т. Во избежание разрушеmt:я низовой стенки ряжа и для пред отвращения выноса заполняющего ряж камня нижний ряд банок бьm за бетонирован, а выше отметки 7 м в бетоне выполнены дренажные отверс rия, облегчающие работу ряжа при низких уровнях нижнего бьефа. Для срыва вакуума за ряжем, увеличения отлета струи и создания более спо койного режима потока на низовую грань ряжа подводились две аэрацион ные трубы диаметром 1 м. Для обеспечения устойчивости низового откоса верховой перемычки коmован бьm предвари1ельно зaromieн. Перелив воды через плотину 3 длился 106 сут, максимальный расход досmrал 6700 м /с, удельный рас ход 66,7 м 3 / (с·м). После прекращения перелива бьmа тщательно обследована подводная часть сооружений. В результате действия потока низовая грань водослив ной плиты осела на 10, верховая на 67 см. Горизонтальное cмeщefDfe не наблюдалось. В береговых примыканиях бетонной rmиты появились две 73 косые сквозные трещины с раскрыmем до S см. Верховая перемычка сох ранилась полностью. На Ю1зовой rpaIOI ряжа бьmи сорваны брусья. Остальная ШIОщадь ряжа оставалась без изменений. Заполнение банок ряжа дало просадку местами до 1 м. Часть негабаритов, уложеШIЫх на упорной прюме mотины перед ряжем, бьmа унесена. За ряжем и железобетонной балкой на месте быстротока из негабарит ного "ковра'' образовалась воронка размыва глубиной на 2-2,5 м ниже подошвы балки. Зона размыва заходила местами под основание балки. Крупных треЩШf в бетоне по IDIЖНей грани зуба обнаружено не бьmо. Верхняя грань зуба, выступающая от ряжа в сторону нижнего бьефа на 4 м, бьmа засыпана скальным материалом средней крупности. Опалубка на вертикальной грани зуба не сохранилась. Дно воронки было устлано IDioтнo лежащими друг около друrа неrа баритами рваной неокатанной формы. По всей площади ковра не. бьmо обнаружено ни одного анкера, торчащего из негабариrов. Неrабариты, будучи сверху закрепленными на тросах через анкер, либо перевернулись под действием потока, либо лежали свободно. МоЖJЮ было предположить, что под действием потока вся скальная мелочь под ковром из негабаритов бьmа вымыта, ковер осел и под действием потока были оборваны попереч ные тросы крепления, по-видимому, иэ-за недостаточного запаса свобод ного хода, о чем свидетельствуют оборванные петли береговых пучковых анкеров. Продольные тросы, при~....~епленные к зубу ряжа со значительно боль шим запасом, как правЮiо, сохраюmись и удерживали ковер, позволив ему перемещаться вслед за образованием воронки. Низовая перемычка была размьпа, и на ее месте образовался бар вы· сотой 10-12 м, сложенный негабаритами креmения быстротока. Крупно обломочным материалом было забито также русло 1D1Же 1mзовой перемыч ки. Пракmчески вместо быстротока образовался естественный водобой ный колодец длиной 60 и глубиной 1S м. По результатам обследования что принциm1альные сооружеJD1й бьш сделан вывод о том, положения принятой схемы пропуска половодий правильны. Расположенный на слое аллювия ряж с бетонной mиrой и зубом (балкой) препятствоваn интенсивному размыву JШзовой призмы IDIOnmы и ее основания. Однако созданный бЫ:строrок с креплеJШем пере· вязанными тросами негабаритов под воздействием водного потока ока зался неустой~m:вым. Неrабариты явились лишь исходным материалом для создания естественного бара и креШiения воронЮ1 размыва. Характер ра боты сооружения при пропуске паводка показал, что, по-видимому, Н8.Шlуч шее гашение энергии обеспечивал бы в данных условиях водобойный колодец. Общее удовлеrворительное состояние сооружения после пропуска па водка позволмо пропустить паводок 1969 г. таюке поверх низовой упор ной призмы rmonmы без дополнительных мер по yкpermelDlю сооружения. Ряж с нижнего бьефа был экранирован мореной, отсыпанной в воду. Это обеспечило откачку воды из коmована для производства работ по соору жению цементационной галереи и укладки материалов ядра плотины на 74 J -~ .....,70.0 Рис. 4.10. Нижний бьеф nnomны Усть-Хантайской ГЭС перед паводком 1969 г.: 1 - зона, свободная от неrабаритов; 2 - цементационная скважина; 3 - желе зобетонная балка-зуб; 4 - экран из моренных грунтов; 5 - ниэовая призма IUio-mны; 6 - упорный ряж с бетонной водосливной nпитой; 7 - аллювий. укреmtен ный цеменnю-песчаным раствором к паводку 1969 г.; 8 - положение "ковра" из негабаритов после пропуска паводка 1969 г.; 9 - эона uемеитации руслового аллювия низких отметках, укреIUIЯТЬ русло реки за ряжем не понадобилось, rюс кольку намытый бар и водобойный колодец за ряжем обеспечивали га шение энерrии(рис. С водосливной 4.10). плиты бьmа произведена укреID1тельная цементация ал лювия под нюовой гранью ряжа, которая обеспечЮJа дополнительную ус тойчивость ряжа и уменышmа фильтрациоЮ1ый расход в котлован. Верх низовой призмы перед ряжем негаВариrами не укреШiялся ( 30] . Второй перелив начался 20 мая 1969 r. Максимальнъ1е расходы при этом были значительно меньше и не превышали 4200 м3 /с по сравнению с половодьем 1968 г.t расход которого составил 6700 м 3 /с. Пик половодья прошел с поверхностным режимом сопряжеЮ1Я с нижним бьефом, кото рый к этому времеШf бьVI пoдroIDieн ЕJШсеем, что значительно облеrчило работу сооружений. Пропуск паводка поверх недостроенной rmonmы с большими удельны ми расходами позволил уменьumть объем подземной выемки на 135 тыс. м 3 t бетона на 10 тыс. м 3 и дал ЭКОНОМIПО около 4 млн. руб. [ЗО]. С х е м а п р о п у с к а с т р о и т е л ь н ы х р а с х о д о в п р и в о э в е д е н и и К у р е й с к о г о г и д р о у э л а (рис. 4.11) бЬVIа разрабо тана с учетом пропуска строительных расходов при сооружении Усть-Хан тайскоrо гидроузла. Климатические, rеолоrо-rидрологическне, даже то поrрафические условия строительства Курейскоrо гидроузла на р. Курейке аналогичны условиям строительства Усть-Хантайской ГЭС. Особенностью схемы было сооружение строительного туннеля длиной 222 ми сечением 18,SSx 11,0 м. который позволял при возведеНЮI оm:оси тельно невысоких перемычек(Iб м) пропускать не только зимнюю ме жень, но и расходы осе1П1ИХ паводков (рис. 4.12). Непосредственно за яд ром была предусмотрена переливная бетоШ1ая стенка, предохраняющая уложенный материал каменно-набросной IUiиtы от размыва. За счет уве личеЮIЯ пропускной способности строительноrо туннеля перекрытие 75 НП!I : ~".··:А\.·.· v v v ??.": ·. "-'\"' ·.• v + 95,О v о:"<>. 15 .... v v v v 16 v v Рис. 4.11. Поперечный разрез по оси русловой ~шотины Курейской ГЭС: 1 - ядро ruютины из суmинка; 2 - каменная наброска из горной массы по лезных выемок; 3 - мелкий камень полезных выемок; 4 - бетонная плита h =o.s м; 5 - бетонная переливная стен1<а; 6 - песчано-гравийный грунт; 7 - rравийно-галеч Юfковый грунт крупностью более 10 мм; 8 - вибрированный бетон, уложенный ''токтогульским" способом; 9 - укатанный жестЮJй малоцементный бетон; 10 - бетон, уложенный с помощью кранов; 11 - цементационная потерна; 12 - готов ность шютины к паводку 1986 г.; 13 - готовность rmотины к пропуску половодья через постоянные сбросные сооружения; 14 контур технологической насыmt, обеспечивающей укладку бетона; 15 - аллювий; 16 - коренные породы - доле риты русла реки стало возможным осуществить в июле 1985 г., а осенний паво док этого года пропусmть через строительный туннель. Такое решение увеличило период с благоприятными погодными условиями дпя возведе ния наиболее трудоемкой нижней части плоmны. До первого паводка в коmоване под защитой верховой и низовой пере· мь1чек бьmи выполнены работы по устройству бетоююй сопрягающей rmи ты, начата отсыпка ядра плотины, возведена бетонная водосливная стенка с цементационной галереей. Высота rтотины при этом не превышала 18--19 м. Весеннее половодье с расчетным расходом 7900 м 3 /с пропуска ется частично через туннель(ЗОSО м 3 /с) и частично переливом через рус ловую шютину(4850 м 3 /с). К последующему весеннему паводку напор ный фронт гидроузла возводится до отметки 3 76 м. Весеннее половодье 1 %-ной обеспеченности с расходом 9000 м /с пропускается через туннель ( 4800 м 3 /с) и поверхностный водосбрас с временным порогом на отмет ке 61,5 м ( 4200 м 3 /с) при максимальном уровне в верхнем бьефе 74,3 м. Затем по готовности rmотины расходы переключаются на постоянный во досброс. у~::; ---~ ---+-- --~ ~o~~--r-~~~~~+-~.-:-~-+----1 &,{) 4,0 2,0 --·-о 76 soo 7000 1SOO Рис. 4.12. График nропусЮ1ой спосо().. носn1 строительного туJJНеля Курейской гэс "'f- Пропуск строительных расходов в летний период 1985 r. подтверцил преимущества данной схемы по сравнению со схемой, приняrой на стро ительстве Усть-Хантайской ГЭС. Блаrодаря хорошей оснований перемычек npoumo организации работ и тщательной подrоrовке в береговых примыканиях осушение котлована успешно и в сжатые сроки. В леmий период (август-сентябрь) удалось выполнить наиболее трудоемкие работы по подготовке основа ния плотины: удаление рыхлых отложений механизированным способом без буровзрывных работ (18 тыс. м 3 ), зачистку скального основания и укладку бетона в сопрягающую IUiитy. УЮiадку суrлШJка в ядро плоnmы начали в сентябре одновременно с возведением бетонной водосливной стенки и закончили цо наступления устойчивых отрицательных температур. Цементационную галерею, кото рую бетонировали обыЩIЫМ способом с подачей бетона кранами, выпол нили в зимний период. Напомним, что для аналогичных работ на стро ительствах Вилюйской, Устъ-Хантайской и Колымской ГЭС потребовалось два строительных сезона. Вь11юлнение основных работ по подготовке плотины к пропуску поло водья в летне-осеннее время позволило полностью исключить в зимнее время трудоемкие работы в котловане, когда низкие температуры наруж ноrо воздуха затрудняют устройство полыньи, отсыпку перемычек, от~ качку котлована, водоотлив и разработку смерзшегося грунта при уда леШfи рыхлых оmожений. Известно, что объем работ по подготовке прискальных обводненных блоков в зимнее время возрастает в 8 раз за счет необходимости разра ботки мерзлого rрунта, уборки льда, наледей и устройства темяков, поэтому устройство сопрягающей rmиты в летнее время дало существен ную экономию трудозатрат. Схема ведения работ позволила отказаться от водоотлива в зимних условиях, так как к моменту настуmения устойчивых морозов mютина была возведена выше бытовых уровней реки. Конструкция водосливной бетонной стенки бьmа предельно упрощена и бетон укладывали тонкими слоями одним блоком от береrа до берега с разбивкой его на две зоны (рис. 4.13). В зону, примыкающую к ядру пло тины; укладывался малоцементный особо жесткий бетон, уплотняемый гружеными автомашинами. В наружную часть бетонной пробки укладывал ся послойно обычный вибрированный бетон. Разрезку бетона по секции не производили, что позволило укладывать бетон с максимально возмож ной интенсивностью по производительности бетонного завода на стро ительстве и минимальных трудозатратах на ero укладку. У кладку бетона производили с технологической насыпи, отсыпаемой с нижнего бьефа бетонной стенки. Бетонную облицовку туннеля делали только на участках со слабыми породами, а основная масса скальной поверхности бьmа укреrmена торк рет-бетоном. Для увеличения пропускной способности туннеля на конце вом участке выrюлнен конфузор. Кремение скального массива за выход ным порталом не производIОiи. 77 Рис. 4.13. Возведение переливной бетонной стенки из укатанного бетона и бетона, укладываемого посnойным методом Для предо1Вращения размыва камеЮiой наброски верховой упорной призмы ее поверхность yкpeIDieнa слоем неrабарнтов диаметром Суrлипок уложен на 4 0,5 м. м ниже отметки гребня водосливной бетоtmой стенки и к пропуску половодья оставлен открытым. По данньIМ лабора торных исследований СибВНИИГ, это свело к мЮIИМуму размыв суг линка и переходных зон, а отсутствие креплений суглинка уменьu.оmо затраты на подготовку ero поверхности к укладке rрунта после пропус ка половодья. В целом схему пропуска строительных расходов, осуществленную при сооружении Курейской ГЭС, следует прюнать как наиболее целесообраз ную. Увеличение пропускной способности строительного туннеля, несмот ря на увеличение объемов работ по ero строительству, дало значительные технологические преимущества по подгоrовке основания Шiотины и оод rотовке ее к пропуску паводка, что в конечном счете снизило об1Щ1е трудозатрать1 по гидроузлу в целом. З а щ и т н ы е к р е п л е н и я r р у н то в о г о с о о р у ж е н и я. пропуска половодий поверх недостроею1ых IDIОТИН на реках с большими расходами показывает, что наиболее сложным вопросом явля Анализ ется устройство надежного кре1D1ения по~ерхности rрунтовоrо сооруже ния, омываемого потоком. 78 Hfl!I ----- а) 5) Рис. 4.14. Плоmны с армированной каменной наброской: а - rmотина Брайдnь Драйфт; б - mютина Ксонкса; 1 - пригруэка из выветрив шегося песчаника; 2 - каменная отсыпка из карьерного камня; 3 - то же, армиро ванная сетками; 4 - армосетЮ1; 5-9 - арматурные стерЖЮt и сетюt различного расположения При пропуске паводков используются различные защитные креJUiения: крупные камни, свободно лежащие или связанные между собой тросами юrи армаrурой; габооны - металлические сетки, заполненные рядовым камнем; наброска, армированная металлическими стержнями и сеткой; монолиmый бетон и железобетон; плиты из сборного железобетона; стальные сетки, балки или щиты, закре1U1еЮ1ые в теле плотины; комбЮ1и роваЮ1ое креIDiение, состоящее из различного сочетания перечисленных креrоtений. Защитные креimения откосов для пропуска паводков поверх грунтовых плотин показаны на рис. 4.14-4.16. Крепление отборным камнем при течении воды через сооружения по схеме заrоrmенного водослива с широким порогом при низких отметках последнего удовлетворительно выдерживает пропуск удельных расходов 50-60 м 3 /(см. м). При повышении отметок порога и наличии грунтового откоса с низовой стороны удельный расход снижается до 10-12 м 3 / (с · м) . Размер камня следует определять по формулам для определения устой чивосm отдельно лежащеrо камня в водном потоке [52, 53]. Креrmение каменных водосливных откосов арматурными сетками при удельных расходах 10-12 м 3 / (с· м) позволяет увеличить вы со ту и кру тизну откосов, допуская сопряжение бьефов по типу быстротока. Монолиnюе железобетонное крепление допускает удельные расходы до 40 м 3 / (с· м), но иэ-за возникающего противодавления rmиты должны быть толщnной не менее 2-3 м. 79 7,0 иакс. Л!I 111,., 6' s1, а Рис. 4.15. Плотина Орд: 1 - наклонное ядро; 2 - ка; 4 - переходные двухслойные зоны; З - каменная наброс каменная кладка; 5 - армосстЮt на анкерах; 6 - армосетка на откосе; крепление откоса крупным камнем~ 7- 8 - поверхносmая цементация: 9- проти вофильтрационная завеса а) 1 Рис. 4.16. Водосливная грунтовая ruютина с армированной каменной наброской: а - попереtmый профиль плотины; камень; 2 - армосет1а1 б - конструI01Ня крсплеЮtя; 1 - крупный KpeIUieниe из сборных железобетоШiых. мит благодаря большому чис лу швов хорошо дренируется, поэтому при удельных расходах до 40 ~ / (с·м) ero элементы могут быть толщиной до 0,8 м. Преимуществом сбор ных rmит является их хорошая присобляемость к деформациям. Наиболее удачным является сборное кре1U1ение из дренируемых желе зобетонных 80 плит клиновидной формы (52,53]. Плиты укладывают а) 5) А Рис. 4.17. Водосливная грунтовая плотина с креrтснисм сборными железобетонны· ми rтитами клиновидной ф)рмы: а - продольное сечение по водоспивноА части; 6 - rmaн сооружения свободно снизу вверх по откосу. Образуется шероховатая{ступенчатаяJ поверхность водосливного откоса. Борта откоса.t5ыстротока с нием т= 2+ CS заложе укрывают такими же элементами. Для повышения надеж ности всего крепления плиты могут быть снабжены шарнирными связя миt допускающими незначительные продольные и угловые перемещеm1я. Выполненные таким образом креrutения не только защищают грунтовый откос, но и гасят значительную часть кинетической энерпm воды, пропус каемой через сооружение(рис. 4.17). В клиновидных плитах, уложенных ступеньками, устраняется лобовое воздействие и уменьшается касательная сдвигающая нагрузкаt так как с потоком соприкасается только часть плиты. Течение у другой части rшиты (в зоне вальца) направлено в другую сторону. Благодаря устройству дренажных отверстий за усrупомt т.е. в зоне, где возникающее лобовое давление направлено в сторону, противоположную основному течению по· тока, уменьшается противодавление. На консольных участках rmит за счет искривления придонных струй развивается центробежное давлениеt пригружающее rmиту сверху. Та ким образом, за счет уменьшения сдвигающих нагрузок на 1U1иту и гидро динамических ных злементов приrрузок значительно повышается устойчивость отдель и креIUiения в целом. Неравномерность осадок не может нарушить устойчивость креIUiения, так как торцы плит закрыты уступами вышележащих плит. 6-Зак. 81 1820 Рис. 4.18. Схема пропуска половодий по низовому откосу каменно-набросной ru10- тины: 1 - ядро из суглинка; 2 - переходная зона из песчаного грунта: 3 - зона мел кого камня; 4 - каменная наброска; 5 - цементационная галерея; 6 - зона це ментации основания; 7 - бетонная rтита креrтеюtя; / и // этапы возведе ния rтотины Лабораторные исследования ность такого креIUiения при [52,53] показали хорошую работоспособ изменении удельных расходов диапазоне. Так, при средней толщине IUIИT откосе, и массе 1От 0,5 7 в urnpo~oм м, свободно лежащих на удельные расходы на откосе с уклоном 1: 5 превысили 3 135 м /(с· м). УстойtП1вость обеспечивалась в основном гидродинамичес кой приrрузкой. С учетом описанной конструкции крепления предложена одна из схем пропуска половодий через строящуюся каменно-набросную IUiотину вы сотой 125 м [52,53] . Схема возведения IUiотины представлена на рис. На 4.18. 1 этапе паво док пропускают через укрепленное каменной наброской русло. Откос от размыва укреШiяется металлической сеткой, заанкеренной в наброску. На 11 этапе с вводом строительного туннеля для зимней межени в осу шенном котловане на участке водосброса устраивается носок-уступ вре менного паводкового водосброса, который защищает упорную призму шютины от размыва. Ко второму паводку 1U1отину на береговых участках поднимают до отметки 55 м, а в русловой части на отметке ют водосливной откос. Водосливной откос (быстроток и реШiяют сборными железобетонными плитами 35 м устраива ero борта) ук клиновидной Следующий водосливной порог устраивают на отметке 62 формы. м. Так как основание IUiотины сложено проtПiыми скальными грунтами, сопряжение сбрасываемого потока с удельным расходом до 80 м 3 / (с·м) осуществляется по типу отброшенной струи. Указанная схема ШJотины рассматривалась при проектировании Колымского и Курейского гидро узлов. Идея использования в качестве крепления откоса плотины железобе тонных плит клиновидной формы очень заманчива. Однако при исполь зовании такой конструкции необходимо устройство монолитного железо бетонного оголовка быстротока. В соответствии со схемой возведения 82 мотины бетонный массив придется укладывать на свежеуложенную на сыпь, значительные деформации которой можно компенсировать лишь соответствующими конструктивными мероnриятиями, усложнивUD1Ми со оружение. Возникают трудности в организации работ, так как в короткий промежуток времени относительно благопрИЯmых погодных условий (ко нец февраля - май) в течеЮ1е 3-3,5 мес к половодью необходимо не толь ко уложкrь грунт в ядро плотины на соответствующую отметку, но и ус петь уложmъ монолитный бетон и дать ему время набрать требуемую прочность. Имеются некоторые неясности в поведеmm сборного креmе ния при пропуске массивного льда, при значительных деформациях грун тового откоса. Совмещение этих работ приведет к нежелательному про дольному штраблению плоmны с образовшmем сомнительных по качест ву контакmых зон и к высокой и~пенсивности работ за счет сокращения времени уЮiадки связных материалов в короткий межсезонный период. На низких отметках, при невозможности аккумуляции части стока в верх нем бьефе, отсутствие монолитного оголовка или его незавершенность мо жет привести к катастрофическим последствиям. Необходимо отметить, что недостатком указанных конструкций яв ляется то, что они являются сугубо временными конструкциями и функ ционируют в течение года всего 2-3 нед., а затем разбираются и в даль нейшем не используются. Затраты на их сооружеЮ1е являются, та:ким об разом, безвозвратными. По нашему мнению,конструкция плотины должна быть такова, чтобы все элементы, обеспечивающие пропуск паводка поверх недостроенной плоmны, органически вписьmались бы в контур сооружения, выполняя в дальнейшем определенные функции и в эксплуа тационный период. Ответ на эти неясности может дать только крупный производственный эксперимент. С целью дальнейшего совершенствования метода пропуска паводка переливом преД11ожена конструкция г р у н т о в о й п л о т и н ы с м е ш а н н о r о т и п а, совмещающая в себе не только преимущества бетон ных плотин при пропуске больumх половодий, но экономичность и прос· тоту возведения 4.19). грунтовых IUiотин на подготовленном основшmи (рис. Для этого в нижней части грунтового ядра устраивается бетонная пробка из малоцеменnюго особо жесткого бетона, выполненная в форме водослива с широким порогом. При возведении IUiотинъ1 на НИЖimХ от метках пропуск строительных расходов осуществляется поверх проб ки. В дальнейшем строительные расходы переключаются на постоянные водосбросные сооружения, а пробка используется в качестве основания rрунтовоrо рис. 4.20. ядра или экрана. Схема возведения шtоmны показана на Верховая упорная призма отсыпается послойно по мере бетонирования бетонной пробки. Такая схема возведения облегчает условия производст ва бетоЮ1ых работ и позволяет осуществить пропуск половодий практи чески на любой оJМетке, так как в бетонной пробке, работающей как во дослив с llDlpoким порогом, отсутствуют затворы и бычки, обычно тре бующие выполнения к моменту начала половодий определенного объе ма монтажных работ. для упрощения работ бетонную пробку следует 83 L Ми.н.УНБ Рис. 4.19. КонструIО.tИя грунтовой мотины смешанного типа: 1 - верховая перемычка; 2 - верховая ynopнu призма из каменной наброски; З - Ш1эовая упорная призма иэ каменной набросюt; 4 - бетонная пробка-водо слив; 5 - ядро из глииисrого материала; 6 - переходные зоны с нижнего бьефа; 1 - переходная зона с верхнего бьефа .~ 1 I ~~ / ----~-~;::_;:_::::; . . ..._~,--2~7::.::.::::_:-_~-~-r;а:;~~:;:::~....__=::::::::::::::::;:;::;:::;::;:;::=:::::::~=?:......;9~11~uн:..:,:.~УН~б 1I ~-------•--УН_б +нин.VНБ ш У86 ..;нин.УНб 1У Рис. 4.20. Этапы строителЬСt'Ва грунтовой JПJОТИИЫ 1 - изменеНИЬiй контур верховой перемычЮ1 смешанного типа: посnе пропус1еа павоДJСа; 2 - по лиэпmеновый экран, уложенНЬl:А на выравНИВаJОЩИЙ слой; З - упорная призма из негабаритов; УПр - отметка упорной призмы (переменнu) , обеспечившщu пропуск профиля 84 строительных расходов через постоJ1ННЬ1е водосбросы uпрабле1П1оrо возводить также послойно, укладывая бетон "токтогульским" способом. В зимнее время можно применять бетон с проmвоморозными добавками, которые не могут повлиять на качество неармированноrо бетона, или особо жесткие малоцеменrnые бетоны, yrmornяeмыe катками. Низовая часть пробки, наиболее подвержеЮiая размыву, должна формироваться из массивных опалубочных блоков. При необходимосrn пробка может быть упрочнена цементацией в процессе наполнения водохранилища из специальных потерн. Для обеспечения статической устойчивости такой IUiотины ядро ШJо тины следует делать Высота наклонным. бетонируемой пробки определяется технико-экономическим расчетом исходя из МШfимальных суммарных затрат на устройство проб ки, стоимости постоянных водосбросных сооружений и сооружения в целом. Наиболее удачным будет такое решение, когда напор, создаваемый бетоmюй пробкой, может обеспеtmть работу гидроагрегатов на проме жуточных отметках. Напор на сооружение в пик половодья может увеличиться за счет эк ранирования верf(:овой и низовой упорных призм пленочными материала ми, закреmiенными в верхней части пробки. Указанная схема позволяет резко сократить затраты, связанные с пропуском строительных расходов на реках с большими половодьями. Преимущество даЮiой схемы возведе ния ruютины заключается в том, что все объемы работ и дополнительные элементы плотин(бетонная пробка) являются профильными и выполня ют свои функции не только на период прохождения половодья, но и при эксШiуатации сооружения. Учитывая значительную долю затрат на водосбросные сооружения, рас считаlПiые на пропуск катастрофических расходов 0,01 % обеспеченности, в зарубежной практике иногда включают в состав напорного фронта сек ции земляных плотин, разрушающихся при переливе. В этом случае гре бень соотвеrствующих секций превышает отметку НПУ. При превышении пропускной способности основного бетонного водосброса уровень воды в водохранилище превышает гребень разрушаемой секщ.tи Шiотины и начи нается перепив воды через землянную плотину. Происходит заIDiанираван ное разрушение земляной плотины, предотвращающее катастрофические последствия для всего гидроузла. От разрушаемых грунтовых вставок требуется, чтобы они были надежными при нормальной эксIUiуатации и разрушались не более чем за 6ч при переливе. На основе изучения аварий ряда rmотин разработаны рекомендации, которые обеспечивают, с одной а с другой - стороны, быстрое разрушение rшотин, ограничивают зону разрушения. С этой целью разрушающую ся зону располагают, как правило, у одного из береговых примыканий с уклоном берега в пределах 1: 1О. Низовая призма плотины отсыпается из легко размываемого песчаного грунта. За основной плотиной устраи вается дамба из крупного камня, которая формирует поток и увеличи вает размывающую способность. В противофмырационный элемент IDIО тины вводится ряд диафрагм, ограничивающих размыв уложешюго ма териала (рис. 4.21) . 85 2 s Рис. Схема 4.21. разрушающейся сек ции земляной плотины: а в - - продольный разрез; б поперечный разрез; 1 - основной 1U1отины; рушающейся уклоном не более с 0,5%; Jmaн; гребень гребень 2 - ceKWIИ - раз продольным З переливаю - щийся слой; 4 - уклон берега не ме нее 1 : 10; 5 - зона образования гид равлического прыжка; 6 каменная кладка; 7 - наклонное ядро; 8 - пе счаный фильтр; 9 - но-песчаного не более 1,85 Zd t--i В) d=0,6+0,9м насыпь из гравий материала см; 1() 1О - крупностью воронка пере лива Такое решение наиболее целесообразно при строительстве гидроуз лов в ненаселенной местности, Возникающий ущерб должен быть обосно ван соответствующими технико-экономическими расчетами. Пропуск части г р у н т о в ы х н ы х паводковых расходов поверх с о о р у ж е н и й п р и в о з в е д е н и и н и з к о в о д перем ы ч е J:s: на ре к ах с до ж де в ы м п и та ни ем ст о ка. Сооружение перемычек с отметками гребней, не допускающих их за тоrmение, при возможных внезапных, труднопрогнозируемых rюдьемах уровней воды приводит, как правило, к резкому увеличению объемов работ. В ряде случаев узость русла не позволяет возводить продольные грунтовые перемычки по классической схеме: скальный банкет ходные зоны - пере экран. Стремление отодвинуть сроки начала работ по со - оружению перемычек на осенне-зимнюю межень осложняет производство работ в связи с возможными ледовыми затруднеЮtями. Указанные трудности возникли при возведении низководных перемы чек котлована очереди Бурейскоrо гидроузла, в створе которого в лет нее время прохидит от 3 до 15 летне-осеЮ1их паводков с колебаниями 14 м. Из-за резких колебаний расходов уровней I уровней воды в реке до и скоростей вод.ы низководные перемычки предусматривалось отсыпать только в сентябре-октябре, когда расходы реки н~ превышают 4000 м 3 /с. Ширина русла реки не позволяла разместить продольную перемычку в благоприятных гидравлических условиях. По даЮiым модельных исследо ваний, скорости воды во время отсыпки достигали 5 м/с, что затрудняло экранирование продольной перемычки мелкозернистым водонепроница см ым R6 материалом: суrлинком, супесью, песком и ставило под сомнение возможность возведения ее из среднезернистых песков полным профилем. Длина низководных перемычек составляла около 1,3 км при ширине по верху 8-20 м и общем объеме насыпи 260 тыс. м 3 • При начале работ в сентябре-октябре из-за стесненности фронта работ практически невоз можно бьmо обеспечить такую интенсивность отсыпки, чтобы оградить котлован перемычками за 1,5-2 мес до наступления ледостава. С началом ледостава отсыпка перемычек резко осложнялась необхо димостью устройства полыньи, причем для этого можно бьmо использо вать только механизмы, установленные на отсьmаемой перемычке, что сдерживало интенсивность укладки материала. Таким образом, rюзднее начало отсыпки низководных перемычек обычным способом затягивало время создания котлована и приводило к осложнению производства работ. Для снижения интенсивности отсыпки материала в тело перемычки, улучшения качества предложены 1. и следующие облеrчения условий производства конструктивно-технологические работ бьmи мероприятия. Верховую и низовую перемычки отсыпать в июле из скального грун та, допуская кратковременный перелив поверх перемычек воды во в ре мя увеличения расходов и резких подъемов уровней воды. Чтобы не увеличивать объемы работ, отсыпку перемычек вели на отметках, предус мотренных при отсыпке перемычек в се1Пябре-октябре. Оrсыпка банке тов из скального грунта позволила ко времени снижения расходов раск рыть фронт работ для отсыпки наиболее трудоемкой продольной пере мычки. Продольную перемычку отсыпать из искусственной грунтовой сме си, получаемой в процессе совместной разработки слоя песка и rраВийно rалеtП1Иковоrо rрунта. При отсыпке грунтовой смеси в текущую воду за счет гидравлической раскладки фракции грунта и естественной выстилки обеспечивается неразмываемостъ профиля насыmt. В то же время нали чие в смеси мелких фракций, защищенных от размыва естественной выс тилкой, обеспечивает перемычке достаточную водонепроницаемость, так как в крупноскелетном грунте с мелкозерЮtстым заполни:телем(фрак ции менее 2-5 мм) при их содержании по массе 40-50 % фильтрационные свойства смеси определяются мелкоземом. 2. Транспорmрующая способность водного потока, устойчивость камен ной наброски в текущей воде как для креШiения откосов каналов, так и при перекрытии русл наброской камнем в настоящее время достаточно хорошо изучены, поэтому, зная гранулометрический состав отсыпаемого материала и возможные скоросm потока, можно с достатоtП10Й точностью прогнозировать поведение грунта. На рис. 4.22 показаны гидрологические условия при возведении ниэко подводных перемычек на строительстве Бурейской ГЭС в летне-осенний период 1984 г. Отсыпку верхового и низового скальных банкетов с отметками греб ней соответственно 137 и 138 м начали в середине июля при расходах от 1ООО до 2000 м 3 /с. Скорости воды в зоне отсыпки не превышали 1-1.5 м 3 /с. При прохождении августовского паводка в период снижения расхо да скальные банкеты периодически обнажались, и работы по их отсыпке 87 .., 8,м .-Q,~Зfc 11,.4 ~roooo 143 .... 9000 tit-2 .... 8000 141 - 7000 Отиетка 13.9 -sooo 1> 1J8 -4000 137 - ~зооо 1J6 ... 2000 1:15 -1000 134 'l / f\ ~ v ' - ·' 1r -LJ \ j ... _ J ,,. \1, \ v ~ л L V\J- по h ," ... , ~" - !IНБ ' / 11 1', !/86 '• ~-"" v ~ м Q - ~~ l?'flf?!il У! Vll V/11 , ... 1',-, " ,,..__ .... ._, ~ 1 ~2~ х JX -- 3 кш~~ перемь1чке 4.22. ~ J-1\J ~1%) Pa5om•1 Рис. 136, 5 -139 скальн61х 5анкето6 flf.0 ... 6000 Xl X/l ГидроnоrnчесЮ1е условия при возведении низководных перемычек: 1 - отсыпка низового. верхового и опережающих банкетов из рядовой камен ной наброски; 2 - отсыпка экранов низового и верхового скальных банкетов; 3 - отсыпка продольной перемычЮ1 из искусственной грунтовой смеси (смесь песка и гравийно-галечникового грунта) возобновлялись. Во второй декаде сентября был отсыпан опережающий банкет с оголовком, который, отжав русловый поток к левому берегу, позволил начать отсыпку продольной перемычки из смеси песка и гра вийно-гал ечниковых грунтов. При отсыпке скального опережающего бан кета с оголовком скорости потока в 1О м от места отсыпки не превыша ли 2,22 м/с, в то же время скорость потока в проране левого береrа дос тигала 3,9 м/с. Поверх скальных банкетов паводок пропускали неоднократно: в ав густе 1984 г., весной отметить, что 1985 r. Необходимо после прохождения августовских паводков 1984 г. скальные 1985 r. и дождевые паводки в банкеты наращивались мягким rрунтом, так как предполагалось, что к весеннему паводку 1985 r. скальные банкеты в составе высоководных перемычек будут отсыпаны на незаrоrmяемые отметки и защищены от размыва со стороны русла ряжево-бетоЮ1ыми продольными перемычка ми. Состояние скальных банкетов после прохождения ледохода и весен него паводка с расходом 6500 м 3 /с показаны на рис. 4.23. Сравнение профилей насьнm до и после прохождения паводков свиде тельствует о том, что размыва банкетов нет. В нижнем бьефе отсутствуют "иmейфын из отложеююго материала, это подтверждает, что осадки наА cыmt, достигающие 1,02 м, связаны в основном с гидравлическим уплотА нением неоднородной каменной наброски при перепаде потока на бан кетах 1-1,6 м и суффозионным вымывом дресвы (фракции до 20 мм) , содержание которой в наброске доходило до 20-30 %. 88 Рис. 4.23. Поперечные разрезы по верховому (а) и низовому (б) скальным бан кетам: / - профиль наброски, деформированной при эатоrтсюtях 1984 г.; 2 - про филь наброски, деформированной при прохождении паводков и ледохода 1985 г.; 3- контур :экрана из смеси песка с гравием При отсыпке банкета из каменной наброски большей крупносrn осадки насыпи можно бьmо бы свести к мmrnмуму. В продольную - перемычку отсыпка й в грунт, состоящии из смеси пылеватого текущую воду укладывался - " супеси и гравиинопеска, легкои галечниковоrо грунта. В местах разработки (террасы долины, рыхлые от ложения зоны котлована) гравийно-галечниковый грунт, как правило, прикрывался слоем мелкозерЮ1стоrо песка слоев от рис. l: 1 до 1 :4. Гранулометрический ЮIИ супеси при сооnюшении состав грунтов показан на 4.24. Указанная смесь укладывалась в перемычку по двум технологиям: 3 часть rрунта(SО-60 тыс. м ) отсыпалась в перемычку через промежуточ ный бурт, который бьm заготовлен в зимнее время, а большая часть грун та отсыпалась в перемычку, минуя промежуточный бурт. Гравийно-галеч никовый грунт~ так же как и при отсыпке в бурт,разрабатывался совмест но со слоями песка и супеси на всю высоту забоя. Грунт разрабатывался экскаватqром ЭКГ 4,6 и транспортировался к месту укладки автомаиm нами КрАЗ-256 и БелАЗ-540. Отобранные пробы свидетельствуют о хорошем перемешивании разра· батываемых rруюов разлиt.Пfой гранулометрии. Максимальный размер ча стиц пьmевого песка и леrкой супеси не превышал фракций менее 12-25 %. 0,5 0,5 мм. Содержание мм в rравийно-rалечниковом груmе не превышало Общее содержание фракций менее 0,5 мм в грунтовых смесях, отобранных непосредственно из перемычек, составляло от 30 до 42 %, а содержание фракций менее 5 мм - от 16 до 50 %. Коэффициент филыра- 1..ЩИ для фракций менее 5 мм этого грунта составляет от 0,6 до 1,6 м/сутt что обеспечивает достаточную водонепроницаемость тела перемычки, так 89 ~ -i;;il' ~ 2--J V1 "J 7 7 'Г :,.... 4 \. !JO !~ 80 70 so t.,.(J I J зо 20 l/ v 10 о ~ ~ """- "" -- --1•~ -- !."" 1.- .. i. ~ . 1 5 1.~ !/'" / ,,,,,;· L..-. " !..' ";/ i... 1.... 4.24. l'д ......... ""'i..i- ... '-· ~ 111 " "" .... ~ ~ 11 ~~ ~ ... 1 ' IJ .~ !:: Jll"" - _..,. ~ " ... -~ ~" ... i...-"" i,..-i.. [7 v' 1 ... L- i."' ""i.L...- ~ диаметр Рис. 1, 1 1 60 11 час.mц1.1,, мм Гранулометрический состав грунтов, разрабатываемых и укладываемых в тело перемычки: гравнАно-галечниковый грунт; 2 - песчано-гравийный грунт; З - пылева тый песок; 4 - супесь легкая; 5 - искусственная грунтовая смесь, пробы отобра 1 - ны из тела перемычек как коэффициент фЮiьтраl..Ufи, принятый в расчете перемычки, бьut равен 5 м/сут. Отсыпку продольной перемычки из грунтовой смеси производили при поверхностных 4,4 скоростях на стержне водного потока, доходяIЦИх м/с при перепадах между верхним и нижним бьефами, равных 1,3 до м. Водный поток оnкимался к левому берегу не только оголовком опере жающего банкета, но и рядом шпор, создающих зоны тиховодья. Под воздействием водного потока за счет отмыва мелких частиц и гидравлической раскладки на откосе образовалась неразмываемая (в дан ных конкретных гидравлических условиях) отмостка из частиц крупнос тью 50 мм и более. Искусственная грунтовая смесь или естественная песчано-гравийная смесь, содержащая крупные фракции) создает предпосьmки к созданию самоорганизующейся системы, обеспечивающей защиту насыпи от раз мыва. Применение задач: таких смесей позволило решить ряд технологических возможность отсыпки перемычки при более высоких скоростях водного потока; обеспечение заданной проектом водонепроницаемости тела перемычки отсыпкой одного вида грунта; обеспечение проходимости машин и механизмов по отсыпаемому грунту. Таким образом, в условиях резких колебаний расходов и уровней во ды в реках с дождевым rrnтанием стока конструкции первоочередных скальных банкетов, раскрываюuщх фронт работ, следует проектировать с допущением кратковременных пропусков rrnкoв паводков поверх воз водимых насыпей. Неразмываемость подбором крупности насыпей должна обеспечиваться соответствующим камня на основе прогноза гидравлических режи мов потока на различных стадиях возведения сооружения. 90 Для создания водонепроницаемых зон перемъ~чек, возводимых отсып кой в текущую воду, следует применять крупноскелеmый грунт с мелко зернистым заполнителем, обеспечивающим не только .водонеnроmщае мость, но и образование отмостки для самозащкrы от размыва. В конкретных rидроrеолоrических и топографических условиях можно контур будущего коmована оградить скальными банкетами, допускающи ми перелив, что позволит к моменту спада расхоцов создать терриrорию с круговой схемой подачи материалов для интенсивной отсыпки экрана. Та кая схема позволяет снизить общую интенсивность возведения перемы чек. 4.5. Пропуск льда через временные и постоянные сооружения гидроузлов Л е д о в ы й р е ж и м. Вопросы пропуска льда при сооружении и эксп· луатации гидроузла, а также использование ледяного покрова для произ водства работ неоднократно исследовались и анализировались различны ми авторами. В начале века эти вопросы изучались применительно к стро ительству мостов и устройству ледяных переправ. В послед;нее время раз витие гидротехнического строительства на Севере вновь привлекло внима ние специалистов к "ледовой проблеме". Различные аспекты этой проб~ лемы обобщены в работах (35,54], где наряду с теоретическими иссле дованиями содержится богатый фактический материал по пропуску льда через строящиеся сооружения. Организация строительства и производство гидротехЮ1Ческих "работ на Севере характеризуется тяжелыми ледовыми условиями. Больumнство рек региона течет с юга на север. Низовья рек с ослаб ленным течением замерзают в первую очередь. Толщина льда достигает 2-2,5 м. На порожистых реках с больu.mми скоростями течения замерзание рек сопровождается интенсивными шуrоходами и зажорами с образованием ледяных перемычек и подъемом воды до 4-5 м. Подъемы воды череду ются с подвижками ледяного покрова и образованием тороеов. При длительном переохлаждении воды происходит образование внутри водноrо льда. На порогах, шиверах и перекатах образуется донный лед, прочно смерзающийся с каменистым дном. Донный лед затрудняет под rотовку оснований перемычек, особенно в береговых примыканиях. Недоучет этих явлений осложюmи возведение временных перемычек при строительстве Вилюйской и Колымской ГЭС. На большинстве северных рек образуются наледи, которые увеличи вают толЩЮ1у л едяноrо покрова в некоторых случаях до 1Ом. Образова ние наледей усложняет устройство дорог и производство работ по подго товке оснований сооружений. Не менее сложные условия строительства возникают и при пропуске весеннего ледохода. На реках) текущих с юrа на север, к моменту вскры· тия лед еще сохраняет высокую прочность (80-100% максимальной 91 зимней иия, и прочности) . Обычно волна паводка опережает волну при взламывашm льда у кромок лецяноrо поля на потеме месовых участках рек~ при резких изгибах русла, в искусственных сужениях рек нередко возникают мощные заторы. Заторы сопровождаются резким по вышением уровней воды, а волны прорыва заторов вызывают серьезные эаrопления ниже расположенных участков рек. При этом массовый ледо ход с еще крепк·им льдом может причинить серьезный ущерб времеЮ1ым и постояш1ым гидротехническим сооружениям, мостовым переходам. В зоне распространения вечномерзлы: . . грунтов, rде ряд неболыш1х водоrоков полностью промерзает, паводок иногда проходит по верху ле дяного покрова, смерзшегося с основанием. Из сказанного выше следует, что прогноз ледовых условий района строительства, правильный учет их при проектироваюm схемы организа IUIИ работ и пропуска паводков при возведении сооружений, выполнение комIDiекса мероприяmй по roroвнocm сооружений к весеШiему периоду имеют первостепенное значение. С х е м а п р о п у с к а л ь д а ч е р е з с т р о я щ е е с я с о о р у ж е н и е помимо гидрологических условий водоrока в значительной степени определяется типом напорноrо сооружения [20, 48, 49]. Так, при соору жении бетонных плоmн в оrnосительно широких руслах рек (на Ангаре, Енисее, Зее) лед на первом этапе строительства, как правило, пропуска ется через су.женное русло реки. СужеЮ1е обеспечивается или отдельно сто ящим раздельным устоем JUiотины, возведенным в локальном котловане, или перемычками, ограждающими котлован первой очереди. На втором этапе строительства лед задерживается в верхнем бьефе или пропускается через "гребенку". На завершающем этапе лед аккумулируют в водохра нилище. С цепью аккумуляции воды для уменьшения пропускаемых че рез сооружения строительных паводковых расходов, а также задержания льда в верхнем бьефе поперечные земляные перемы1П<и на строительстве Красноярской, Саяно·lllушенской, Зейской ГЭС выполнены значительной высоты(ЗО-40 м). По данным исследований и наблюдеЮIЙ за пропуском льда при стро· ительстве Братского, Красноярского, Зейского гидроузлов, разработаны достаточно надежные методы прогнозирования ледовых условий, оценено их влияние на выбор компоновки сооружений и схем их возведения [54]. Схемы пропуска льда при сооружеIШи грунтовых Шiотин более много образны. На первом этапе строительства при подготовке оснований IUIО тин лед, как правWiо, пропускают поверх частично размываемых низко во.цных перемычек (Вилюйская, Колымская, У сть-Хантайская ГЭС) . На последующих этапах лед пропускался через частично сужеЮiое рус ло (ВШiюйская ГЭС), а также через временные отводящие сооружения: строительные траншеи, трубы, туннели и каналы. Опыт строительства гидроузлов показал, что можно допускать степень сужения русл до 60 % их ширины в естественных условиях. Для успешного пропуска льда через суженное русло необходимо орга низовывать следующие мероприятия: предварительную расчистку от льда участка сужения и нижнеrо бьефа; искусственную задержку вскрытия льда в верхнем бьефе; устройство мощных струенаправляющих оголов ~ 92 - ков на продольных перемычках; дробление льда на кривой спада при входе потока в сужение. Обязательным условием пропуска льда через донные отверсmя и на порные туннели является предварительное задержаJШе . фе для уменьшения ero в верхнем бье толщины и прочности. С этой целью донные отверстия, а также входные оrоловки туннелей должны быть оборудованы затвора ми, обеспечивающими регулирование уровня воды в верхнем бьефе [81]. Путем закрытия части донных отверстий достигается искуссmенный подъем уровней верхнеrо бьефа, который определяется из условия обеспе чения требуемых скоростей подхода воды к сооружениям, при которых ледохода не наступает. Созданное водохранилище отодвигает кромку возможного образования затора и обеспечивает мюmмальное колебание уровней воды от волны прорыва. В водохранилище лед задерживается в верхнем бьефе в течении одной-двух недель, теряет под воздействием солнца и дождей толщину и прочность, ломается на отдельности меньшего размера. Условия, необхо димые д;1я сброса льда из водохранилища, определяются по зависимо стям рекомендованным в [35] . При значительных обьемах водохраюmища возможен пропуск весен него половодья с аккумуляцией всего льда в верхнем бьефе. В этом слу чае необходим расчет глубины над потолком донноrо отверстия, исклю чающий подныривание льдm1 при сбросе строительных расходов. При пропуске льда при сооружении rрунrовых mtотин в основном ис оользуюrся те же меры, что и при пропуске льда через бетонные сооруже· ния. Основным способом изменения характеристик льда здесь также являет ся регулирование сброса паводковых вод с целью задержания ледохода в верхнем бьефе, при этом подъем воды в верхнем бьефе следует осуществ лять при отрыве льда от берегов. В этом случае под воздействием солнеч ной радиации., ветровых нагрузок и осадков лед быстро разрушается. Кроме естествеШfых способов снижения прочности имеется ряд ис кусственных приемов, в частности радиационный способ, когда поверх ность льда покрывается зачерняющими материалами (песком, шлаком, уrольной пылью) с целью увеличения теmопоrлощающей способности. Снизить прочность льда можно :химическим способом, обрабатывая по· верхность разлlftnlыми солями и расmорами. Используются также механические способы разрушения льда, в том числе с помощью взрывчатых веществ. Их целесообразно применять в начальный период при очистке водотоков в местах сужений, перед соору жениями. На строительстве Вилюйской ГЭС лед пропускался через левобереж ную строительную траншею, прорезаJmую в скальном целике, входной оrоловок который бьm сформирован, с одной стороны, левобережным скальным целиком, сложенным прочными диабазами, а с другой сторо· ны - мотиной штрабленного профЮiя. Через строительную траншею лед пропускался дважды в Толщина льда колебалась от и 1966 rг. 1,9 м, объем стока льда доходил до 8 млн. м при скорости движения льда 3-4 м/ с и расходе воды 3000-4000 3 м /с. 93 3 0,8 до 1965 ...,, Ycпeurnoмy пропуску льда как в 1965, так и в 1966 г. способствовало искусственное задержание льда в верхнем бьефе в течении двух недель, создание перепада водной поверхности на входе в сужение 0,5-0,8 м, на личие на входе в траншею "стоячих'' волн при перепаде водной поверх 2,3-2,7 ные 6-7 м/с. ности м и высокие скорости поrока на входе в траншею, рав Транзиmый поток прижимал лед к левому скальному береrу, практи чески не воздействуя на насыmюй грунт оголовка, защищенный сборны ми rтитами. После прохождения первого паводка в 1965 r. железобетон ные ruшты не деформировались и требовали минимальноrо ремонта. Перелив воды и пропуск льда поверх грунrовой rтотины У сть-Хантайс кой ГЭС начался только после подъема воды в верхнем бьефе до гребня шютины и повышения расхода свыше 500 м 3 /с. Это дало возможность несколько задержать лед перед сооружением, куда он подходил сущест веЮJо ослабленным(прочность льда составляла всего толщине 0,8-1,5 200-400 МПа при м). Наружные ледянные поля задерживались на подходах, упираясь в проч ные скальные массивы. Суммарный перепад уровней на подходном участ ке длинной 1200 м достигал 4,5 м, обеспечивая значительные скорости прохода льда. Гидравлические перепады непосредственно у сооружений обеспечивали разламывание льдин на куски размером по ширине 1О-20 м. Трижды про· пускались паводки поверх грунтовой плотины на р. Сытыкане через про ран - быстроток с уклоном ванным камнем 1: 20. Откосы быстротока укреrтяли сортиро крупностью 0,5 м. Для формирования транзитной струи потока у входа в быстроток бьmи выполнены две шпоры из каме1mой наб· роски, которые препятствовали прохождению крупных ледяных полей и создавали перепад, на котором ломались льдины. Максимальный удель ный расход воды составил 3,05 м 3 /(с· м). Деформации и разрушения тела ruютины бьmи незначительными, нес мотря на то; что через плотину пропускался лед толщиной 1,7-2 м. По аналогИ'nюй схеме бьmи осуществлены пропуск льда через пrютину на р. Кемь в Финляндии, где креrmение низового откоса бьию выполнено камнями диаметром 3 10м /(с·м). 4.6. 0,6-0,7 м. Удельный расход при этом достигал Использование nеАяного покрова при организации работ по пропуску строительных расходов Ледяной покров используется Д11Я устройства зимних железнодорож ных и автомобильных переправ, с него удобно вести работы по устройству опор мостов, набережных, причальных стенок. Разработаны методы оп ределения прочности льда и несущей способности ледяного покрова в зависимости от характера образования льда, его структуры, температу ры льда и наружного воздуха, свойств воды и т.д. На rидротехническuм строительстве ледяной пок~:юв используется для таких работ, как стес- 94 нение и перекрытие русл рек, отсыпка со льда земляных масс, усчюист во со льда ряжевых перемычек, перевозка тяжеловесов, бурение со льда оснований сооружений. Уникальный OIThIT использования ледяного перекрытии крупнейиmх рек Сибири бьm rюкрова при стеснении и получен на строительствах Братской, Усть-Илимской, Красноярской и Вилюйской ГЭС. Для использования ледяного покрова при производстве работ по стес нению и перекрытию русл рек выполняют комrmекс расчетов; ческий гидравли расчет закрытого русла (определение длины и высоты подпора, скоростей поrока); определение напряженно-деформированного состо яния ледяного покрова на кривых подпора; расчет несущей способности льда под нагрузками от механизмов, транспортных средств с учетом де формации льда на кривых подпора. Работы на льду при перекрытии рек и стеснениях русл организуют с сохранением ледяного покрова и без сохранения его. Первый случай при меняется в основном при фроIПальном перекрытии со льда, второй - при пионерной отсыпке банкетов. Относительно иmрокие русла рек и достаточная толщина льда создают большие возможности для организации технологического потока. Приме ром может служить устройство продольной ряжевой перемычки на стро ительстве Братской ГЭС. В зимний период 1956/57 r. в полыньи бьvю опу· щено 37 ряжей общим объемом 32 тыс. м и отсыпано в ряжи 32 тыс. м 3 гравийной массой; в понур перемычки уложено 34,5 тыс. м 3 диабаза 3 и 28 тыс. м 3 песка. Прорезано во льду свыше и удалено около 17 тыс. м 3 льда (35]. Устройство полыньи является наиболее 4 тыс. м борозд, взорвано сложной и дорогостоящей операцией. НакоШiенный опыт на строительстве Братской ГЭС затем ус пешно использовался при возведении перемычек котлована IUiотины Ви люйской гэс. Технология устройства полыньи состоит из разбивки контура полыньи, резки льда по контуру, рыхлений и уоорки льда, выполнения колесоотбо· ев или сruюшных настилов, установки сигнализации и, наконец, подп.ер жания полыньи чистой от нового льдообразования. Важной операцией является резка льда по КОНТУРУ полыньи. Хорошая прорезь создает пространению четкие границы трещин в ледяном полыньи и, главное, покрове при препятствует рас рыхлении льда взрывами. Резку льда по контуру полыньи произво.цят различными способами. Так, на строительстве Вилюйской ГЭС прорезь по контуру устраивалась в виде борозды глубиной 0,6-0,7 м с помощью бензопилы ''Дружба" или электропилы К-6. На счюительстве Братской ГЭС для устройства прорези использовали модернизированный траншейный многоковшо вый экскаватор ЭТП-25, в котором рама с ковшом бьmа заменена баром с цепью, снабженной резцовыми головками. Для рыхления опил енноrо по контуру льда применяется как мелкошпуровое бурение, так и взрывы сосредоточенными зарядами. На строительстве Вилюйской ГЭС успепnю применялось подводное взрывание льда. Для устройства полыньи в пределах контура проходили ШУРФЫ на всю глубину льда с сеткой 4х4 м при толщине льда 1,2-1,5 м, 95 а затем под воду опускались заряды массой 4-5 кг, и с помощью детони рующего шнура они взрывались одновремеЮ10. Подводный взрыв давал однородный состав льда крупностью 0,1 0,4 - м с наименьUВ1м количеством мелочи, которую трудно удалять из полыньи. Лед убирался драrлайном Э-652 или Э-10011 с решетчатым ковшом. На устройство полыньи 2Ох 10 м при толщине льда 1,5-1,7 м затрачива лись две-три смены. Экскаватор работал на выброс с последующей rmани ровкой льда бульдозером. Очень эффективно применялись также экскава торы Э-652, оборудованные обратной лопатой, в ковшах которых дела лись прорези. При вскрыmи большой rюлыньи необхоцимо оставлять перемъ1чки, последовательно убирая их при засыпке полыньи грунтом. Обязательным условием работ на льду является строгое соблюдеШlе правил техники безопасности. Наибольшую опасность представляет взор ванная и неочищенная полынья. При устройстве понуров перемычек или выравнивании дна реки, когда отсыпанный в воду грунт не появляется из воды, темпы работ no уст ройству полыньи можно уменьUD1ть, смавля.я ommelПfыe массивы льда к кромкам ранее выбранных пионерных полыней. Примером этому может служить устройство понура перемычки мотины Вилюйской ГЭС (рис. 4.25) [ 17]. При производстве работ со льда необходимо постоянно следить за сос тоянием ледяного массива. При недостаточной толщине или появлении опасных трещин несущую способность льда нужно усилить естественным намораживанием путем очистки поверхности льда от снега, искусствен ным намораживанием или устройством настилов. Наиболее эффективным является очистка льда от снега, в результате чего толщlПlа покрова быст ро увеличивается в 1,5-1,6 раза. Намораживание эффективно при заделке трещин, устройстве съездов на лед, устройстве ледяных колесоотбоев. В ряде случаев ддя наморажи вания применяется простейшая деревянная опалубка. Устройство деревянных настилов применяется только при технико-эко номическом обосновании в силу дефициmости пиломатериала, даже в та ких традиционных лесных районах, как Сибирь, и раfюнах, приравненных к Крайнему Северу. Настил, как и намораживание, эффекmвен при тол 0,4--0,5 м. С увеличением толщины льда ero эффективность щине льда до снижается и он только предохраняет поверхность льда от разрушения и служит для обеспечения безопасных условий труда. Эффективным средством усиления верхней части ледяноrо покрова яв ляется вмораживание в лед веток, тонких жердей, досок. К сожалению, накuIUiенный гидротехниками OIUJIТ работы со льда до настоящего времени не закреплен нормативными документами. При раз работке новых проектов производства работ приходится пользоваться устаревшими данными. Возможности льда при этом используются недос таточно полно. Например, в 1983 r., спустя почти 20 лет после возведе ния Братской и Вилюйской ГЭС, проекmая организация при строительст ве ледовой дороги на Бурейской ГЭС при толщине льда 0,95-1.2 м реко- 96 - ,. 4.25. Схема укладки суглинка в / - экран перемычки; 2 - понур. Рис. понур перемычки IDlотины Вилюйской ГЭС: отсыпаемый из суглинка; 3 - полынья; 4 - ЛIЩ мендовала без надлежащего обоснования спло:uпюй настил из бруса. Сто ЮАОсть такого настила составляла более 100 тыс. руб. Следует отметить, что в действовавшем до 1980 r. СНиП III-A-11-70 ''Техника безопасности в строительстве" полностью не учитывалась специ фика производства гидротехнических работ с использованием ледяного покрова. Этим документом запрещалось приближение механизмов, авто транспорта и людей со снаряжением к кромке льда, что пракmчески иск лючало возможность работы по устройству полыньи, производству работ по отсыпке грунтов в полынью и опусканию ряжей. Запрещалась стоянка транспорта с тяжелым грузом на льду. Ограничивались возможности пере мещения по ледяному полю. Так, мшrnмапьное расстояние приближения человека со снаряжением к кромке льда ограничивалось 5 м, бульдозера - 25 м, трактора с rрузом - 30 м. автомаuш ны с грузом или В СНиП 111-4-80 раздел о работе со льда полностью опущен. Опыт строи тельства гидроузлов на Севере показывает, что для более полного исполь зования несущей способности ледяного покрова необходим общесоюз ный нормативный докум-ент, регламентирующий работу тяжелых меха низмов и людей вблизи кромки льда, а также сам процесс работы на льду по устройству полыньи с применением тяжелых механизмов. В этот документ должны войm Рекомендации Международной организации труда(МОТ) по безопасности труда в строительстве, в которых содер жатся укаэаЮfЯ о правилах организации движения мехаmtзмов и авто транспорта по льду. ГЛАВА 5 ПОДГОТОВКА ОСНОВАНИЙ СООРУЖЕНИЙ" СЛОЖЕННЫХ ВЕЧНОМЕРЗЛЫМИ ГРУНТАМИ 5.1. Общие принципы проектирования и строительства оснований ппотин В СНиП П-18-76 в зависимости от инженерно-геокриолоrических усло вий и возможности изменения свойств грунтов основания в требуемом направлении рекомендуется один из следующих двух пришumов исполь- 97 7- J Зак. 1820 зования вечномерзлых грунтов в качестве основания гидротехнических сооружений: п р и н ц и п лом 1- вечномерзлые грунты основания используются в мерз состоянии, сохраняемом в процессе строительства и в течение всего заданного периода эксШiуатации сооружений; п р и н ц и п 11 - вечномерзлые грунты основания используются в от таявшем состоянии (с допущением опаивания их в процессе эксплуата ции гидротехнических сооружений или с их оттаиванием на расчетную глубину ;...1,0 начала возведения). Грунты, имеющие положительную температуру в условиях природно го залегания на территории распространения вечномерзлых грунтов, ис пользуются в качестве оснований для гидротехнических сооружений в со ответствии с общими нормами проектирования при условии, что в процес се эксмуатации талое основание не будет проморожено. Сооружения, построенные по принципу я м 1, относятся к с о о р уже н и м ер злого тип а, а построенные по прющипу П н и я м т а л о г о - к с о ору же т и п а. Однако для ШJоmн такая классификация по температурному режИI\1у их осuований полностью не учитывает характер работы напорных соору жений, расположенных на вечномерзлых грунтах, и специфики их стро ительства. В отличие от nромыumенных предприятий и городов, Шiощадки для строительства которых выбирают, как правЮiо, ЮIИ в зоне сrшошноrо распространения вечномерзлых грунтов, или створы гидроузлов в зонах развитых таликов, всегда пересекают талики, расположенные под руСIIа ми рек, иногда и на пойменных участках. Вследствие этого основание гидротехнических сооружений всегда сложено как мерзлыми, так и та· лыми породами. Сооружения, 1 вьщеляющие те1U1оту, при строительстве по принципу отделяют от основания холодным подпольем с естественной венпшя ци:ей, этим создается благоприятный температурный режим основаIШя. При создании напорных сооружений водохранилище, а главное фильтра ция напорных вод, создают значительное отеШiяющее воздействие на грун ты оснований, поэтому создать теmювую изоляцию грунтов оснований от теrmового воздействия фильтрационного потока практически невозможно. Отепляющеrо воздействия филырациоmюго потока можно избежать только в том случае, если проrnвофильтрационные элементы Шiотин бу дут также заморожены. При поддержании их в мерзлом состоянии весь период эксплуатации обеспе'Пfвается полная водонепроницаемость соору жения. Напорное сооружение, пос"tроенное на грунтовом основании, становит ся его частью, поэтому при определении принципов использования осно ваний необходимо рассматривать систему нплотина-основание" как еди ное целое и указанные выше принциш1 строIПельства следует переносить на плотину, с'Пfтая ее составляющеи частью основания. В этом случае тип mюmны должен определяться температурным режи мом этой системы, качественным показателем которого является нали чие или отсутствие фильтрационного потока. 9R Таким образом, м е р з л о й следует назвать ruютину, если во время эксплуатащrn по всей ее длине грунты основания и противофильтрацион ная зона находятся в мерзлом состоянии, обеспечивая ее водонепроница емость. Условие работы такой плотины - отсутствие фильтрационного по тока через тело ruютины и ее основание. К моменту наполнения водохра нилища грунты основания и ruютины должны находится в мерзлом состо янии. Плотину сле11ует назвать тал о й, если в процессе ее эксплуатации до пускается наличие фильтрационного потока через ее основание и проти вофилырационную зону. В результате теплообмена между водохранилищем, атмосферой, телом плотины и ее основанием происходит части1ffiое протаивание основания сооружений под верховой призмой и промерзание тела плотины со сторо ны низового откоса. Как в мерзлой, так и в талой IU1отине возникает сложный температурный режим. С .учетом этого режима необходимо про водить дополнительные мероприятия, обеспечивающие надежность соо ружения при деформации оснований, которые при устройстве мерзлой плотины возникают плотины - вследствие вследствие протаивания, а при устройстве мерзания части противофилырационной зоны. Следовательно, при проектировании гидротехнических в зоне распространения только талой ухудшения фильтрационного режима из-за про вечномерзлых грунтов правильнее сооружений исходить не из принципов использования грунтов оснований, но и методов строительства самого сооружения. М е т о д 1- по всей длине плотины грунты противофильтрационного устройства(или большей части его попере1lliого сечения) и подруслового талика промораживаются до начала заполнения водохранилища и подцержи ваются в мерзлом состоянии при ее эксrшуатации, а вечномерзлые грунты в основании большей части поперечного сечения противофильтрационного устройства и упорной призмы сохраняются в мерзлом состоянии или дополнительно промораживаются. М е то д 11 - допускается оттаиваIШе мерзлых грунтов оснований и те ла плотины в процессе ее строительства и эксrтуатации, либо предусмат ривается начала искусственное протаивание основания на заданную глубину до или в процессе заполнения водохранилища до промежуточных отметок. В определении основных методов строительства плотин в Северной строительно-климатической зоне в действуюu.щх нормативных докумен тах имеются значительные расхождения. В рекомендациях по проектиро ванию и строительству rmотин из груI-iтовых материалов для производст венного и питьевого водоснабжения в условиях Крайнего Севера и вечной мерзлоты [57] указывается, что при проектщювании плотин следует при нимать один из двух принципов использования вечномерзлого основания с сохранением его в мерзлом состоянии, т. е. устройство "мерзлой" пло тины, не допускающей фЮiьтрацию через тело и основание плотины, или с допущением оттаивания основания под rшитой, т. е. устройство "талой" гmотины. Совмещение двух приющпов использования основания, а также талой и мерзлой конструкции rmотины в одном створе не рекомендуется. 99 1• ; ,· 1 1 В Руководстве П 48-76 [59} допускается строительство отдельных частей rоютины, перекрывающих русловую и пойменные части створа, различными методами при соответствующем технико-экономическом обосновании с разработкой надежной конструкции: сопряжений между основаниями и частями IDIОТИНЫ, возводимыми по методу 1или11. Рекомендации [57] предусматривают, что при высоте дамбы более 20 м допускается устройство мерзлоmой завесы в основании для промо раживания основания и тела дамбы по очередям. В этом случае в дамбе рекомендуется предусматривать ядро из слабофмырующих талых грун тов или пластичную диафрагму, т.е. допускается совмещеЮ1е двух мето дов строительства mютин по высоте сооружения. В Инструкции по проектированию гидротехнических сооружений в районах распространения вечномерзлых грунтов (21] при определею1и основных требований к проектированию rидроузлов рассматриваются не принщп1ы использования грунтов оснований, как эrо пре,цусмотрено СНиП II-18-76, обязательным и для гидротехнического сч:юительства, а принципы строительства: П р ин ц и п 1- вечномерзлые rрунты в основании сохраняются в мерзлом виде в процессе строительства и в течение всего заданного перио да эксплуатации, а талые грунты промораживаются, обеспечивая водоне проющаемость и фильтрационную прочность противофильтрациоююrо устройства сооружения, основания и его контакта с сооружением; П р и н ц и п II - допускается оттаивание вечномерзлых грунтов в про цессе строительства и эксJUiуатации, либо предусматривается их искусст венное опаивание на заданную rпубину до начала или в процессе возве дения сооружений. В отличие от СНиП II-18-76 этой инструкIЩеЙ предусмотрено, что на разных по длине участках сооружения и для разных сооружений одного пщроузла допускается, на основе техЮ1ко-экономическоrо сопоставлеЮ1я вариантов, использование обоих принциrюв строительства. Требование СНиП 11-18-76 о проектировании сооружений только по од ному принципу (1 или П) использования оснований заставляет разрабаты вать дорогостоящие мероприятия, обеспечивающие выполнеЮ1е эrnx усло вий: устройство мерзлоJИых завес, предпостроечное протаивание, замену просадощюго грунта на мало сжимаемые грунты и т .д. [64] . Технико-экономические сравнения различных вариантов конструкций mютин показывают, что при определенных условиях можно разрабатывать такие технические решения, при которых совмещеюtе принципов исполь зования мерзлых и талых rpymoв в качестве оснований одного сооруже ния не имело бы негативных последствий. Конструкция плотины при этом получается более экономичной. По нашему мнению, совмещеmtе при строительстве отдельных частей Шiотины двух методов возможно как по высоте сооружения, так и по длине. Обязательным условием применения такого типа плотины, т. е. м е т о д а 111, является ero смешанной обеспечение статической и фЮiьтра ционной устойчивости сопряжения талых и мерзлых зон тела плотины и ero 100 основания при максимально возможных сезонных колебаниях нуле- -, Рис. 5.1. рез по Продольный раз оси строенной нием rтотины, с двух по использова '+ методов строи тельства плотин: 1 - мерзлотно-цсмента цпонная завеса; 2 - ментационная завеса; мерзлотная завеса; среднегодовое нулевой е положение изотермы; железобетонная для це- 3 4 5 - потерна размещения воздуховодов мерзлотной завесы; 6- талое ядро плотины вой изотермы. Протаивание и замерзание материала в зоне сопряжения нс должны нарушать его общую и местную устойчивость. Таким надежным сопряжением между талым ядром(экраном) с мерз лым основанием моrут быть проходные потерны с железобетОIПiЬIМИ открылками, через коrорые может производиться замораживание основа ния и поддержание ны основания в мерзлом состоянии. По длине створа мерзлые зо ero моrут отсекаться от таликов усиленными мерзлотными завесами, выоолненными в тех зонах основания, где грунт до начала за мораживания был упрочнен цементацией, предпостроеtПiЪIМ оттаиванием и т. д. Такие завесы называются мерзлотно-цементационными. Сезо1mые перемещения нулевой изотермы в бетонном массиве и в предварительно упрочненных грунтах, разделяющих мерзлые и талые зо ны ruюnm и их оснований, не влияют на надежность сооружения в целом. Схематический разрез такой Шiоmны показан на рис. На рис. 5.2 и 5.3 5 .1 [ 40] . приведена конструкция плотины водохранилища, в ко торой совмещены принципы использования грунтов основания и методы строительства wютин на вечномерзлых грунтах. По условиям эксШiуата ции 1Шотинь1 фильтрацию жидкой фазы пульпы одного из промьпWJенных предприятий и ее смешивание с чистой водой необх.о.п;имо бьию свести к МШlимуму. Исходя из этого были повышены требования к конструкции IШоmны и особеЮ10 к эффективности и надежности противофЮiыраци оmtых мероприятий в ее основании. В основании ШJоmны залеrают вечномерзлые составляет лишь подрусловый талик ll.Dfpmюй грунты, 180--200 · исключение м. Левый берег основания мотины сложен мерзлыми смьно разрушенными кореIШыми породами(базальтами), имеющими температуру -3,5+-4 ° С, реr суrm1нка, ка, тов мерзлыми супесей --6 мягких 28 леДЮ11Совыми разJП1ЧНой ° С, вблизи просадо'Шых отложениями, льднстосm руслового грунтов слоями и просадочности. талика -0,5 правобережного правый бе пес Температура грун + -1 ° С. примыкания Мощность достигает м. Этот слой подстилался сильно трещиноватой мерзлой скалой. Та лые базальты характеризуются большой водопроницаемостью. В отдель нъ1х зонах коэффициент фильтрации пород достигает 1000 м/сут. Для снижения стоимости подготовки основания rmотины бьmо пред ложено береговые примыкания сохранить в мерзлом состоянии, а русло вый талик укреmпь сопрягающей и глубокой цементаIЩей. Переход от 101 v 10 v v v Рис. 5.2. v v v v v \/ v у v v v v v \1 \1 v v Поперечный профиль плотины хвостохранилиша, построенной с использо ванием двух принципов строительства: экран из полиэтиленовой 1mенки; 2 - суглинок; 3 - каменная наброска; 5 - сопрягающая цементация; 6 - глубокая цементационная завеса; котлован зуба; 8 - замораживаюUDiе скважины; 9 - русловый аллювий; 10 базальты; 11 - скважины стабилизирующей замораживающей системы в береговых примыканиях; 12 - замораживающая система вдоль грающ руслового талика 1 - потерна: 4 7- мерзлоrnых завес к цементационной выполнен в виде мерзлотно-цемен тационной завесы и замораживающей системы вдоль границ руслового та лика. Плотина выполнена каменно-набросной с экраном из полиэтиленовой rmенки и моренных суглинков. Экран rтотины сопрягается с основанием железобетонной потерной переменного сечения: в береговых примыкани ях 3,5 хЗ,5 м,в русловойчасти3,5х5 м. В результате устройства проходной потерны обеспечивалась непрерыв ность производства цементационных работ из потерны при любых погод ных условиях и возможность производства ремонтных работ. Одновре менно с цементацией велись бурение скважин и монтаж замораживающих систем на береговых участках. Потерна представляет идеальную заморажи вающую систему и в то же время обеспечивает надежность сопряжения талого экрана с основанием при сезонных перемещениях нулевой изотер мы. Конструкция мерзлотно-цементационного сопряжения правого береrа (рис. 5 .4) выполнена в виде усШiеmюй цемента~щонной завесы глубиной 30 м (два ряда глубокой цементации, один ряд сопрягающей цементации глубиной до с шагом 1,5 18 м) , трех рядов замораживающих скважин. расположенных м, а также замораживающих скважин вдоль rраниц талика. Конструкция мерзлоnю-цементационных сопряжений(в виде шпоры) предусматривает "надвижку" мерзлоты на талик после его цементации, что в сочетании с продольными замораживающими системами должно предотвратить расширение границ талика под воздейсmием фильтрацион ного потока. Работу замораживающих систем обеспечивали нагнетанием в потерну холодного воздуха мощными шахтными вентиляциою1ыми уста новками. 102 l Гре5ень плотинь1 Il ичере8и Гре5ень плотuны l очереаu *98 0 1 + 66, 7 !1е6ыi1 5ерег Пра6ыi1 ~ерег .s·-·" v \/ v v v v v v v 7 v v v v v Рис. 5.3. v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v Продольный разрез по оси зуба Шiоmны хвостохранилища (см. рис. v v v v 5.2): 1 - железобетонная потерна; 2 - Шiита цементации; 3 - дно котлована; 4 - граница талика; 5 - участки "вялой" мерзлоты; 6 7 - базальты; 8 - уровЮf грунтовых вод в зимнюю межень; 9 - границы пород с различной водопроницае ледниковые отложения; мостью; - х - - нижняя граница цементационной завесы; цементационные сопряже1Шя; - о - - - о - - нижняя граница сопрягающей цементации; береговые замораживающие системы; - • - - мерзлотно - • - - контур контактной цементации; - л- - за полнительная цементация -\ l 2 1 _ _... Ос• з_v_оа 7 е Рис. 1 5.4. - Мерэлоmо-цементационное сопряжение правого берега: ·замораживающие скважины правобережной стабилизирующей системы, шаг скважины 1, 75 м; 2 - то же мерзлотно-цементациоиного сопряжения, шаг скважины 1, 75 м; 3 - то же вдоль границ руслового талика, 13 скважин с шагом 1,5-2 м; 4 - то же 5 скважин с шагом l,S м; 5 - грающа мерзлых грунтов; 6 воэдуховоцы диаметром 325 мм; 7 - потерна Гре5еж. плотины l ovepetJu 88,7 -е -rтт1 --2 ---3 Рис. 5.5. Температурное поле в основании IDiотины хвостохранилища: 1 - положение нулевой изотермы в строительный период; 2 - О с. -2 С, -4 Сизотермы после первого WIКЛа эамораживЗЮtя; 3 - положение нулевой изотермы при нагнетании холодного воздуха в потерну; • - мерзлотно-цементацион ное сопряжение; х - нижняя граница цементационной завесы; - о о о о береговые замораживающие системы Процесс стабЮiизации температурноrо режима в основании rmотины 5 .5. после первого цикла замораживания показан на рис. П р и м е р о м г и д р о у з л а, в о з в о д и м о сложенном как талыми, r о н а о с но в а н и и, так и мерзлыми rрунтами, явля • е т с я В ил ю й с к а я ГЭС ·3. Геолоrические условия строительства этого гидроузла чрезвычайно сложны. lllирина подрусловоrо таликаt сложенного 104 г глинистыми мергелями с редкими прослоями доломитов, извесrnяков и алевролитов, не превышает 160 м. Береговые примыкаюtя долины сло жены осадочной толщей вечномерзлых пород. В правом борrу преоблада ют известковистые и доломитиэированные суглинки со щебнем низко прочных мерrелей и щебнем и цресвой малопро1П1ых глинистых мергелей с суглинковым заполнителем, льдистостью от 5 до 40%. В левом борту в районе оползневого образования преобладают блоки слоистых алевро mtтов, мергелей и трещиноватых, выветрелых долериiов с крупными трещШlами, заполне1mыми суrлинистым заполнителем и частично льдом. Льдистость мерзлых пород, особенно в крупных трещ1U1ах, достигает 50%. Породы основания частично засолены. Напорный фронт гидроузла дли ной 530 142 м, зданием ГЭС, совмещенным с водосбросом, длиной м создается левобережной камеmю-земляной плотшюй длиной 146 м, разме щенным на русловом талике, и правобережной камеН1Jо~земельной Шiоти ной ''талого" тиrш длшюй 273 м. Левобережная и правобережная mотины запроектированы камеюю земляными с центральными ядрами из суглинка и упорными призмами из камеЮiой наброски. В основании плоrnны оставлены вечномерзлые грун ты различной степеЮt просадочности. Максимальная высота IUiотин Расчетный напор 23,3 м. Основные объемы работ по гидроузлу: 5 ,56 млн. м , насыпь 1,85 млн. м 3 , объем бетона 385 тыс. м 3 . 59 м. выемка 3 Компоновка гидроузла принята исходя из необходимости размещения здания ГЭС на подрусловом талике. В процессе экcIDiyaтal.UfИ мерзлые основания левобережной и право бережной пределах Шionmы 1-1,5 будут оттаивать. Расчетные осадки определены в м. В левом борту, где при протаиваЮtи возможны большие деформации, проектом предусматривается создание мерзлотно-цемента ционной завесы глубиной 60 м. При строительстве этой завесы предстоит решить целый к:омrmекс сложных инженерных задач по предварительному оттаиванию мерзлого массива, последующей его цементации и глубокому замораживанию отцементированной зоны. Для предотвращения трещин разрыва ядро плотины на контакте с бетонными сооружениями следует делать более пластичным, т.е. укладывать грунты повышенной влажности с меньшей ШIОТНОСТЬЮ. При сооружеЮIИ мерзлых IUIOТИH часто не удается за один сезон соз дать в основании и теле сооружения надежную сmошную мерзлотную за· весу. В то же время производствеЮ1ая необходимость нередко заставляет при еще не сомкнутой мерзлотной завесе принимать напор на сооружение. Мерзлотная завеса, в которой еще не стабилизировался температурный ре· жим, испытывает дополнительные нагрузки. Наличие таликов в теле rmornны и основании может спровоцировать фильтрацию и, как следствие, суффозионные разрушения. Поэтому в мерзлых плотинах переходные зо нъ1 следует обязательно подбирать по принципу обратных фильтров. Наличие обратных фильтров, защищающих основание и ядро от разру· шения при возникновении фШiьтрации (рис. 5 .6) , гарантирует надежность rmотины, особенно в ее начальный строительный период. При подготовке оснований напорных сооружений необходимо учиты вать следующее. Крупные гидроэнергетические обьекты, как правШiо, 105 '1 1 Рис. 2 , с "' Конструкция мерзлой плотины 5.6. обратными фильтрами и скважинным разгрузочным дренажем: G / - мерзлое ядро; 2 - мерзлотная завеса; З - переходная зона плотины с обратными фильтрами; 4 - упорные призмы; 5 - скважинный разгрузочный е дренаж; 6 - мерзлое основание располагают в створах с наиболее бпаrоприятными инженерно-геологи ческими условиями, выходом на характеризующимися поверхность скальных, близким полускальных и залеганием или малосжимаемых нескальных грунтов. При выборе створов стараются избежать вечномерз лых грунтов, имеющих Шiасты и жилы подземного льда, а также скло нов и береговых участков, подверженных явпениям термокарста, соли флюкций и наледей. Просадочные грунты, так называемые рыхлые отло жения, в основании высоко напорных сооружений, как правило, следу ет удалять, поэтому в зоне вечной мерзлоты требования, предъявляе мые к скальным основаниям сооружений, во многом совпадают с требо ваниями, предъявляемыми к основаниям сооружений, возводимых в умеренной зоне. В этом случае подготовка основания водоподпорноrо сооружения будет заключаться в создании соответствующего контура сопряжения основания с сооружением, обеспечивающего статическую устойчивость сооружения и фильтрационную прочность в этой зоне. При возведении бетонных сооружений на скальном основании конст рукция сопряжений зависит от принятой расчетной схемы: с учетом сцепления со скалой или без учета этого сцеrтеJШя. В первом случае, как правило, в основании сооружеЮ1Й удаляются разрушенные зоны пород. При производстве работ ограничивают массу одновременно взрываемых пород и оставляют защитный слой, разрабатываемый вручную. Оконча тельную доборку скалы производят вручную зимой в теrтяках после от таивания защитного слоя. Отдельные слабые зоны укреrтяют площадной цементаЩtей. Для использования скального массива в работе сооружения устраивают врезки в виде различных по конфигурации выемок. Когда сцеплением между сооружением и основанием пренебрегают, сопряжение должно обеспечить главным образом водонепроницаемость системы ''основание-сооружение''. Условия производства работ при этом облегчаются: снижаются требования к массе одновременно взрываемых зарядов, работы по зачистке скалы могут быть выполнены механизиро ваЮJыми способами с минимальными затратами ручного труда. Водоне проницаемость контакrnой зоны обеспечивается последующей цемента цией через специально устраиваемые потерны. Конструкциям сопряжений грунтовых Шiотин со скальными основа ниями на русловых участках ruюrnн следует уделять особое внимаюtе. Поскольку скальный массив всегда разбит трещинами различных раз меров, необходимо обеспечить фильтрационную прочность уюJадываемо rо на основание грунта от контактного размыва. Это достигается устройст вом сопрягающей rmиты толщиной ется контактная цементация. 106 0,3-0,5 м, через которую выполня l При проекrnровании Курейской плотины, основание которой сложено долеритами лись с коэффициентом фильтрации несколько ваЮ1ем: вариантов сопряжения смошная сIUiошная неармированная неармированная устраивается мита, галерея м/сут, ядра плотины бетонная бетонная цементационная 0,2-5 в выше или с заглублением ее в скальный массив; миrа рассматрива со скальным осно толщиной средней отметки части 0,5 м; котоIЮй основания ядра бетонная сопрягающая rmи та с подземной галереей, имеющей в левом борту выход в строитель ный туннель; бетонная сопрягающая rтита с переливной стенкой, примы кающей к низовому откосу ядра, в верхней части которой устроена це ментационная галерея. Указанные варианты сопряжений ядра шютины с основанием при их реализаl.Ufи требовали различных условий и сроков строительства. Устройство бетонной сопрягающей плиты обеспечивает суффозионную устойчивость контакта ядра с основанием, но последующая контактная цементации оrодвигает начало укладки грунта в ядро шютины на более суровый период года. Отсутствие цементационной галереи на русловой части rmотины не позволит в дальнейшем производить в случае необхо димости цементационные работы. Устройство на сопрягающей плите цементационной галереи также ото двигает начало работ по возведению ядра шютины на периоды с неблаго прияrnыми погодными условиями, так как на ее строительство требУ.ется по расчету 1О мес. Проходка подземной галереи д,пиной 270 м позволит приблизить начало возведения ядра ruютины, но может потребовать при нятия специальных мер для предоmращения оживления естественной трещЮiоватьсти оснований при производстве горных работ. После тщательного сопряжение плотины с технико-экономического основанием путем анализа устройства было прЮ1Ято бетонной плиты и переливной стенки с потерной у низового откоса ядра из монолитного неармированноrо бетона. Решение позволяет совместить работы по отсып ке ядра плоmны, бетонировюrnю стенки и отсыпке верховой призмы ниж ней части плоrnны и выполнить их к паводку за один строительный сезон. Такое сопряжение обеспечивает также надежность конструкции и удобст во ремонта основания в период эксrтуатащrn. Устройство противофЮJьтрационной завесы в основании сооружений, как правило, осложняется налюmем мерзлоты на береговых примыкани ях. Основным фактором, определяющим мероприятия по подготовке оснований, будет проницаемость скального массива при оттаивании. Так, при строительстве ВЮJюйского гидроузла в основании Шiотины мерзлые диабазы в 10 талом состоянюt имели коэффициент фильтрации ие более м/сут, что позволЮJо провести цементацию скалы при заполнении во дохранилища ло мере опаивания массива. При большей проницаемости скалы и значительных напорах дует выполнять до наполнения цементация затруднена, поэтому ее сле водохранилища после искусственного от таивания основания. Наиболее экономИ1П-1ым в этом случае является отог рев мерзлого основания температуру около 0,5 циркулирующей ° С. грунтовой водой, имеющей Такая цементация была проведена на стро107 ителъстве Колымской ГЭС и моrnны хвостохранилища металлургичес кого завода [41,77). Основные сооружения гидроузлов, как правило, располагаются на об nmрных участках, сложенных мерзлыми скальными грунтами, поэтому объем изысканий, необходимых для правильного обоснования проекта сооружений в районах вечномерзлых грунтов, помимо общих требований, предусмотренных для шюrnн умеренного климата, должен быть дополнен специальными изысканиями и исследованиями. Из всего состава исследо ваний важное значение имеет прогноз изменения свойств пород при пере ходе грунтов и скальных пород из мерзлого состояния в талое. Опыт строительства крупных гидроузлов на мерзлом скальном основании (Ви люйского, Усть-Хантайского, Колымского) показал, что недоучет измене ния свойств мерзлой скалы при опаивании приводит к негативным по следствиям. При вскрытии почвенно-растительного слоя и разработке скального массива происходит резкое изменение его температурного ре жима. Скальные целики, ранее постоянно находившиеся в мерзлом со стоянии, в результате изменений в процессе строительного производства, окружающей среды и переменного промерзания-опаивания подверга ются интенсивному физическому выветриванию. Откосы при этом быстро разрушаются. Для обеспечеmt:я устойчивости склонов приходится их упо лаживать. Затруднено устройство берм. Значительное влияние на напря женно-деформированное состояЮ1е скальных массивов оказывает нали чие в них трещин, заполненных льдом и глинистыми частицами. На начальной стадии инженерно-rеолоrических изысканий, используя геофизические методы разведки, необходимо уточнить общую инженер но-геологическую, гидрогеологическую и мерзлоmую обстановку райо на строительства. При детальном проектировании наряду с обьttПfыми ~етодами изысканий важную роль играют опытно-производственные исследования, позволяюnще изучить фактические свойства грунтов осно ваний с учетом изменения их в процессе возведения сооружений. 5.2. Цементация оттаивающих мерзлых пород Вид и объемы цементационных работ в основании напорных сооруже ний назаначаются в зависимосm от инженерно-геологических условий строительства, прЮIЯтой создаваемого технологии сооружением строительства, напора, класса сооружений, проницаемости мерзлых пород в талом состоянии. При проекmровании противофилырационных завес Вилюйской и У сть-Хантайской мотни проницаемость скальных массивов оценивалась по данным исследований руслового талика. Однако по мере накопления опыта выявлено, что проницаемость оттаивающих пород может быть на 2-3 порядка выше, чем проницаемость пород руслового талика. Это свя зано с тем, что в мерзлых скальных породах береговых примыканий, особенно с блочной разбивкой, в процессе промерзания-оттаивания про исходят криогенные процессы, ведущие к растрескиванию скального массива, нарушению сплоuпюсти и расI..1..IИрению umoв между отдельными 108 1 1 L блоками. Наибольшую опасность при этом представляют широко раскры тые трещины, заполненные льдом. В ряде случаев в результате высокой проницаемости руслового талика приходилось принимать меры по обеспечению водостойкости всего скаль ного массива. В настоящее время отсутствует четкая методика прогнозирования про ницаемости скальных пород, однако ряд косвенных методов позволяет получить удовлетворительные результаты. В частности, при буреm1и пород на rлубШfу проектируемой завесы по выходу керна, частоте трещин, на личию пустот, каверн, характеру заполнителя определяют начальные па раметры проm1цаемости исследуемой толщи. Проходка штолен и исследовательских выработок позволяет оцеm1тъ характер напластований, харктеристику трещин и их раскрытие, наличие и ориентацию трещин, характеристики заполнителя трещин, их льдистость. Сочетание rлубокоrо бурения с проходкой штолен позволяет по пара метрам трещиноватости рассчитать коэффициент фильтрации опаивших пород с такой же точностью, как и традиционными методами определеЮfЯ водопроницаемости пород - нагнетанием и откачкой. Наиболее достоверным является определение проницаемости мерзлых пород после их опаивания. Однако эти работы связаны со значительны ми капитальными затратами и высокой энерrоемкостью, что не всегда под силу изыскательским: партиям. Имеются предложения по определению водопроницаемости мерзлого массива нагнетанием в скважины воздуха и незамерзающих рассолов. О.цнако из-за наличия в скальном массиве льда эти методы не всегда да ют достоверные результаты. После оценки проницаемости скального массива разрабатывают проект цементационных работ. Основные способы создания цементациоm1ых завес в мерзлых породах: цементация скального массива по действием фЮiьтрационноrо мере его оттаивания отемяющ:им воз потока при наполнении водохранЮiища; предоостроечное опаивание скального массива с последующей цемента цией; цементация мерзлой скалы специальными растворами по мере на полнения водохранилища. Цементация т а И ван и я скального массива по мере его от фильтр а ц ионным пот о к ом является самым простым и наиболее экономичным способом, поскольку не требует доро гостоящих работ rю Применение ЭТОГО предварительному оттаиванию основания. Однако СПОсОба ограЮIЧИВЗеtСЯ доnусТИМЫМИ СКОроСТЯМИ фЮJырации. Предельная скорость движения воды, при которой цеме1nа ция с'Пfтаеrся выполнимой, ограничивается напора, равных 2-3, 600 м/сут. При градиентах действую1.ЦИх обычно в зоне создания завесы, раск рытие трещин не должно превышать долей миллиметра, чтобы можно бы ло успешно выполнить цементацию при наполненном водохранилище. Безусловно, необходимо заблаговремеюю выявлять зоны с повышенной проницаемостью, так как в противном случае для цементации потребует ся частичная сработка или полное опорожнеЮ1.е водохранилm.ца. 109 Этот способ успеIШю применяется при создании цементационных за вес в грунтовых сооружеЮtях, где статическая устойчивость на первом этапе опаивания не имеет особого значения. При создании цементацион ных завес в бетонных напорных сооружеЮiях может возникнуть ситуация, когда при оттаивании контактной зоны вследсmие большой проЮ1цаемос m возникает опасность передачи на сооружение полного давления верх.не го бьефа. В этом случае более рациональным способом будет предпостро ечное оттаивание и цементация. Примером такого решения может быть цементация основания водоприемника 11 очереди Вилюйской ГЭС. При высокой водопроницаемосm необходимо перед цементацией про водить п р е д п о с т р о е ч н о е ло требует значительных о т т а и в а н и е, несмотря на то, что капиталовложений и большого количества электроэнергии. Следует ОIМетить, что к настоящему времени еще нет дос таточного теореmческого обоснования технологии предпостроечного от таивания скального массива и его последующей цементации, так как в оттаявшем скальном массиве, окруженном со всех сторон мерзлотой, на рушены основные требования к успе1шюй цементации - обеспечение на порного движения цементного раствора в треnщнах. 01Тhпные работы по цементаЩ1И опаивllПfХ мерзлых пород(треu.щнова тых граниrов с температурой лымской ГЭС [77]. отжатия вверх воды ускорителями -7 °С) проводились на строительстве Ко Цементация велась снизу вверх для возможности концентрироваIОiыми схватывания NaCl. У дельные л/мин. Давление отказа бьmо равно 0,1 цементными растворами поглощения 12-20 с превышали ат в зависимости от зоны. За отказ принимали нулевое поглощеЮ1е раствора. В результате этих ра бот бьmи выявлены технологические особенности uементации талых по род в замкнутом мерзлом массиве. Характер цементации замкнутого талого массива не совпадает с харак тером цементации талого основания из-за различных гидравлических ха рактеристик процесса оседания твердых частиц цемента. В результате зат рудненного опока воды за пределы оттаившеrо участка вода, нагнета емая в скальный массив, дренирует открытым стволом цементируемой скважю1ы и изливается из нее в обход тампонов. Длительные изливы во ды из скважин после окончания гидравлического опробывания(или це ментации), очевидно, определяются упругими свойствами массива пород вследствие деформаций пород, вызванных давлеюtем цементации. Общий характер цементации позволяет предположить, что при цемен тации опаявшего массива ограниченной rmощади заполнение цементом наиболее развитых Шiоско-наклонных. трещин происходит в основном за счет поднятия скального массива давлением нагнетания и, вероятно, в меньшей степени за счет движения раствора по этим трещинам. Бьmо установлено также, что нагнетание воды в одиночную контроль ную скважину при давлениях, равных или близких давлению цементаI.Щи, как это обычно принято, нецелесообразно, так как низкая проницаемость на границе талой и мерзлой зон может быть принята за низкое удельное поглощение всего массива. Опыmые работы подтвердили техническую возможность провести от таивание скального массива на глубину до 110 40 м за один сезон без подог- L ··~J рева воды. При создании значительных по протяженности отогретых мас сивов цементация их, по-видимому, будет аналогична цементации талых массивов. Каких-либо противопоказаний против такого метода создания цементационных завес не выявлено. Цементация мерзлых грунтов может выполняться только при наличии открытых трешин, не заполненных льдом. Однако, как правило, трещины частично заполнены льдом, причем в зоне попеременного замерзания таивания заполнение трещин льдом обычно достигает 100 %. - от Поэтому целью цементации мерзлых пород является снижение проницаемости мерз лого массива до его оттаивания. Следовательно, цементацию мерзлых пород можно проводить в два эта па: вначале проводить цементацию мерзлого массива, а повторную цемен тацmо производить после полного оттаивания основания. Условия цемен тации оттаившего массива при этом значительно облегчаются. С п е ц и а л ь н ы е д л я р а с т в о р ы, к о т о р ы е и с п о л ь з у ю т с я ц е м е н т а ц и и требованиям: м е р з л ы х п о р о д, должны отвечать особым твердеть при отрицательных температурах; бильностью и достаточной проникающей способностью; обладать ста сохранять теку честь на время проведения работ. Образующийся при твердении камень должен быть достаточно прочным, морозостойким, филырационно-ус тойчивым, стойким к агрессивным средам. Изучается возможность полу чения инъекщюнных растворов на основе фурфурола для закрепления вечномерзлых скальных пород [71] . Разработанный хладостойкий состав на основе полимера обладает необ ходимыми реологическими свойствами и способен твердеть при темпе ратуре -1 О С. При этой температуре прочность раствора набирается мед ленее, чем при 20 ° С, но со временем его прочность увеличивается и приб лижается к про'lliости раствора, твердеющего при температуре 20 ° С. 0 Перспективным видом упрочнения мерзлого основания и создания противофильтрационных завес гидротехнических сооружений являются т р ан ш е й н ы е устраиваться в стен к и(или "стенки в грунте"), которые могут сложных инженерно-геологических условиях в основании как бетонного, так и грунтового сооружения. Глубокие бетонные и гли ногрунтовые траншейные стенки достаточно lillipoкo применяются в Со ветском Союзе и за рубежом в гидротехническом и промыumенно-граж данском строительстве в умеренном климате. Сущность способа заключа ется в образовании под тиксотро1П1ым (глинистым) раствором узкой, глубокой траншеи(щели) с вертикальными стенками с последующим за полнением ее соответствующими материалами. Этот способ особенно целесообразен для создания. противофI01ьтраци онных завес при стро1nельстве IUIOTIOI на слое водопроницаемого аллю вия, подстилаемого коренными породами, он также эффективен при соз дании временных высоконапорных перемычек. 5.3. Предпостроечное оттаивание и консоnидация оттаивающих льдистых грунтов При строительстве северных гидроузлов не всегда удается разместить основные сооружения на скальном неnросадочном основании. В ряде случаев в силу инженерно-геологических, топографических и других ус ловий часть основных сооружений вынуждены размещать на участках, сложенных льдистыми просадочными вечномерзлыми основаниями. Примером могут служить: правобережная шютина Усть-Хантайскоrо гидроузла, береговые дамбы Курейского гидроузла и ВЮiюйской ГЭС-3, проектные решения по Адычанской ГЭС и др. В первую очередь на осно вании технико-экономического анализа определяется метод стр01пельства подпорного сооружения по "талому" или "мерзлому" типу. Возможности строительства "мерзлых'' 'плотин не безграничны: макси мальная высота построечных "мерзлых" плотин не превышает необходимости д.ля JUiотин высотой более 20 - м; при м Руководством П рекомендуется применять двухъярусное промораживание: из потерны, тела ruютины 40 48-76 оснований - с гребня, но это осложняет не только произ водство работ по подготовке основания, но и условия работы сооруже ния в целом: совмещение в один зимний сезон работ по укладке грунта, монтажу замораживаюI.ЦИх систем и созданию мерзлотных завес создает технологи ческие трудности; конструктивно-технологические оrраничения по rлубине заморажива ния rрунта естественным холодом существующими холодильными уста новками. Ряд исследователей ограничивают глубину возможного замора живания грунта до 60-80 м; эксплуатационные издержки ''мерзлых" rmотин значиrельно выше зат рат на эксIUiуатацию "талых" IШотин. Если на основании тех1rnко-экономическоrо анализа выбрана нталая" шютина, то необходимо выполнять следуюIЦИе мероприятия по под.го товке и грунтов; улучшению основания: удалеЮfе предпостроечное опаивание, ние грунтов; обеспечение статической прочности просадоtПiоrо основания при просадочных у~шотнение, а иногда устойчивости и ero сильнольдистых и упрочне фюtьтрационной оттаивании фЮiьтрационным потоком в процессе эксIDiуатации. При удалении(замене) просадочных грунтов строительство плотины упрощается, но в больпшнстве случаев приводит к значительному удоро жанию вследствие увеличения объемов земельно-скальных работ. Технология предпостроечноrо оттаивания, уплотнения и упрочнения вечномерзлых грунтов разработана для промьпш1енного и гражданского строительства. Существует несколько способов опаивания мерзлых просадочных грунтов с целью улучшения их несущей способности с последующим уплотнением: основанные на оттаивании грунта посредством конвектив ного переноса тeIUia фильтрующей водой - гидравлический способ (игловое rидр:юттаивание, филырационно-дренажный способ); основан- 112 ные на опаивании грунта паром, горячими газами ШIИ нагрева.нии пород электрическим током(пароопаивание, электроопаивание и т.д.); сочета ние этих способов. Область применения каждого способа определяется физико-мехЗ1D1ческими свойствами грунтов: гранулометрическим составом, льдис тостью, коэффициентом фильтр3.ЦЮ1, а также наличием и доступностью пара, воды, электроэнергии. При rидроопаивании с помощью специальных иrл теmюта переносится внутрь грунта искусственным фЮ1ьтрациою1ым потоком, который, сопри касаясь с мерзпым грунтом, опаивает в нем поровый лед, увеличивая тем самым зону талого грунта. При коэффициенте фильтрЗЦШI опаившеrо грунта от сотен до деся тых долей м/сут наиболее эффективен восходящий фильтрационный по ток. Радиус опаивания колеблется от 2 до 3 м. Вместе с опаиванием происходит уШiотнение грунта. При опаивании грунтов с коэфф1ЩИентом фШiьтрации от 30 м/сут и выше, например галечннковых грунтов, может применяться безнапорная фильтрация. Для глинистых грунтов (суглинки, супеси) расход воды через иглу ре комендуется назначать равным 1,2 м 3 /ч, для песчаных, гравийных и га лечниковых - до 2 м 3 /ч. При глубине оттаивания более 10 м расход во дь~ через иrлу надо увеличивать (10] . При гидроопаивании вода может использоваться как из естественных водоемов, так и из специально подогреваемых прудков. Эффекmвнее применение подогретой воды благодаря повышению производительности игл и увеличению строительного сезона. Фильтрациоm10-дренажный способ опаивания прон1Щаемых грунтов безнапорной фильтрацией удобен для опаивания больших IUtОщадей. Используются способы опаивания глинистых грунтов переме1П1ым то ком высокого напряжения, током высокой частоты и электрически ми нагревателями [ 34] . При опаиваюm грунтов током высокого напряжения в пройде:tm:ые с обычнЬiм злектропроrревом шурфы устанавливаются электроды высо кого напряжения, которые засьшаются талым грунтом и заливаются со левым раствором, расход электроэнергии при этом снижается до 3 18-25 кВт •ч/м • Глубина протаивания зависит от глубины установки электро дов. Известны также случаи использования для опаивания грунтов токов высокого напряжения при помощи электродов, забитых с поверхности [ 17, 34] . Подогрев током высокой частоты применяется при неглубоком опа ивании при подготовке основания неоосредственно перед возведением сооружения. Опаивание с помощью электрических нагревателей применяется при песчаных и глинистых rрунтах на глубину до 15 м. Стоимость прогрева 1 м 3 этим методом равна 2- 7 руб. в зависимости от вида грунтов. В ряде случаев предпостро ечное опаиваюt:е вечномерзлых просадочных грунтов может оказаться экономичнее, чем удаление их из основания (34]. 113 8- Зак. 1820 Электрооттаивание предполагается применять при подготовке основа ния левобережной грунтовой плотины Вилюйской ГЭС-3. Для оттаивания мерзлого основания напорных сооружений необходимо использовать теmюту направленного фWiьтрационноrо потока, обеспечив специальными конструкrnвными мероприятиями свободный опок воды при дренировании опаившего грунта, фЮiьтрационную прочность основа ния и статическую устойчивость сооружения в целом. Такие рещения наиболее целесообразно применять при наличии ост ровной мерзлоты, мерзлых грунтов с температурой, близкой к нулю ( -0,5 -:- -1 ° С), мерзлопласrичных грунтов с переслаивающимися толща ми водоносных слоев, когда создание сплошной мерзлотой завесы практи- ·чески невозможно или требует значительных капитальных затрат. Приме ром могут служить ряд плотин, построе1П1ых на Канадском Севере, а так же правобережная мотина Усть-Хантайской ГЭС (30]. При строительстве берег о вы х дамб ГЭС К ел с и нар. Нель сон для опаивания основания и ускорения процесса его консолидации бьmи устроены песчаные сваи-дрены. Плотины имеют длину около 600 и максимальную высоту 6 м. Основанием плоnm явпяются заторфован 0,3-1,2 м, илы и морена мощностью до 14 м значении 6-8 м). ные грунты мощностью (при среднем Грунты оснований находились в мерзлом состоянии с различной криогенной текстурой. В отдельных местах встречались линзы незамерзающе го грунта. При оттаивании грунты перехоДЮiи в текучее и текуче-пласmч ное состояние с потерей устойчивости основЗЮIЯ. При высоте шюnmы м расстояние между сваями-дренами диаметром 25--40 см составля ло 3 м, при высоте менее З м оно увеличивалось до 6 м. Под низовым от косом ряд свай-дрен доводились до коренных пород и выполняли роль 4,5 разгрузочного дренажа. Плотины возведены из песчаных грунтов, это дало возможность укла дывать грунт в зимнее время с высоким качеством и хорошо nриспосаб ливаrь тело сооружения к неравномерным осадкам основания. Процесс оттаивания основания и консолидации грунта, а также условия отвода воды бьmи сложными, особенно в зимнее время. Интенсивность опаивания основания в первые годы составляла 1,5--1,8. м/год. В связи с оттаиванием основания на гребне и откосах плотины появля лись просадки в виде уrлублеЮfЙ, которые в летний период засыпали песчаным грунтом. Суммарная осадка mютин досПU"ала ла от 20 до 30 % высоты mrотины. 2,2 м и составля Песчаные сваи-дрены бьmи устроены и при строительстве правобереж ной сопрягающей mюпmы ГЭС Кеттл на р. Нельсон высотой 48 м (рис. 5. 7). Поскольку мощность рыхлых оmожеШfЙ (30 м) в основании mюmны бьmа соизмерима с высотой ruютины, экономически было неце лесообразно удалять всю ее толщу и сопряrаТh ядро с коре1П1ыми поро дами. Бьmи удалены только слабые грунты, теряющие несущую сrюсоб ность при отrаивании. Плотные валунные глины, песчано-гравийные и галечниковые оmожения, залегающие на кровле скалы, бьmи оставлены. Работа низовой призмы плоrnны была облегчена устройством противо фильтрационной завесы, проходящей по оси плотины и врезанной в 114 Рис. 5.7. Правобережная плотина Кетrл нар. Нельсон (Канада): 1 - ядро; 2 - боковые призмы; З - крепление камнем; 4 - rmотные валунные глины; 5 - песок с галькой и гравием; 6 - скала; 7 - противофилътрационная за· веса; 8- скважины дренажа; 9- дренажная призма; 1О - про садочные грунты кровлю коренных пород. Устойчивость низовой призмы и ее фWiьрацион ная прочность обеспечивались также вертикальным скважинным дрена жем в виде песчаных свай-дрен с выходом их в горизонатльный дренаж. По мнению канадских строителей~ всякое грунтовое сооружение долж но быть запроекrnровано так, чтобы сохранялось равновесие системы "ruюrnна-основание" при всех сочетаниях, при этом фильтрация воды должна быть обеспечена в допустимых пределах. Достаточный строитель ный подъем гребня шютины должен компенсировать возможные осадки. Для "талых" ruюrnн, возводимых на мерзлых просадочных грунтах, необходимо выполнение следующих условий: ядро с плотины должно быть выполнено из несуффозионного грунта гранулометрическим составом материала, обеспе1П1вающим "самоза лечивание" ядра при образоваIШи трещин; откосы земляных сооружений должны быть достаточно чтобы при оттаивании мерзлого основания обеспечивать пологими, их устойчивость в случае неравномерных просадок основания; должны быть предусмотрены мероприятия (песчаные сваи-дрены, го ризонтальные дренажные тюфяки), обеспе~mвающие отвод фильтрацион ной воды и рассеивание порового давления консолидации в оттаившем водонасыщенном глинистом грунте оснований. Аналогичные требования соблюдались при возведении правобережной IUiотины У стъ~Хантайскоrо гидроузла, перекрывающей понижение на пра вом берегу р. Хантайки [ЗО] . О с н о в а н и е п р а в о б е р е ж н о й У с т ь-Х а н та й с к о й п л о~ т и н ы представлено ледниковыми, озерно-ледниковыми, озерно-болоmыми отложениями мощностью до 30 озерными и м. В основании шюти ны удалялись озерно-болоmые отложения на всю глубину их распростра нения. а также озерные и озерно-ледIШковые отложения, имеющие теку· 115 " чую и текучеIUiастичную консистенцию. Грунты основания в основном находились в талом состоянии, однако на значительных участках встреча лись вечномерзлые грунты в виде отдельных линз, массивов и бугров пучения, которые имели как массивную, так и слоистую криогенную текс туру. В средней части основания плотины вечномерзлые грунты, как правило, имели массивную криогенную текстуру. Эти грунты оставлялись в основа нии плоmны, так как при опаивании их осадки не превышают 5-1 О%. На участке правобережной плотины в северном и южном понижениях в буграх пучения вечномерзлые грунты имели ярко выражеЮ1ую слоистую криоrеIПiую текстуру с чередованием прослоек грунта и льда мощностью 5-1 О до см. В некоторых буграх пучения встречались линзы льда мощностью 70 см. Осадка этих грунтов при оттаивании достигает более 55 %, поэто му они удалялись из основания IUiomнь1 на всю глубШiу их распростране ния. По своему температурному режиму вечномерзлые грунты основания правобережной плотины оnюсятся к пластично-мерзлым грунтам с темпе ратурой не более -0,3 ° С. Геологический разрез по оси сооружения показан на рис. 5.8. При про ектированЮ1 и строительстве правобережной плоmны особое внимание было уделено мероприятиям, обеспечивающим консолидацию и фильтра ционную прочность слабых воцонасыщенных грунтов основания. Перво начально правобережная шютина была запроектирована как земляная ШIО тина с центральным ядром из моренного грунта и дренажным банкетом, расположенным у низового дополнительные on<oca исследования упорной призмы(рис. показали, что указанная 5.9, а). Однако конструкция не обеспечивает фЮiырационной прочности грунтов основания и материала ядра шютины, кроме того, возможно промерзаЮ1е дренажа и частичный выход его из работы. У1Штывая это, между ядром и упорными призмами выполнили наклонный фильтр из естественной песчано-гравийной смеси. Наличие в основании плотины мощного слоя слабых, воцонасыщенных, суффозионных глинистых грунтов, находящихся ч~стично в мерзлом сос тоянии, потребовало устройства широкого rоризонтального дренажа с двухслойным обратным фильтром, расположенным (в целях сохранения его в талом состоянии) непосредственно за ядром шютины(рис. 5.9, б). Плотина бьmа запроектирована по талому типу, несмотря на то, что в ее основании частИtП-10 бьmи оставлены мощные линзы вечномерзлых грун тов, допускающих их оттаивание в процессе эксШiуатации шютины. При нятый вариант оказался достаточно обоснованным технико-экономичес кими расчетами, так как удаление вечномерзлых грунтов, лежащих в ос новаЮfи центральной части шюmны, резко увеличивало бы объемы работ, а создание crmounюй мерзлотной завесы в ядре, особенно в основании rmотины) потребовало бы зна'Пtтельных затрат как в период строительства, так и в процессе ее эксrmуатации. Второй особенностью принятого варианта является необходимость за щиты основания шюrnны от разрушения фильтрационным потоком. Для этого непосредственно за ядром шютины выполнен заглублеЮ1ый в осно ваЮfе горизонтальный дренаж с двухслойным обраmым фильтром. Нали- 116 б5,О 50,О 50,0 L L w.o L L L L ...J L L 30,0 L L L L L L L L L L L L Ц8нmральная часть Южное понижение ---е Рис. 5.8. Геологический разрез по оси правобережной IDio-mны Усть-Хаитайской ГЭС: 1 - lpQ4 - оэерно-болотиые отложения; 2 - dQ4 - делювиальные отложения; З - lQ3_4 - озерные отложения; 4 - lqlQз оэерно-лед.никовые отложеШfя; 5 - q Jg Q3 - ледниковые отложения; 6 - /ЗГ, mQиx - коренные породы; 7 - граница вечномерзлых пород; 8 - отметки дна котлована • 7 р } ' ~.:f ·;;'~ . ' ~. ' ' ' . ' 8' ~ '7>Тrfl//)>';P J /j/ f,/'///' " ... ' .'/ ' ,' " • . • " _,. ,' / 1' - - "- ff//'/,{'/7,r..y.:f"/,?;'f J' ·11..-_ •• и; ' ' : , ', 1/ J .{ /... ' ... / '.-?lqlQ3' / ,.' ' /. /' .. / ' / "/7') / ?' ·" . ' .. ' ,· ///'/.t·.77 'l < - • . ' , .• 0 .,t " . ' Рис. 5.9. Поперечный разрез правобережной rmотины Усть-Хантзйской ГЭС: а - по первоначальному проекту; б - осуществленная конструкция; 1 - ядро из моренных грунтов; 2 - гравийно-галечниковые грунты; 3 - песчано-гравийная смесь; 4 - каменная наброска; 5 - гравий фракции 10-80 мм; 6 - песок круп ностыо до 2 мм; 7 - горная масса известняка; 8 - вечномерзлые грунты основа ЮIЯ; 9 - грунты полезных выемок; 1О - верmкальный разгрузочный дренаж; 11 - дренаж консолидации чие развитого дренажа способствует консолидации основания, сложенного слабыми водонасыщенными грунтами, и предохраняет его от суффозион ного разрушения, особенно в той части, где при оттаивании вечномерз лых грунтов возможны неравномерные просадки, обусловлеЮiые тем, что в толще непросадочных вечномерзлых грунтов встречаются небольurnе линзы (диаметром 3--4 м) сильнольдистых просадочных грунтов. Проведенные исследования показали, чrо при наличии проницаемых упорных призм слабые глинистые грунты основания успеют консолиди роваться в строительный период и основная часть парового давления консолидации рассеится до окончания строительства. На остальных участках правобережной плотины для ускорения консо лида:щrи основания под низовой призмой бьm предусмотрен вертикаль ный дренаж в виде скважЮI глубиной 10-15 м диаметром 30 см, засыпан ных мелкозернистым отказались, так песком. Впоследствии от дренажа консолидации как основание успело консолидироваться в период стро· итепьства до принятия напора. Существенную роль в этом сыграли пес~ чаные прослойки в основании IDiотины, обнаруженные при более деталь· ном геологическом исследовании. Для снятия ocтaтotffiьrx напоров на низовой откос на участках ruютины, где под слоем слабопроницаемой rлюiы находились более проницаемые лед;никовые отложения и разрушенная кровля коренных пород, запроек тирован вертикальный разгрузочный дренаж с заглублеЮ1ем скважЮI в 118 _"-,' 5 .1 О. Конструкция вер'!Икалъного дренажа: 1 - утепленный оголовок скважины; 2 - Рис. упорная призма mюти:ны; 3 - перфорированный участок трубы покрытый капровой сеткой; 4 - горизонтальный дре наж плотины; 5 - глинистые грунты основания; оцинкованная -труба диаметром мм; 159 грунты основания; 8 - бетоннЬiй: замок; 9 диаметром 132 мм в коренных породах; 6 - моренные 7- скважина песча - 10 - ная засыпка обсадного пространства коренные породы на м (рис. 5 5 .1 О) . РасстояЮtе между скважинами определялось моделироваЮ1- ем и колебалось от екrnровано вода из 80 10 до 50 м. Bcero скважин. проницаемоrо было запро Профильтровавшаяся слоя основания через перфорацию в трубе поступает в rоризонтальную дрену из отсортированноrо гравия. Разгрузочный дренаж является частюnю и дренажем консоли дации:, так как затрубное пространство скважин засыпано крупнозернистым песком. Гранулометрический состав грунтов, уложен ных в фильтры плотины, показан на рис. % {ЛLJHa Песок Лыль !00 :7 '~ ~" l1 '"\. 11'' ~' 80 ~к J. k-h-. !< R,~~- h '- .. г~ . '' . -~ '° •:'J ./ ii:· J ~ f\ _J -- ['-, ~ ~ ' ,--;__, !:. 1~ 1.1 " 20 ·. . ~ ,j ~ i....- ~ '- ~ 5 ~::: \.1~ . 10- 1 . Jv v . "~ f"\.lJ ' tJ<• '+0 2 11 " ·5 ~" ./ - ~ --=-~-~ - ~ -- 1,0 _,_ ... " ..__,,, )- "' !.f __ L" /- f\ 11~ ~ L. --- - - ------; 11 . 1· "~ ... 2 ~k ~- ~/ ~- - ~ ,- f/1-- ь.J j .· ~ 1-· 1 ' - L.. ...."i.[/' 5 10 z ~~ )- L~-::: rJ ~ . ~~ 1/ 11 1а . . . !-... ~ / J 'г;?' Валуны Галька Гро8ш1 1 \~ / 60 5 .11. z 5 10 2 z ДuaмtJmJJ qастиц, мн Рис. 5 .11. Гранулометрический 1, la - мелкозернистый и состав материалов, уложенных в фильтры mюrnны: сортированный песок, уложенный в первый слой фильтра горизонтапъного дренажа; 2 - nесчано-гравелистый материал, уложенный во второй слой фильтра горизонтального дренажа и насланный фильтр; 3 - сорти рованный гравий, уложенный в дренажную призму 119 Ядро правобережной плоmны выполнено из морены, представляющей собой супесчаный суглинок с крупноскелетным заполнителем. Первый слой фильтра rоризонтального дренажа уложен из тонкозернистоrо песка, а на отдельных участках ностью не более 20 - из сортированного гравелистоrо песка круп мм; второй слой фильтра горизонтального дренажа и переходная зона между ядром и низовой призмой выполнены из песчано гравелистого материала. Дренажная призма отсыпана из сортированного гравия крупностью мм, упорные призмы rmотины 10--150 - из граве листо-галечникового грунта и наброски из камня-известняка. Заложение откосов упорных призм было прm1ято из условий устойчи вости грунтов основания: для верхового откоса в среденм низовоrо 1:3,5 и Д.тJЯ Верховой откос yкpeJUJeн каме1П1ой наброской из полезных 1 :3. выемок. Между каменной наброской и упорной призмой уложена пере ходная зона из сортированного гравия крупностью 10-80 мм. Для перехвата профилыровавиmхся вод в понижениях бьmи сооруже ны насосные станщm, поскольку свободный сброс воды в нижний бьеф в условиях длительной суровой зимы требует выполнения дороrостояJ.ЦИх мероприятий, препятствующих образованию наледей. Как показывают результаты наблюдений за эксrmуатацией плоnmы, принятые меры обеспечивают несущую способность основаЮ1я. Сопоставление времени консолидации грунтов основания со сроками принятия rmomнoй расчетной нагрузки позволили обосновать технологию предварительной предпостроечной консолидации слабых грунтов основа ний весом mюнерных насыпей, отсыпаемых с опережением сроков приня тия mюrnной напора. При подготовке р е й с к о r о r о с н о в а н и я и др о узла б е р е г о в ы х п л о т и н К у был применен эффективный способ улуч шения свойств грунтов основания. Основание болотнЬ1х этих плотин отложеЮ1й, представлено заполнивших значительной старое русло р. толщей озерно Курейки. Толща рыхлых пород (суглинки, супеси, мелкозернистые пески, глины) сверху прикрывалась слоем торфа до 10 м. Поиски рациональной технологJШ · подrотовки основания плотин ве лись по следующим направлениям: исследование строительных свойств толщи рь~хлых пород после ее консолидации с целью оставлеЮ1я в основании плотин как можно боль шего количества предполагаемого к удалению грунта; предварительное упрочнеШiе грунтов оснований весом пионерных отсыпок; разработка рациональной технологии удаления мягких грунтов, вскры тия основания и отсыпки нижней части плотин. Д:Ля проверки консолидации грунтов оснований были сделаны опыт ные насьнm, из оснований которых через определенные промежутки времени отбирались пробы грунта. В табл. 5.1 приведены данные НИС Гидропроекта об изменеЮ1и физи ко-механических свойств грунтов оснований реннеrо трения 120 tg ip и (коэффициент угла внут сцепления с) после их консолидации. ------- ~·~ - Таблица 1979 г. 1984 5.1 г. Грунт tg <Р tg с <Р с Озерно-болоmые отложения: супесь суглинок глина 0,25 0,20 0,176 о 0,25 0,25 0,25 0,2 0,24 1 1 1 0,49 0,4 0,35 1 3 3 0,35 0,4 0,45 0,45 0,45 3 0,5 0,5 1,5 1,8 Флювиогляци:онные отложения: супесь супесь суглинок суглинок суглинок По результатам мягких грунтов о о 1,1 1,5 исследований объемы предполагаемых к были существенно уменьшены удалению и свелись к удалению только торфа. Поскольку береговые 1U1отины Курейскоrо гидроузла воз водились с опережением создания напорного фронта и принятия ими расчетного напора, грунты оснований могли консолидироваться в тече ние 5-7 лет, улучшая свои строительные свойства. На основании анализа схем подготовки оснований плотин, сложенных мягкими с талыми мерзлыми наиболее тать и мерзлыми просадочными грунтами, чередующимися линзами и таликами, эффекrnвной упрочнение схемой слагающих их можно сделать подготовки грунтов следующие оснований предварительным выводы: следует счи оттаиваJШем с последующей консолидацией весом отсыпаемых насыпей. Ддя уско рения консолидации следует устраивать песчаные дрены и горизонталь ный дренаж; необходимо также изучить возможности упрочнения мягких грунтов различными известными способами: цементацией, силикатизацией, гли низацией и т. д.; при расчете устойчивости сооружений необходимо ущпывать измене· ние свойств грунтов оснований во времениt принимая во внимание дли· тельный (5-6 лет) период создания напорного фронта; для со.хранения оснований в талом состоянии при рассмотрении вари антов производства работ по разработке котлованов необходимо шире применять методы разработки грунтов из-под воды и отсыпку нижней часm плотины в водуt как это имело место при возведении мотин Усть· Хантайского и Курейского гидроузлов. 5.4. Разработка слабых обводненных грунтов при подготовке оснований плотин При подготовке оснований мотинt сложенных слабыми водонасыщен ными грунтамиt чередующимися с линзами мерзлых грунтов, возникают значительные трудности при разработке талых обводненных грунтов в любое время года. 121 .. ' Разработку таких грунтов рассмотрим на примере по,цrотовки осно вания правобережной Шiотины Усть-Хантайской ГЭС. Основание JUiотины по топографическим и геологическим условиям можно разделить на ряд характерных участков: северное примыкание, rде IU1отина имеет незначительную высоту и основанием служат трещиноватые долериты и озерно-болотные супеси и суглинки, частично находящиеся в мерзлом состоянии; северное пониже1mе, где высота плотины достигает нием служат супеси и суглинки, частично стоянии с льдистостью, доходящей до на этом участке достигает 80%. находящиеся в сл1жат супеси и суглинки, находящиеся 7-10 в и ледниковые отложения, мерзлом состоянии. Залегающие выше болотные отложения мощностью до 16 мерзлом м и основа состоянии; м; южное понижение, где высота плотины составляет озерные со м; 6,5 мощность мерзлых грунтов составляет служат мерзлом Глубина выемки под плотину центральную часть, где высота rmотины не превышает нием м и основа 33 м, основанием 22 частично находящиеся в этих грунтов торфы и озерно м по проекту подлежат удалению; 8 южное примыкаюrе, где высота плотины достигает 12 м и основанием являются мерзлые ледниковые отложения. Общего том водопонижения при помощи глубинного водоотлива проек не предусматривалось, так зимы и слабодренирующих грунтов в мерзлом состоянии, как организация в условиях цлительной суровой основания, частично глубинного находящихся водопонижения пред ставляла значительную трудность, и ее эффекrnвностъ вызывала сомне Юfе. Разработка :t<отлована производилась под защитой открытого водоотлива. На различных геологических участках условий в зависимости от конкретных инженерно применялись различные способы производства работ. Так, в южном понижении использовались драглайны на базе экска ватора Э-652, которые из-за Imзкой несущей способности грунтов рабо тали с пионерных дорог, отсыпанных из гравийного или скального грун та. Экскаваторы шириной около продвигались 20 по этим дорогам, разрабатывали карту м и производили разборку дороги за собой. Однако экскаваторы Э-652 не обеспечивали необходимой интенсивности работ, рабочие параметры их не позволяли произвести выемку грунта на всю требуемую высоту и требовалась дополюtтельная доработка основа Юtя. Сооружение пионерных дорог и их последующая разборка требовали значительных дополнительных затрат. Были сделаны попытки примеЮ1ть гидромеханизаЩiю, но наличие сезонной мерзлоты, цлительная зима со снежными заносами и значитель ные объемы вечномерзлых грунтов в виде линз и бугров пучения не позволили эффективно использовать этот способ. Большая эффективность при разработке слабонесущих обводненных грунтов была ЭКГ-4,6, оборудованных могли 122 работать получена только при использовании экскаваторов Э-2005 и прямой лопатой. Однако такие экскаваторы со сплошного настила из металлодеревянных L ~аней, уложенных грунта. Конструкция сланей оказалась более экономичной и долговеч ной сравнению применявшимися ранее металлическими сланями. по на с метровую подсыпку Разработка вечномерзлых грунтов ваторами ЭКГ -4,6 без гравийно·rалечникового слоистой текстуры велась экска предварительного рыхления, кроме небольших зон вечномерзлых и сезонно-мерзлых грунтов с небольшой льдистостью и температурой грунта ниже -1,5 + -2 °С, где для рыхления требова лись буровзрывные работы. Разработка льдистых грунтов в буграх пучения, лежащих на талом основании, представляла зна1В:1тельную сложность. Как правило, буrры пучения подстилаются слабыми, тонкозернистыми песками, по которым происходит постоянный подток воды. Грунты находятся во взвешенном состоянии и поэтому не имеют несущей способности, а для разработки вышележащих мерзлых грунтов требуются значительные усилия, кото рые еще больше способствуют разжижению основания. Для обеспечения возможности работы экскаватора приходилось увеличивать толщину гравия, подсыпаемого под слаЮ1. При малейшей неосторожности обслуживающего персонала экскава торы погружались в разжиженный грунт иногда до пультов управления. Вытаскивание нутонувшихн экскаваторов осуществлялось, как правило, с помощью другого экскаватора, заанкерного с запасовкой через двад цатикратный полиспаст. Иногда д,ля вытаскивания экскаваторов их при ходилось разбирать на отдельные агрегаты. Выемку грунтов начинали с mюнерных проходок дренажных проре зей и устройства зумпфовt движеЮ1е экскаваторов осуществлялось сЮ1зу вверх (рис. 5.12). Зумпфы в зимнее время оборудовались электроки пятильЮ1ками, а трассы водоводов, длина которых достигала м, 300 подогревались. Бьmа принята следующая последовательность отработки основания. Экскаватор с одной стоянки разрабатывал грунт на длину рукоятки, затем вскрытое основание свидетельствовалось геотехническим конт ролем и геодезической службой строительства и если грунты соответ ствовали требованиям техЮIЧеских условий, то основание прикрывалось метровым слоем гравийно-галечЮ1ковоrо грунта. Экскаватор укладывал перед собой слани на вновь отсыпанный грунт и перемещался на вперед .для разрабо~:ки следующего забоя. ватора Э-2005 с вмесrnмостью ковша 2,5 м м Такая цикличность работы резко снижала производительность экскаваторов: 3 2-4 сменная норма экска составляла всего 350 м 3 /сме ну. Основная причина такой низкой производительности заключалась в том, что все технологические операции (выемка, отбор проб, отсыпка прикрывающего слоя) выполнялись на одном горизонте забоя. Наибольшую трудность представляла выемка грунта текучей кон систенu.ии. Такой грунт полностью вытекал из ковша экскаватора, а при транспортировке и из кузова автомаllnt.ны. Применение растворонасосов вследствие малой их производительности оказалось неэффективным, особещю в зимнее время. Единственным приемлемым способом выемки таких грунтов в сложив1Ш1Хся условиях явились добавление к ним сухого грунта и их последующая совместная разработка. При разработке 123 Рис. 5 .12. Схема разработки котлована северного понижения правобережной плоти ны У сть-Хантайской ГЭС: 1 - вечномерзлые грунты, "бугры пучения"; 2 - передвижные насосные; 3 - контур яцра 1V1отины отдельных зон котлована на лять до 2 м3 сухого грунта. 1 м 3 вынутого грунта приходилось добав Опыт строительства показал, что выемку мягких грунтов более целе сообразно производить в зимнее и весеннее время. В летний период произ водительность механизмов, занятых на выемке, резко снижается. Откосы забоев нередко оплывают, а возрастающий приток воды разжижает разра батываемые грунты, затрудняя их экскавацию. Для свободного движения автомашин в до отдельных случаях приходится отсыпать слои толщиной 2 м rравийно-гзлечниковоrо или скального грунта. В зимнее время общий приток грунтовых вод в котлован уменьшается, откосы подмерзают и становятся более устойчивыми. Промерзnmй уло женный метровый слой гравийно-rале1D1Икового грунта обеспе1П1вает перемещение механизмов и автотранспорта. Движение автотранспорта и механизмов по поверхности отвала мяг кого грунта в течение теплого и значительной части холодного периода было невозможно, поэтому на поверхность отвала отсыпался слой скаль ного грунта. Расход скального грунта досmrал 200 м 3 на 1ООО м 3 выем ки, что значительно удорожало ее стоимость. Много дискуссий вызвали требования, предъявленные к состоянию грунтов основаЮ1й. Первоначально требовалось, чтобы перед укладкой 124 грунта в тело плотины основаЮfе наход;илось в талом виде, за исключе Ю1ем участка, где в основании шютин оставлялись вечномерзлые грунты. Укладку грунта на сезонно-мерзлый производить только после ero грунт основания предполагалось оттаивания на глубину не менее 30-40 см, а подrотовку основания вести в весенне-летний период, прикрывая осно вание после этого слоем грунта толщиной не менее м, что приводило 3 к значительному удорожанию работ. Однако по мере накоIUJения опыта бьmо в решено произво,цить верховую и отсыпку низовую призмы rравийно-гале'Пlиковых на сезонно-мерзлое основание грунтов при усло вии отсутствия в грунтах слоистой криогенной текструры. Укладка го ризонтального дренажа глубю;у не более допускалась при промораживании грунтов на 30 см. Принятая схема разработки основания и его постоянное обводнение способствовали сохранению большей часm основания в талом состоя юm, поэтому специальных мероприятий, обеспечивающих сохранение грунтов основания в талом состоянии, не требовалось. Допускалась укладка грунтов тела плотины на основаmtс, которое вследствие стеJЩИи. постоянного Опытное подтока воды разжижалось до текучей конси шурфоваюtе на таких участках показало, что про слойки грунта толщиной 30-40 см после отда'Пt. воды в проницаемые упорные призмы успевали консолидироваться за 3-4 мес (30]. Наибольшую ядро imотинь't, сезон. В грунтов сложность представляла подготовка основания под которую необходимо было выполнить за один зимний начале зимы предполагалось произво,цить выемку мягких с прикрытием основаmtя от промерзания метровым слоем гра вийно-галечниковоrо грунта, а в конце зимы уложенный слой убирать драглайнами и на вскрытое основание укладывать талую морену (рис. 5 .13). Однако уложенный обводненный rравий быстро промер зал и при разработке требовалось ero рыхлеmtе буровзрывным спо собом. Разработку прикрывающего слоя намечалось производить при тем пературах наружного воздуха до -30 ° С. Но при укладке морены кар тами площадью всего 20-30 м 2 в стесненных условиях трудно обеспе чить высокое отдельными качество картами ядра моrла плотины, поскольку образоваться на контактах "бахрома" из между мерзлых комьев морены, которые могли быть очаrами сосредоточенной трации, а постоянное образование наледей моrло привести филь к скоШiе IШю льда в ядре. Для упрощения технологии подготовки основания после выемки мяr ких грунтов, подлежа1Щ1Х удалеЮ1ю, в качестве прикрывающего слоя бьmо предложено использовать мерзлый моренный грунт, который после электропроrрева (рис. предполагалось уплотнить до проектной плотности 5.14). Вскрытое основание карты IUiощадью не более 10-20 м 2 прикрыва лось полуметровым слоем морены) которая немедленно разравнивалась и уплотнялась бульдозерами. Затем на морену укладывались металла· деревянные щиты, и экскаватор перемещался для разработки следую щеrо забоя. 125 N О\ / Рис. 5.13. Проекrnая схема отработЮt основания под ядро ПЛОТИНЬI в зимнее время: 1- рuрlботка котлована с fКРЫПfем OCII0841DU: цра гравНRио-rапе'lllНковыми Гр}'ИТВми; 2 - буренке •амерэПП1Х rрввиRко-rапеч Нllковых rpymoв 381ЦВТНоrо слов сnиками БМК и удаJJеняе З111ЦИТИоrо слов цраrрdиами с О111озко11 rрунта в отвал; З- уклодка мо рены в ядро mотииы вспец за вскрытием основаJ1ИJ1 Рис. 5.14. ФаК"ПfЧеская схема отработки основания под ядро правобережной 1D1011fНЫ: 1 - разработка котлована с одновременным укрытием основания ядра мерзлой мореиоА; 2 - электропрогрев морены; 3 - уплот- нение морены тракторами-болотоходами .<": ,~ Для прикрытия использовалась морена, разрабатываемая непосред ственно в карьере. Поскольку температура морены была близка к ну лю, она быстро промерзала и вьщерживала механнзмы и автотранспорт. Результаты однородную комковатую кристаллов грунта шурфования льда и снега. производились показали, что структуру с уложенная морена имеет не отдельными Дпя обеспечения электрообоrре:u вкраплениями монолитности морены и уложенного последующее ее уплотнение тракторами. При подrотовке к электрообоrреву поверхность уложенной морены nцательно очищалась от льда, снега и обрабатывалась раствором хло ридов. При помощи пневмоударников электрод;ы диаметром 12-20 мм забивались в мерзлый грунт с шагом 0,7 х 0,7 м. Электрообоrрев осуще ствлялся под напряжением 380 В. Граннцы карт перекрывали друг друга. Карта площадью 250-300 м 2 отогревалась в течение 3-4 сут. Контроль жин. за После ность электропрогревом осуществляли при помощи термосква отключения допошштельно электроотоrрева электроды убирали, поверх обрабатывали хлоридами и грунт уплотняли тракторами. В результате такой обработки уложенный материал обладал монолит ной однородной цаемость. товыми структурой грунта, обеспечивающей его водонепрони Поскольку из-за допошrnтельного увлажнеIШя морены грун водами добиться требуемой rтотности по мелкозему, равной 1,6 г/см , было сложно, в нижней части ядра rтотность грунта была 3 снижена с учетом последующей консолидации. После укатки отогретой морены тракторами на нее укладывали талую морену, доставляемую из бурта. По такой технологии было отогрето в течение 1,5 мес около 3 10 тыс. м морены, что обеспе1.fifло подготовку основания ядра rmотины. Известно, что за рубежом предпочитают выполнять работы по подго товке оснований на заторфованных участках также зимой по специаль ной технологии в соответствии с имеющимся парком строительных ма llШН и механизмов. Так, на ГЭС Кеттл, где часть оснований сооружений расположено на болотах, торфяIШках, чередующихся с мерзлотой, зна щпельные объемы работ выполнялась зимой, когда замерзlIDfй грунт выдерживал тяжелые мехаШ1змы и оборудование дЛЯ разработки и транспортировки грунта. Это оказалось более экономичным, чем про стои механизмов в длительный зимний период. Выемку талых водонасыщенных грунтов произвоципи только зимой, так как летом из-за оттаиваЮ1я мерзлого грунта пришлось столкнуться с трудностями. Мерзлый грунт разрабатывали без буровзрывных работ рыхлением мощными бульдозерами, а затем отвозили скреперами в отвал. Слабые талые грунты разрабатывались слоями по мере их замер зания. На вскрытое талое основаюtе с целью уменьшеШfя дальнейшего промерзания сразу же укладывались rрунты, слагающие тело IUiотины. При подготовке основания правобережной плотины Усть-Хантайской ГЭС огромные трудносrn возникли при разработке обводненных грун тов, 128 переслаивающихся с линзами мерзлоты, так как для разработки потребовалось применеюtе мощных экскавато~ов, оборудованных пря мой лопатой с вместимостью ковшей м 2,5 - 4,6 . Технология подrотовки оснований упрощается, когда линзы мерзло ты отсутствуют и ]J)JЯ разработки сезонно-мерзлых заторфованных грун тов и торфов можно применять более легкие экскаваторы, оборудо ванные цраглайнами и обратными лопатами. Такое решение бьmо при нято для подготовки основания правобережной плотины второго пони жения Курейскоrо гидроузла (рис. 5 .15). Выше указывалось, что на основании исследований свойств грунтов после их консолидации в основании шютины были оставлены слабые обводненные грунты с последующей их консолидацией под весом пло тины. Поцrотовка основания правобережной шютины заключалась в уда лении торфа и заторфованных грунтов с пионерных отсыпок. Для этой цели первоначально непосредственно на торф по низовому откосу пло тины был отсыпан скальный банкет, с которого и началась разработка торфа. По мере разработки торфа в цокольную часть плотины пионерным способом в воду отсыпалась гравийно-галечниковая смесь с песчаным и супесчаным заполнителем. для разработки торфа применяли драглайны с вмес1имостъю ковша 2,5 м 3 и экскаваторы с гидроприводом, обору дованные обратными лопатами с вместимостью ковшей 1,6 м 3 . Приме нение таких экскаваторов позволило разрабатывать торф в зимнее вре мя без буровзрывных работ. Этому способствовало понижение уровня грунтовых вод, сброса воды в орrаЮ1зованное естественные с помощью специальных прорезей и понижения. При понижении уровня воды слаборазложившийся торф легко отдавал воду, что уменьшало его про мерзание. Этому способствовало сохранение снежного покрова на раз рабатываемых территориях. Всего за шесть месяцев весенне-зимнего периода бьmо удалено 234 тыс. м 3 торфа. Контрольное бурение показало хорошее часm плотины с основанием; качество контакта ЮIЖНей во всех скважинах прослои торфа отсут ствовали. За время возведеm1я нижней части Шiотины осадки основания составили 0,5-0,7 м. Интенсивность по отсыпки плотины в последующем контролировалась данным деформаций основа1mя и рассеива1mя парового давления. Интенсивность роста IUiотины по высоте не превышала 3-4 м/мес. Необходимо отметить, что подземный контур основания этой плоти ны запроекmрован необычно, поэтому следует вести nцательные на блюдения за плотиной в период эксплуатации, чтобы сделать обоснован ные выводы о правомерности принятых решений. В частносm, экран пло тины (верховая часть упорной призмы), отсыпанный из обогащенноrо суглинком rравийно-rалеЧЮtкового грунта, не перерезает более прони цаемую цокольную часть 1U1от1mы и не сопрягается с естественным осно ванием. Так, коэффициент фильтрации нижней (цокольной) части пло тины колеблется от 0,3 до 60 м/сут, тогда как коэффициент фильтрации экрана составляет от 4 до 19 м/ сут. Под понур экрана заходит слой остав ленного в основании слаборазложившеrося проницаемого торфа. Учиты вая пестрое 9 -Зак. 1820 rеолоrическое строение грунтов основания, когда менее 129 96,5 --=- HR!I ~1-в Рис. 5.15. 1- 95. О 97. J ~-9 ПопереЧНЬIЙ разрез правобережной ШIОТИНЫ второrо понижения Курейского rnдроузла: обогащенный суглинком гравийно-галечниковый грунт с супесчаным заполнителем; но-галечниковый грунт фраJЩИИ = 0,3 ФПV 10-200 мм; 4 - 2- песчано-гравийный грунт; гравийно-гаnечниковый грунт с супесчаным заполюrrелем; 5 - 3- гравий горная масса, d 50 == м; 6 - цокольная часть плотины из гравийно-галечииковоrо грунта с супесчаным заполнителем; 7 - слаборазложившийся торф; 8 - глины озерно-болотных отложений; 9 - суглинки озерно-болотных отложений; 1 О - пески озерно-ледниковых отложений; 11 супеси озерно-ледниковых отложений; 12 - гравелиС'IЫе суглинки озерно-ледниковых отложений; 13 - коренные породы ••••s•••••••t1••--".- ------------------~ - H'l проницаемые слои (суглинки, ленточные глины) подстилаются проницае мыми толщами морею1ых и галечниковых грунтов, работу конструкции облегчил бы дренаж низовой призмы. Следовалр бы более пцательно запроектировать дренажный тюфяк с обратными фильтрами в основание скального дренажного банкета по низовому откосу плотины. ГЛАВА 6 БЕТОННЫЕ РАБОТЫ ПРИ СООРУЖЕНИИ ГИДРОУЗЛОВ В СЕВЕРНЫХ УСЛОВИЯХ 6.1. Основные принципы зимнего бетонирования В Советском Союзе в связи с относительно холодным климатом на значительной территории страны и стремлением ликвидировать сезон ность в строительстве вопросами зимнего бетонирования на гидротехни ческом строительстве начали заниматься еще в 20-е годы. По мере раз вития теоретических исслецоваЮ1й и накопления пракrnческого опыта объемы бетона, укладываемого в зимнее время, постояЮiо увеличива лись. Так, если в зимнее время на строительстве Свирьской ГЭС было уложено 18% объема бетона, то уже при сооружении Цимлянского гид роузла и канала Волго-Дон зимой было уложено 25% объема бетона, а на строительстве Волжской ГЭС имени В. И. ЛеЮ1на зимой было уло жено около 40% объема бетона. При возведеЮ1и Мамаканской, Брат ской, Усть·Илимской и Красноярской ГЭС зимой укладывалось до объема бетона, при сооружении Вилюйской, Устъ-Хантайской и Ко· лымской ГЭС объем зимней укладки бетона возрос до 60%. В настоящее время технология зимнего бетонировЗЮiя достаточно 55% хорошо отработана и требовЗЮ1я к ней изложены в нормативных до кументах. Основное блюдении требоваЮ1е заданного к зимнему бетонироваюiю заключается в со температурного режима на всех стадиях техноло гического процесса: при приготовлеюш бетоююй смеси, ее транспорти ровке, укладке и выдерживаЮ1и до набора проектной проtDiости бетона. Требование по температурному режиму бетона ведет к удорожению стоимости зимнего бетонирования по сравнеЮ1ю с летними способами. В эависимосm от конкретных природно-климатических условий строи тельства, видов стоимости конструкций и методов ведения работ, а главное, от электроэнергии, тоIUiива, воды, пара, сжатого воздуха удоро жание может достигать значительных размеров. Технология зимнего бетонироваюtя, отработанная при строительстве крупных гидротехнических сооружений в Сибири и на Крайнем Севере, включает: регулирование температуры бетонной смеси путем подоrрева ее составляюUD1Х; применеюtе специальных утеIUiенных транспортных средств, сЮ1жающих теплопотери бетона при его доставке к месту укладки; укладку бетонной смеси в обогреваемых тепляках и шатрах, обеспеtПfвающих работу людей и механизмов в приемлемых температур- 131 - "- •• ных условиях; лителем, менеюrе ки при добавок, ператур; применение утеШiенной опалубки с эффекmвным утеп обеспечивающим твердение бетона по методу "термоса"; при периферийного электрообогрева, облегчающего работу опалуб бетонировании по методу "термоса''; применеЮ1е различных позволяющих бетону твердеть в условиях отрицательных тем регулирование температурного режима бетонной кладки в пределах допустимых параметров между ядром и гранями блока. Для расчета нормального термовлажностного режима приготовления и укладки бетона исходной является температура бетонной смеси в момент укладки его в блок. Причем эта температура в зависимости от типа конструкции, методов бетоЮfрования и экзотермического разогре ва цемента будет различной в одинаковых природно-климатических условиях. Так, при бетонировании массивных блоков важно обеспечить минимальный температурный перепад между ядром блока и его охлаж денными наружными поверхностями; при бетонировании тонкостенных конструкций, прискалыrых блоков, особеюю в условиях мерзлого со стояния, наоборот, нужно максимально поднимать температуру уклады ваемого бетона с тем, чтобы обеспечить его нормальный температурный режим. С этой целью температуру бетона поДЮ1мают до того, 25-30 °С, более в ряде случаев применяют дополнительный электроразоrрев бето на в специальных установках до 60-70 °С. С целью уточнения температуры бетонной смеси на всех крупных строительствах определяются тепловые потери бетона при его транспор mровке с бетонного завода к месту укладки, а также заполнителей при их перемещении от бункеров бетона. Многолетние бетона в подогрева и в процессе приготовления наблюдения обогреваемых показали, кузовах что при автомобилей транспортировке грузоподъемностью 4-5 т снижение температуры составляет до 2 ° С при температуре наруж ного воздуха до -40 uC, а температура крупных заполнителей при дви жении на транспортерах снижается на 8-12 °С. Требуемая температур(! бетонной смеси на ее выходе с бетонного завода определяется исходя из теплового баланса составляющих бетонной смеси Теплоемкость составляющих бетона приведена в [27). табл. 6.1. Таблица 6.1 Составляющие бетоююй Теплоемкость по cpai:J- Теплоемкость бетонной смеси ненюо с щебнем, % смеси. % общей тепло емкосm Щебень Вода Песо1< Цемент 100 64 58 23 41 26 24 9 Несмотря на то что щебень является наиболее теплоемким материа· лом, его нагрев из-за малой удельной поверхности связан со значитель нъ1ми трудностями. В ряде случаев достаточен наrрев воды и песка, так 132 1 1 ! как они составляют около 50% общей теплоемкости смеси. Цемент, как правило, не подогревают. На гидротехнических строительствах при температуре наружного воз духа до -1 О 0 С регулирование температуры бетонной смеси на выходе ее из бетонного завода обеспеtmвается только с помощью подогрева воды до 70-90 ° С (в зависимости от вида применяемых цементов). С пониже юtем температуры наружного воздуха требуется подогрев песка и круп ных заполнителей. 6. 1 На рис. показана номограмма Д)lЯ определения температуры со ставляющих бетонной смеси в зависимости от температуры наружного воздуха и необходимой температуры бетона [27). Температура бетонной смеси на выходе из бетонного завода устанавли вается с учетом строительства бетонируемой конструкции. разрабатываются технические Для каждого условия на крупного производство бетонных работ, в которых устанавливается температура бетонной смеси. дllя строительства Красноярской ГЭС было установлено: fбет.см lн.в -10 -20 -30 -40 о о о о с .... "...... "........ . с." .......... " ....... . с .. "."."" ...... ".. " с .... """"" ... ".". о От 7 до 9 С От 9 до 11 С От 11 до 13 С От 13 до 15 С о о о Зависимость температуры бетонной смеси от температуры наружного воздуха, принятая на строительстве Усть-Хантайской ГЭС, дана на рис. 6.2. По американским нормам разрешается зимняя укладка бетона при температуре наружного воздуха не Ю1Же -18 °С; для тонкостенных кон струкций рекомендуется температура бетона 10-13 ° С; д;Iя массивных конструкций 4,5 ° С. Отечественная практика зимнего бетонирования убедительно подтвер дила возможность ведения бетонных работ при более низких температу рах наружного воздуха. На строительстве Усть-Хантайской ГЭС бетонная смесь приготовлялась двумя бетономешалками С-302А вместимостью по 1200 л. Производи 3 тельность бетонного завода достигала 15 ,5 тыс. м /мес. С наступлением отрицательных температур наружноr<> воздуха Д)1Я приготовления бетон ной смеси использовалась горячая вода с максимальной температурой 70 °С. С конца сентября, как правило, применялся подогрев заполни телей. ЗаполЮfтели подогревали в закрытом полубункернС1-эстакадном складе, но поскольку достичь заданной пролу~кали через сушильный температуры не удавалось, их барабан с обогревом горя'Шм газом от сжигания жидкого топлива. Сушильные барабаны показали высокую эффективность. Они довольно просты по конструкции и надежны в ра боте, применение дымовых газов с повышенной температурой ускоряет теплообмен и повышает производительность установок. Их можно объеди юпь в единый непрерывный технологический поток приготовления и укладки бетона. 133 t°C 1 t 0 С 1 100.--------.---г--.-----.----. .,___ ___,~tбет.см= tн.8 А 0 1------1 tцемвнmа = D С А= 10°С(заiJается '""""'""---1 ТУ 5 1-+---+---J-+-++-+--+---+---f~+-+--+-i о стрриrпельст!Jа) -10 - 30 _..__~ [ -zo л Л1 у JV Vl Vll vm lX х Xl Xll Месяцы Рис. 6.1. Номограмма для определения составляющих температур дnя бетона <tводы и t 33 п) в эависимосm от температуры наружиоrо воздуха tн.в и необхо.ци мой температуры бетонной смеси tбет.см Рис. 6.2. Зависимость температуры бетонной смеси от температуры наружного воздуха в условиях строительства У сть--Хантайской ГЭС: температура бетонной смеси при выходе из бетономешалки; 2 - то же после транспорmровки; 3 - то же в перекрываемом слое; 4 - температура наружного 1 - воздуха При бетонироваюш массивных сооружений в летнее время возникает необходимость охлаждения бетонной смеси. Начиная со строительства Бухтарминской и Братской ГЭС Оргэнер изучался температурный режим блоков бетонирования для гостроем разработки мероприятий по эффективному охлаждению бетонной смеси на заводе в летнее время или подогреву заполнителей в зимнее время, подготовки основания блоков, определения эффекrnвности теплоизоля ции опалубки и трубного охлаждеЮlя уложенного бетона, определения затрат и способов поддержания оптимальной температуры в шатрах бе тонирования. Изучалось влияние технологии бетонирования на трещино образование бетонных массивов. В результате этих исследований размеры бетонируемых блоков были увеличены, что позволило максимально ме хаЮfзировать укладку бетона и достичь заданных параметров бетона с мmrn:мальными трудозатратами. Была предложена льдоприсадочная уста новка, предназначаемая для замещения воды затворения дробленным льдом, который специально заготовлялся в зимнее время. На строитель стве Красноярской ГЭС бетонную смесь~ охлажденную таким образом до 6-10 °С, укладывали в ответственные зоны мотины. На строительстве Усть-Илимской ГЭС была доказана возможность подачи в бетоносмеситель крупного заполнителя без предварительного подогрева. На основании обобщения производственного опыта сформулированы основные положеЮ1я методов реrули{Ювания температуры бетонной смеси на выходе ее из бетонного завода в зависимости от температур наружного воздуха. В зимний период повышение температуры бетонной смеси можно достичь за счет следующих мероприятий 134 [12]: ! ' ; на 6-8 °С за счет подогрева вод.ъ1 затворения в бойлерах до 60-80 °С; на 15-30 °С за счет подогрева песка во вращающихся барабанах или пневматической трубе-сушке до 60-80 °С; на 15-30 ° С за счет подогрева крупных заполнителей воздухом или дымовыми rазами в бункерах до 30-60 °С; на 15-20 °С за счет подогрева крупных заполнителей в бункерах во дой или в вакууме до 30-40 ° С. В летнее время при бетонировании массивных сооружений понижение температуры бетонной смеси достигается: на 1-3 ° С за счет охлаждения вод;ы затворени:я в испарителях холо дильной станции до 2 ° С; 0 на 8-1 О С за счет охлаждения крупных заполнителей в бункерах воз духом или в вакууме до 1-5 ° С; на 7-9 ° С за счет охлаждеЮlя крупных заполнителей водой в бункерах до 4-5 °С; на 3-4 °С за счет охлаждения песка в вакууме до 1-5 °С; на 3-10 °С за счет добавки льда вместо воды затворения. При организации бетонно-обоrатительного хозяйства для бетониро вания массивных сооружений с большой интенсивностью, когда требу ется невысокая температура бетонной смеси на выходе с бетонного за вода, рекомендуется применять следующую схему подогрева составляю щих бетонной смеси: подогрев воды за творения; размораживание песка и мелких фракций крупного заполнителя с помощью регистров; подо грев крупного запошrnтеля пароэжекторными установками. Льдоприсадочные установки для охлаждения бетонной смеси рекомен дуется применять при производительности бетонных заводов до 60 м 3 /ч. Для гидроузлов с больllПfми объемами тонкостенного прискального бетона, требующего повышенную температуру укладываемой бетонной смеси, в технологическую цепочку подогрева заполнителей необходимо включать после систем размораживания сушильные барабаны с огневым подоrревом, северных хорошо зарекомендовавшие гидроэлектростанций: себя на строительстве самых Вилюйской, Усть-Хантайской, Колым ской. 6.2. Технологичность массивных бетонных конструкций северных Под rидроузлов т е х н о л о г и ч н о с т ь ю конструкции следует понимать обеспечение максимальной механизации все~о процесса возведения соору жения при минимуме трудозатрат и минимуме технологических опера ций на единицу уложенного материала как на месте ero укладки в соору жение, так и при его приготовлении. При этом схема возведения бетон ноrо сооружения должна отличаться законченностью всего технолоrиче скоrо процесса, отсутствием дополнительных операций, обеспечивающих работоспособность ной является такая уложенного материала. Следовательно, технологич схема бетонирования, когда уложенный бетон сразу после его укладки выполняет свои функции без дополнительных опера ций по его обработке - распалубки, удаления темоизоляционноrо по- 135 ---- ·-- -·--- крытия, - - _ ____..._.....__..__J.-_~----.1-.....~."- ....... ---· ....................................... ~.t.....:__4-4-.- ....... ~--i.-".....a..-· ...... ---..:......:.--~~- поддержания необходимого температурного ~:l режима, цемента ции и т. д. Сравним технологи'Пiость возведения грунrовой и бетонной плотин. При возведении грунтовой IUiотины каждый 1 м 3 грунта, принятый на карту укладки, расШiанирова1D1Ь1й и уплотненный до проектной плот ности, сразу выполняет свои функции: обеспечивает приняmе заданного напора на сооружение. При возведеmm бетонной шютины укладка бетона не является заклю1D1тельной операцией технологического процесса возведения сооруже ЮIЯ. Даже если бетон набрал заданную прочность, то потребуется выпол нить ряд операций, обеспечиваюш;их нормальную работу бетона: созда· пне требуемого режима, распалубка, срезка элементов крепления опалуб· ки, цементация швов и т. д. Таким образом, технологический процесс растяпmается во времени. В северных условиях, коrца длительное вре мя требуется выдерживать бетон в опалубке до остывания и выравнива ния температур бетонного массива. этот процесс "вовлечения" уложен ного бетона в работу может длиться годами. С подняmем сооружений на более высокие отметки условия обработки уложенного бетона услож няются. Работы эти, как правило, остаются на завершающие этапы строи· тельства. Следовательно, при анализе технологичности бетонных конструкций необходимо оцеюmать трудозатраты на весь комIDiекс работ с учетом заключительных. трудоемких операций технологического процесса. Технологичность возведеmtя массивных бето1П1ЫХ плотин в суровых климатических ми решениями: условиях тесно связана с основными конструктив1П>1- зони:роваюtем бетона в теле плотины и разрезкой на блоки бетонирования. В практике плотинострое1mя разрезка на блоки бетонирования про изводится по следующим схемам: с тол б ч ат а я ваюtем непрерывных когда блоки укладываются в "столбы" с образо - продольных вертикальных швов, впоследствии цементируемых или бетони:руемых. Разрезка профI01я плотины на стол бы длиной не более 15 и высотой 3 м создает благоприятные условия экзотермического разогрева уложенного бетона, возможность штрабле ния профиля Wiотины для принятия промежуrочноrо напора, меньшее влияни:е на производство работ сосеДЮ1х блоков, что обеспечивает боль шую интенсивность ведения бетоЮIЬIХ работ; с е к ц и о н н а я, ИJШ дл и н ны ми бл о к а м и - коrда вся сек ция мотины между конструктивными (температурными) поперечными швами бетшmруется одним блоком. Укладка бетона ведется слоями м для создаюtя блаrоприятноrо температурного режима. При менение этого способа хорошо зарекомендовало себя в районах с отно~ 0,7-1 ,5 сительно теIUiым климатом (Токтогульская плотина), так как позволя ет достичь большой интенсивности работ при максимальной механиза ции. В северных условиях применение такой схемы бетони:рования сдерживается из-за необходимости устройства в зимнее время дорого стоящих тепляков. Технологические возможносm данной схемы бе тоШfрования могут быть pacllDlpeны при испольэоваюm особо жестких 136 г,~тоииых смесей, укладываемых с уплотнеШ1ем их виброкаткам::~, ~рименением противоморозных добавок; 1 с м е ш а н н а я р а з р е з к а - когда используются преимущества указанных выше способов. В проекте шютины Бурейской ГЭС предло жена разрезка на блоки из одного верхового столба и низового клина, бетонируемого длинными блоками. При такой разрезке можно вести бетшrn:рованис верхового столба в зимнее время цикличным способом подачи бетона. при этом необходимый температурный режим обеспечи вается теплой опалубкой и тепляками. В летнее время бетон укладыва ется послойно в низовой клин; сп о с о б "в п ер ев яз к у" (днепровский), т. е. с перекрытием вертикальных швов между блоками данного ряда блоками следующего вышележащего ряда на способ не 1/3-1 /2 высоты блока. В северных условиях этот применялся из-за многодольности операций по подготовке оснований каждого укладываемого блока. На технологичность конструкция бетонных межсекционных и IUiотин важное межстолбчатых значение оказывает вертикальных швов. Наибольшей технологичностью обладают монолитные плотины неразрез ной конструкции (так называемые бесшовные), в которых швы, обра зованные в процессе строительства, омоноличиваются на период экс1U1уа тации. Наименьшей технологичностью обладают плотины с расширен ными швами й массивно-контрофорсные IUiотины. Некоторые исследователи утверждают [ 16] , что на основании опыта проектирования и анализа условий работы бетонных плотин в особо су ровых климатических условиях выявлены наиболее рациональные, по их мнению, тины с типы бетонных гравитацио1mых плотин: облегченные пло внутреюmми полостями, шютины с расumренными швами и плотины массивно-контрфорсные. Эти типы плотин обеспечивают наи более благоприятное термонапряженное cocтomrn:e плотины путем искусственного по,пдержания внутри полости температурного режима как в строительный, так и в эксШiуатационный период. Блаrоприятный температурный режим обеспечивается устройством временных и посто янных перекрьпий полостей, закрыmем с низовой грани полостей по стояннь1ми или временными перекрыmями и искусственным обогревом полостей с помощью электронагревательных устройств. С этими выво дами согласиться виях нельзя, поскольку для отдаленных районов в усло дефицита трудовых ресурсов оптимальность или ращюнальность конструкции должна оцениваться по минимальным трудозатратам. Суммарные трудозатраты не находятся в прямой зависимости от общего объема бетона в конструкции, а зависят от ее технологичности. Проанализируем ч е н н о r о технолог и ч но ст ь плот ин т и п а. Первой в районе с суровым климатом была построена М а мак ан с к ой Возведение облег- ГЭС плотины с рас шире иным и предусматривалось без п л о т и н а швам и (рис. искусственного 6.3). охлажде IШЯ бетонной кладки при омоноличиваЮ1и с помощью объемных замы кающих блоков. Наблюдеmtя за термонапряженным состоmmем блоков подтвердили теоретические предположения, что в таких условиях на на- 137 ---------- -- --- 1 Мин.УН6 6.3. Плотина Мамакаиской ГЭС: 1 - объеМНЪiе межстолбчатые (замыкающие) 83 О Рис. блоки; ные балки пере1<ры111я полостей (расширенные швы) ; между контрфорсами (расnmренные швы) пряженное состояние плотин в 2 - сборные железобетон 3 - внутреmrnе полости первую очередь влияет температурный перепад. Потребовалось утемение полостей деревянными перекрыmями и их электрообоrрев. Бетонирование по условию вельсь в деревянной выдерживания утепленной опалубке, которая бетона сохранялась на блоках длительное время. Условия уборки полостей и межстолбчатых швов были сложны ми и трудоемкими, что практически свело на нет всю экономию по сии· жению трудозатрат, полученную от уменьшеЮ1я объема бетонной кладки. Развитием конструкции wютины Мамаканской ГЭС явилась в и т а ц и о н н а я пл о т и н а Б ра т с к о й r Г Э С. Отношение р а nm- рины массивного оголовка секции и u.mрины стенки контрфорсной части составляет у плотины Мамаканской ГЭС 1,67, у плотины Братской ГЭС 1,47. Плотина облегчена устройством расширенных швов. Русловая часть плотины разрезана на секции длиной по 22 м, береговые примыкания на секции nmриной 11 м. IIIирина швов в русловой части равна 7, а в берего вых 4 м. Продольными швами через Расnmренные швы IUiотины 13,8 м плотина разрезана на столбы. Братской ГЭС позволили уменьшить объем бетона, однако применеЮ1е их в условиях севера привело к ослож нениям производства работ и созданию неблагоприятного температурного режима при строительстве. Следующим м а с с и в н о этапом -к в развитии Шiотин о н т р ф о р с н а я облегченного типа явилась пл о ти н а з е й с к о й r э с. При выборе rnпa IUiотины рассматривались гравитационная, массивно контрфорсная и многоарочная плотины. Из опыта строительства Мама канской и Братской плотин бьщо известно, что на поведение и прочность rmотины существенное влияЮ1е оказывает температурное напряжение. Бьmа принята массивно-контрфорсная rmотина, поскольку этот тип IUJо тины обладает наименьшими напряжениями при значительных амплитудах колебаЮfя 138 температур наружного воздуха в течение года. Массивно- L 1 Z1Z Рис. 6.4. Плотина Зейской О· ГЭС: объемные межстолбчатые (замыкающие) блоки; 2 - сборные rориэоНТ81Пr вые перекрЬl'IИЯ полостей между кщ1трФ>рсами; 3 - утеШiеmiая желеэобетоlПlая J. - опалубка контрфорсов 1 ,.,. 5 ~r~B ~ -11 ~ 1 Z1Z1 0 Рис. 6.5. Стаицио1U1ая часть Шiопmы Зейской ГЭС: 1 - объемные межстолбчатые (замыкающие) ные перекрЬПИJ1 полостей между коиrрФ>рсами; вавия трубопровода; 4 - скользящий шов между контрфорсами и низовым оrолов~ ком собетонироваиным трубопроводом; контрфорсная блоки; 2 - сборные горизонталь 3 - замыкающий блок бетоlDlро IUiomнa с 5 - трубопровод созданием искусствениоrо температурного режима внутри полостей обеспечивает наименьшее раскрыmе строитель ных швов, возможность омоноличивания Шiотины бетонированием в зимнее время межстолбчатых швов, что rаранmрует монолитность соору жений. Сметная стоимость (проекmая) принятой Шiотины оказалась на 15% меньше, чем рассматриваемый вариант гравитационной мотины. Плотина Зейской ГЭС (рис. 6.4, 6.5) состоит из ционной и глухой частей. Длина плотины по гребню водосбросной, стан· 709 м, максималь- 139 ная высота 115 м. Плотина состоит из 49 секций, верховая грань имеет уклон 1 : 0,15, низовая - 1 : 0,8. Ulирина типовой глухой и водосливной секWtй равна 15 м, полости 8, станционной секции 24 м, контфорсов во· досливной части 7 и станционной 5 м [ 24] . С верховой стороны контрфорсы заканчиваются массивными оголов· ками, имеющими переменную по высоте толщину от 6 до 11 м. С ЮIЗО· вой стороны полости между контрфорсами перекрываются железобетон· нь1ми омоноли'Пlваемыми плитами суммарной толщиной на водослив· ной части до 3 м, а на глухих секциях до 1,5 м. Ддя обеспечения трещиностойкости и монолитносrn сооружения были приняты следующие конструктивно·технолоrические меры: контрфорсы разрезаны на столбчатые блоки длиной ноличивались межстолбчатыми швами шириной соседЮ1х блоков не выше мерзал до -10 +-15 °С; 12,5 м; они омо· м при тrмпературах 1,5 3 °С. За зимЮfй сезон бетон контрфорсов про· для утемения контрфорсов в строительный период в полостях устраи· вались горизонтальные укрыrnя и вертикальные утепленные стенки с искусственным обогревом; боковые поверхности контрфорса выполня· лись в сборной уте1U1енной железобетонной опалубке; межстолбчатый шов формировался железобетонной ребристой плитой с утеплением их в зимний период съемной утепленной опалубкой ~РП·l (рис. 6.6, 6. 7) [9] . Объем бетона ruютины составил 2215 тыс. м3 • По удельному расхоцу бетона на 1О наименее материалоемкой на 1О кН гидростатического давления Зейская плотина является (для сравнеЮ1я: удельный расход кН гидростатического давления по Зейской плотине 0,64, бетона Мама· 3 канской 0,68, Братской 0,75 м ). Объемы уложенного бетона, тыс. м 3 , по годам составили: Годы 1970 .. " .. "..... 1971 ·············· 1972 ·············· 1973 ............. 1974 ." .......... Годы 32,9 98,5 160,3 232,6 342.2 1975 1976 1977 1978 1979 Годы ....... " ......... " .. . .. "." ... " ......... " ....... " ........ " .. . ... "." ............. . ........... "" ...... . 379,9 356,1 283,8 232,8 83,2 1980 .""" ................. 27,4 1981 ........... "" ......... 19,S 1982" .......... "" ... "". 7,0 1983 ." .. ".".""......... 2,8 Уже в первые годы строительства Зейской массивно·контрфорсной плотины выявились недостатки дашюrо типа конструкции применитель но к северным условиям: темпы бетонных работ сдерживались иэ-эа высокой трудоемкости подготовки блоков к бетонированию и невозмож ности механизировать 12,5 х 12,5 х 5 м [24). укладку бетона в блоках размером не более Удельные показатели принятой технологии бетоm1рования оказались Ю1же уровня, достигнутого на других гидроузлах; объем бетона в сред· Ш1Х блоках плотины оказался в 1,97 раза меньше, чем в среднем блоке Братской плоmны; в 2,37, чем в Красноярской мотине, в 1,57 меньше, чем на Усть-Илимской ГЭС, и в шенской ГЭС. 140 4,5-6,5 раза меньше, чем на Саяно-niу Рис. 6.6. Установка деревянной в железобето1D1ой утеm1еввой опалубки на сrровтель стве Зейской ГЭС Расход опалубки на такой блок в среднем в Красноярской ГЭС, в 2,56 2,8 60% строительного 2,16 ра раза, чем на Саяно-IIIушенской ГЭС. Расход конструкций теIUiяков для работы в составляет раза больше, чем на раза больше, чем на Усть-Илимской, в за больше, чем на Братской, и в рый 2,9 периода, зимний период, соответспенно кото выше в 1,34; 1,52; 1,4 и 1,6 раза, чем на укаэаннь1х строительствах. 141 1 Рис. 6. 7. УтеIDJеиие контрфорсов IDI0111НЬI Эейской ГЭС деревянной опалубкой и леrкими у"rеrmеяными щитами Размеры блоков контрфорсов (до 15 м) позволяли производить бетонирование без трубного охлаждения. Трубное охлаждение применя лось только при бетонировании оголовков для ускорения остывания до температуры омоноличивания. Максимальная годовая интенсивность бетонирования швов достигла в 1977 г. 32,2 тыс. м 3 • Общий объем бето на межстолбчатых швов составляет 100 тыс. м 3 , из них 60% уложено в марте-апреле при минимальных температурах бетона в сопрягающих блоках. Необходимость бетонировании межстолбчатых швов в сжатые сроки, когда температура контфорсов достигала температуры омоноли чивания, создавала дополнительные трудности, требуя дополнительную 142 -----~------------~-~-----· , --- - - •---~---- ~ рабочую силу в весенш~е время, в период максимального подъема соору жений перед паводком. Данные об условиях омоноличивания IUiотины Зейской ГЭС приведе ны в табл.6.2 [16). Эффективность бетонной конструкции плотины можно оценить ориен тировоtn10 по количеству бетона, укладываемого в смену одним рабо чим, т. е. по выработке. В табл. параметры высоких плотин, 6.3 даны конструктивно-технологические построенных в суровых климатических условиях. Данные по плотинам Саяно-IIlушенской и Токтоrульской ГЭС приведены для сравнения. Отметим, что данные табл. 6.3 не совсем точно отражают фактическое состоюmе по ряду причин: отсутствие единой метdдики ПQ учету затрат труда на 1 м 3 уложенного бетона; учет затрат ведется не по объектам, а по подразделеJШям строи тельства; отсутствие единой методики оценки эффективности конструктивно технолоrических мероприятий. Не учитываются сопутствующие работы, не связанные непосредственно с укладкой бетона; показатели характеризуют состояние строительства в пик работ, когда бетоноукладочный комплекс полностью отработан, т. е. привощпся мак симально возможная выработка ,JJJIЯ даююrо типа конструкции; в суммарных затратах бетоноукладощюrо комJUiекса весь объект не всегда учитываются завершающие работы в целом на распалубли - вание, срезка по высоте шmmек крепления опалубки, срубка наШiывов бетона, разделка и бетонирова~mе раковин, уборка мусора и т. д. На плотине Зейской ГЭС для поддержания температурного режима в полостях и для охлаждения контрфорсов до температур омоноличива ЮIЯ (-2 °С) предусматривались через 15 м по высоте стационарные железобетонные перекрытия и временные сборно-разборные деревянные стенки со стороны нижнего бьефа. Деревянные ш;иты размером представляли собой рамную конструкцию с внутреюmм 8 х 15 м утеплителем, обunпую с двух сторон асбоцементными Шiитами. Полости внутри отап ливались электрокалориферами и паровыми регистрами. Утепление по лостей и их прогрев требовали значительных затрат. Не менее трудоем кой бьmа работа по омонолиtn1ва~mю межстолбчатых швов. Опалубка i'аблица Объем бетона замыкающих блоков, ратуре %, 6.2 уложениоrо при темпе омонолич:ивания массива Плотина выше +S Водоспивная о С • s-=-1 о с . 2-:-1 о с . -2 -:--5 о с -10 о с -10 о с и ниже 1,7 5,4 12,8 27,2 40,7 12,2 10,5 7,4 15,7 23,9 32,3 10,2 и глухие Ст81ЩИОНН8Я 143 гэс Средне много- Высота nло- Годы укладки Объем бетона, летняя темо тины. бетона тыс. м 3 пература, м С М амаканская -5,8 5,8 1950-1963 340 Бр:~тская Красноярская -2,6 -0,4 126 126 1958-1964 1961-1970 4400 4830 Усть-Илимская -3,9 105 1968-1978 4200 Зейская Саяно-Illушенская -4,1 0,8 8,9 115 245 215 1970-1982 1972-1986 1969-1976 2215 9000 3500 То ктогульская "' ** По данным технического отчета. Максимальная выработка. межстолбчатых швов вдоль контрфорса формировалась частично (50%) из железобетонных плит с внуrреmmм уте1mителем, а частично из утеп ленных деревянных щитов. Поперечные rрани швов формировались в основном из железобетонной опалубки ребристого профиля с наве шенным утеплителем. Подrотовка блоков к бето1mрованию бьmа чрез вычайно затруднена ввиду их небольших. размеров в плане (8 х 1,5 м) и значительной высоты (30-40 м). Мусор (опилки, утепленные пnпы, снег и т. д.) приходилось сбрасывать вниз в полость, через промежутки между железобетонной опалубкой, которые затем закрывались нащель никами или через специально пробитые в железобетонной опалубке отвер стия. Поднимать вверх мусор в бадьях было нельзя по соображениям техЮtки безопасносm ввиду тоrо, что в блоках глубиной 30-40 м нахо дились люди, а также из-за недостатка кранового времени. Данные* по трудозатратам на бетонирование межстолбчатых швов, распалубку, очистку полостей плотины Зейской ГЭС даны в табл. 6.4. В пересчете на 7-часовой рабочий день требуется дополнительно для обработки полостей и бетонирования межстолбчатых швов 188 686 чел.-дней. т. е. ориентировочно на этих работах должны быть заня ты в течеЮ1е шести лет В табл. 6.5 100 чел. приведены трудозатраты по отдельным видам работ. Если принять условно, что весь объем плотины Зейской ГЭС был уложен с вы работкой на l рабочего, равной 3,35 м 3 /смену, то суммарные трудоза траты по омоноличиванию полостей и завершающие работы составляют около 30% общих трудозатрат на укладку всего объема бетона. Исходя из зтоrо массивно-контрфорсную плотину Зейскоrо гидроузла следует признать нетехнолоrичной. * Данные инж. 144 В. В. Моривца. Таблица Максимальная икrенси:вность Способ укладки укладки Интенсивность Выработка укладки по 1 высоте, м/мес м /смену рабочего, 3 тыс. м 3 /год 3 тыс. м /мес 6.3 Крановый эстакадный 135 152 1293 1345 1,52 1,15 2,64- 2,84 2,54-5,28 120 919 1,17 4,90 .50 154 55 379 1200 650 0,95 0,95 2,47 3,35* То же Крановый безэстакадньtlt Крановый зетакадный Смешанный Тоже Послойный 8,76~15,9 4,3- 11,5** Таблица Вид работ Объем Удельные труцо- Общие трудозат- затраты, чел.-ч раты, чел.-ч Уборка строительного 115 ООО 4,547 522 905 Распалубливание дере- 71 ООО 0,629 44 659 мусора, м 3 6.4 вянных nnrroв в по2 лостях, м Бетонирование меж- 7,2 100 216 столбчатых швов, м 3 Снятие нащельников, м 63 ООО 721 555 0,503 31 689 1 320 808 Итого Уменьшение требуемой общих высоты трудозатрат часто на создание напорного связывается с уменьшением сооружения общего объема бетона в сооружении. При проектировании плотин в умеренной зоне и при благоприятных геологических и топографических условиях строятся арочные и легкие контрфосные плотины, которые иногда совмещают в одном створе. В условиях Севера применение таких конструкций ограничено по усло виям высоких турных температурных перепадах. При напряжеЮ1й бетонироваmш при значительных тонкостенных темпера конструкций в экстремальных условиях резко увеличиваются трудозатраты на 1 м 3 уложенного бетона, что снижает экономическую эффективность подоб ных конструкций. 145 10 - Зак. 1820 ..l Таблица Вид работ Норма времени. % общего чел.-ч объема Уборка строительного мусора, м 3 : с рыхлением слежавшегося мусора перекидкой до З м, подъем на то же без перекидЮI то же с подноской на 25 24 1,745 10 1,185 3,2 35,07 5 80 5 6.5 м м вручную то же с установкой лебсдюr с переноской и подъемом вручную Усредненные Раслалубпивание, м 4.547 трудозатраты 2 : штраб под балками перекры111я при высоте подъема 50 30 20 м м м наклонной грани штраб водоприемника 2,27 2, 1 2,0 0,577 1,21 5 5 5 5 5 0,52 0,5 0.41 28,3 28,3 контфорсов с помощью лебедки при высоте 50 30 15 м м м Усредненные 28,З 0,629 трудозатраты Сняmе нащепLников, м: по замыкающим швам при высоте 30 15 м м 0,48 0,44 0,602 в полостях стационарной насосной 35 35 35 с помощью лебедки Усредненные При возведении 0,503 трудозатраты ·r р а в и та ц и о н н ы х плот и н возможно полностью механизировать процесс возведения сооружения. Строитель ная площадка превращается в один из механизированных цехов обшеrо бетоноукладочноrо коммекса. За счет увеличения размеров сооружения снижаются требования к бетону, уменьшается расход цемента и, как следствие этого, уменьшается доля температурных напряжений в обшей картине ческие распределения возможности напряжений в массивных сооружении. Однако технологи rравитационных плотин из-за несовер· шенства принятых способов укладки бетона используются неполностью. При краново-циклической технологии укладки бетона и столбчатой разрезке rmотины при максимально доступных размерах блоков добить ся увеличения производительности бетоноукладо~m:оrо комШiекса тра диционными методами не удается. Необходимо перейти от краново-ци кличной к непрерывной технологии укладки бетона. В Советском Союзе имеется опыт бетонирования сооружений непре· рывными методами. Однако широкого внедрения непрерывные способы 146 Г Дозuро80Ние -, цемента L--I-- Дозиро!Jанив смеси эопол11u111слсii J ------] корректиро9ка [ ---- г ТраНёпорmЩJо6ка 1 Цt!NBHma L----- Приготоtlление ценвнтноii пастьr с аобаt!кани ---- Транспортиро ка _ cмtJcu залолнителви дозиро8_ание Персмешu6анuс 08n70HHOii CNt:Cti IJ оетоносмесителе noiJaчa цсм11нтноu тrсты етонноil смеси на картg Ьетониро6ания !Jклаока бетонной смеси б 11 ~ Рис. 6.8. Технологическая схема подготовЮi, дозирования и подачи компонентов приrотовленИJI и укладки бетонной смеси при непрерьmной технологии: склад заполнителей; 2 - магистральный конвейер; З - склад цемента; дозатор цемента; 5 - сопрягающий конвейер; 6 - фронтальный конвейер; растворный узел; 8 - насос-дозатор; 9 - дозатор воды; 10 - бетоносмеситель; / 4 71/ - бетоноукладчик укладки бетона пока не получили, главным образом из-за того, что пред лагаемые системы непрерывной подачи бетона не решались в комrтексе, а также из-за несовершенства применяемых механизмов, слабого уровня автоматизации процесса, сложностей, возЮfкающих при укладке бетона в зимнее время. Разработка непрерывной технологии бетон а велась в следующих направлениях [74]: создание простых технологических укладки конструкций 1 максимально при способленных к конвейерной подаче материала и использованию высо копроизводительных механизмов; разработка таких схем возведения сооружений, при которых темпы возведения бетонных плотин обеспечивают эффекmвность непрерывной технологии и приводят к сокращеЮ1ю сроков строительства; приготовление бетонной смеси непосредственно на сооружении, что позволяет свести до минимума транспортировку бетонной смеси, заме нив ее на транспортировку ность процесса (рис. автоматизация составляющих, повысив тем самым надеж 6.8); управления технологическим процессом с разработ кой эффективной систем.ы контроля качества бетонной смеси. Разработаны две схемы подачи и дозирования цемента. схеме цемент дозируется По первой в той же зоне, rде дозируются заполЮ1тели, и подается в бетоносмеситель, расположенный в зоне укладки бетона. Вода для 10• приготовления бетона подается через дозатор непосредствен- 147 Рис. 6.9. Схема укладки.бетона в rшоmну Богучанской ГЭС {проект): J - фронтальный конвейр; 2 - подъемные тележJ<И; З - перегрузочная ка; 4 - бетоносмеситель; 5 - раздаточный конвейер но в бетоносмеситель. цементная паста, По второй схеме в приготовляемая в тележ бетоносмеситель подается специальном растворном узле. расположенном вблизи основных сооружеmt.й. В бетоносмеситель паста подается насосом-дозатором. Указанные схемы заложены в проектах непрерывной технологии воз ведения плотин (рис. 6.9, 6. 1О) . Б о г уч а н с к о о и Б у р е й с к о г о гидроузлов Параметры основных мехаЮtзмов для непрерывной кон вейерной технологии даны в табл. Для r бетоносмесителей 6.6. предпопаrается использовать хорошо зареко мендовавшие себя бетономешалки непрерывного действия, установлен ные на тележки от карьерных экскаваторов. Наиболее сложной оказалась конструк~ntя бетоноукладочного комп лекса. ставлял Для Бурейской плотины предлагался укладчик, который пред собой трехзвенную шарнирную систему с шарнирной опорой на раме бетоносмесителя. Конвейерный бетоноукладчик, установленный на шасси экскаватора, является ведущим механизмом коммекса, задаю щим движение. Гибкий двухзвенный конвейер с шарнирной точкой пе реrиба связан с ведущим механизмом. Набор сменных конвейеров nrУJВО ляет укладывать бетон в блоки различных размеров и конфигураций. Укладку бетона предусматривалось вecrn слоями 1,5 м, нения бетона использовать глубинные вибраторы В 1-697, а торы BJ-756, позволяющие уплотнять бетон слоем 2 м. а для уплот также вибра Автоматизация технологического ком1U1екса укладки бетона включа ет в себя следующие системы: управлеЮ1я непрерывной технологией и взаимосвязи между отдельными элементами потока; управления каче ством бетонной смеси, включая автоматизацию контроля rранупометри- 148 - -- -----~ ----- Рис. 6.1 О. Схема укладЮI бетона в шютину Бурейской ГЭС (проект) : 1 - сопрягающий конвейер; 2 - бетоносмеситель; 3 - перегружатель; 4 - бетоно укладчик ческого состава заполнителей, их влажности, удельной поверхности песка, расхода сыпучих материалов, дозирования цементной пасты и др.; обра ботки информации о работе технологического потока. Большинство предложений указанной системы доведены до стадии изготовления экспериментальных образцов. Ряд приборов бьши проверены на объектах энергетического строитель ства, но комrmексная проверка всей автоматизированной системы не проводилась. По оценке Оргэнерrостроя при производительности комп лекса 250-300 м 3 /ч предлагаемая система непрерывной технологии эф фективна. Н е п р е р ы в н о н и я, -п о т о ч н а я з а п о ж е н н а я т он но й пл от ин ы в т е х н о л о г и я п р о е к т е r Бурей с к ой б е т о н и р о в а р а в и т а ц и о н н о й б е ГЭС. Гидроузел располо жен в районе со среднегодовой температурой -· 2,6 °С. Основанием пло тины (рис. 6.11) служат граниты, преимущественно среднезернистые, высота бетонной мотины 143, длина по гребню 765 t ширина по основа нию 104, 7 м. Объем бетона 3442 тыс. м 3 • Плотина по длине разрезана на секции шириной 15 м (правобережная и левобережная глухие и водо сбросная части) и шириной 24 м на станционной части. Каждая секция разрезана швом на два элемента - верховой столб длиной 14 м (на m1ж ни:х отметках 14-19 м) и низовой клин. К верховому столбу предъяв ляю1ся требования по водонепроницаемостиt а в зоне сработки и по морозостойкости. Низовая грань запроекrnрована с учетом воздействия низких температур. Впервые в суровых климатических условиях применен метод возве дения rmотины, при котором верховой столб возводится цикличным способом блоками огрюrnченных размеров слоями по 3 м, а оставшая- 149 ~ 1 Основной механизм 1 Конвейер сопряrаюЩИЙ (ванто· вый) 2 Конвейер сопрJ11'81Ощий (с промежуточноR опорой) 3 Конвейер сопраГU)щий (с опорой на пло111Не) 4 5 ~·=~Jj::~!.:~ vsej 1 Конвейер фронтаnW1ый (гибкая men) Конвейер фронтальный (звеньевой) JOOOO 6 Конвейер ленточный пе- пегруэочный самоходиый 7 Бетоносмеситель на са мопоцьемноR эстакаде, Dt;ap = 1,6 8 ~-э 9 1 а ==-------====-- 150 L = 5 м Беrоносмеситепь самоход· ный (иепрерывиоrо дей· сmия) , Dбвр = 3м Бетоносмеситепь самоход· ный (непрерывного дей· ствия) 10 м; , Dбар =2м БетоноуЮiадчик конвей· ерНЬIЙ Таблица Производительность, Ulирииа ленты. мм Скорость Мощиость, 6.6 Масса, ленты, м/с кВ-r т 3 м /ч 470 1000 1,6 125 120 390 800 2,0 150 250 200 800 2.0 250 200 1500 1200 з.1s 400 200 . 400 800 3~15 17 10 800 3,15 17 7 140 70 25 1000 150 100 400 120 80 160 25 400 . 400 800 3,15 151 Основной механизм Перегружатель конвей 11 ерный Бетоноуклад'Пlк телеско 12 rmческий ся часть Юfзовой клин послойным методом длюmыми блоками без - устройства над ними специальных шатров с подачей бетона конвейерны ми системами. Бетонирование длинными высокопроизводительную бетона и сократить блоками технику для позволяет nmpoкo мехаЮtзации применять процесса укладки трудозаrраты, а отказ от примене:ния шатров при укладке длиными блоками сэкономить 4500 т металла. Межсекционные швы в пределах Ю1зовоrо клина в зоне применения послойного способа укладки бетона устраиваются через 30 м на право бережной и левобережной rлухих и водосбросной частях плотины. При этом через 15 м на участке umриной 5 м от Юlзовой rрани устраиваются швы-подрезы. Наиболее характерными блоками бетонироваю1я ются: блоки верхового столба размером в плане на плотине явля 15 х 14 (80-15) м, блоки низо· воrо клина размером в плане 30 х (80-15) и 24 х м. На водосбросной части плотины бетон водосливной грани толщиной 2)5 м укладывается обычным способом после возведения основноrо массива низовоrо клина. IIIoв между верховым столбом и низовым кли ном цементируется после полного охлаждения верховоrо столба до за полнения водохраюrnища. Предусматривается также повторная цемен тация этоrо шва в случае его раскрыrnя после первичной цементации. Укладка бетона в верховые столбы ведется, как правило, в холодный период года с трубным охлаждением способом, блоками высотой 3 бетонной кладки, порционным м и выше, в Юfзовой клин - только в теп лый период года (апрель-октябрь) послойным способом слоями 1 м, с поверхностным охлаждением и зональным распределением бетонной смеси. Для укладки бетона в верховые столбы, а также для монтажных работ по IUiотине используются четыре параллельно передвижных кабель крана грузоподъемностью по 25 т. При бетонировании блоков верховоrо столба кабельные краны подают бетонную смесь или непосредственно на место укладки в неармированные и слабоармированные блоки, или 152 Продолжение табл. Производи· Ыирина ленты. Скорость МоlJ.!Ность, мм пентьх, м/с 40 16 333 800 79,5 30 140 500 тельность, э 6.6 Масса, кВт т м /ч 2,0 на перегрузочные устройства, смонтированные под блоками бетониро вания. В низовой клин бетонную смесь можно подавать кабель-краном не посредственно в ее блок бульдозерными бетонирования с последующим разравниванием бетоноукладчиками или манипуляторами или в пере движной бункер вместимостью 16 м 3 с последующей транспортировкой бетона к месту укладки автосамосвалами, движущимися по ранее уло женному слою бетона. Возможно подавать бетон в автосамосвалы бремс бергом. Рассматривается также применение системы конвейеров "Свин гер" для подачи бетона к месту укладки с раскладкой его в блоке бето ноукладчиками. Применение поточной технологии подачи и укладки бетонной смеси длинными блоками в низовой клин плотины позволит сократить трудо затраты на ее возведение на Дальнейшее 2,5 ~3%. усовершенствование технологии возведения IUiотины с верховым столбом, укладываемым традиционным способом, и низо вым клином, укладываемым длинными блоками, должно идти за счет применения следующих прогрессивных конструкций и технологий: утепленной несъемной железобетонной опалубки для верховой и бо ковой граней верховых столбов Шiотины; термоактивной несъемной железобетонной опалубки, формирующей низовую rрань верхового столба плотины и межстолбчатый цементируе мый шов между верховым столбом и низовым клином; массивных несъемных железобетонных блоков, формирующих низо вую грань. Однако для исключения необходимости укладки морозостой кого бетона по низовой rрани ruютины следует рассмотреть вопрос об устройстве теплоизоляции этих блоков; специальных бадей с бетонораздатчиками, цикл приема бетона и снизить затраты на ero позволяющих уменьши1Ъ разравнивание за счет бо лее равномерной подачи бетона в блок; особо жестких бетонных смесей, укладываемых способом укатки 153 f gg,7 -to,o 96,9 Рис. а 6.11. - 50,О Пло111Н8 БуреАскоА ГЭС: стаиционкаа часrь Шiотины; часть плО111ны; 1 - 6 - глухая часть IUJотины; в - водосливная верховой столб 1D1оmны~ беrонируемыА пор1U1онным спосо бом; 2 - низовой клин плотиныt бетонируемый послойно ,цnинными блоками; З - цемеН'nlруемый шов междУ верховым сrолбом и низовым клином плотины виброкатками, а также с применением противомороэных добавок, что значительно продлит строительный сезон по возведению низового клина IDIOПIНЬI. 154 Строительный сезон по возведению низовоrо :клина плотины можно продлить также за счет широкого внедрения открытоrо бетоШ1рования массивных блоков Шiотин в зимнее время. Опытно-производственные с т р о и т е л ь с т в е б от к е технолоrии блоках д о С ая но -ЗО при 0 - 111 у ш е нс к ой укладки температурах исследования Г ЭС бетона в по на о т р а открытых наружного воздуха С [ 18] . На основании исследоваюrй было установлено влия Юfе раннего замораживания на прочность контакта между слоями бе ТОЮ1рования, влияЮ1е различных технолоrических и природно-клима тических факторов на температурный режим блоков бетоЮ1рования. Определены время остываШ1я поверхности свежеуложеlПlой бетонной смеси и время оттаивания мерзлой корки б~тона от теплоты свежеуло же1П1оrо слояt а также необходимые сроки перекрытия слоев и т. д. Характер опаивания Мерjлой Прослойки бетона показан на рис. Доказаноt что мерзлые прослойки бетона толщиной в течение l 10 6.12. см опаивают ч, что позволяет производить повторное вибрирование. На основании этих исследований предложены рекомендации по технолоrни укладки к9в бетона без устройства дорогостоящих и трудоемких теШiя (18]. В зимнее время укладку бетона в открытые блоки следует произ водить горизонтальными или ступенчатыми слоями, размеры которых определяются исходя иэ интенсивносn1 бетонирования и температуры наружною воздуха и прецельио цопустимоrо перерыва в ухладке бе тона. Температуру бетонной смеси следует назначать в пределах 10 - 15 °С. Умотнение вновь уложенного слоя следует производить пос ле опаи881П1Я промороженной корки ранее уложенного слоя, т. е. через MIDI nосле ero укладки. Поверхность уложенного бетона следует укрывать темоизоляциоННЬiми матами, под которым~ бетон выдерживается до набора 50% проектной 15 - 45 прочнОСtИ. По указанной технолоrии бетон рекомендуется t, с 0 укладывать при температу рах наружного воздуха до -20 ° С [ 18) . Развиmе конструкции rmотин типа Бу рейской ГЭС и технологии их воэведеЮIЯ необходимо связывать также с примене IDlем для IDIЗOBOГO клина r J( о о о с о бо м а л о ц е м е и т н о r о ж е с т у к а т а н- Ркс. 6.12. График отrаиваяu мерзлой просnоlкв бетона: 1-7 - по показаниям ца'IЧJП<Ов, распопо:жеи вых а НJDКВем спое на rnубине от повер:хиосnt COO'ПlerctВeRRO 1, З, 5, 7, 10~ 2S и 48 см; 8, 9 по mкаэанвям да'l"Dlков, нем спое на высоте 1 и 3 размещенных в 7 l--':'.._-+-~-4----::1'--r 6 верх см от поверхиоСIИ виж веrо спо• -О,5 о o,s 1,0 155 ----- - - -- --- н о г о б е т о н а. Опытные работы по отработке технологии укладки жесткого малоцементного бетона в северных условиях впервые были выполнены на строительстве Зейской плотинъ1, однако массовое внед рение укатанного бетона было сделано при возведении водосливной бетонной стенки на строительстве Курейского гидроузла (см. § 4.4). В бетонную стенку укладывался бетон марки 200 при В/Ц = Otl6 ~ 0,2. Расход цемента составлял 150-200 кг. Относительно высокий расход цемента объясняется возможностями приготовлеюtя жестких бетонных смесей на существующем бетонном заводе. Бетон укладь1вал ся слоями 0,25-0,35 м и ушютнялся за 8-12 машиной марки БелАЗ-540 блоками длиной проходок груженной авто 75 м. Укладку бетона про изводили в сентябре при температуре наружного воздуха юtже -5 °С (утренние заморозки). Объемная масса уложенного бетона составляла 1 2450 кг/м 3 • Укладку бето~а вели параллельно с укладкой суглинка в ядро мотины и бетонированием низовой зоны стенки, где бетон уклады вался послойным способом. укладываемым Контакт токтогульским укатанного бетона с бетоном, способом, зачищался вручную, со сто роны укладываемого суглинка откос укатываемого бетона уплотнялся вместе с суглинком. Выработка на 1 рабочего в смену при укладке катанного бетона со ставила более 7 м /смену. Всего было уложено 8 тыс. м 3 укатанного 3 бетона. Контрольное бурение показало высокую прочность кернов. Из всех контрольных образцов прочности меньше проекпюй марки не бьmо. Прочность кернов колебалась от 22 до 24 МПа. Опьп строительства на Курейской ГЭС водосливной стенки из ука танного бетона подтвердил urn:poкиe возможности данной технологии для возведения бетшrnых сооружений. 6.З. Технология бетонирования nрискапьных блоков Бетонные сооружения Вилюйской, Усть-Хантайской, Колымской и Курейской ГЭС представлены в основном железобетонными проходны!\fil потернами с бетонными открылками толщиной О русловых плотин, облицовками водосбросных и 3-0,5 м в основании отводящих каналов ГЭС, бычками и облицовками водоприемника зданий ГЭС, временных и постоянных водосбросов, бетоном подземных зданий ГЭС. Максималь ные объемы бетона укладывались в прискальные блоки, у которых одна или несколько поверхностей образуются мерзлой скалой. В результате суровых климатических условий, малых размеров блоков значительно увеличивались трудозатраты при подготовке блоков к бетонированию и стоимость бетонных работ. Технология са" в зимнего бетонирования была принята методом "термо тепляках, трубное охлаждеЮtе из-за малых размеров блоков не применялось. Загруженность блоков бетонирования арматурой и анке рами ограничивала применение внутриблочной механизации. Устройство анкеров в скальном основании уменьшает объем бетона блока, но убор ку пmама после бурения и подготовку основания приходится весm толь ко вручную. 156 Технология бетонирования ется на примере прискальных блоков ниже рассматрива с трои тел ь ст в а У ст ь - Хан тайской ГЭС. Подготовка блоков в зимнее время к бетонированию состоит, как праф вилоt из следующих этапов: буреЮlе анкеров для установки армокар· касов тепляков, монтаж тепляков, прогрев основания. Небольшие объемы скалы (0,2-0,З м 3 на 1 м2 скального основания блока) добиф рались вручную в бадъи и подавались кранами в автосамосвалы. Для подачи в блок теплой опалубки и армокаркасов произвоДШIИ частичнь1й демонтаж окончательная тепляков. Наиболее трудоемкой операцией очистка основаЮ1я и его промывка в условиях бьmа смонти рованной арматуры. Температура в тепляках поддерживается от 4 до 15 °С. Температура поверхности основания перед укладкой бетона составляла от 2 до 7 °С (при требовании техЮ1ческих условий лись электрокапориферы мощностью 3 ° С) . Для обогрева применя 25-50 кВт и подогреватели МП44Б и МП70. Основание промывалось водой и продувалось сжатым воздухом. Для опалубки использовали многослойные деревянные щиты размером 4,5 х 3 м, утепленные слоем мm1еральной ваты толщиной 1О см и дву мя слоями перrа:мина. КоэффиЩ1.ент теплопередачи такой опалубки со ставлял 0,7 Вт/ (м 2 • 0 С). Теплая опалубка из-за короткого безмороз ного периода применялась круглогодично. Бетон укладывали с помощью кранов КБГС450 и БК-1000 и уплот няли ручными вибраторами И-50. Подготовка блоков к бетонированию в зависимости лась от основаЮ1я, насыщенности арматурой и анкерами ве 7-10 дней. Бетон подземного комIUiекса ГЭС (20% общего объема бетона) укла дывали в блоки с помощью пневмобетоноукладчиков. Качество бетона, уложенного на строительстве Усть-Хантайскоrо ГЭС, вполне удовлетворительное. Для основной марки бетона 250, В-8 показа тели характеризуются данными, приведенными в табл. 6.7. Для бетона марки 250, В-8, Мрз 400 характерным является показатель по числу циклов замораживаЮ1я и оттаивания: 500 циклов выдержали 15% общего числа образцов, 400 циклов - 68% и 300 циклов 17%. Дальнейшее совершенствова1mе технологии бетоЮ1рования nрискаль ных блоков в условиях низких температур наружного воздуха и вечно- Таблица Прочность при сжатии, Сооружение ГЭС МПа Обеспечен- ность, МИНИ· макси· мальная мальная Водоприемник Водосброс 22,5 23,1 Цеме1nащ1онная 24,О 43,3 45,0 32,5 % 6. 7 Коэфф и· циент ввриации средняя 31,7 33,5 87 20,4 92 41,2 93 17,8 16,5 галерея русловой плоmны 157 -- --~----- мерзлого основания получило с к о й ГЭС. н а с т р о и т е л ь с т в е К ол ы м - Этому способствовало повыше1mе уровня индустриали зации строительства, развитие мощной производственной базы на строи тельстве в связи с относительно большими объемами бетонных работ. Объем бетона по проекту составляет более 1,2 млн. м 3 • Марки rидротехническоrо бетона запроектированы в возрасте так как в течении 9,5-10 28 сут, мес температура наружного воздуха отрица тельна, а среднегодовая температура региона равна -12 ° С. Бетон набирает прочность только путем искусственноrо поддержания температуры методом "термоса" или электропроrревом и в короткий летний период. Объем бетона пускового комплекса составил 390 тыс. м3 , из них 350 тыс. м 3 необходимо бьmо уложить во временное водосбросное соо ружение, представляющее собой Средm1й объем блока размером относительно массивное сооружение. 1О х 14 х 3 м составлял около 400 м 3 (на строительстве Усть-Хантайской ГЭС объемы блоков не превышала 120-150 м 3 ). Доборку скального основания, так же как и на строительстве Усть Хантайской ГЭС, проиэво,п,или в тепляках при температуре 7-14 °С. Основание отоrревали на глубину 0,2-0~5 м, в центре блоков темпе ратура основания поднималась до 6-10 °С, а по углам блоков составля ла 2-5 °С. При температуре наружноrо воздуха -30 °С в углах блоков дополнительно устраивался электропрогрев. Из-за необхоцимосm подrотовки прискальных блоков в утеменной опалубке общие трудозатраты на бетонирова1mе прискального типового блока объемом 400 м 3 с учетом подrотовки основаШ1я достигали 216 чел.-дней, из которых 60% приходилось на подrотовку основания, т. е. выработка одноrо бетонщика составляет 1,87 м 3 /смену. По сравне нию с аналоrичнь1ми гидроузлами в сходных природно-климатических условиях на строительстве Колымской ГЭС была достиrнута максималь ная выработка, что объясняется относительно большими объемами бло ков и орrанизацией поточного метода бетонирования линейного соору жения. Дrlя сравнения: на строительстве У сть-Хантайской ГЭС выработ ка одного бетонщика 1,0 м 3 /смену. на прискальных блоках не превышала 0,8 - Укладку бетона вели с помощью передвижных гусеничных кранов ДЭК-251, ДЭК-50 и станционарных кранов КБГС-450. Средняя произво дительность крана составляла 200 м 3 /сут. При понижении температуры наружноrо воздуха до -30 °С производительность снижалась на 25%, при температуре наружного воздуха -45 ° С производительность крана с.оставляла 100 м3 /сут. Бетонную смесь уплотняли вибраторами ИВ-50, ИВ-60 и ИВ-80. Вибра тор И-90 не нашел тер при навеске ero применения из-за необходимости раскрывать ша на кран. Попытка примеЮ1ть для этой цели кран балку, навешенную на тепляк, а также изготовленный на базе буровой машины СБПК-5 манипулятор на гусеничном ходу не имели успеха из-за ограниченности размеров блоков и необходимости работы в теп ляках различной конфиrурации блоков. 158 Одним из самых сложных вопросов зимнеrо бетоmtрования прискаль ных блоков является обеспечение нормальноrо температурноrо режима в контакmой зоне блока на граЮlце мерзлоrо скальноrо основания и свежеуложенноrо бетона. Техническими условиями на укладку бетона в подобных случаях требуется, чтобы скала была отогрета на rлубину o.s м, а минимальная температура основания перед укладкой на нее свежеуложенноrо бетона должна быть 2 °С. Эти rраничные условия про тиворечат друr другу, так как при факrnческой теплопроводности скаль ного массива обеспечить таки~ температурные градиенты не удается. Многоtn1сленные наблюдения на строительстве Вилюйской, Усть-Хантай ской и Колымской ГЭС o.s основания на глубину no ниже чем показали, что проrрев мерзлого м возможен при нагреве ero скального поверхности не 8-11 °С, в зависимости от теплофизических свойств мас сива. Обеспечить нагрев поверхности скалы до этой температуры было трудно. Электрокалориферы устанавливали. как правило, на смонти рованную арматуру на зна'Штельном расстоянии от скалы, 3% чего на прогрев основаюtя расход,ывалось не более затрачиваемой на обогрев тепляка. В вследствие общей теплоты, связи с неэффективностью су ществующих схем прогрева скального основания изменялись требования к температурному режиму контактной зоны и даже делались попытки обосновать возможность укладки бетона на мерзлое скальное основа ние. При этом исходили из следующих основных предпосылок: в контактной зоне необходимо обеспе'Шть положительную темпера туру для набора бетоном проектной прочности; теплосодержание контактного слоя свежеуложенной бетонной смеси даже без учета экзотермического разогрева цемента в теплосодержания отсутствии в такого трещинах же слоя основания скального льда основания, удельная раза больше 2-3 так как теплоемкость при скалы 0 составляет 0,84 - 0,92 кДж/ (кr. С); следовательно, при тешюобмене контактной зоны скалы промерзания свежеуложенной бетонной смеси не произойдет. При укладке бетона в замкнутые скальные полости сцепление бетона со скальным основанием в расчетах не У1Пftывается. В ряде случаев оно дополюпельно цементируется (цементационные галереи плотин, облицовка здания ГЭС) или дренируется (облицовка каналов, водосбро сов). Кроме того. при разработке скальных массивов контуры котло ванов, как шенности правило, отдельных выходят за проектные размеры участков массивов, так и в как в силу разру пределах допусков СНиП. В частности, на строительстве Курейской ГЭС объем бетона, уло женного в переборы, составляет более 7% общего объема бетона. Исходя из этоrо можно даже предположить, что в контактной зоне бетон вследствие частичного подмораживания в первый момент укладки будет иметь более низкую прочность, чем основной массив бетона, но более высокую прочность, чем скальный массив. Таким образом, создается буферная зона, которая не влияет на прочность сооружения в целом. 159 Результаты основание первых опытов по укладке бетона на мерзлое скальное без его прогрева, проведенных сотруДЮ1ками Оргэнерго строя на строительстве Вилюйскойt а затем У сть-Хантайской ГЭС, под твердили возможность укладки бетона на мерзлое основание. Бьmи определены допустимые размеры блоков, температура бетона прикон тактной зоны, интенсивность нологии требовало бетонирования. Применение максимального повышения начальной такой тех температуры бетона дпя укладки его в приконтактную зону. Однако обеспечить по вышенную температуру некоторого тонном заводе Щтя в количества бетонной смеси на бе процессе непрерывной выдачи бетона было трудно. разогрева бетонной смеси непосредственно перед укладкой его в блок в кузове автомашины навесными электродами или в специально оборудованной бадье в отработанную технологию приготовления, тран спортировки и укладки бетона требовалось ввести малопроизводитель ную операцию со специальным энергоемким и нетехнологичным обору дованием. Однако на ряде строительств эта технология применялась при усло вии получеЮIЯ бетонной смеси с максимально возможной температурой и более тщательного контроля за температурным режимом контактной зоны. На строительстве ванная технология Колымской зимнего ГЭС была бетонирования разработана методом мод;ифициро "термоса'' [37}. В основе этого метода бетоЮ1рования прискальных блоков лежит созда ние промежуточного контактного слоя бетона толщиной до 0,5 мс целе направленными теплофизическими свойствами, позволяющими отказать ся от трудоемкой основания. операции Прискальный - слой предварительного бетона отогрева скального выполняет роль теплозащитной прокладки. Схема бетонирования блоков по этой технологии: поверхность скального массива перед укладкой бетона обрабатыва ется концентрированным раствором хлористого кальция; в бетонную смесь, уюшдываемую в приконтактную зону, вводятся добавки хлористого кальция щая добавка СНВ (1,5---2% массы цемента) и пластифицирую (0,01-0,02%). Доза добавок и начальная температура твердения назначаются таким образом, чтоб.ы избежать преждевременного замораживания бетона и за счет форсированного экзотермического про цесса обеспечить набор прочности до кающие цию добавки воды к 40-50% проектной. Воздухововле повышают морозостойкость зоны, исключают мигра фронту промерзания, повышают теплозащитные свойства бетона за счет снижения его теплопроводности; в остальную бетонную смесь комIUiексную добавку не вводят; температура смеси в блоке поддерживается на минимально допусти мом пределе, обеспечивающем твердение бетона; уход за блоком производится так же, как и при укладке бетона на отогретое основание. На строительстве Колымской ГЭС по указанной технологии были уложены два опытных блока объемом 335 и 460 м 3 • Толщина промежу точного защитного слоя бетона с комШJексной добавкой СаС1 2 + СНВ 160 10н - "787 Ск6ажина NZ 19- 18 •80J z: ~ ~ • 815 Ск6аt1Сuна Н 2 в1n·~=.5сн d=13сн 818 • 79Z • d=Z5cм а) t, С 0 БD ,,,. ........... 50 /,,,,. J / Чй ,,1/ , 20 о -10 -zo , '- -- -- --- -- --- -- ... v---- -18 815 .:f9 ~- -~ /• 30 10 ~- ....... ,,- L1 ............. iY f ~ t;-:: -:::: ~ // - /~ ~ ~ Vz 4'' /1 - - -- 6.13. ,803 / _,,787 - --- - r- - 3 ч 5 б 7 бремя,суm 5) Рис. / ' 79Z 818 1' 816 Terutoвыe процессы в опытном блоке. уложевном по модифицированной техноло111И методом "термоса": а - расположение температурных ца'"1tков в опьmюм блоке; б - изменение температуры скального массива и бетона составила 0,6 м. В основную часть блока укладывали бетон с добавкой СДБ. Интенсивность укладки бетона составляла 9-1 О м 3 /ч при температуре бетонной смеси от 15 до 20 °С. Температурный режим блока и контакт ной зоны контролировался по установленным термисторам, схема уста 6.13, 6.13, б. новки которых в одном из блоков показана на рис. температуры скального массива и бетона - на рис. а, изменение Да'NИки, установленные на контакте бетон-скала, показали, что сразу после укладки бетона в этой зоне установилась положительная темпера- 11 - Зак. 1820 161 тура, которая затем повысилась до 20-24 °С и устойчиво сохранялась длительное время, обеспечив набор 80о/о-ной прочности бетона. Датчики, установленные в основания, показали его прогрев на глуби ну 0,5 м. Анализ температурного поля опытных блоков подтвердшt необходимость тщательного утепления периферийной зоны блока в мес тах прирезки ее к скальному основанию. Установленные здесь датчики показали меньшую степень отогрева основаНlfя и меньшую температуру разогрева бетона. Описанная технология укладки бетона может найти неЮ1е при бетонировании прискальных блоков, umpoкoe приме в зонах сооружеЮ1й, где по условиям производства работ в зимнее время необходимо забе тоЮ1ровать большие площади скальных поверхностей: облицовка кана лов, водосбросов, сопрягающие митъ1 противофильтрационных зон ШIОТИН И Т. д. 6.4. Оnаnубочные работь1 на строитепьстве rидроуз.nов Различия в бетонироваюm массивных и прискальных блоков опреде лили различную степень индустриализации опалубочных работ на раз ных mпах сооружений. На строительстве гидроузлов с грунтовыми плотинами при относи тельно небольших объемах бетонных работ вся опалубка изготовля лась на стройплощадке из дерева с различными утеплителями, обеспе чивающими нормальный режим твердения бетона. Типы опалубки отли чались лишь размерами, толщиной утеплителя и деталями крепления. В качестве утеIDIИтеля использовалась ШIИТа, МJШеральная вата, опилки, пергамин, крафт-бумага и пр. К армокаркасам или к специально уста новленным анкерам опалубка исключало применеЮ1е крепилась внутриблочной шпильками механизации и тяжами, при что подготовке блоков к бетОJmроваюпо. Особенно так как трудоемким прирезка было опалубливание переставных опалубочных прискальных щитов к блоков, скальной по верхносm выполнялась наборной стационарной одноразовой опалубкой. Опалубка) изготовляемая на стройrтощадке, помимо высокой трудо емкости установки и демонтажа не обеспечивала требуемого качества поверхности бетона. Для изготовления опалубки на строительстве Вилюй ской и Усть-Хантайской ГЭС толстослойная фанера не применялась, опа~ лубка изготавливалась из досок и характеризовалась малой оборачивае мостью. Так, средняя оборачиваемость утепленной опалубки не превы~ шала 2,5-3 раза. Малая оборачиваемость переставной утепленной опалубки, большие объемы прискальноrо бетона, выполняемого в ст31Щонарной наборной опалубке, требовали большого расхода пиломатериалов и привод;или к захламлеJП1ости строЙIШощадки. Больuше трудности возникали с распалубливанием поверхностей внутренних полостей сооружений: потерн, отсасывающих труб и т. д. Так, деревянную опалубку русловой часm потерны плотины Вилюй ской ГЭС общей длиной около 162 800 м разбирали из двух проемов, сде- ланных на береговых участках сооружеШtя. Разборку вели вручную и транспортировали детали опалубки к проемам такелажным способом. На строительстве Вилюйской ГЭС цпя бетонирования в весенне-лет нее время при температурах воздуха до -5 °С применялась "х о л од н а я tt о д н о с л о й н а я д е р е в я н н ая той формы с размерами щитов 1 х ми 2 0,5 о п а л у б к а коробча х 2,0 м толщиной палубы 40 мм. Опалубка удобна для бетонирования любых поверхностей, лег кие щиты устанавливаются ВрУ'ПfУЮ t она креrmтся иmильками через сnециальные брусья. Затраты кранового времени на ее монтаж мини· мальны. С увеличением объема бетонных работ на строительствах гидроузлов с грунтовыми rmоmнами, а rлавное, в связи с развиrnем производст венной базы появилась возможность часть деревянной опалубки заме· нить на н е с ъ е м и у ю менеЮ1е такой и опасный вид работ позволяет исключить о пал у б к у. При сложный, трудоемкий распалубливание блоков; - траты при ее монтаже; 1шпь желез обет он ну ю опалубки уменьllПlть трудоза снизить потребность в пиломатериалах; умень- объем строительноrо мусора; повысить культуру производства, техноrtоrичность строительного потока, эстетический вид конструкций; уменьшить пожароопасность сооружений; использоваmt:е железобе· тонной опалубки для опирания тепляка позволяет высвободить блок от поддерживающих колоШI и улучшиrь организацию внутриблочной мехаЮ1Зации. Первый Ьпыт nm:рокого внедрения несъемной железобетоююй опа лубки в северных условиях бьm получен на строительстве Колымской ГЭС. При возведении потерны русловой шютины бьmа применена желе зобетонная опалубка полигонального очертания (рис. 6.14). Для бетонирования свода временноrо водосбросного сооружения при менялась конструктивная железобетонная опалубка, монтируемая кра нами со специальными траверсами (рис. 6.15). блока обесnечивался значительной толщююй та опалубки Температурный режим конструктивноrо элемен [ 14] . На этом же строительстве применялась при возведении бычков водо приемника несъемная железобетонная опалубка с наклеенным с внеш ней стороны пенополистиролом слоем см. Пенополистиролt наклеен 10 ный на железобетон эпоксидным Юiеем, оставался на конструкциях и затем отрывался от бетона при прохождении паводка. Существенным недостаткам такой опалубки является ее относительно высокая стои мость из-за сокращения одноразового трудозатрат Наибольшее использования, эффективность однако ее из-за значительного применения несомненна. усовершенствование оnалубочных работ, индустриализа ция всего щ.юцесса изготовления и установки опалубки бьmи достиг· нуты при возведении контрфорсноrо типов: бетонных плотин Красноярской, гравитационного Братской, и массивно Усть-Илимской и Зейской. Для изготовления опалубки на этих счюительствах в основном при менялось 80-90% дерево. Деревянной щитовой опалубкой бьmо опалублено бетонных поверхностей при строительстве Братской, Красно· 163 12,26 Рис. 6.14. Конструкци.t: блока русловой потерны Шiотин:ы Колымской ГЭС: 1 - сборная жеnезобетоm1u опалубка; 2 - перекрытие тe1DJJ1:кa; 3 - бункер звеньевыми хоботами для приема бетона; 4 - круnнопанельнu деревянная со опаnубка ярской и Усть-Илимской mотии, около 70% Зейской mотины. Однако сама конструкция опалубки была модернизирована. Бьmи разработаны ряд конструкций с консольным раскремением опалубки. Исключение внутренних тяжей, применявшихся ранее для раскреIDiения щитов, су щественно облеrqило применение внутриблочной механизаlОfИ. Массивные бетонные конструкции 1D1отии позволили также umpoкo применить несъемную железобетонную и массивную бетонную опалубку. Распределение опалубливаемых опалубки показано в табл. К о н с о льна я поверхностей оп ал у б к а Усть-Илимской ГЭС (рис. ряда плот1П1 по типам 6.8 [15). 6.16) бьша внедрена на строительстве и нanma широкое применение на строиТаблица Плотина 6.8 Опалуб Распределение опалубливаемых поверхностей по ти· ливае nам опалубки, % мыеnо· верх ности, мли.м 2 Деревян· ная щи- Консоль· ная Железобетонная товая Бетон· Н8J1 мае- Специальная: сетча· сивная тая, деревометалпиче.о екая и др. Братская Красноярская Усть-Илимская Зейская Саяно-lllуwенская 164 1,328 1,16 1,167 0,925 1,720 87 98 80 68,6 24 0,2 5 6 0,7 15 0,4 70 4 30 6 1 1,8 1,3 1 Рис. 6.15. Бетонирование свода времеmюго водосбросного сооружения Колымской ГЭС с применением сборной жеnезобето1П1ой констру1<1ИВной опалубЮ1 Рис. 6.16. Консольная многоярусная опалубка тельстве 80% Саяно-IIIушенской ГЭС, где с ее помощью бьmо опалублено всех поверхностей. Консольная этом строительстве, наиболее нологичности. опалубка, применявшаяся на совершенна по своей конструкции и тех Панель опалубЮI состоит из металлического каркаса с выступающими вверх стойками и деревянных утеШiеНllЫХ опалубочных щитов со штрабообразующими элементами, IСОторые крепятся к карка су и по мере износа заменяются новыми (рис. винrовых 7-1 О см, шарниров что позволяет обеспечивает создавать свободное 6.17) . между снятие Наличие опорных панелями нижней зазор в опалубочной панели. При распалубке нижняя панель креmпся к верхней с помощью тро совых подвесок, вследствие чего кран не задерживается на монтаже опалубки на период освобождения панели от анкеров. Упорные болты в нижней части выступающих стоек служат для отжатия панели при демонтаже. По мере бетонирования одного яруса высотой З м устанав ливается опалубка следующеrо яруса. Затраты кранового времени на установку одной панели JDiощадью до .45 ~ составляют 15-25 мин. Затраты времени на опалубливание опережающего блока размером 15,8 х 27 м составляют 15-25 ч. IIIиpoкoe применение железобетонная опалубка напmа при сооруже нии Зейской ГЭС. Боковые грани контрфорсов 166 формировались трех- г Рис. Конструкция опаnубЮI: 6.17. 1. 2 лубЮ1; нижняя и верхняя панели опа З навеСНЪJе леса для навеши - вания утеШIЯJОщих пurroв; литель; винт; 6- 5 - 4 - щит-утеп регулировочный опорный упорные бо1ПЫ; анкер 7- 7 слойнъtми панелями ОТ-7 с утеIDIИ телем из пенопласта ФРП-1 {рис. 6.18). Панель состоит из арми рованнь1х paбotmx и защиrных слоев бетона ТОЛЩШIОЙ утеплителя опалуfiку 6 толщиной можно среднегодовых ха по ?.~~<-·}~"/::/:: ~:~.~ ~: :\ ·:.~:"::-:·>./i >< <:-~:\:."~~ СМ и слоя см. Эту применять при 8 температурах возду ~;~:y~1i~ ·..'?~: -4 ° С. С увеличением толщины утемителя опалубки диапазон может применения быть pacIID1peH. . Максимальные перепады температу самый опалубка холодный промерзала период ~ . . IТ"1""-..a.;~~~:i:;~: -N( ры на участке ядро-боковая грань не превышали 15 ° С при пшрине блока 5 м и 23 ° С при nmрине 7 м. В .. года только через месяц. Опалубка технологична в монтаже. При транспортировке и монтаже ее теIUiотехнические свойства не изменяются, так как утеIDiитель заIЦИ щен слоем бетона, что исключает дополнительные работы по ее утепле нию и ремонту после монтажа. На строительстве Зейской ГЭС бьmа применена "х о л о д н а я" ж е л е з о б е т о нн ая о п а л у б к а с "выипрабками", которой форми ровали грани межстолбчатых швов. В зимний период эта опалубка утеп лялась различными способами: слоем ommoк 12-15 смt засыпаемых между опалубкой и деревянными щитами, обогревом полостей межстолб чатых швов и облегченными утеIUiяющими деревя1mыми щитами с коэф фициентом теIUiоnередачи 0,8 Вт/ (м2 • 0 С). Однако применяемые для утеIUiения щитов ОПЮIКИ замусоривали межстолбчатые швы и затрудняли их подrотовку к бетоЮ1рованию. Дальнейumм развитием такой опалубки является основе ж е л е з о б е то н н о й разработка на ее т е р мо а к т и в но й о п ал у б к и с использованием элекrрообоrрева. Утеmенную железобетонную трех слойную опалубку тJШа ОТ- 7 можно применять только для формирова ния контрфорсов и межсекцио1mых нецементируемых швов, так как 167 Рис. 6.18. Применение трехслоАной уrепленной железобетоЮ1ой опалубки на строи тельстве Зейской ГЭС опалубка не учитывается в расчетной схеме сооружений и находится за пределами проектного профШiя сооружения. Другие требования предъявляются к желеэобето1mой опалубке цемен mруемых швов. Здесь может найm применение только жесткая термо акnmная опалубка, обеспечивающая, с одной стороны, температурный режим блока, а с другой стороны, возможность омоноличивания в даль нейшем сооружений. Непреме1mое условие применения такой опалубки отсутствие работ по ее обработке - после выдерживания блока: снятие утеIDiителя, обработка поверхности и т. д. Только в этом случае будет обеспечиваться ее технологичность. Показатели опалубки, даны в табл. применяемой на строительстве Зейской ГЭС, 6.9 [ 15]. На монтаже железобетоююй опалубки затрачивалось и 0,207 чел.-ч/МЗ, деревяmюй опалубки 1,11 чел.-ч/м2 и т. 168 е. трудоемкость работ по монтажу 0,483 чел.-ч/м2 0,4 77 чел.-ч/МЗ, железобетоююй опалубки в Таблица Тип опалубки Площадь Масса Расход на оnалуб- 1 панели, метал- ки, м 2 т 1 м 2 опалубки 6.9 Удельные трудоза ла, кr пилома- териала, бетона, утепли- мз мз теля, м 3 траты на ИЗГОТОВ· ление опа лубки, чел.·ч/м 2 Деревянная теп 19,1 1,51 1,46 11,95 21,0 7,6 12,3 4,35 13,8 19,8 5,8 8,5 лая щитовая ТIIl~ll Железобетонная трехслойная ОТ- 7 0,84 0,129 0,135 0,072 1,225 Железобетонная ЗКО для блоков шириной, s м 7 1,46 1,46 0,166 0,166 П р и м е ч а и и е. В энаменатепе расход крепежного материала, кг. 2,3 раза ниже по сравнению с деревянной, и, главное, не требует затрат на ее распалубку. Хотя стоимость ее из-за высокой стоимости привозных материалов на 60% выше деревяmюй, она все же более эффективна. На строительстве Зейской ГЭС для бетонирования раздельных стенок, где требовалось 00000 высокое качество поверхности кавитационно стойкого бетона, применяли спец и ал ь ну ю оп ал у б к у РС-50, состоящую из П-образной рамы и деревянных щитов. Блоки бетонирова лись по м. П-образная рама устанавливалась на четыре трубчатых стой 3 ки. Стойки смазывались солидолом и после бетонирования выдергива лись краном. На два щита: нижний крешmась к каждой стороне раздельной стенки устанавливались - раме, высотой а 3 нижняя ми верхний расIШралась - 36 см. Верхняя часть щита домкратами в шести местах с каждой сrороны и rmотно прижималась к бетону ниже расположенного яруса. Такая конструкIЩя придавала опалубке пространственную жест· кость и обеспечивала надежное сопряжение бетонных поверхностей. При бетонировании низовой грани водослива применялась н а пр я жен на я строем оп ал у б к а п р е д ОВГ·SО) разработанная Оргэнерго дпя водосливной плотины Усть-Илимской ГЭС. Опалубка вы полнена в виде крупногабаритного щита, опорные части которого вынесе ны за пределы в сторону водосливного пролета. Палубе щита придана выпуклость бетонируемого блока. Для предотвращения наIUiывов бето на на контакте между смежными по высоте блоками ЮIЗ опалубочного щита гидравлическими домкратами с усилиями 200--250 кН прижимают к бетонной поверхности, в результате чего нижняя балка получает пред варительное напряжение. Этим обеспечивается Шiотное прижатие щита к поверхности бетона по всей длине пролета. Расчетная скорость бетони рования по высоте бпока составила 0,25 м/ч. 169 ГЛАВА 7 ПРОИЗВОДСТВО ЗЕМЕЛЬНО-СКАЛЬНЫХ РАБОТ ПРИ СООРУЖЕНИИ ГИДРОУЗЛОВ В СЕВЕРНЫХ УСЛОВИЯХ Конструктивно-техноnогические особенности 7.1. земnяных сооруженийt возводимых в суровых климатических усnовиях Конструкция грунтовой rmотины, ц и о н н о го у стр о й с тв а т и п ее пр от и в о фильтр а (ядро ми экран) определяются на осно вании технико-экономических сравнеЮ1й с учетом наличия местных ма териалов, топографии створа, схемы пропуска строительных расходов и друrих условий строительства. Г р у н т о в ы е п л о т и н ы с э к р а н а м и имеют следующие преимущества: возможность позволяет ятное опережающей переносить отсыпки укладку JШзовой связных грунтов упорной на более призмы, что благопри время; бпаrоприятный температурный режим противофЮiьтрационной зоны, так как экран расположен ближе к верх.нему бьефу и значительно уда лен от низовой призмы, где наиболее интенсивно преходит конвектив ный теmюобмен. . Однако rmотины с экраном имеют и существенные недостатки: сложное выполнение сопряжения экрана с берегами; сложный режим работы ча стично проморQженного экрана, лежащего на деформируемой наброске, осадки которой ляемые к достигают сдвиговым более 7%; жесткие характеристикам требования, грунтов, предъяв укладываемых в экран. Указанных недостатков лишены я д р о м. плот ин ы с центр аль н ы м Однако ядро IUiотины необходимо возводить одновременно с переходными зонам:и и упорными призмами без зна~mтельных перепа дов по высоте смежных зон. Это заставляет делать технологические пере рывы при возведении плотины в периоды с низкими температурами воздуха. Поэтому тип противофШiьтрационноrо устройства должен вы бираться после тщательного анализа всех производственных и эксплуата ционных факторов. Основная особенность строительства 1U1отин, как уже отмечено, заклю чается в необходимости круглоrодичного ведения работ в условиях низ ких температур. наружного воздуха (рис. ко схемами пропуска строительных 7 .1) . Это обусловлено не толь расходов, при которых основные работы на русловых участках приходится вести в зимнее время, но и стремлением более рационально использовать наличный парк машин и механизмов. Как показал опыт строительства плотин Вилюйской, Усть-Хантай ской, Серебрянской, Курейской, Колымской ГЭС, наибольшие трудности возникают при возведении в зимнее и ядер моmн. 170 время из связных грунтов экранов м 1.05. G7r. -30. 07. G7r. 55 45 35 Пf!.аВьиJ оерег 25 15 тн.е=-6'+ 4•с s -S1..--1.~_._~_.___..___.._~_._~...___,_~_._~.....___.'--_.._~_._~.___._~__._____. Рис. 7.1. Поэтапная схема возведения экрана плоmны Вилюйской ГЭС Вопросы технологии зимней укладки связных грунтов к настоящему времени решены на 1\llНогих строительствах. На строительстве Вилюйской ГЭС бьmа разработана те хн о л о r и я у к л а д к и "н а с у х о" г р у н т о в. о п т и м ал ь н о й в л а ж н о ст иJ которая позволяет уже в начальный период возведения шtотин получить требуемые На характеристики укладываемого строительстве У сть-Хантайской ГЭС усовершенствована и разработана у к л а д к и материала [ 17] . указанная технология бьmа т е х н о л о г и я "н а с у х о'~ пе ре у в л аж не н н ы х г р у н т о в т е к у ч е й и с т е н ц и и [30]. гается получение мально з и м н е й гл инисты х т е к у ч е пл а с т и ч н о й к о н с н Первоначальным уШiотнением или прикаткой дости монолитной однородной структуры грунта с макси возможными при данной влажности IUJотностями. Дальнейшее уruютнение происходит при последующей фильтрационной консолида ции грунта. з и м н е й Технология гретую у кл а д к и г р у н т о в в п о д о была разраfютана на строительстве Серебрянской воду ГЭС. Указанные способы возведения противофильтрационных элементов плотин требуют определенных свойств грунтов и определяют конструк тивные особенности сооружений. Влажность грунта и его способность консолидироваться во времени является наиболее важным фактором для выбора той или иной технологии. Для укладки в воду или "насухо" переувлажненных грунтов необходимо, 'Пабы грунт успел консолидиро ваться уже в (экрана) процессе возведения ruютины. При этом профиль ядра ruютины в целом может быть оолее расIUiастанным, так как укладка грунта в воду в узкие ядра (экраны) затруднена, а при укладке "насухо" переувлажненных грунтов, вследствие смерзания грунтов, воз можно грунтов образование значительных разуnлотненных оптимальной влажности ядро мально обжатым (Вилюйская Шiотина) Известно, при прочих 'ПО консолидация равных условиях (экран) зон. При укладке можно сделать макси . связного зависит от крупнообломочного гранулометрического грунта состава, 171 точнее, от содержания rлюmстъ1х частиц, которое определяет коэффи циент фильтращm грунта. Опыт строительства отечественных ШIОТИН показал, чrо гранулометрический состав материала можно изменить за счет оооrащения исходного материала теми ЮIИ инь1ми фракциями. Следовательно, для мокрой укладки грунт необходимо обогатить :пъmе ваrо-песчаными фракциями дnя того, 1П0бы суммарное содержание глинистых частиц в смеси не превышало 2-3%, при этом коэффициент фильтрации грунтов будет в пределах А · 10~ 4 -:-s см/с. Для грунтов оптимальной влажности содержание глинистых частиц должно быть в пре делах 7-15%, смесь будет и по своему приближаться гранулометрическому к rлиноб~тону, составу коэффициент грунтовая фЮiьтрации которого находится в пределах А· 10- 7 -:-s см/с. Пос'<ольку в условиях Крайнего Севера пред;варительное буртоващt:е грунтов, находящихся технологическим жение, в мерзлом процессом рекомендуется при состоянии, является укладке максимально грунтов использовать в обязательным напорное искусственные соору грун товые смеси, так как обогащение грунта не ведет к удорожанmо стои мости работ в целом. В практике IUiатиностроения используются два основных с по с о б а о б о r а щ е н и я г р у н т о в ы х с м е с е й: 1) при помощи спе циальных смесительных установок; 2) путем складирования в проме жуточные квальеры (бурты) различных по гранулометрическому со ставу грунтов при помощи обычных землеройных механизмов. Так, при возведении mютины Кугар изводили отсев (CIIIA) 150 мм частиц более на колосниковом грохоте про из глинистого материала, пред назначенного к укладке в ядро JUiотины. На строительстве rmотины Гешененальп (Швейцария) глmюбетон, укладываемый в ядро IUiотины, приготавливался на смесительной уста новке из отсортированного песчано-rравелистоrо грунта и опалиновых порошковых глин. При сооружении ruютины Гепатч (Австрия) применя лись смесительные грунта. При нистого установки для улучшения сооружении IUIОтины Миборо грунта щебнем производилось свойств (Япония) при укладываемого обогащение гли отсыпке промежуточных буртов. На строительстве Нурекской ГЭС в ядро rmотины уЮiадывался грунт, полученный перемешиванием в буртах пестрых по гранулометрическому составу суглинков Сафсдобскоrо месторождения. Лля северных условий наиболее простым и экономичным способом улучшения свойств фракциями бенно в для грунтов процессе является буртования. обогащение Это районов Крайнего Севера для его необходимыми буртование необходимо осо термовлажностной мелиора ции грунтов. Применение искусственных (обогащенных) грунтовых смесей с за данными физико-механическими свойствами позволяет делать ruютины более экономичными за счет рациональной раскладки материала в си стеме ядро-фI01ьтр-упорная призма. В ряде случаев искусственные грунтовые смеси дают возможность строить mютины в районах, где от сутствуют 172 естественные грунты с необходимыми свойствами. Поэтому ------ ----~· _.._.---."~...__... ....... ~ -- " . .-...... .... _...........-... .. при сооружении Шiотин на Крайнем Севере в первую очередь необходимо всесторонне исследовать возможность получения из местных грунтов смеси с требуемыми строительными свойствами. ИскусствеШIЪiе грунтовые смеси нередко оказываются дешевле есте ствеш1ых rрунтов, как правШiо, за счет снижения транспор111Ых расхо дов и уменьшения объемов вскрышных работ. При coopyжelUIИ IDIОТИН на Крайнем Севере наиболее сложным оказы вается r р е r рун та. у л и р о в а н и е в л а ж н о с т и у к л а д ы в а е м о r о В естественных условиях грунты, как правЮiо, имеют влаж ность выше оптимальной (ВI01юйская, Усть-Хаитайская tmотины). В лет нее время в районах с влажным климатом естественной подсушки rрун та не происходит. Дополнительные мероприятия: хранение грунrов в те чение rода в буртах, изменение технолоrии заготовки грунта снижает влажность незначительно (на 2-3%). Обильные дожди в летнее время зачастую приводят к дополнительному увлажнению грунтов. Влажность грунта зависит от отношеюtЯ количества испаряющейся с верхности rрунrов влаrи к количеству осадков, открытой по выпадающих в леmее время в период заготовки и укладки грунтов. Поэтому определяющим фактором для выбора конструкции плотины и метода ее возведения является возможность регулирования влажности укладываемого без значительных удорожаний rрунта [60]. На первых стадиях проектирования при назначеJD1И основных пара метров ШJОТИНЫ сухим летом, необходимо рекомендовать следующее: rде возможна летняя в районах с подсушка грунта до оптимальной влажности, необходимо путем обоrащения получать оптимальную rрун товую смесь - mинобетон и укладывать ero в предельно обжатые проти вофильтрациоlПlые зоны; в районах с влажным климатом надо пере ходить на укладку грунтов в воду ЮIИ "насухо" с уплотнением грунта тракторами в расrmастанн:ые противофЮiьтрашюшtые зоны, обогащая грунты пьшевато-песчаными фракциями. Большое значение д.пя наэначеюtЯ параметров rрунтов при укладке имеет учет сроков и Шiтенсивности наполнения водохрашшища. Назначение контрольных rmотностей грунтов ядра (экрана) при укладке IUJOTИНЬI исходя из расчетов устойчивости IDIОТИН при IЮЛНОМ наполнении водохраmmища представляется завышенным и удорожаюПU1м строительство фактором. Опыт эксIDJуатации Вилюйской и Усть-Хан тайской nnonm убедительно показал, чrо при укладке грунтов с контакт ным засолением температурах 11Р поверхности слоев консолидация: их происходит при -2 °С за счет отжатия парового раствора по горизон тальным засоленным прослойкам. До строительства Вилюйской и У сть-Хантайской ШIOТIUI существовало мнение, что если основание каменно-набросных Шlатин в районах Край него Севера сложено прочными скальными rрунтами, то mотш1ы следует рассматривать как талый тип и проектировать по нормам, предусмот ренвым для зон с умеренным климатом. Никаких дополнитеnьнь1х требо ваний в связи с суровыми климатическими условиями не предусматри валось. Однако наблюдения за строящимися ID1отинами показали, что в IDIX протекают сложнь1е процессы теIШо-массообмена, определяющие 173 о) а) Рис. 7.2. Устройство темоизоляционной зоны каменно-набросных плоnш: а - слоями по низовому откосу; б - горизонтальными слоями; 1 - ядро; каменная наброска; 3 - теплоизоляционный слой грунта из щебня, гравия 2 - в конечном счете формирование термического режима IUIOTИH. Без зна ния этого режима невозможно правильно выбрать тип и схему возведения тmотин. ИсследованияМtt установлено, что в каменно-набросных IUiотинах среднего и высокого напора в районах со среднегодовой отрицательной температурой в верх.ней ·части низовой призмы температура наброски в течение года знакопеременна, а в нижней сохраняется отрицательная температура, т. е. создаются условия дЛЯ промораживания ядра и обрат ных фильтров. Для уменьшеIШя' конвективного теmюобмена в низовой призме можно применять следующие конструктивные мероприятия. Низовую упорную призму отсыпать из рядового камня без сортировки и без ограничения в нем содержания мелких фракIЩЙ. Увеличение в наброске мел.ких фрак ций не снижает ее прочностные свойства, а наличие мелочи уменьшает конвективные токи. По• низовому откосу может быть устроена теIUiо изоляционная зона из гравийно-гапе'Пiикового ШIИ щебенистого грунта (рис. 7.2, а), в низовой призме прослойки (рис. 7.2, б) .. - горизонтальные теruюизоляционные Конструкция низовой призмы, сложенной из различных по круmюсти материалов, должна проверяться на статическую устойчивость, а толщина теплоизоляционных слоев должна быть определена теrutотехническим расчетом. Особенностью зимней укладки грунтов является промораживание плотин в процессе их возведения. Если верховая призма, сложенная из каменной наброски, при наполнении водохранилища оттаивает быстро, то протаивание ядер (экранов) и фильтров идет медленно, а большая часть низовой призмы вообще не оттаивает. Наличие мерзлых зон из меняет характер работы сооруже1:mя. Поскольку модули деформаций мерзлых и талых грунтов различаются в десятки тысяч раз, при деформа циях возможно образование трещин в более жестких мерзлых зонах. Однако эксплуатация ВIШюйской и У сть-Хантайской плотин опровергает эти опасения. Более того, на строительстве У сть-Хантайской ГЭС зафик сированы значительные абсолюmые деформации плотин с мерзлыми зо нами без видимых разрушений. Опыт экс1U1уатации этих rmотин позволяет сделать вывод, что промора живание ядер пустимо 174 и (экранов) должно в процессе строительства и эксшtуатации до учитываться при проектировании сооружений. От Рис. 7 .3. ДеформациошtЬIЙ шов :в экране каменно-набросной IDIОТИИЫ: 1 - экран, промороженный в период строительства; 2 - IDtастичный засоленный грунт; 3 - каменная наброска; 4 - ранее уложенный ~ частично промороженный экран плотины; 5 - скальное основание IDtотины; АА - относительная осадка экрана устройства теIШоизоляционной "шубы'', прикрывающей связные грунты на период остановки работ, можно отк~аться. Следует подчеркнуть, что напряжеюю-деформируемое состояние про тивофилырациоЮiых злементов IUiотин, в которых чередуются талые и мерзлые зоны, изучены слабо, поэтому положительный опыт строитель ства и эксШiуатации rmотин высотой до женные зоны, 70 может оцениваться лишь теоретического обоснования. С м, в которых есть проморо качественно без достаточного увеличением высоты строящихся пло тин (а такая тенденция намечается) наличие зон с разными деформатив НЫJ\.1И свойствами может иметь решающее значение в определении на дежности сооружений, особенно для IUiотин с экранами. Следовательно, прогноз должен возможного стать трещююобразования частью Некоторые промороженных зон rmотин теоретического обоснования проекта сооружения. конструктивные решения, снижающие трещнообразова ния промороженных зонt возможны. Так, при сооружении Вилюйской ruютины на участке строительной траншеи, где экран возвод~mся за один зимний сезон на высоту основания и ранее 50 м, мерзлый экран отделялся от скального уложенного промороженного грунта пластичным засоленным грунтом (рис. 7.3). Наличие мерзлых зон в большей степени влияет на характер фильтра ционного потока. Исследования СибВНИИГ показали, что наличие мерзлой зоны ядра русловой ruютины увели~m:вает местные градиенты фWiырационноrо потока по сравнению с талым ядром. Для повышения фильтрационной прочности IUiотины необходим nцательный подбор ма· териалов для обратных фмыров и более качественной их укладки, что выполнимо, висит от так как погодных укладка условий. сыпущ.t:х Одним материалов из основных практически условий не за надежной работы IUiотин талого типа является подбор обратных фмыров и пе реходных зон ruютин филырационных для устройств различных в вариантов процессе промерзания возведения и противо эксIUiуатащш плотин. 175 11.- - ...... ~ " Рис. 7.4. путем Защита от суффоэии ядра IDJO'ППIЬI кальматации образующихся в нем трещин: скалЫОаlЙ массив; 2 - Трещиноватый участок .-драв зоне СОПрJ1ЖеRИJ1; З - обрат ный фильтр; 4 - переХоДИЬJЙ спой; 5 "карман", заполвеlDIЫЙ кальмаmрУJОщим ма териалом (мепкоэернистый песок) 1 - Гранулометрический состав и каче ство укладки фмыров должны гаран тировать фильтрационную сооружения прочность при следующих нарушени ях его нормальной работы: появления сквозных треЩЮI вслед ствие деформаций nромороженноrо яд ра (экрана) ШIОТННЫ; наличия разуплотне1mых зон вследствие смерзания частиц rрунта или вследствие просадок при оттаивании уложеЮ1оrо связного грунта; увеличеЮIЯ местных rрадиентов напора при промерзании отдельных элементов ядра. Для IDIOТШI в районах с суровыми климатическими условиями следует рекомендовать увеличение числа слоев фЮiьтров, а также выmлнять спе1.U1альные мероприятия по защите грунтов ядра в береговых примы каниях за счет некоторого увеличения объема протнвофЮiырационных элемеJПОв* (рис. 7 .4) . Анализируя конструктивно-технологические особенности грунтовых IDIOTШI северных гидроузлов, необходимо подчеркнуть, что IUJотность, влажность, температура грунта - лишь составляющие комmекса показа телей, характеризующих нормальную работу, а следовательно, и качество сооруженИя. Нельзя рассматривать отцельные характеристики грунта в сооружении без учета конструкlОDI плотины: переходных слоев, обрат ных фильтров, материала упорных призм, качества основанияt условий наполнения водохранилища и сроков возведения тела плотины. Русловая IUioтmra У сть-Хантайской ГЭС является примером, когда при ее проекти ровании и строительстве бьmи в должной мере учтены все перечисленные факторы. Представляет интерес сопоставление сосrоЯЮ1я IDIOTIПIЫ в первые годы эксIDiуатации с предrюсьшками, заложенными при ее проектировании. Такое сопоставлеЮ1е дает объективную оценку о конструкIUDI и состоя нии IDIOTИHЫ. При назначении основных параметров русловой ID1отинъ1 Усть-Хантай скоrо гидроузла исходили из нескольких обусловленных условиями строительства. * Прецпожение 176 В. Н. Жилеикова и Н. И. lllевчеико. основных предпосьшок, Район строительства характеризуется избытощ-ю-влажным, холодным климатом, в летнее время количество в выпадающих осадков более чем раза превышает количество испаряющейся влаrи. Вследствии этого 2 осуществить подсушку грунта в буртах, как это бьmо на строительстве . ВЮiюйской ГЭС, бьmа бы невозможна. Поэтому бьmа принята уЮiадка переувлажненного "шведским" глинистого способом, грунта в ядро Схемой возведения поэтощ так называемым с уплотнением его тракторами и последующей консолидацией грунта под собственным весом. грунтов, плотины ruютины допускалось · предусматривалась промораживание зимняя уЮiадка уложенных грунтов, так как добиться интенсивности возведения Ш1отины, при которой каж дый последующий укладываемый слой защищал бы от промерзания пре дыцущий, оказалось невозможным, поскольку ядро JUiотины высотой 50 м следовало бы отсыпать за 2 мес. Большой объем водохранЮiища, равный 23 км3, потребовал длитель ного до срока для его наполнения, поэтому rmотину предпогалось возвести проектной отметки за консолидации 5-6 промороженного лет. Это способствовало оттаиванию и грунта, уложенного с меньшей rmот ностью. Дпя того чтобы rоютина ny1.fille воспринимала неравномерные осадки, в проекте бьши приняты следующие меры: в качестве противофШlьтра циоиного устройства ruюпrnы, rде вследствие оттаивания могут быть слабонесущие зоны, было принято ядро, так как влияние статической устойчивости самого ядра на устойчивость rоютины не превышает 5-10%; основание ядра было сделано симметричным для того, чтобы ликви дировать опасность деформациях (рис. зависания отдельных зон при их неравномерных 7.5); строительный подъем гребня плотины был принят равным смотря на то, что в период возведения rmотины, дrпmшейся 6 2 м, не лет, ядро плотины должно бьmо частично консолидироваться. При проекrnрованЮi 1U1отины большое внимание уделялось суффо зионной прочности грунтов ядра. Впервые в пракrnке проекrnроваЮ1я IUIOТИH подобного типа исследование фильтрации через ядро выполнялось при различных вариантах промерзаЮ1я его в процессе возведеЮ1я и ядра строительный эксnлуатации. Бьmи (рис. рассмотрены 7.6, случаи промерзаюtя а) и в начальный эксШiуата~щонный (рис. Максимальные выходные градиенты в эти периоды в 7.6, б) периоды. были равны 3,7. При возlВfкновеlВfи в строительный период трещины поперек ядра (верх няя часть ядра находится в мерзлом состоянии, а Ю1жняя в талом) гра диенты напора не превышали 6,6 (рис. 7 .6, в). Здесь предполагалось возникновение сосредоточенного фильтрационного потока вследствЮt "зависаю1я" верхней промороженной часm ядра. Рассматривались также варианты при переслаивании мерзлоrо ядра талыми зонами, толщина которых равна напора при этом не превышали 3,72. 2-3 м. Выходнь1е градиенты Наиболее неблаrоnриятным оказал ся эксплуатационный случай, коrда Ю1зовая rрань толщиной 1 м по всей 177 12 - Зак. 1820 Пpaffыii берег ЛсОыii берег 67.0 ,,, : \\.\ N1 J J _J _J _J .J _J _J _j ....J _J _J J .J _J _J J .J .J _J ....J .J _J _J 7 .5. Продольный разрез русловой rmотины: 1 - цементационная потерна; 2 - строительный .J _J _j .J _J ....J Рис. туннель; З - контуры берегов высоте до уровня нижнего бьефа находилась в промороженном состоя JШ.И. Максимальные градиенты напора при этом достигали 12,3 (рис. 7 .6,г). Эти исследования были очень важными для понимания работы соору жений в период строительства и первых лет эксмуатации и для назначе ЮiЯ основных параметров ядра и переходных зон. Филырационно-суффозионные свойства грунтов, укладываемых в ядро русловой плотины, определялись для состояния, близкого к реальным условиям, с учетом укладки грунтов в зимнее время с меньшей плот ностью и возможного образования рыхлой структуры заполнителя круп носкелетноrо грунта (мелкозема) вследствие смерзания частиц отсыпае мого грунта. Расчетный градиент напора на выходе фильтрационного по тока бьm принят равным 7, что в 3 раза превышает расчетный градиент напора в случае талого ядра. В результате этих исследоваЮJй была изменена конструкция переход ных зон*. Первоначально обратный фильтр предполагалось делать двух слойным: первый слой фильтра из естественной песчано-гравийной сме си, второй слой из сортированного гравия фракции 10-80 мм. Иссле дования подтверДЮiи необх0Jn1мость устройства трехслойного фильтра: в первый слой укладывали сортированный песок фракции 0-10 мм, во второй - естественную песчано-гравийную смесь и в треrnй - сорти рованный гравий. Принятая обработка поверхности каждого слоя раствором хлоридов при укладке грунта в зимнее время создавала пластичные прослойки засоленного грунта и обеспечивала некоторую гибкость промороженных зон ядра и их деформацию. Хорошо развитые переходные слои фШJыра, соизмеримые с размером ядра, играли роль буферной зоны между час ТИ'ПIО промороженным ядром и mдатливой каменной наброской и обусловили спокойный харакrер деформации отдельных частей плотины. Последуюuще наблюдения за поведением плотины подтвердили пра вильность принятых в проекте решений. Работа каменно-набросных IUIOTIOI, посчюенных по талому методу, будет более надежной, если ее основные составляющие зоны, особенно * Исследования проводили 178 К. Г. Юшкова t1 В. Н. Жиленков. Рис. а 7.6. - Расчетная фильтрация через ядро русловой mотины Усть-Хантайской ГЭС: в строительный период; б - в начальный период эксплуатации; в никновении в строительный период трещин в ядре; г - - при воз при промерзании нижней границы ядра в процессе эксплуатации; 1 - мерзлая зона ядра; 2 - талая зона ядра; З - эпюра выходных градиентов фильтрации; 4 - кривая депрессии 179 'rИt.< Рис. 7. 7. Конструкция верхней части рус ловой ruюmны: 1 первый ядро из моренных грунтов; 2 слой фильтра иэ песка круп ностью до 10 мм; 3 второй слой фильтра из песчано-гравийной смеси; 4 - каменная наброска; 5 - кривая де прессии; 6 - тонкозернистый песок; 7 - перфорированные трубы цля подачи воды с верхнего бьефа фильтры, будут находиться в талом состоянии. Оцнако переход из на чального в мерзлого стационарное состояния талое вызванного осуществляется усповиями медriенно, под строительства, влияЮiем много численных трудно учитываемых факторов. Поскольку для нормальной работы сооружеюrя требуется талое со стояние обратных фШiыров, представляется более правильным активное воздействие на rемпературный режим ядра и низовой призмы в период их возведения и эксплуатации. Для улучшения работы ruютины необходимо проектировать более проницаемое ядро (экран), с тем чтобы фильтрационный поток оказы вал бы отепляющее воздействие на низовую упорную призму. При от сутствии необходимых грунтов и невозможности их получения путем обогащения можно устанавливать постоянную систему перфорированных труб для подачи в летнее время воды с верхних слоев водохранилища в зону обратных фильтров и Юiзовой призмы дпя поддержания их в та лом состояюm (рис. 7. 7) . Подачу воды можно осуществлять как сифо нами, так и специальными насосами. Трубы следует располагать вдоль rmотины в один или два яруса. Свободно фильтрующаяся вода будет сохранять Юfзовую призму в талом состоянии, система ядро-фильтр будет работать менее 1-1апряженно. Приющпы работы такой плотины ана логичны мерзлотным плотинам, в которых через специальную систему ядро по.пд.ерживается в мерзлом состояюm. Обработка в летнее время наброски водой улущ..пает ее температур ный режим. При возведеюm Вилюйской ruютины в начальный период применяли обработку камня водой с помощью rидромоюпоров, затем отказались от этого ввиду якобы ее неэффективности. Однако исследо вательских. работ, подтверждающих неэффекmвность промывки в лет нее время наброски, не проводилось. Расчеты показывают, что для оттаи вания 1 м 3 каменной наброски достаточно 8-1 О м 3 воды с температурой 10-15 °С. Гидрооттаивание применялось на строительстве Усть-Хантайской ГЭС при разработке мерзлых скальных отвалов, которые вследствие боль шого содержания мелочи смерзались. За рубежом, как правило, преду сматривается оттаиваm1е в летнее время зимних насыпей путем их интен сивной промывки. Это мероприятие, кроме всего, способствует стабиль ности деформации сооружений и ero необходимо по возможности внед рять в практику северного rmотиностроеlВlя. Фильтрационными и термическими расчетами ШIОПl.Н должны быть определены удельный расход воды через ядро 180 .. (экран) плотины, при 1' u ....._......._r -.......=.....J. •• -----------~------...........................L.8............ котором ядро (экран) не будет промерзать под действием охлаждаю щего влияния со стороны юtзовой призмы, а также мmmмальная тол щина обратных фильтров Таким [39) . образом, при проектировашm противофильтраЩiонной зоны мотины талого типа в условиях холодного климата необходимо выпол ЮIТЬ следующие расчеты и исследования: определить плотины ческих в общую тендеJЩИю конкретных условиях формироваJШя термического природно-климатических строительства как в и режима инженерно-геологи период возведения плотинь1, так и в период ее эксплуатации; проверить, обеспечивает ли фильтрационный поток отепляющее воз действие на переходную зону и низовую призму плотины. Если удельный массовый расход воды недостаточен, то следует рас смотреть возможность получения путем обогащения грунта более про ницаемого ядра рассмотреть действия (экрана); вопрос водой на о если это условие невыполнимо, то следует создании специальной температурный режим системы rmзовой активного призмы в воз обход ядра. При промерзании глинистых грунтов в них могут развиваться r е н н ы е п р о ц е с с ы, гранулометрического и кр и o- степень развития которых будет зависеть от минералогического состава, плотности, влаж· носrи и условий промерзания. Ранее считалось, что в зимнее время мож но укладывать только непущпшстые грунты. Однако опыт строительства Вилюйской и Усть-Хантайской Шiотин показал, что используемые для противофилырационных зон rрунты являются пучинистыми грунтами, при промерзании которых образуется слабослоистая или даже сильно льдистая криогенная текстура. Для этих грунтов один цикл замерзаJШя оттаиваJШя плотин не вызывает существенного изменения их физико· механических свойств. В верхней части rmотины, где возможно многократное замерзаЮ1е оттаиваimе связных грунтов, есть опасности разрушения гребня соору жеЮtя от деформаций пучения. В частности, был разрушен гребень дамбы в Уайтхорсе на севере Канады. Но появлеЮiе трещин на гребне дамб, которые канадские исследователи связывали с пучением, было там, где защитный слой бьm всего 30 см. Упорные призмы дамб в Уайтхорсе были запроекrnрованы из гравия плотностью 1,87 т/м 3 и заложением откосов 1 : 1,5. В местах, где защитный слой был больше, трещины не наблюдались. Бьmо отмечено также, что появивIIШеся трещины не пред ставляли угрозы сооружению, так как деформации происходили выше кривой депрессии. Действительно, наибольшую опасность представляет граница между талой и мерзлой зонамиt причем rраJШца эта будет с.[lедовать кривой де прессииt спускаясь к юtзовой призме. В но качестве проmвопуtrnнных мероприятий верхней части ядра мож рекомендовать надежный дренаж фозионную устойщ1вость и быструю ной текстуры при оттаивании. этой зоны, обеспечивающий суф консолидацию грунтов криоген 181 :'.' • ...,r;, r 1 При проекrnровании mютин, как правило, в верхней части ядра IUIOТИH выше кривой депрессии двухслойный фильтр переходит в одно слойный, который выполняет роль переходной зоны между материалом и упорной призмой. Между ядром и обратным фильтром следует укладывать еще од.ин слой фильтра из песка. Гранулометрический состав этого слоя подбира ется так, чтобы он задерживал мелкие частицы материала ядра при ero оттаивании в начальный период, когда грунт еще не успел консолиди роваться и происходит значительное его разуплотнение. Наблюдения по казывают, время что грунт криогенной сохраняет способствует так текстуры при опаивании называемую быстрой отдаче посткриоrунную воды при условии некоторое текстуру, хорошего которая дренажа. В дальнейшем посткриогенная текстура быстро разрушается бытовым давлением. Для улущпения дренажа слой песчаноrо фильтра следует со прягать с горизонтальными песчаными прослойками (рис. женными выше кривой депрессии в пределах ЮfЖНей располо 7.7), трети umрины ядра. Такая дренажная система будет гарантировать устой1В1вость верх ней части ядра плотин. В мерзлом состоянии устойчивость обеспечивается прочностью самого грунта, при оттаивании - дренированием оттаявшего грунта. Благодаря дренированию оттаявшеrо грунта для ядер плотин можно использовать пучинистые грунты, так как их консолидация и фильтра ционная устойчивость создает условия для надежной дренажной си стемы. Имеются также предложения об устройстве оголовка ядра из песча ного rрунта, обеспечивающего достато1П-1ый фильтрационный расход ВО,ЦЬI. 7 .2. Термовлажностная мелиорация связных грунтов и их обогащение перед укладкой в сооружения Добыча материалов для противофильтрационных зон плотин в се верных районах достаточно сложна и трудоемка. Мерзлые грунты чет вертичных пестрой отложений характеризуются гранулометрией. на глубину не более rmастичное 1,5 состояние, повышенной льдистостью и В естественных условиях грунты протаивают м, при этом они переходят в текучее и текуче что затрудняет нъrх насыпей. Разработка грунтов их исподьзование для качествен осложняется незначительной толщи ной полезного слоя. Использовать грунты можно только после их кон,п;иционирования: термовлажностной мелиорации и обогащения необходимыми фракциями д;IЯ получения удобоукладываемой грунтовой смеси оптимальной влаж ности с хорошими строительными свойствами и достаточным теплосо держанием Наиболее [30]. простым и с к л а д и р о в а н и е з и мне r о Благодаря 182 экономи1П1Ь1м г р у н т а методом мелиорации является по мере его оттаивания в б у р т ы хр а не ни я высотой 12-14 ми объемом 200-250 тыс. м 3 • буртованию происходит осреднение гранулометрического состава исходных грунтов и при благоприятных климатических усло виях частичная подсушка их. В леnmй период за счет аккумуляции солнечной энергии грунт при обретает высокую температуру, которая позволяет укладывать его в ка чественные напорные сооружения при низких отрицательных температу рах наружноrо воздуха. Хорошее перемешивание и подсушка происходят при послойном сгребании грунта в валки высотой 5-6 м по мере его от таивания. Однако храюпь грунт зимой в этих валках нельзя, так как к концу зимнего сезона объем чшого грунта составляет всего а его температура не превышает 4 30-35%, ° С. · Метод послойного оттаивания грунтов под воздействием лучей солн ца (тепловая мелиорация) является простым и наиболее дешевым [2]. Тепловой поток солнечной энергии, идущий в толщу горных пород, тратится на таяние льда и нагревание грунта. В естественных условиях этот поток составляет Установлено, что поверхности в всего 1-3% суммарной радиационный баланс при 1,5-2 солнечной периодическом радиации. обнажении раза больше, чем при естественном обнажении по верхносrn. К тому же отражательная способность талых грунтов мень ше, чем естественной поверхности. За счет турбулентного потока тепла из воздуха наибольшее значение тепловой б~анс достигает в первые сутки после обнажения поверхности rрунта. Исходя из этого заготовку грунта в валки следует проводить по слойно по мере оттаивания каждого слоя, не дожидаясь оттаивания всей толщи полезного слоя, так как через сутки после обн~жения поверхнос ти грунта тепловой поток, а следовательно, и скорость оттаивания на чинают уменьшаты;я. Через 6-7 сут тепловой поток в грунт становится таким же, как для естественной поверхности. Вследствие того что в первые сутки тепловой поток в обнаженный грунт достигает максимума, протаивание идет интенсивно. В то же время тепловой поток в талый грунт, перемещенный в валок, расходуется толь ко на нагревание и испарение. Таким образом, при послойной заrотов ке грунта тепловой поток используется более рационально. Температура талого грунта будет зависить от среднесуточных темпе ратур наружного воздуха и термического сопротивления теплоотдачи поверхности грунта и будет тем ближе к среднесуточным температурам, чем больше модуль поверхности каждой порции складируемого грунта. Опыт летнего склад.нрования rрунто.n на строительстве плотин Вилюй ской, У сть-Хантайской и Колымской ГЭС показал, что определяющими условиями технологии заготовки грунта в бурты зимнего хранения яв ляются характер залегания и условия района строительства толщина полезного слоя и климатические [ 17, 30] . В районе Вилюйской ГЭС полезная толща карьера была представлена рыхлыми алювиально·делювиальными отложениями, лежащими кровле скалы. Суммарная толIЦИна полезного слоя изменялась от на 0,5 до 1)8 м, составляя в среднем 0,8 м. Влажность грунта колебалась от 35-37% в верхней части,до 5-6% в нижней при содержании фракLЩи менее 2 мм и щебня соответственно от 7 до 90%. 183 1 3 t: . .-. !~i-~-~-- ..,,_-.r:/-...~._--.~~~ Рис. Схема заготовки суглинка в карьере: 7 .8. 1 - сводка леса; сняrnе бульдозером расrnтельного слоя; 3 разработка разработка валков экска· 5 - отсыпка буртов зимне· 2 - карьера бульдозерами со складированием в валки; 4 ваторами с отвозкой грунта в бурты зимнего хранения; го хранения Технология заготовки суглинка показана на рис. После снятия 7 .8. ранней весной растительного слоя грунт полезной толщи разрабатывали по мере оттаивания высотой 3-4 дозерами м. и складировали в валки промежуrочного хранения После двух-трехнедельной выдержки собранный буль грунт отвозили на автомашинах в бурты зимнего хранения, которые отсыпали сразу на всю высоту, равную 14-16 м. Объем буртов составлял 200-300 тыс. м с естественным откосом 1 : 1,5. Модуль поверхности равен 0,09-0,12 м 2 /м 3 • Ширина буртов по верху 30-40 м. 3 Опытами установлено, что наиболее эффективно производить отсып ку грунта в бурт с середины та отсыпки зависит от июня по середину сентября. Ширина фрон температуры наружного воздуха и количества выпадающих осадков. В начале заготовки интенсивность отсыпки талого грунта в бурт не должна превышать в среднем следует расширять фронт отсыпки. При 0,4-0,5 м/сут, для чего среднесуточной температуре 10-12 °С отсыпку следует вести торцевым забоем с интенсивностью не менее J ,5-2 м/сут. Фронт отсыпки должен быть обращен к солнечной стороне. Для улуtnllения разработки буртов в зимнее время, улучшения теплового баланса и уменьшения потерь верхняя часть бурта обрабатыва ется хлоридами с расходом 20--40 кг/м 3 . Обработку производят раз ными способами: отсыпкой в верхнюю часть бурта и на откос специально заготовленного засоленного грунта или добавкой соли при переработке верхней части бурта драглайнами. При смотря буртовании происходит хорошее перемешивание материала. Не на то что в естественном залегании содержание крупнозема колеблется от 5 до грунт очень 90%, неоднороден и грунт уже в процессе буртования получается более однородным. По данным геотехконтроля, 184 % Пыль ГЛUН!l 100 - Пt:COI( -- ....... J- / 80 'Z ~ 1~1/ 1' бD уj / ......... - ~ ..... 1"' ·- i.. ...,.-' ~ "" ~7 <::_ ~ 1 з--. ""D5 1 1 t"~ 1 .., ,. ~ /.... ." ....... ." / ,_ ... .... ~~ CV' ~ ...... ~~ 11-- у'' ~ v ........ ..." " .... ... 1• ,,,/ , ~ ~ 20 1 ...,.1.-' 11' ~ ';"' ,,, ..,- ~" ... .- v';' Валуны Гальки Гpaffuii "~ .... ~ -1 10 Б Z 1,0 5 2 5 10 2 Диоиетр чостuц. мн 7.9. Рис. Гранулометрический укладки в состав противофильтрационные карьерных зоны грунтов, предназначенных для утлотин У сть-Хантайского гидроузла и грунты вскръшm: суглинки, супеси (слой № 1, 2 - 2); 3 - щебень или песчано-гравийная смесь; 5 - морена (слой № 3); 4 - дробленый предельные кривые гранулометрического состава грунта для ядра плотины на строительстве Вилюйской плотины нозема от 40 до 80970 проб имело содержание круп 5 5%. Лальнейшее усовершенствование технологии заготовки связного грун та для целей Хантайских (рис. на 7.9). зимней укладки плотин. В ядро было проведено на строительстве Усть rшотин укладывались Моренные грунты полезной толщи около коренных породах - моренные грунты м покоились 1,25 известняках. Сверху их покрывали почвенно растительный слой и слой суглинка суммарной толщиной до 1 м. При отработке технологии заготовки грунтов было установлено, что подсушка личество щейся табл_ грунта в летнее выпадающих с периодически 7.1, время осадков возможна меньше, чем оголенной только в период, количество поверхносrn. Как когда ко· влаги, испаряю видно из данных в районе строительства Усть-Хантайской ГЭС в летнее время количество осадков более чем в 2 раза превышает количество испаряю щейся влаги. В период заготовки морены (середина июля-сентябрь) осадки за де каду достигали 44 мм, или 8% годовой нормы (рис. 7.10). Наблюдения за влажностью грунта на оголенной поверхносrn в этих условиях пока зали, что подсушки грунта не происходит. Наоборот, в ряде случаев влажность заготовленного грунта повышается. Учитывая это, приumось отказаться от предварительного сбора грунта бульдозерами в промежу точные валки, как это имело место на строительстве Вилюйской ГЭС. Грунт сразу отсыпали непосредственно в бурт, так как дополнительное перелопачивание приво,ruшо к излишнему увлажнению. Влажность грун та в бурте оказалась значительно выше оптимальной, которая для морены не превышала 9-10%. Из-за короткого летнего периода и значительных объемов заготавли ваемых моренных грунтов предполагалось выполнять вскрышные ра.: 185 '\._ -- - - -- -- ---~----· -..... - -~ Таблица гэс Средне- Годовая Количе- Продол- Поверхно- Соотиоwе- годовое продол- ство житель- стная JDioт- ние между количе- житель- осадков и ость ность теп- количеством ство ность за лет- дождей noвoro по- испаряющей- осадков, осадков, ний пе- эа лет- тока, ся влаги и мм ч риод, ний пе- м:м риод,ч ккал сут. м ВЮiюЯская Усть-Хан- 300-400 560-620 300-400 750-1000 140 250 220 600 2 2000 1600 количеством вьmадающих осадков 1,5 0.45 тайская S,нм J6 32 28 ~ ~~ §§ 20 -= ;::::: 16 12 8 о 12312J12J12J12312J12312312Jt2312Jf2J _.. I eкatJa IJIIJUllYI УIИ :ш 1 "F/I[ 1.zr l .Z. l..ll N8t:lfl( nepuoil 3агото6ки ерgнта Рис. 7.1 7.10. Годовое распределение осадкuв 1 - ocaдJOI; 2 - испарение влаги в районе строительства: IШ .----- -- боты в зимнее время с рыхлением мерзлой вскрьш.m взрывным спосо бом и отвозкой грунтов в специальные кавальеры. Из-за небольшой вы соты забоя (до 1 м) и налиtmя сезонной мерзлоты производительность экскаватора бьmа Imзкой. Поскольку глубина промерзания превышала толщину вскрышных пород, при экскаващm вместе с вскрышными по родами удалялась часть морены. для проезда по талой морене требова лось устройство спе1U1альных дорог с последующей их разборкой. Для вскрышных работ требовалось большое Стоимость вскрышных работ на 1 м 3 число машин и механизмов. морены превышала 2 руб. В целях упрощения технологии разработки полезной толщи и сЮiже ния затрат бьmо предложено использовать для укладки в тело плотины вскрышные грунты. При совместной разработке их с полезным слоем и последующим статочно перемешиванием однородная грунтовая при буртовании смесь, обеспечивалась пригодная к укладке в до тело плотины. Анализ кривых гранулометрического состава вскрьшm и полезного слоя, а также предельно допускаемых кривых для ядер плотин Усть Хантайского гидроузла товой смеси находится в пределах допускаемой зоны гранулометриче ского показал, что средневзвешенный состав грун состава, если соотношение между вскрышей и полезным слоем будет находиться в пределах Полученная 1 : 1,5 -;- 2. грунтовая смесь по фильтрационным и суффозионным свойствам отвечает грунтовой смеси проектным требоваЮiям, а критические градиенты значительно выше критических градиентов грунтов полезного слоя. Бьmо предложено в процессе буртования грунтовой смеси добавлять до 10% песчано-гравийной смеси (рис. 7.9) t что улущпало гранулометри ческий состав смеси за счет адсорбционных свойств обломочного мате риала, на 1-1,5% транспорта, сimжало ее влажность и обеспе'lllВало движение авто особенно в дождпивый период, по отсыпаемой в бурт морене. Технология разработки карьера (рис. 7 .11) зависела от температуры грунтов. При частично промороженном полезном слое (июнь-июль) экскава торами ЭКГ 4,6 проходилась пионерная траншея на всю глубину полез ной толщи. Разработанный грунт отсыпался в 1-1,5 основание бурта слоем м. В процессе разработки и перемещения rрунт оттаивал и при благоприятных погодных на всю длину выбранного условиях подсушивался. участка mюнерной После разработки траншеи экскаватор на чинал разрабатывать борта траншеи по мере их оттаиваimя. Разработка полезной толщи талого грунта производилась на полную мощность слоя с двойным перелопачиванием. Однако хорошего переме шивания можно бьшо достичь при отсыпке rрунта в 5-1 О м от бровки откоса бурта с последующим перемещеЮ1ем ero на откос бульдозерами. Для получения однородного материала грунт в бурты отсыпался не на всю высоту, а слоями толщиной 3-6 м, кроме того, это давало некоторое увеличение запаса теплоты в бурте по сравнению с отсыпкой грунта на всю высоту бурта. 187 а) ~~ t~"f;~·ti~ f ~~J~ ~1 1 2 Рис. 7.11. Схемы заготовки моренных грунтов для ядер IUJотины Устъ-Хантайс1<ой ГЭС: а проекmая схема заготовки моренных грунтов; - 1 - сводка леса; 2 - удале ние вскрышных пород; 3 - сгребание моренных грунтов в валки; валков экскаваторами; 5 - отсыпка моренных грунтов в бурт зимнего хранения; 4 -· разработка б - фактическая схема заготовки морены для нижних и средних зон ядра плоnшы: 1 - сводка леса; 2 - удаление почвенно-растительного слоя; 3 - совместная разра ботка суглинков и моренных грунтов; 4 - послойная отсыпка грунтов в бурт с обо гащением его гравием Как показали расчеты, при уменьшении толщины отсыпаемого слоя с 3 до 2 м температура грунта увеличивалась на 3-3,5 °С, что имеет су щественное значение при зимней укладке связных грунтов, так как для достижения карту требуемой плотности грунт сохранял необходимо, чтобы доставленный на положительную температуру до окончания его уплотнения. Максимзльная температура грунта в первом слое бурта, отсыпанном в июле 1969 г., составj1яла 17 °С, что на 4° больше, чем начальная тем нсратура, с которой грунт вывозился с карьера в бурт. Во втором слое бурта, отсыпанном в августе-сентябре, температура грунта колебалась от10до2°С. К началу 2,5-3,5 разработки (февраль-март) бурт промерзал на глубину мв зависимости от температуры наружного воздуха, теплосодер жания грунта и те1шофизических свойств поверхностного слоя грунта. 188 • -lr, 1. ---L-~ ~ ,, .с::: Рис. а 7.12. - в Схема складирования мopemn.ix грунтов: обычные бурты; б в выемку; - 1 - разрабатываемая зона буртов: потери грунта при зимней разработке (разбирается перед вскрытием бурта) пандус для въезда на бурт; 4- ; 3 -- скальная перемычка (целик) В целях уменьшения промерзаЮiя верхняя часть бурта рыхлилась и обра батывалась хлоридами. Однако добиться полного растворе1шя соли не всегда удавалось, даже через год в грунте можно бьmо обнаружить гнезда с нерастворенной солью. Поэтому в зимнее время верхняя часть бурта смерзалась и повышал при ее разработке применялся электропрогрев, который температуру грунта, улучrпал условия разработки и сЮiжал содержание мерзлых комьев. Объем грунта, подлежащего засолению и электропрогреву, составлял 23% объема заготавливаемого грунта. Потери грунта в буртах при его промерзании составляли от 11 до 20-25%, так как зимой в основно1'.1 разрабатывалась центральная зона бурта (рис. 7.12). Поскольку грунт в буртах, используется располагаемых недостаточно на открытых рационально, на поверхностях, строительстве Усть Хантайской ГЭС грунтовую смесь складировали в выработке известня Объем выемки обеспечивал заrотовку 150 тыс. м 3 кового карьера. . IIIирина выработки, равная 50-60 м, позволяла при принятой интенсив ности разработки морены 1500-1600 м 3 /сут сохранять грунт в забое в талом состоянии, разрабатывая забой ежесуточно на 2 м. Складирование связного грунта в выработке по сравнению со скла дированием в буртах имеет следующие преимущества: уменьшается модуль поверхносrn складируемого соте грунта 2 - при вы 3 забоя 13 м модуль поверхносrn равен 0,077 м /м (против 2 0,12 м /м3 по ранее осуществляемой схеме); уменьшается с 23 до 15% объем грунта, подлежащего при разработке грунта в зимнее время засолению и электропроrреву. Это очень выгод но, так как стоимость 1 м 3 морень1, обработанной таким образом в условиях строительства Устъ-Хантайской ГЭС, равна 8 руб. 83 коп.; облегчается процесс заготовки грунта, поскольку rрунт отсыпается в выемку непосредственно с бровки. Улучшается работа автотранспорта, особенно в дождливый сезон, так как автомашинам не надо выезжать на крутой пандус; улучшается температурный режим бурта, так как горизонтальная поверхность, не выступающая над рельефом, хорошо укрывается сне- 189 Щебень, 3pa!Jufj 20-25о/о Рис. 7.13. Схема обогащения мopelDIЬIX грунтов непосредствеНИо на месте заго товки: J - сводка леса; 2 - удаление расmтельного ело.я; З - обогащеяие суrлииков и моренных грунтов щебнем на разрабатываемых картах; 4 - отсыпка грунто вой смеси в выемку иэвестн.якового карьера rом, что позволяет отказаться от электропроrрева. Полностью ликви дируются потери грунта в бурте по бортам и по основанию~ так как бров· кн бурта не промерзают; снижается влажность морены на 2-- ·3% по сравнению с влажностью грунта, складируемого в бурты. Это облегчает его укладку в условиях низких температур; облегчается разработка грунта, так как исключаются трудоемкие ра боты по удалению с откосов снега и усtройству на поверхносm бурта электропроrрева. Складирование связного грунта в выемку эффекmвно и при распо ложении ее в толще вечномерзлых грунтов. Как показал опыт строи тельства Вилюйской ГЭС t вечномерзлые породы не оказывают суще ственного влияюtя на температурный режим складируемых грунтов, если время хранения грунтов не превышает одного года. На строительстве процентное Усть·Хантайской содержание пъmеватых ГЭС частиц и для того, чтобы снизить уменьи.mть пучение грунта, в смесь, состоящую из суглинка и морены, добавлялось 20-25% дроб леного известнякового щебня. Технология 'обогащения грунта в карье ре бьmа предельно проста (рис. 7.13). Потребное количество крупнробломочных добавок рассчитывалось по данным контрольного буреШ1я, и отсыпка дробленого известняковоrо щебня на поверхность карты велась двумя способами в зависимости от возможностей автотранспорта: в сухую погоду равномерно по всей пло· щади и на требуемую толщину, в долждивый сезон при помощи пионер ных отсыпок толu.щной, вьщерживающей автотранспорт, которые затем равномерно распределялись бульдозерами по карте. Полезная толща карьераt состоящая из чередующихся слоев море НЬI, суглинков, соли и щебня, разрабатывалась экскаватором ЭКГ-4,6 на всю высоту слоя. Грунт складировали в отработанную выработку из вестнякового карьера. 190 Особое внимание уделялось строгому соблюдению технологии обо гащения полезного слоя крупнообломо'ПiЬ1ми добавками. Составлялись исполнительные карты с указанием факmческой толщины слоев. Ана лиз проб, взятых из бурта, показал, что полученная искусственная грун товая смесь достаточно однородна и по своему гранулометрическому составу близка к требуемой. Таким образом, опыт перемеunmания в карьере двух связных грун тов дпя получения однородной смеси получил свое дальнейшее раз виrnе. Необходимо подчеркнуть, что перемешивали совершенно отличные по гранулометрии и физико-механическим свойствам грунты. Суглинки (супеси) и морена перемешивались с сыпучими грунтами: дробленым щебнем и естественной песчано-гравийной смесью. Таким образом до казано, что можно получить любой материал с заданным гранулометри ческим составом путем перемеnmвания в нужных пропорциях. различных по гранулометрии грунтов. Обогащение разрабатываемоrо грунта необходимыми фракциями при менялось также и на строительствах Курейской и Колымской ГЭС. Так, в верховую призму правобережной плоrnны второго понижения Курей ской ГЭС укладывался гравийно-rалечниковый грунт с песчаным и су песчаным заполЮ1телем, обоrащенный суrлинком, что обеспечивало общее содержание мелкозема - фракции менее 2 мм в грунтовой сме си в пределах 50%. Обогащение грунта производили непосредственно в карьере. На слой суглинка отсыпался шеЮiи: на 5 м 3 слой гравийно-галеЧЮ1кового грунта при соотно гравийно-галечникового грунта добавлялось 3 м 3 суг линка. Полученная двухслойная полезная толща карьера разрабатывалась совместно с тройным Перелопачиванием материала в забое экскавато ром, что обеспечивало достаточную однородность материала. На строительстве Колымской ГЭС заготавливаемый в карьере грунт обогащался мелкоземом, что улучшало его уплотняемость. Полученные результаты поцтверждают целесообразность применеЮ1я в северном плотиностроении искусственных грунтовых смесей. Повышенная естественная влажность грунтов и отсутствие на грани це полезной толщи прочного хорошо дреЮ1рующего скального основа ния, как это имело место на строительстве Вилюйской ГЭС-1 и У сrъ Хантайской ГЭС, может осложнить разработку грунтов полезной тол щи в летнее время. Чтобы автотранспорт использовался в течение года более рацио нально, на строительстве плотины металлургического завода была пред ложена и опробована зимняя схема заготовки глиюtстых грунтов в бур ты зимнего хранения (рис. 7.14). В зимнее время мерзлый грунт разрыхляли с помощью взрыва или бульдозерами-рыхлителями и складировали в бурты. В летнее время бурты мерзлых грунтов перелопачивали экскаваторами до достижеЮ1я грунтом требуемых положительных температур. Бурты мерзлых грунтов необходимо располагать вблизи строящегося сооружеmtя на возвышенном сухом месте на склонах южной экспози- 191 ~! ' А Се~ер 4 f Б е А-А ~ 7. "~4J;;j)l~/~~ а) Iэтап D,Ч-м Се6ер юг 11 зта.п < tz < > Wz > й) Рис. 7 .14. Схема заготовки буртов в зимнее время (а) и переработка грунта в бур тах в летнее время (б) ции и ориентировать в ванием бурта должны обходимости следует u.mротном направлении служить с востока на запад, осно хорошо дреimрующие выполнить постель из грунты, при не песчано-гравийного или щебенисто-дресвяного грунта. Высота бурта зависит от радиуса заброса ковша экскаватора-дра глайна. Ширина бурта по верху должна обеспечивать разворот транспорт ных средств. Грунты в карьере разрабатываются совместно на всю толщу полез ного слоя. Почвенно-растительный слой удаляется с карт карьера забла говременно. Снег. лед, глыбы, почвенно-растительный и некондицион ный грунт к отсыпке в бурт не допускаются. После каждого взрыва необходимо обследовать забой и уточнять схему разработки полезного слоя. Отсыпку бурта следует вести оДШtм слоем на всю высоту, конт ролируя 192 при этом гранулометрический состав складируемого rрунта. С установлением положительной температуры воздуха на поверхно сти бурта необход;имо отсыпать слой песчано-гравийной смеси шtи щебе m1сто-дресвяноrо грунта толщиной 0,4 м. Поверхность откоса, обращен ная на юr, по мере оттаива.IО1я начинает срабатываться экскаватором драrлайном. При этом может быть несколько технологических схем: на первом этапе талый грунт перебрасывается на северный склон бурта, обнажая мерзлый грунт южного откоса. Экскаватор перемеща ется вдоль отсыпанного бурта; по мере протаивания грунтов экскаватор параллельно с существующим буртом формирует новый бурт талого грунта, постепеюю срабатывая весь бурт из мерзлого грунта; в течение леmего периода талый грунт для подсушки и аккумуляции теплоты должен перемеumваться не менее 2-3 раза. В дождливые перио дь1 работы по заготовке грунтов следует прекращать. К осени (этап верхняя часть бурта, отсыпанная экскаватором, II) формируется бульдозерами, а также с помощью отсыпки части грунта автосамосвалам", и бурт подготавливается для зимнего хранения. В зимнее время мерзлый связный грунт можно разрабатывать непо средственно из карьера с оттаиванием полезной толщи с помощью электропрогрева. 7 .З. Зимняя разработка связных грунтов с nомощ~.ю эnектроnроrрева На строительстве У сть-Хантайской ГЭС в январе-феврале 1973 r. при температуре наружного воздуха -40 + -45 ° С необходимо бьmо разработать непосредственно из карьера 20 - 25 тыс. м 3 морены для укладки в верхнюю часть ядра товой смеси в грунт добавляли (30]. Dля получения требуемой грун 20-25% дробленого щебня крупностью до 80 мм и хлориды до 40 кr/м 3 • Разработку карьера вели при помощи электропрогрева. Карты отогрева размером IUIОщадях, на Очищенный которых летом был снят 40 х 25 м размещались на почвенно-растительный слой. от снега полигон поливали концентрированным раствором хлористого кальция из расчета 8-10 л/м 2 IUiощади и засыпали известня ковым щебнем слоем 0,5-0,7 м. Слой сухого щебня благодаря незначи тельной электропроводности улучшал режим электропроrрева мерзлых грунтов, уменьшал общий объем отогреваемых грунтов и защmцал про греваемый rрунт от охлаждения с поверхности. Схема электропроrрева Маневрирование лить нагрузку тремя по подключения пусковыми рядам. Наиболее карт показана автоматами эффекmвен на рис. позволило 7 .15. распреде электропроrрев при равномерно распределенной нагрузке, равной 700-800 А. Равномерности в нагрузке добивались также путем отключеюtя более активных электро дов. На менее активных участках карты по.11. электроды по.1V1ИВали соля ной pacmop. По мере опаивания грунта производили добивку электро дов. Такая схема маневрирова.IО1я наrрузки позволяла в течение 3 сут отогревать 1000-1200 м 3 мерзлого грунта. 13 - Зак. 1820 193 Нуле~оа npo6otJ 2КРЛТ А-1 А-Ш А-Л Jx70+1x25 ТС-бJОкВ·А Рис. 7.15. Схема электропрогрева полезной толun1 карьера: 1-III - номера пусковых автоматов; 1-35 - номера рядов Картыt как правило, прогревались в течение электродов 5-7 сут. В результате 5-6 °С, что улучша грунт на место укладки подавался с температурой ло качество насьпm. При прогреве спекшаяся свыше 5-7 стекловидная сут масса, вокруг которая, электродов являясь образовывалась диэлектриком, сни жала эффективность электропроrрева и затрудняла извлечение электро дов. На 1 м 3 отогретого грунта затрачивалось 30-35 кВт · ч электро энергии. Бьmи проведены интенсивность наблюдения прогрева по морены. оценке При влияЮ1я IШзкой слоя щебня температуре на воздуха до --35 ..;- -40 °С уложенный слой щебня является теплозащитным и способствует грунта. более При интенсивному высоких весенЮ1х прогреву нижележащего температурах, особенно в мерзлого ясные дни, когда возрастает солнечная радиация, слой шебня несколько замеWJяет прогрев по сравнению с аналогичным прогревом на площадке, не укры той щебнем. Графики распределеЮ:tя слоя показаны на рис. Разработка температур грунта по толщине полезного 7 .16. прогретых карт велась экскаватором ЭКГ-4,6 с допол нительным перелопачиванием. Гранулометрический состав уложенного грунта был достаточно одно роден, однако грунт имел влажность несколько выше, чем грунт, раз габi.Пывасмый из буртов. Это объясняется частичной подсушкой грун- 194 ---··· ~-" "ь. . сrм••-ьmе- ~ • - __,,,_J ______.:....._._. - ~ 'h=О,5м 8 о -8 -4 о о 'о• 1 "? ' s- ~r'\. о,ч ~ -- -,__ т- 1-\ 0,8 ,_1'np -н L 1,2 .... -7<es- 1 ~ "1 1 12 t, 0 c в ц - ......,_ ' 1 -- ~ ~ "' !7 - lf В - ,- \ 1 т ,_ ~ ~ ~ - ,..., .....- l/ \ 1 1,z -11п1;1 12 t,°C 1 1~ -- 1i J ~ ...~_-с a,lf о,в 3" 1 '1 1- __.. ,..,. о -lf ,____ 1 - - '3 1 1' 1,6 2 2 z,o 5) а.) Рис. а 2 - 7.16. Расnредепение температуры грунта при электропрогреве: - открьmur wtощадка; б - IШощадка, укрытая слоем щебня; 1 - суглинок; морена; З - граница слоев суглинка и морены (цифры на изотермах показы вают время злектропрогрева) тов в буртах. а также увеличением влажности грунтов при электро проrреве за , счет таяния снега, удаление которого, особенно во время электропроrрева, затруднено. Увеличение влажности свыше оптималь ной, естественно, затрудняло уплотнеЮfе и снижало плотность укладывае мых грунтов. Опытом разработки грунта в зимнее время при помощи электропро rрева бьmа доказана техшt.ческая возможность использования электро проrрева с одновременным обогащением грунта сыпучими материалами. При этом применение щебня ctrnжaлo общее количество прогреваемого материала и повышало эффективность электропрогрева. Однако стоимость грунта, разраба~ъ1ваемоrо в карьере по указанной выше схеме, в раза выше, чем стоимость грунта, получаемо~о при 1,5 предварительном складировании его в бурты зимнего хранеЮiя. Почти в 3 раза увели~m:ваются трудозатраты за счет рабочих, занятых на электро прогреве. Указанные технико-экономические данные показывают, что для полу чения больumх запасов талоrо грунта наиболее раIЩональным методом является его буртование в летнее время. На строительстве Курейской ГЭС, где полезная толща карьера суглин ков расположена в зоне таликов, проектом предусматривалось часть грунтов в ядро русловой плотины уложить по схеме карьер-сооруже ние с предварительным засолением грунта в карьере и его электропро гревом. На основании опытных работ были созданы рекомендаIЩИ по разра ботке грунтов начиная с 10 непосредственно из карьера в весенне-зимний период, апреля, при температуре наружного воздуха до -20 °С и в осенне-зимний период до середины ноября, при температуре наруж ного воздуха до -30 °С. 13' 1 J 195 Расход соли для грунтов, укладь1ваемых в ноябре, составляет око ло 7 кг/м , укладываемых в апреле - 9 кr/м 3 при высоте забоя 4 м. 3 Засоление грунтов, предназначенных к укладке по сооружеЮ1е, предусматривается производить не позднее схеме карьер авrуста. Сразу 5 после засоле1mя поверхность карты рыхлится бульдозером типа "Катер пиллер" на полную глубину погружения за несколько продольных и поперечных ходок, что облегчает засоление полезной толщи на глуби ну 3-3,5 м. По данной технологии, при температуре наружного воздуха до -1 О С в береговые дамбы Курейскоrо гидроузла было уложено около 15 тыс. м 3 0 суглинка. Возникnmе при этом трудности, связанные с малым теплосо держанием грунта, неравномерным засолением и дополнительными затра тами, связанными с электропрогревом, подтверждают целесообраз ность перехода на схему карьер-бурт-сооружение. 7.4. Пути уnучwенин технологии подготовки грунтов к укладке в противофипьтрационные зоны земляных плотин Буртование связного грунта в летнее время для его хранения и уклад ки в зимний период из-за своей мноrодельности и трудоемкости про цесса имеет ряд существенных недостатков. Так, заrотовка достаточно большого объема грунта в короткий летний период сопряжена с необ ходимостью одновременного использования большого количества ме ханизмов и автотранспорта. По срокам это совпадает с периодом уклад ки грунта непосредственно из карьера в плотину, где следовало бы увеличить интенсивность работ. Производительность автотранспорта снижается на 20-30% из-за ухудшеЮ1я качества дорог и ухода части водительского состава в отпус ка. Вследствии этого заготовка грунта растяrивается и проходит не в самое блаrоприяmое для этого время, что ведет к ухудшению свойств заготовленного грунта. При дождливой погоде затрудняется естественная подсушка грунта до оптимальной влажности и, следовательно, усложняется Ю1е. ero уплотне В ряде случаев при использовании переувлажненных грунтов тре буются дополнительные конструктивные мероприятия для обеспечения надежности плотины: укладка дополнительных слоев фильтра, расшире Юtе переходных зон, уполаживание откосов и т. д. Анализ результатов заготовки грунтов в бурты зимнего хранеЮ1я по казывает, что при высокой механические состав) свойства стоимосm подготовки (влажность, температура, материала физико гранулометрический не всегда оптимальны. Так, на строительстве Вилюйской ГЭС стоимость 1 м 3 суглинка в карьере франко·борт машины составляла 4 руб. 79 коп., а 1 м 3 морены на строительстве Усть-Хантайской ГЭС - 6 руб. 75 коп. Имеющиеся данные о работе грунтовых плоmн указывают на связь между плотностью грунта (его деформируемостью и прочностью) и ши~ риной ядра. При высоких 1D1отностях укладки можно уменьшить шири ну ядра, т. е. снизить объем наиболее дорогой части сооружеЮ1я. Качество 196 L насыпи может быть досmrнуто при укладке талого грунта с высокой начальной температурой, оптимальным грунулометрическим составом, при строгом вьщерживании до ± 5%) расчетной влажности грунта (с точностью и непрерьmном процессе укладки. При по.цrотовке грунта буртованием хорошее качество трудно обе спечить из-за полезной наличия многих случайных факторов: условия залегания толщи, среднесуточной температуры воздуха, интенсивности осадков и заготовки и т. д. Круглогодичная по.цrотовка связного грунта на специальных уста новках позволит исключить влияние на качество грунта этих факторов. Технолоrия злый грунт приготовления грунтовой смеси упрощается, если мер в карьере разрабатывается способом или круглогодично буровзрывным при помощи бульдозерных рыхлителей тяжелого типа, и направляется к специальной установке, в которую входит приемный бункер-накопитель, супnmьный барабан<меситель и расходный бункер, из которого смесь подается в автосамосвалы. При необходимости обо гащеЮ1я с грунта дозиметрами. сивности устанавливаются дополнительные приемные бункера Производительность установки подбирается по интен· укладки материала в сооружение. В установке происходит оттаивание грунта, прогрев и подсушка до требуемой влажности, а при необходимости и обогащеЮtе с целью получеЮiя удобоукладываемой грунтовой.смеси с заданными параметрами. Для обеспечения оптимального режима суnnтьного барабана в зим~ нее время температуру газовоздушной смеси на его входе следует на значать в пределах 300-400 °С. При этом температура грунта по выходе может достигать 50-80 ° С. В качестве топлива можно применять орrани:· ческое топливо или электроэнергию. Предварительные расчеты показали, что такая технология может кон курировать с традиционными способами. Так, установка, состоящая из двух суnmльных барабанов длиной по 14 и диаметром по 3 производительности 1000 м /сут расходует в 1 ч около 400 или 3000 кВт Стоимость ·ч 2,8 м, при кг мазута электроэнерrии. приготовления 1 м 3 грунта по этой технологии с учетом удельных капитальных вложеЮtй и эксплуатационных издержек не пре· вышает стоимости заrотовки грунта буртованием, но имеет следующие преимущества: грунт поступает на карты с высокой начальной темпера· турой; уменьшается расход хлоридов и затраты на тепловую маumну; противофилырационные устройства можно делать более обжатого про· филя; технолоrический мичным; процесс процесс по.цrотовки становите» материала более не равномерным, рит зависит от погодных условий. Для упрощеmtя производства работ можно приготавливать грунто вые смеси, обогащая глинистыми фракциями зернистый, сыпучий мате· риал: ние, песчано-гравийные как известноt смеси, требуют щебенисто·дресвяные меньших теплозатрат осыпи. на Послед оттаивание и нагрев. Барабанные суnnшки в технологической схеме подготовки грунтов к укладке в противофильтрационные устройства применялись за рубе- 197 ~~~~~-- - . ---- - -· --------------·---- жом при сооружеЮfИ плотин Мад Маунтин (CllIA), Маюtкауrан-3 (Ка нада), Гешенальп (Швейцария), Гепач (Австрия). На строительстве гидроузлов Ла-Грандж сушку валунной глины (морены) производили во вращающихся печах производительностью 500 т/ч (200-250 м 3 /ч), что позволило обеспечить суточную укладку материала в пределах 3 4000-4500 м /сут. Изложенное указывает на необходимость создания опытно-промыш леЮ1ых образцов таких установок, которые позволят расUD1рить воз можности строительства грунтовых Шiотин в северных условиях. При готовление. грунтовых смесей с заданными характеристиками на спе циальных установках исключит зависимость процесса укладки грунта от погодных условий. 7 .5. Технология зимней укладки связных грунтов в сооружения различными способами Из всего коммекса работ по сооружению плотин в зимнее время наибольumе сложности вызывает укладка связных грунтов, так как от сыпка сыпучих, маловлажных материалов: каменной наброски, песка и гравия, за исключением небольших ограничений, мало отличается от летних способов ведения работ. К настоящему времени в практике rидротехническоrо строительства накомен достаточный опыт возведения IUiотин в з~мнее время из грунтовых материалов с экранами и ядрами из связных грунтов. Намети лись два ментов : основных способа возведения противофильтрационных эле способом уЮiацки rрунта в воду и способом укладки грунта "насухо". В первом случае rрунт отсыпается в специально устроенные прудки, в полынью, свободную ото льда. УШiотнение грунта происхо ,цит не сразу, а по истечеЮ1И некоторого времени, за счет консолидации грунта под действием собственного веса. Во втором случае уrоtотнение грунта до требуемой wютности происходит за счет послойной укладки и укатки каждого слоя. По мере накопления опыта и отработки техно логии укладки rрунта тем или иным способом снижались ограничения по температуре наружного воздуха, при которой допускалась укладка грунта. К обычным технологическим приемам добавлялись целые комп лексы дополmtтельных мероприятий, обеспеtПtвающих получение требуемых характеристик грунтов. Так, в Карелии и на Кольском полу острове широкое распространение получил способ укладки грунтов до в зимнее время в воду при температуре -20 °С, с использованием до 10-20% мерзлого моренных наружного воздуха грунта. При отсыпке rрунта в воду специальные механизмы для уплотнения не применяются. Начальное уплотнение отсыпаемого грунта происходит под динамическим воздействием движущегося автотранспорта и рабо тающих счет бульдозеров. Дальнейшая консолидация грунта происхо,цит за собственноrо веса, чему способствуют физико-механические про цессы, происходящие в отсыпанном в воду грунте (распадение на со ставляющие отдельных агрегатов грунта, ~онсолидационная инфильтра ция и т. д.). 198 r г ~-· . '.-·. .'. .. . -. -~"·-"·" Метод .. . . .. ~._...__.'"'---~~~--·-~- возведения ...... .i...,.,. _____ ...... ,;_l."~~-·" . ......_____,__~~~~~-· насыпи отсыпкой в ~-- ____ . ___ : __ ,1 воду имеет следующие преимущества: для возведения влажности в насыпей 1Ш1роком можно использовать д;иапазоне пластичности, грунты естественной отпадает необходи мость в подсушивании и увлажнении грунта до оптимальной влажности; насыпь в целом получается достаточно однородной, и исключается сегрегация материала; можно использовать до упрощается IЦИНЫ 10% мерзлого грунта; технология производства работ за счет увеличения тол укладьmаемого слоя, а соответственно приемной вместимости отвала; исключаются yrrnoтняюum:e механизмы; увеличивается длительность строительного сезона; улучшается температурный из-за меньшего промерзания режим ее противофилырационной зоны в зимнее время, облегчаются условия консолидации насыпи; при применении моренного грунта не требуется предварительного отбора крупных фракций. Дальнейшее развитие этот метод получил при сооружении ядра пло тины Серебрянской ГЭС, где при температурах до -30 °С бьmа при менена укладка моренноrо грунта в подогретую воду. Это позволило сохранить в на rрунт талом состоянии в течении всего зимнего периода. Плотина Серебрянской ГЭС-1 высотой 78 м (рис. 7 .17) построена Кольском полуострове в районе со среднегодовой температурой -1 °С. Массивное ядро плотины, ширина которого по низу 70 м, отсы пано из зонами супесчаной из морены. Ядро песчано-гравийного валуны крупнее защищено развитыми переходными материала, из которого отсортированы 150 мм. Гранулометрический состав супесчаной морены Содержание фракций. Размер фраI<ЦИй, мм Валуны Галька Гравий Песок: > 13 25 14 11 8 17 8 4 100 ................... . 100 ......................... . 10 +2 .................... . 2 7 0,5 ................. . o.s + o.2s ............. . 0,25 7 0,05 .......... . 0,05 .;. 0,002 .......... . Глина 0,002 ....... " ... "". Пьmь % < В ядро мотины супесчаная морена укладывалась в основном в во ду, и только 10% объема в верхнюю часть ядра было уложено с механи ческим уплотнением. В зимнее время продольные и поперечные дамбы обвалования отсы пали из засоленного rрунта, который приготавливался в карьере ле том. Отсыпку вели трехметровыми слоями. Размеры карт отсыпки опре делялись nmриной ядра и длиной 250 м. Прl.дки затапливались речной водой с добавлением воды, подогретой до 60 С в специальной электро бойлерной глубина мощностью 2,0-2,3 12 МВт. В прудке поддерживалась постоянная м. Излишки воды сбрасывались на соседнюю карту. 199 L_ НП!I 254-,О f9 св 'J пr=1 ~ ~ liВt(2I 15 ~12~13~14~ Рис. 7 .17. t) Каменно-земляная плотина Серебряискоlt ГЭС-1 (а) и схема ее возведения в зимний период (б) : 1 - фипьтр перемычки; 2 - морена ядра; 3 - песчано-гравийные переходные зоны; 4 - щебень; 5 - отсорmроваиный песчаио-гравийНЪIЙ фШiьтр; 6 - цемента ция; 7 - верховая переходная зона; 8 - проmвофильтрационный слой из морены "насухо"; 9 - слой мерзлой морены толnоmой 1 м; 10 - скальная порода; 11 пригруэочная плита; 12 - рваный камень; 1 З - песчано-гравийная смесь; 14 морена; 15-'- бетон Для подцержания в прудке положительной температуры в нее периоди чески подавалась подогретая вода, а на понтонах бьmи две нагревательные установки мощностью по 700 верхности прудка всей IUiощади покрывали теплоизолирующим 80-95% кВт. Для уменьшения теплопотерь с по слоем из плит пенополистирола размером 1х 1х0,05 м. Отсыпка морены велась двумя продольными полосами пmриной до 1О м с верховой и низовой сторон прудка. Средняя часть прудка выше уреза воды грунтом не засыпалась (рис. 7 .17) . Под водой морена укла дывалась с откосом от 1 : 3,5 + 10. Происходила гидравлическая рас кладка грунта: более мелкие частицы откладывались в центральной зоне ядра. После отсыпки продольных полос прудок поднимали на следующий ярус, а промороженный грунт уходил под воду и там опаивал. Для улуч шения контактов между укладываемыми слоями применялась тепловая машина на базе отработавшего моторесурс реактивного двиrателя и об работка 25%-ным раствором хлоридов. Грунт в карьере бьш талый, вскрышку удаляли непосредственно пе ред разработкой полезного слоя. Было уложено 1,2 млн. м 3 морены при температуре наружного воздуха, дохо,цившей до -38 °С. Качество зимней отсыпки грунтов в воду не уступало качеству отсып ки грунта по летней технологии, когда весь прудок заполнялся грунтом. Геотехнические характерисmки уложенного грунта при 75%-ной обеспеченности характеризуются следующими данными: мотность ске- 200 лета грунта 2ДЗ т/м 3 ; Wiотность скелета мелкозема 1,73 т/м 3 ; влаж ность 6,4%; коэффициент фильтрации 3,5 · НТ 4 см/с; угол внутренне 1 го трения 33° 50 • Стоимость зимней отсыпки 1 м 3 грунта превысила на 60% стоимость летней отсыпки. Однако за счет сокращеюtя срока строительства эко номия составила 6,6 млн. руб. Cocтomrne JШотины хорошее, суммарная фильтрация на русловом участке Принятая часть ядра схема в укладки талом 100 л/с. морены позволила сохранять центральную состояЮ1и, так как она все время оставалась под водой, что в условиях Севера имеет важное значение, так как улучшается начальное состояmtе ядра rтотины. Схема отсыпки морены в воду была применена при возведении пра вобережной rmотины Усть-Хантайской ГЭС на участках, где при подго товке основания моmны вследсmне постоянного подтока воды образо вывались наледи. Дnя борьбы с ними бьmо предложено возводить ядро мотины способом укладки грунта в подогретую воду, так как при укладке морены "насухо" небольшими участками и тонкими (0,4 0,5 м) слоями наледи могут остаться в теле сооружения. Заполнение котлована теrmой водой предотвраrnло образование наледей в период подготовки основания, ликвидировало донный лед и сохранило основа ние в талом состоянии. Технология укладки грунта в воду была следующая. бьефа прудок бьm образован дамбочкой из морены высотой ной послойно "насухо н на nцательно очищенное от С 4 нижнего м, уложен наледей основа ние. С верхнего бьефа прудок ограждался верховой упорной призмой, отсыпанной из rравийно-rале1DU1ковых грунтов. Уровень воды за вер ховой призмой поддерживался на уровне воды в прудке, для чего в пределах ее бьm сделан зумпф. Перед затоплением прудка с основания плотины экскаватором были удалены наледи, вскрышные грунты, а также в небольшом количестве ранее уложенная и смерзшаяся морена, талая морена была оставлена. В процессе подrотовки прудка к затоплению образовавumеся наледи постоянно разбивались и удалялись бульдозера ми. Основание при этом обрабатывалось хлористым кальцием, что пре дотвращало смерзание льда с грунтом. По дну прудка были уложены троллеи, и в местах интенсивного наледеобразования бьши установле нъ1 электрокипятильники. Схема затоrmения и откачки котлована показана на рис. 7.18. Электро бойлер подавал в прудок 60 м /ч воды с температурой 16-20 °С. Одно временно в прудок подавалась 200 м 3 /ч во,цы с насосных водоотлива с температурой до 1 °С. Наполнение прудка начали при температуре воз дух.а -37 °С. После подтопления наледей подачу холодной во~1 пре 3 кратили и включили кипятильники~ лежащие на основании. наледей всnльmи на поверхность и в течение После обследоваюtя кований 3-4 Остатки ч полностью растаяли. основания прудка с плотов путем пробных шты произвели наполнение прудка до нужных отметок. Электро бойлер мог переключаться на циркуляlUlю воды, забирая поверх.ноет· ные воды с прудка для ее подогрева. 201 t Рис. 7.18. Схема водоснабжения пруд.ка: 1 - верхняя насосная № 1 закачЮ1 воды в прудок и электробоnлер; 2 откачка воды; З - лоток для сброса воды из прудка в зумпф насосноn 4 - электробойлер: 5 - зумпф насосная откачки; Укладку морены вели автомашинами БелАЗ-540, не допуская пре вышения rрунта над водой более 0,7 М: Уровень воды постоянно под держивался на одной отметке при помощи деревянного лотка, сбрасы вающего излишки воды в зумпф. Разжиженный грунт оттеснялся за пределы ядра к верхнему бьефу в специальную пазуху, устроенную в верховой упорной призме. После укладки первого яруса, учитывая хо рошее ния качество, работ, до отм. 45 технологичность отсыпку ядра и возможность правобережной м. Укладку вели слоями по 3 интенсивного плотины веде продолжили м. Дамбы обвалования возво дились "насухо''. По с л о й н а я у кл ад к а г р у н т а "на с ух о" в противо- фильтрационные зоны осуществлялась при сооружении плотины Келен нар. Нельсон (Канада) при температуре воздуха до -18 °С. При укладке грунта типа, использовались отаruшваемые ·переносные тепляки каркасного обтянутые полиэтиленовой пленкой. Температура воздуха в теп ляке поддерживалась около -4 ° С. В карьере в глинистый материал вносился хлористый кальций из расчета 9 кг на 1 м 3 грунта. Доставку грунта из карьера производили в автосамосвалах, укрытых брезен том. При температуре наружного воздуха ниже -18 °С работы пре кращались. При возведеЮ1и экрана rmотины Вилюйской ГЭС, строительство ко торого производилось при температуре наружного -45 °С, была разработана принципиально н о в а я з и мн ей у кл ад к и с в я з н ы х r р у нто в. Процесс включал возведения заготовку в противофилырационноrо летнее время суглинка, воздуха до -40 -:- те х н о л о элемента хранение его ных буртах, транспортировку и укладку в тело плотины r и я 1U1отины в специаль· (рис. 7.19). Складирование суглинка в бурты летом позволяло получить в зимнее время необходимое количество талого rрунта с высокой начальной температурой ( 16 ° С) при оптимальной влажности. Дтtя уменьшения в автосамосвалах ли Сверху 202 грунт теплопотерь с укрывали транспортировку подогревом кузовов покрывалами. До грунта производи отработанными разравнивания газами. грунт на Перемсщени~ фронта ра5от <D {f ф !Qla D:51 Рис. 7.19. Технологическая схема укладки суглинка в экран плотины Вилюl:tскоl:t ГЭС в зимнее время: подготовка карты с помощью турбореакmвной установки ТМ-59 (уборка лецяных прослоек, снега, прогрев грунта) : 2 - отсыпка грунта на подготовленное основание; 3 - разравнивание грунта бульдозерами; 4 - поливка распланирован ного споя соляным раствором; 5 - уплотнение грунта с помощью груженых авто самосвалов МАЗ-5 25 и катков на пневма111ческих шипах 1 - месте укладки хранился под полиэтиленовой пленкой. Укладка грунта велась послойно толщиной м способом "отступая на себя" с 0,4-0,6 интенсивным уплотнением гружеными автосамосвалами МАЗ-525. Поверхность укладываемого rрунта с помощью специальной маum ны дважды обрабатывалась раствором хлоридов: перед уплотнением и перед укладкой следующего слоя. · При укладке грунта для отогреваюtя поверхностей карт 11n1роко ис пользовались тепловые машины с отработавшими моторесурс реак тивными двигателями. Допускалось промораживание уже уплотненного грунта с последую щей укладкой на этот промороженный слой талого грунта, промерзаю щего в процессе уплотнения. Контактное с п о м о щ ь ю верхносm засоление с у х о й укладываемых процессе слоев, исследования, IDI некоторых строительства которые слоев с о л и, равномерно распределяемой по по· в опыmом возведении мотины Серебрянской ГЭС-1 В укладываемых технологических применялось при [ЗЗ]. грунтовых позволили порядке 1U1отин оценить приемов велись влияние и на комплексные качество усовершенствовать нacы тех нологию. Зимняя укладка связных грунтов осложняется тем, что в процессе разработки грунта, доставки его к месту укладки и уплотнения грунт охлаждается, теряет пластичность и не поддается уплотнению. Охлажде· 203 - -· ,._______, .-. ние уплотняемого слоя талого грунта идет довольно интенсивно как с поверхности, так и со стороны подстилающего слоя. При интенсивном охлаждении грунта на его поверхности образуется мерзлая корка, тол щина которой увеличивается в процессе уШiотнения. Верхняя мерзлая часть слоя воспринимает усилия от уплотняющих средств и препятству ет уплотнению талой зоны слоя. В промерзающем слое грунта могут развиваться криогенные про цессы. Текстура его может стать сетчатой или слоистой трещин и прослоек льда. с образованием Трещинообразование особенно заметно при укладке влажных супесей и суглинков с большим содержанием пьшева тых частиц. Под трещноватой мерзлой коркой на границе с талой зоной вследствие миграции воды и конденсации паров иногда образуются прослойки льда и инея толщиной до 2 мм. Трещиноватая верхняя часть слоя легко разбирается по контакту с плотной талой зоной. В ряде случаев в нижней части слоя можно обнаружить прослойки толщиной 2-4 см рьIХЛоrо неуплотненного мерзлого грунта с видимы ми порами и кристалликами льда. Рыхлые мерзлые прослойки легко разбираются вручную. Насыпь, если не применять специальных мер, получается неоднородной. Процесс уIUiотнения промерзающего слоя грунта сложнее, чем слоя грунта с постояЮ1ой температурой. При равной влажности и одинаковых уплотняющих средствах слоя определ~ет режим 1:олько температурный режим уплотняемого уплотне1D1я при отрицательной температуре ero наружного воздуха. На промерзание ратура грунта, грунта влияют много факторов: температура воздуха и начальная темпе подстилающего слоя, скорость ветра и т. д. В процессе уплотнения изменяются толщина слоя, мот ность грунта, ero теплофизические свойства и даже температура наруж ного воздуха, так как ее среднесуточные колебания в районах Крайнего Севера могут достигать мент укладки на рис. талого 15-20 °С. Температурное поле в начальный мо грунта на промороженное основание показано 7 .20. Экспериментальными исследованиями установлено три основных температурных режима промерзания умотняемых слоев: 1) промерзание слоя происходит в основном сверху, к коJЩу уплот нения нижняя часть слоя находится в мастичном состоянии; промерзание слоя происходит как сверху, так и снизу; З) промерзание слоя происходит в основном снизу, со стороны охлаж 2) денного подстШiающеrо слоя. Промерзание снизу имеет место при укладке талого грунта на про мороженное основание в условиях резкого повышения температуры наружного воздуха. Такое промерзание, особенно при длительном хра нении нераспланированноrо грунта на карте с момента ero разгрузки до начала уплотнения, является причиной образования комковатых про слоек в нижней части уnлотняемоrо слоя. И хотя в целом по высоте слоя грунт имеет высокую Шiотность, образующиеся рыхлые прослойки явля ются очагами сосред0точенной фильтрации и в теле экрана (ядра) со вершенно недопустимь1. 204 Рис. 7.20. Температурное поле в начальный момент укладки слоя талого грунта на про- мороженное основание: 1 - засоленный грунт; грунта; и Pok', Л. Со - теru10физические -tгр 1 17.~W.Z~~z:z~~~ температура 2 - физико-механические характеристики талого. мерзлого и засоленного грунтов Для получения однородной насыпи необходимо, чтобы укатка слоя завершалась до того, как температура грунта в его нижней части опустит ся ниже точки замерзания грунта. При укладке грунта в зимнее время надо стремиться, чтобы в период уплотнения промерзание слоя шло только сверху, где путем обработки поверхности раствором хлоридов или применения тепловой маumны не допускается смерзаемость грунтов. Следует по возможности сокращать время перекрытия уложенного и слоев, не допускать чрезмерного охлаждения уже уплотненного слоя, а при необходимости проводить до полнительную тепловую обработку верхней части промороженного слоя перед укладкой следующего слоя. Промерзание грунта наступает не сразу. В зависимости от температуры наружного воздуха и начальной температуры грунта температура поверх ности и подошвы укладываемого слоя от 0,5 до 5 ч остается положитель· ной. Именно этот короткий промежуток времени необходимо использо вать для начального у1U1отнения слоя грунта и формирования его струк туры. При зимней укладке связных грунтов '~насухо" свежеуложенная по верхность укладываемого Без боронования слоя обрабатывается поверхности солевой раствор раствором хлоридов. проникает на глубину 3-5 см. Верхняя охлажденная часть слоя в процессе умотнения оста ется пластичной, ликвидируются поверхностные трещины, улучшаются контакты между укладываемыми слоями, увеличивается время, в тече ние которого грунт можно уплотЮfть до требуемой IUiотности. Однако, ero как засолении показали в 1,5-2 опыты, охлаждение верхней раза происходит интенсивнее части слоя при неэасоленной по· верхности, так как при охлаждении засоленного грунта общее количе· ство теплоты, выделяемой при его охлаждении, значительно меньше, чем при замерзании незасоленного грунта такой же влажности. При тем· пературе наружного воздуха от -15 до -24 °С скорость проникновения нулевой изотермы в и толщине слоя 0,5 м незасоленном с поверх· ности слое при температуре грунта 1 см/ч, в то время как в засоленном 11-12 °С составляет в среднем слое 2 см/ч. При этом положительная температура незасоленной поверхности сохранялась ной поверхности всего 3 5 ,5 ч, а на засолен· ч. Скорость охлаждения грунта при температуре -30 + -40 ° С равна 0 3,5-4 см/ч. Время охлаждения поверхности слоя грунта до О С в этом 205 -В О -1.f 0 В l.f tг , С Рис. 7.21. Распределение в двух слоях через 1 - 30 температуры грунта мин после укладки: температура грунта, уложенного на неза соленное основание~ 2 - температура грунта, уложенного на засоленное основание (влажность hcл:JO сн грунта основания Tн. 11 z-J9,2°C Tocн"-J7oG 29?0) t-----+--+---1-_._--1 2 случае колеблется от до 0,5 1,5 ч в зависимости от начальных условий промерзания. Поверхностное засоление в значительной степени влияет на темпера турный режим контактной зоны между увлаженными и вновь уклады ваемыми слоями. При охлаждении засоленного грунта до температуры замерзания в парового раствора незамерзающем состоянии. tюда, В содержащаяся в грунте, находится грунте, обработанном раствором хло ридов, воды всегда больше, так как к естественной влажности грунта добавляется вода, содержащаяся в растворе. Поэтому объемная тепло емкость засоленного гр.унта в емкость мерзлого 1,5~2 раза больше, чем оnъемная тепло незасоленноrо 2 ная теплоемкость льда в грунта, вследствие тоrо, что удель раза меньше удельной теплоемкости воды. Температура контакта и интенсивность охлаждения тела будут зави сеть от отношения коэффициентов теплоусвоения контактируемых массивов грунта. Коэффициенты теIUlоусвоения засоленного грунта уве личиваются мерзлой на по сравнению с коэффициентом теплоусвоения 10-25% незасоленной поверхности. поглощения засоленной Это увеличивает интенсивность поверхностью теплоты от вновь укладываемого талого слоя, что ведет к более интенсивному охлаждению нижней части слоя. При неинтенсивном ушютнении зто приводит к образованию ком· коватых недоуплотненных прослоек. Засоленная поверхность грунта, таким образом, является естествен ным ''холодильникомн. Специальные опыты подтвердили "холодящий" эффект засоленной охлажденной поверхности (рис. 7.21) . Промерзание нижней части слоя, уложенного на охлажденный засоленный грунт, идет знаtmтельно быстрее, чем при укладке талого грунта на мерзлое неза соленное основание. Поскольку при вана контактное возведении иная плотин технология засоление имеет У сть-Хантайского засоления не только гидроузла поверхности преимущества, бьmа рекомендо укладываемого слоя. Концентрация раствора должна быть максимально допустимая для дан ного вида соли. При изменении температуры наружного воздуха сле дует изменять только расход раствора. Количество раствора на 1 м 2 должно быть промерзании таким, чтобы грунт сохранил свою пласти'П-lость только на период у1U1отнения, не превышающего с начала укладки грунта. По опытным данным, достаточно 2 раствора на 1 м поверхности при глубине засоления до 5 см. 206 при 3-4 1,5-2,5 ч л r1 1 Изменение температуры верхней части слоя в момент укладки на него следующего слоя эа период времени зону до З ·4 ч захватывает по высоте 1-2 см, при этом температура грунта ниже этой зоны изме няется незначительно. С некоторыми допущениями можно определить "критическую тем· nературу " основания1 при - котором возможно промерзание укладывае· мого грунта снизу за счет запаса "холода'' в верхней засоленной части ранее уложе1П1ого слоя. Для этого необходимо составить баланс тепло обмена между засоленной поверхностью уrmотненного грунта и IШжней частью вновь укладываемого талого слоя такой же толщины, принимая, ~по в засолеШiом грунте вся вода находится в незамерзшем состоянии. Если температура засоленного слоя ниже критической, то перед уклад кой на него слоя талого грунта необходим прогрев основания для предотвращения промерзания укладываемого грунта снизу. Ориентиро вочно можно считать, что критическая температура равна абсолютному значению температуры укладываемого талого грунта. По этой же причине следует отказаться от вторичной обработки по верхности раствором хлоридов перед укладкой на нее последующего слоя, так как это увеличивает теплосъем с нижней части вновь уклады· ваемоrо грунта. При расчете режима уплотнения грунта, в частности определении опти мальной толщины укладЬiваемого слоя и времени умотнения грунта, большое такой зна~ение глубины нагрузки имеет установлеm1е глубины активной зонь1, т. е. слоя, до которой получаемая вследствие воздействия деформация распределяется более или менее равномерно. Бьmо выявлено, что для связных грунтов оIПИмальной влажности при скоростях изменения напряжеююго состояния, близких к их значениям при динамическом уШiотнеЮ1и, глубина активной зоны может быть при· нята равной до 1,5 диаметра штампа. Оптимальная толщина уШiотняе· маго слоя может быть принята равной глубине активной зоны, если необходимая Шiотность не превышает О,95Рск.макс· На рис .. 7.22 показана схема уплотнения промерзающего споя hпр грунта, не обработаШiого с поверхности раствором хлоридов (рис. 7 .22, а) и обработанного (рис. 7 .22, б). Модули деформации грунта по высоте слоя разлищ.tы; модуль цеформации мерзлого грунта Ем в 10-100 раэ больше модуля деформации талого грунта Ет. При одних и тех же значениях влажности модули деформации талого Ет и засолен· ного грунта Е3 равны и находятся в пределах 5~230 МПа. Рабочие орга· ны уплотнителя, следовательно, цействуют на трехслойную, а во втором случае на двухслойную систему. Условно трехслойную систему, для которой трудно определить напряжения, можно заменить на двухслой· ную, для которой найдены удобные решеЮfя, применяющиеся в практике дорожного строительства для расчета нежестких покрытий. Глубина активной зоны, на которую распространяется давление от пневматических шин груженой автомашины МАЗ·525 1 равна 0 85 1 м. При уплотнении верхнюю охлажденную частъ слоя можно заменить эквивалентным слоем, толщина которого ориенmровочно вычислена по формулам, применяемым в расчетах дорожного строительства. Без 207 1 о Еосн о Рис. а 7.22. Схема упnо111ениJ1 - промерзающего слоя грунта: поверхность упnотняемоrо слоя, не обработанная хлоридами; б - поверх ность уплотняемого слоя. обработанная хлоридами; 1 - температура грунта; 2 засоленный грунт; Е3 • Ет• Ем, Еосн - соответственно модули деформации засолен ного. талого, мерзлого грунта и приведенный модуль деформации основания 2,5-6,5 контактного засоления толЩЮ1а эквивалентного слоя будет в ра за больше глубины промерзания. При соответствующей глубине промер зания напряжения от укаТIПfка будут гаситься в верхней части слоя, пре пятствуя уплотнению грунта. Основная деформация грунта при его УJUIОТ нении наступает после первых в талом 3-4 проходок, когда грунт находится состоЯЮ1и по всей высоте укладываемого слоя. Начавшееся охлаждение засоленного грунта не увеличивает жесткости верхней части укладываемого слоя. К этому времени IUiотность в верхней части слоя толщиной 10-12 см близка или равна требуемой. Доуплотнение талой зоны до требуемой мотности происходит уже в условиях промерзания грунта. Многочисленные наблюдения показали, что доуплотнение талой зоны до происходит 8 см. пературу ~~-- ---- --- при охлаждении верхней части слоя на глубину Следовательно, необходимое для уплотнения время rде 'Тт - 208 и время, за которое слой грунта сохраняет положительную тем (талый) на поверхности укладываемого слоя; r3 - время, в течение которого происходит охлаждение засоленной части слоя тол щиной 3-5 см; на глубину до 8 тм - время, в течение которого слой грунта промерзает см. Схема зимней укладки отличается от летней. Обычного деления на карты, где происходят различные технологические операции: приемка грунта, разравнивание и уплотнение, нет. В зимних условиях под картой подразумевается IUiощадь ядра, на которой одновременно происходят приемка грунта, разравнивание и обработка поверхности хлоридами. Размеры карт (захваток) определяются временем хранеЮlя несrmаниро ванных куч грунта, часовой интенсивностью подачи материала и толщиной укладываемого слоя. Время, в течение которого происходит приемка грунта на карте, разравнивание и обработка временем l: цикла подготовительных работ хлоридами, можно назвать перед уrmотнением. Фронт уплотнения непрерьmно перемещается вслед за разравниванием. Время ''хранения" грунта на карте до начала его уплотнения при 40 ° С не должно превышать температуре наружного воздуха минус 10-15 МЮI. К концу уплотнения под слоем засоленного грунта образуется слой толщююй 3-4 см мерзлого грунта, температура которого не превышает -1 + -3 ° С. При укладке влажного грунта, имеющего температуру 5 + 6 °С, необходимое для уплотнения время с момента приемки грунта равно при температуре наружного воздуха -40 °С 2,5 - З ч, при -30 °С 3,5-5 ч, а при -20 °С 7 ч. Специальные опыты по измерению температур мерзлых комьев в укладываемом слое показали, что в процессе уплотнения грунта продол жительностью 3-4 ч оттаивание мерзлых комьев не происходит (рис. 7 .23). Мерзлые комья не уплотняются, так как их прочность доста точно высокая. Исключение составляют лишь комочки мерзлого грунта диаметром не выше довательно, ьбщей 5 содержание см при их рассредоточении в талом грунте. Сле мерзлых комьев должно назначаться исходя из необходимой обеспеченности rmотности водонепроницаемой на сыrm, так как мерзлые комья, попавшие в уплотнею1ый грунт t будут являться гнездами недоуплотненного грунта. Это подтвердилось поле выми наблюдениями. В ряде случаев, вскрывая шурфами грунт, уложен ный при температуре наружноrо воздуха -20 + -40 °С, можно обнару жить в плотных монолитных стенках шурфов небольшие гнезда комко ватого грунта, что обьясняется только попаданием в талый грунт мер злых комьев. В последнее время как за рубежом, так и в СССР все шире стал при меняться м е т о д и н т е н с и в н о г о д и н а м и ч е с к о г о у п л о т н е н и я r р у н т о в оснований и возводимых насыпей. От сыпку rру.ита производят слоями 5-6 м в зависимости от диаметра трамбовки, а уплотнение производят свободно падающими трамбовками м·ассой до 60 т с использованием гусеничных кранов-экскаваторов. Данную схему по возведению насыпей можно применить при возве дении IUIОТИН в зимнее время талый неэасоленный (рис. связный грунт, 7.24). По предлагаемому способу например суглинок ЮIИ морена оптимальной влажности, отсыпается в земляное сооружение, при оrри- 209 14 - Зак. 1820 ос z / о -2 -lf ' /~ z... -- ,.....- 1r Б -- 1 d=10 с.ч ................ 11 8 - / 1/ ~!О_ ~ /J '/ -8 1 12 -- -. Рис. т, ч ,,,..zосм ~~ 1 d=!S CN -б -10 1"r 5С.11- 1 Изменение температуры мерзлых комьев в слое талоrо грунта, укладывае 7.23. мого при отрицательной температуре воздуха ~ 11 - =: 111 11; - = Рис. 7 .24. Е rr- - 111 2 ~ Схема укладки талого грунта слоями 6-7 = = JI = м под "шубой" из полностью засоленного грунта: слой полностью засоленного грунта: 2 - слой талого незасоленного грунта; свободнопадающая трамбовка массой 16-25 т на кране; 4 - направление фрон / 3 - та отсыпки цательных температурах возможностями слоями, уплотнения толщина которых оrраниtmвается грунта свободнопадающими трамбовками. Интенсивность отсыпки незаселенного грунта должна обеспеtmвать со хранение фронта отсыпки в талом состоянии. С некоторым отставанием от фронта отсыпки незаселенного грунта на его поверхность отсыпается слой предварительно засоленного грунта ("шуба") такого же грануло метрического состава~ что и не засоленный грунт. Толщина слоя засолен ного грунта ("шубы") должна обеспечивать сохранение нижележащего незасоленноrо грунта в талом состоянии. В зависимости от времени, затрачиваемого наружного 0,5-0,8 на отсыпку воздуха и толщина уплотнение слоя одного засоленного слоя, и грунта температуры не превысит м. УШiотнение насыпи, состоящей из слоев засоленного грунта и талого незасоленного грунта, производят интенсивным динамическим нением с помощью свободнопадающих трамбовок массой 16 уплот т и более. После уплотнения двухслойной насыпи лунки, образующиеся на поверх- 210 ности засоленного грунта, разравниваются и поверхность укатывается автотранспортом или пневмокатками. При высоте значительной на высоте несколько земляного ярусов, и сооружения его операции по укладке разбивают по слоев незасолен ного и засоленного грунта повторяются. Заготовку талого грунта и засоленного грунта производят в летнее время буртованием по обычной технологии. Преимущества предлагаемой технологии заключаются в следующем: уменьшается трудоемкость операций за счет увеличения тоmцины уклады ваемых слоев; повышается укладываемых грунтов в надежность талом сооружения за счет состоянии, что позволяет сохранения использовать для целей возведения пученистые грунты, применение которых в зим нее время ограничено; применения тепловых снижается машЮJ; стоимость укладки за счет отказа от повышается интенсивность ведения работ. 7 .6. Зимняя укnадка переувлажненных rпинмсrых грунтов Выше отмечалось, что в районах с влажным климатом подсушка грун та в летних условиях путем его буртования практически невозможна. Вследствие этого влажность грунта в буртах, загото 0 ленных при возведе нии плотин У сть-Хантайского гидроузла, оказалась знаtn1тельно выше оптимальной. Это затруднило укладку грунта в зимнее время с уплот нением тяжелыми автосамосвалами. Из-за повышенной влажности грунт обладат слабой несущей способностью. Груженая автомашина с трудом перемещалась ности по укладываемому грунту. Грунт пружюmл, на поверх образовывались глубокие колеи, которые, замерзая, затрудняли уплотнение грунта и нарушали его монолитность. спланированную автоцистерны поверхность бьmо грунта растворами Обрабатывать хлоридов свеже при помощи невозможно. Поверхность грунта, не обработанная солевым раствором, при промерзании покрывалась морозобойными тре щинами, разбивалась механизмами на отдельные агрегаты и имела вид щебенистой отсыпки, лишенной сцепления и монолитности. Необходимо отметить, что при повышенной влажности раствор про никает в грунт на меньшую глубину, чем в грунт с меньшей влажностью. В начальный момент за счет свободной инфильтрации раствор проЮ1кает только в нкажущиеся'' поры, т. е. пустоты между отдельными комоч ками свежераспланированноrо грунта. В колее движущейся автоцистер ны грунт приобретает состояние rрунrовой массы, у которой практиче ски все поры грунта заполнены водой. Раствор растекается по поверх ности, не проникая в глубину. Да и само засоление приводит к допол нительному увлажнению поверхности укладываемого грунта. Для того чтобы засоление бьmо эффективно, необходимы механизмы, которые бы обеспечивали принудительное засоление грунта на глубину 5-1 О см. Поскольку снизить влажность укладываемого грунта в зимнее и даже в летнее время невозможно, необходимо было разработать технологию, которая бы позволила укладывать в зимнее время переувлажненные глинистые грунты. 211 В основу разрабатываемой технологии бьm положен так называемый шведский способ укладки переувлажненных связных грунтов, успешно применяемый в IIIвеции при возведении плоmн в районах с влажным климатом. При заполнитель Таким до этом, которых способом как правило, представлен грунт используются супесью укладывался или только в мо~нные легкими грунты, суглинками. летнее время слоями см с уплотнением тракторами. К укладке допускались связные 40 грунты с небольшим содержанием глинистых частиц и влажностью, находящейся иногда на пределе пластичности. Так, при возведении шютины Мессауре высотой из морены возво,цилось шение влажности на 4% ншведским'' 101 м ядро шtотины методом, допускающим превы выше оптимальной, с уплотнением тракторами. Коэффшщент фильтрации морены при этом составлял S · 106 см/с при отношении высоты ядра к ширине, равном уплотнением грунта, 2,5. Затраты, связанные с сводятся к минимуму, так как уwютнение грунта происходит в процессе возведения плотины под действием собственного веса грунта. Физические процессы, протекающие при уплотнеШlи уложенного та ким способом грунта, аналоmчны процессам, протекающим при укладке грунта в воду. Избыточное увлажнение способствует разложению частиц грунта на отдельные агрегаты, что обеспечивает образование монолитного однородного материала. При укладке влажных грунтов в начальный период паровое давление может достигнуть больших значений, но затем в течение ностью рассеивается, обеспечивая быструю 6-18 мес пол консолидацию грунта. Кон солидации грунта способствуют развитые переходные зоны с обратными фильтрами, укладьmаемые между ядром и уnорными призмами. После строительные осадки Шiотин, построенных таким образом, невелики. Указанная технология вполне соответствовала условиям строительства У сть-Хантайского mдроузла. Имея повышенную влажность, укладывае мый в ядро IUiотины грунт содержал небольшое количество глинистых частиц, что способствовало ero консоШJДЗции. КоэффJЩИент фШiьтрации 4 7 5 смеси находился в пределах А · 10- к nmрине для русловой Шiотины равно см/ с. Отношение высоты ядра 2, а для правобережной 1. Условия консолидации rрунта, таким образом, быmr очень близки. При разработке технологии применительно к зимним условиям исхо дили из талого следующего: при переувлажненного монолитность минимально моренного возможном грунта цикле требовалось обработки обеспечить и однородность его структуры. При этом учитывалось, что в условиях низких температур невозможно сохранить уложенный грунт в талом состоянии. Устойчивость ШIОТИНЫ в целом при оттаивании промороженных зон ввиду с1n1жения плотности грунта ядра плотины при этом обеспечивалась упорными призмами. Разработанная ской ГЭС из технология возведеЮIЯ ядра mотины У сть-Хантай переувлажне1mых грунтов показана на рис. 7 .25. Соблю дался следующий порядок работ. Одновременно с подготовкой карТ'Ь1 на ядре велась "корыта". 212 опережающая отсыmса переходных зон для создания -----~-----~-~-~~·-~~·- ~- -·---··· -· ~·~---··-----·· - .. 7.25. Технолоntя укладки в зимнее время переувлажнешюго грунта: 1 - отсыпка переходных зон, устройство "корыта"; 2 - прогрев основания Рис. теп ловыми маnmнами; 3 - укладка моренного грунта в распор; 4 - обработка по верхности грунта хлоридами; 5 - уrшотнение тракторами-болотоходами С поверхности уделялось местам удалялись заезда снег, мерзлые автотранспорта на комья. карту, Особое вЮ1мание где помимо зака танного снега могли быть прослойки фильтрового материала. Эти зоны дополЮ1тельно nцательно обрабатывались бульдозерами, тепловой ма шиной и если этого требовала необходимость, то и вручную. Вся по верхность непосредственно перед укладкой обрабатывалась тепловыми маumнами. Обнаруженные морозобойные трещины в верхней части уложенного слоя разделывались вручную с дополнительным засоле1mем и обработкой тепловыми машинами. Укладка морены велась в распор с переходными зонами. Из-за опере жающей отсыпки переходных зон заезд на карты ядра груженого тран спорта был затруднен, автомашины с мореной разгружались с бровки переходных зон. ТолЩЮJа укладываемых слоев в рыхлом теле колеба лась от О~ до 0,7 м. Доставленный грунт немедленно перемещался бульдозерами к сере дине карты. СплаЮ1рованная поверхность морены обрабатывалась раствором хлоридов из цистерныt установленной на трелевочном трак- 213 торе Т ДТ 40 ШIИ на хода обеспечивало не, а автомашине перемещение интенсивное МАЗ-205. Применение гусеничного механизма по переувлажненной море перемещеЮiе по карте гусеничных механизмов способствовало более глубокому проЮ1кновению раствора в укладывае мый грунт. Трелевочный трактор оборудовался специальными рыхли телями по типу культиваторйв, которые обеспечивали равномерное проникновение солевого раствора на требуемую глубину. Это особенно необходимо при обработке раствором соли переувлажненных грунтов, так как раствор при этом растекается по поверхности следа механизма. Опытные укатки подтвердили грунта с одновременным ero эффективность засоления поверхности рыхлением. Обработка солевым раствором свежеспланированного грунта прово дится сразу же после планировки или одновременно с планировкой. При задержке с засолением на поверхности рас1U1анированноrо грунта обра зуется мерзлая корочка грунта различной толщины. Под тяжестью меха низмов корочка ломается, монолитность грунта нарушается. Дальней шая обработка раствором становится малоэффективной, так как рас твор не проникает в глубину укладываемого грунта. Это, в свою оче редь, является дополнительным источником охлаждения укладываемого слоя при перекрытии его следующим слоем. Для получения качественной насыпи ми, интенсивно прогревают верхнюю часть слоя теruювыми машина дробят верхнюю корочку rусеmIЧНыми механизмами и удаляют мерзлоту за пределы карт. Следует отметить, что при укладке переувлажненных грунтов наибо лее целесообразно обрабатывать грунт не раствором, а сухой солью. В этом случае не происходит дополнительного увлажнения верхней час ти укладываемого слоя и снижаются затраты на приготовление рас твора. Общая технологическая цепочка упрощается. Несмотря на то что на строительстве применялась У сть-Хантайской довольно часто, ГЭС широкого обработка поверхности солью распространения этот метод не получил. Для обработки в зимнее время поверхности грунта рекоменду ется использовать применение порошкообразную сдерживается обезвоженную отсутствием машин для соль, однако распыления соли ее по карте. Ручная же обработка малоэффективна, трудоемка и небезопасна. Для этой цели необходимы специальные механизмы, аналогичные ма шинам, используемым для внесения в почву удобрений. Использование ственно снизит порошковой стоимость и соли и соответствующих машин трудозатраты по засолению суще контактных зон укладьmаемых слоев. Уплотнение грунта производилось тракторами-болотоходами с уши ренными гусеницами, производительность их составляла при 8 - 1О про ходов 500 - 600 м /смену. Давление на грунт не превышало 0,03 МПа. 3 Для уrmотнения грунтов пластичной и текучепластиtfifой консистенции трактор является идеальным уплотнителем, так как для уплотнения леr кодеформируемых вязкопластиtmых материалов достаточно небольших давлений. В результате увеличения продолжительности воздействия на грузки по сравнению с катками на пневматиках успевают произойти зна чительные остаточные деформации, что обеспечивает лучшее уплотнение 214 J материала. Укатчики должны непрерывно и равномерно перемещаться по карте, создавая ровную поверхность грунта. Особое внимание при этом обращается на недопустимость скоплеЮ1я мерзлых комьев. Мер злый грунт к укладке в тело IUiотины не допускается. Следует подчеркнуть, что ровная поверхность укладываемого обеспечивает модуля лом лущ,иее поверхности трехслойная качество укладки, так уменьшается система: как охлаждение засоленная за грУJПа поверхность, слоя счет уменьшения и, главное, мерзлая и в це талая часть слоя остается ненарушеmюй, так как по уплотненному слою пере мещаются мапmны с одинаковым удельным давлением. В связи с этим запрещается заезд на карту любых материалов. Бьmо замечено также, что лучшей уrmотняемости влажного грунта способствовало его охлаж дение до температур начала кристаллизации льда ( -1 + -1 ,5 ° С) . В этом случае кристаллики льда играют роль как бы твердых минеральных ча стиц. Количество свободной воды уменьшается, и IUiастичность груmов становится соизмеримой с талыми грунтами оптимальной влажности. Безусловно, это справедливо только для небольшой части уплотняемого слоя и в течение небольшого отрезка времеЮ1. Вместе с тем это явление использовалось дпя дополнительной прикатки уложенного грунта сред ними катками, когда верхняя ero часть промерзала на rлубину 5-8 см. В реальных условиях влажность моренных грунтов колебалась в пре делах При влажности 10-20%. грунт уплотнялся автомаu.mнами 10-13% и катками на пневматиках, загруженными в той или иной степеЮ1. При последующем увеличении влажности грунт уплотнялся {прикатывал ся) только тракторами. Основной целью уrmотнения .является получение максимальной IUiотности, соответствующей данной влажности. Конечно, при влажности, равной тракторами 13-18%, получить не удается. Поэтому при необходимое ynлoтнeirne грунта возведеJШи IUiотин Усть-Хантай ского гидроузла для уплотнения исполь'Зовалась вся имеющаяся в нали чии техника: автомашины КрАЗ-226, МАЗ-525, катки и тракторы-болото ходы. В зависимости от влажности доставляемого грунта, которая очень хорошо определялась по проходимосrn мехаЮ1змов, для уmютнения применялись легкие или тяжелые механизмы или их комбинации. Успешный гидроузла грунты опыт использования переувлажненных для для грунтов противофЮiьтрационных ядер rmотин позволил элементов Усть-Хантайского рекомендовать ряда других такие плотин. В частности, в Якуmи на ручье Правый Киенr строится rmотина мерзло го типа, в ядро которой в летнее время укладываются щебеЮ1сто-дре свяные суглинки пластиtn1ой и текучеIШастичной консистенции. Уклад ку суглинка ведут слоями 3-4 м в нкорыто'\ образованное зимней от сыпкой упорных призм. Водонасыщенный грунт, уложенный в летнее время и промороженный обеспечит абсолютную Возможность зимой с помощью водонепроницаемость укладки связных грунтов специальных установок, мерзлого ядра повышенной rшотины. влажности предусмотрена также техническими условиями на возведение русловой плотины Курейской ГЭС. В ядро IUiотины укладывался суглинок с гра вийно-галечниковыми включениями. Содержание мелкозема менее 80%, 2 мм) от 50 цо содержание глинистых частиц от ( фракJ..Щй 10 до 25%. 215 Влажность мелкозема на границе раскатывания колеблется от 18 до 22%. Влажность на границе текучести колеблется от 24 до 30%. К укладке в ядро плотины допускается грунт, имеющий влажность мел козема не более но, 27%. контрольные Технология уШJотнеЮ1я грунтов и, что очень важ значеЮ1я 1D1отности скелета (исmнной Шiотности} мелкозема приняты дифференцированно, в зависимости от консистенции укладываемого грунта. Грунт твердой консистенции (Wм уruютняется 6-8 = 18,5 - 22%) проходами груженой автомашины КрАЗ до контроль ной мотносrn мелкозема Рм, равной 1,7 r/см 3 , грунт полутвердой консистенции (Wм уплотняется = 22 - 23%) 6-8 проходами незаrружен 3 ной автомапmны КрАЗ до мотности мелкозема Рм, равной 1,64 г/см • Грунт туrопластичной консистенции (Wм = 23 - 25%) уплотняется 6-8 проходами катка Д-39А при удельной нагрузке 0,1-0,15 МПа до 3 мотности мелкозема Рм, равной 1,56 г/см • Грунт мягкопластичной и пластичной консистенции (Wм = 25 - 27%) уплотняется 4-5 проходами гусеничного трактора до плотности мелкозема Рм, равной 1,5 r/см 3 • Отсыпку грунта во всех случаях предполагается производить слоями м. 0,4 В теплый период года укладку переувлажненных грунтов технически- ми условиями 2-3 предусмотрено выполнять с юtтенсивностью не более м/мес, что, по нашему мнению, представляется явно эанижеююй. Таким образом, применение грунтов повышенной (естественной) впажносm рас11D1ряет возможность строительства IDJomн в Северной строительно-климаmческой зоне. При этом диапазон значений допусти· мой влажносm может быть расширен и будет ограничиваться предель· ной влажностью на границе текучести. Сооружение земnяных nnотин с nротивофиnьтрвцмонными устройствами 7. 7. из неrрунтовых матермаnов В ряде случаев в районах с суровыми климатическими условиями более экономичными оказываются противофильтрационные устройства из неrрунтовых материалов практики известны [19, 55, 67]. Из отечествеииой и зарубежной примеры строительства и успешной эксIШуатации плотин с противофильтрационнь1ми элементами в виде: металлических диафрагм; железобетою1ых диафрагм и экранов; асфалыобето1U1ЫХ диафрагм и экранов; экранов и диафрагм из полимерных материалов. Имеются примеры устройства деревянных диафрагм. Однако они приме нены, как правило, на плотинах высоrой не более 12 м и поэтому в на стоящей книге не рассматриваются, хотя положительный опыт экСШiуа тации этих сооружений заслуживает внимания. Применение негрунтовых материалов явилось следствием ряда при чин. Основныwt из них являются: отсутствие в районе строительной Wiощадки rрунто~, пригодных ддя использования в противофильтра ционнъ1х зонах мотин; грунтов большие затраты по созданию искусственных смесей для экранов и ядер IDJomн; суровые климатические условия, из·за которых по экономическим или техническим условиям 216 . - -- ----------- ·--·- - -~- ..... -.........-:.. _-____. ... :~ .. ._ ._...__. "-... "'"- . -. - ~ -• .......... " ". -~ .. Рис. 7.26. Поперечный разрез rutотинъ1 Серебрянской ГЭС-2: а - участок скального основания; б - участок аллювиалЫ1оrо основания; 1 металлическая диафрагма из шпукrа lllK-1; 2 - цементационная завеса; З - бетон нь~й зуб; 4 - смотровая шахта; 5 - скальная наброска; 6 - кривая депрессии; 7 - завеса из шпунта Ларсен-IV; 8 - сопряжение металлической .циафрагмы с шпун товой завесой; 9 - глинистый экран; 10 - скальная наброска пришлось отказаться от трад;иционных способов возведения грунтовых сооружеЮfй; наличие определенного производственного опыта у кол лективов строителей. В качестве примера рассмотрим строительство плотины Серебрян ской ГЭС-2 с м е т а п л и ч е с к о й д и а ф р а r м о й высотой 63 и длиной по гребню 1820 м. Основанием Шiотинъ1 в береговой части явля ются крепкие граниты слабой трещЮ1оватости) которые лежат пракm чески на поверхности и только на участке старой поймы уходят на глу бину 50 м под толщу аллювиальных отложений, сложенных слоями пес ков. гравия и суглинков {рис. 7 .26) . Сопряжение металлической диафрагмы с основанием в зависимости от его характера выполнено разли'Пlыми способами. Там, где на поверх ность выходит скала~ сопряжение выполнено в виде зуба глубиной 2- м и трехрядной цементационной завесой глубиной 15 м. Металличе ская диафрагма оперта на бетою1ый зуб с металлическим листом шири ной 1 м и толщЮ1ой 1О мм, к которому она приварена. Свободное пере 2,5 мещение листа и гидроизоляция стыка обеспечены битумными матами, укладываемыми сверху и снизу опорного листа. В аллювиальной толще выполнена шпунтовая завеса на глубину 28 м. Диафрагма плотины монтировалась из шпунта коробчатого профиля lllK-1. Стыковку шпунта выполняли сШiошнь1м односторонним сварным 217 швом с применением обычной электросвароtmой аппаратуры. С целью уменьшеЮfя фильтрации замковые соединения с верхнего бьефа гермети зовались специальной 2 замазкой, которая в виде жгута сечением 1,5- см подавалась из специального механизма. Применялось также заклеи вание стыков специальной профильной резиной. Гидроизоляция замковых соединеЮ1й длиной 85 тыс. м была выпол нена вручную четырьмя рабочими. Антикоррозийного покрыrnя не дела ли, имея в виду, что скорость коррозии в конкретных условиях не пре вышает 1 мм за 50 лет. Монтаж диафрагмы общим объемом металла за 16 гия мес бригадой монтажа 25-30 отрезками 6000 т был выполнен чел. с использоваЮ1ем трех кранов. Техноло пmунта м 10-12 обеспечивала устойчивость диафрагмы без специального раскрепления, которое требовалось только при монтаже первоrо яруса. Это облегчало совмещеШfе работ по монтажу диафрагмы и укладки грунта. Засыпанный грунтом на выдерживает ветер со скоростями более 20 м/с. 1/3 высоты шпунт Одним из основньiх технологических правил было соблюдение равно мерности в возведении обеих призм ruюrnны. Максимально допустимое превышение одного слоя над другим составшю Стоимость работ, руб. в ценах диафрагмы 1969 1 м. г., по устройству металлической [ 19]: Стоимость 1 т шпунта ШК-1 .. " ................ "." .... " ............ " 1 т шпунта высотой 1О м с помощью крана грузоподъемностью 25 т .... " .. "" ... ""." ............... " ..... " ... . Yrmorneниe 20 м швов замков диафрагмы тиоколовой мастикой (включая стоимость мастики на 2 т шпунта) Дополнительные затраты по установке 1 т шпунта ...... . 121 Монтаж 87,41 36,8 8,71 Итого с накладными затратами, IUiановыми накоrmе ниями и прочими неучтенными затратами на 1 т шпун- та."."." ... """"""" .• ".. ".... """"." ............•.. """ ...•. "•.•• "...•... "" ..... "... ".. ".. ".. 253,92 Полную стоимость устройства шпунтовой диафрагмы в теле плотины Серебрянской ГЭС-2 при общем объеме монтажных работ оценить в 1,5 6000 т можно млн. руб. Устройство вместо шпунтовой диафрагмы ядра из моренных грунтов объемом в 800 тыс. м 3 , по опыту строительства плотины Серебрянской ГЭС-1, обошлось бы не менее чем в при средней стоимости укладки морены 4 руб. 3,5 мm1. руб. 77 коп. Значительное развиrnе в Швеции, Норвегии и Фюшяндии получили плоrnны с ц е н т р а л ь н ы м и ж е л е з о б е т о н н ы м и д и а ф р а r м а ми. Так, железобетонная диафрагма, защищенная с верхнего бьефа глинистым грунтом, применена на плоrnне Порьюс высотой Диафрагма заглублена на 2,5 12 м. м в скальное основание и разрезана верти кальными температурными швами. АналогиtШую конструкцию противо фильтрационноrо устройства имеет построенная в форсен нар. Индельс высотой 23 1949 г. плотина Хали м. Железобетонная сильноармированная диафрагма этой плотины имеет толщину у гребня О ,25, а у подошвы 0,5 м. В основании диафрагмы устроен скользящий шов. С верхнего бьефа диафрагма 218 - защищена двухметровым слоем rлинобетона. состоя- б,О 48,О 38,0 115 Рис. 7.27. Конструкuия перемычки с полиэтиленовым экраном: 1 - полиэтиленовая Imенка; 2 - понур из моренного грунта; галечниковые грунты; 4 - грунt, отсыпаемый во вторую очередь щим из 20% глины и влажнос1и, равной Особенностью 80% 10%. З гравийно - песка и гравия. Глинобетон укладывался при этой плоmны является конструкция сопряжений ди афрагмы с основанием, которая пересекает мощный слой аллювия. Под земная часть диафрагмы возводилась под защиrой металлического шпун тового крепления, которое затем вошло в состав подземной части ди афрагмы. В последние годы начато строительство плотин с п о л и э т и л е н о в о й э к р а н а м и и з п лен к и. Так, при сооружении Усть-Хантай ской ГЭС бьmа возведена перемычка с экраном из полиэтиленовой Шiенки. Конструкция перемычки показана при рис. 7 .27. Длина ее со ставляет около 600, ширина по гребню 6 м, заложение откосов от 1 : 3 до 1 : 4. Упорные призмы перемычки возвощmись из гравийно-галечни ковых грунтов. Нижняя часть экрана выполнялась из моренных грун тов, верхняя часть экрана - из полиэтиленовой пленки, укладываемой на постель из тонкозернистого однородного песка. Выравнивающий спой между пленкой и пригрузком укладывался также из этого песка. Для 0,2 экрана использовалась нестабилизированная IШенка толщиной мм. Пленка поставлялась на строительство в рулонах дпиной шириной рукава 1,6 м (ширина пленки 1,6 х 2 30 м с =3,2 м). В экран перемыч ки пленка укладывалась в виде полотнищ шириной 9 м. Полотнища сваривались в специальном закрытом помещении импуль сным полозом, разработанный ВНИИГ. Сварка велась через целлофано вую пленку на подвижной деревянной пощюжке, обитой тканью. Пита ние полоза осуществлялось напряжением Скорость сварки 0,5 5 -15 В при силе тока 10-15 А. м/мин. Полопrnща укладывались "гармошкойн в специальные мешки, мар кировались и доставлялись на место укладки. Сопряжение пленочного экрана с мореной бьmо выполнено в виде понура. Конец пленки заводил ся в небольшой зуб, который забивался пластичным материалом. Пла стиtmость морены при температуре наружного воздуха -15 ...;- -20 °С достигалась обработкой ее концентрированным раствором хлористого кальция с расходом до 50-80 л/м 3 • Полотнища раскатывались сверху вниз по откосу перемычки по пред варительно уложенному и уIШотненному подстилающему слою песка. 219 Пленка укладывалась по откосу свободно без натяга, бригадой в со ставе 8 чел. Стыковка полотнищ производилась без сварки и осуществля лась свободным тройным заворачиванием смежных краев. Ыирина пере хлеста составляла Стыковочный мере 1,2 м. валец фиксировался деревянными отсыпки пригрузки прищепки убирались, а прище111<ами. По пленка присылалась песком защитного слоя. Такое сопряжение полотнищ обеспечивало водо непроницаемость шва, ускоряло укладку полиэтиленового экрана и, главное, исключало сварку полотнищ на месте укладки. Отсыпку пригруз ки вели снизу вверх. Защиrный слой из песка отсыпался с небольшим опережением. Надвижка его на менку производилась бульдозерами. Устройство подстилающего слоя, укладка полиэтиленовых полотнищ и отсыпка защитного слоя бьши сделаны за 20 сут. Полиэтиленовая rшенка применялась также· при строительстве плоти ны одного из хвостохранилищ (см. рис. 5.2). Особенностью этой плотины явилось то, что вследствие агрессивности сбрасываемой в хвостохранили ще пульпы к сооружению были предъявлены требования о полном недо пущении фильтрации воды из хвостохранилища. Поэтому в качестве про тивофильтрационноrо элемента этой плотины был принят полиэтилено вый экран из трех слоев пленки толщиной 0,2 мм. Сопряжение экрана с железобетонной патерной выполнено прижимны ми брусьями с мягкой резиной. Для уменьшения фЮJьтрации перед при жимными брусьями бьm уложен понур из пластичной глины. Полотнище пленки, приготовленное в специальном помещении, укладывали вдоль откоса по мере отсыпки защитного слоя, который состоял из слоя песка и эк рана из моренных грунтов. На основаюrи полученного опыта можно сделать вывод, что поли этиленовые экраны можно укладывать при низких температурах наруж ного воздуха вплоть до -20 +-30 °С, и при сооружении плотин с напором до OJDf могут с успехом применяться 20-25 м там, где нет местных ма териалов или их заготовка слишком дорога. Главным недостатком уклад ки пленки при отрицательной температуре является ее повреждаемость при соприкосновении с мерзлыми грунтами. Поэтому необходимо стре миться укладывать rmенку при более высоких температурах в летнее или в весеннее время. В качестве защитных мер можно рекомендовать ис пользовать в качестве подстилающего слоя однородные пески, сохраняю щие сыпучее состояние при отрицательных температурах наружного воз духа, или же применять промежуточные прокладки пергамина или рубе роида с обеих сторон пленки, как это имело место при сооружении золо отвала Магаданской ТЭЦ. Применение 1U1еночных полимерных экранов показало их высокую эффективность: фильтрация в сооружении с такими экранами практи чески отсутствует, а технология устройства очень проста. В грунтовых rщотинах сейчас широко применяются а с ф а л ь т о - бетонные д и а фр а r мы, главным образом уплотняемые асфаль тобетоны и реже пластичные и литые. Доказаны их высокая надежность, технологичность и экономичность. Первоначально асфальтобетон rидроизолирующий 220 использовался как вспомогательный материал между железобетонными митами, затем его стали использовать как самостоятельный экрарирующий материал. Причем конструкция экранов делалась многослойной. В настоящее время строятся~ как правило, двухслойные экраны из Шiотноrо водопроницае мого асфальтобетона с добавлением 7-10% мягкого битума. Толщина асфальтобетона не превышает 12-14 см. Асфальтобетонный экран плотины Венелю укладывался стоrо тремя слоями. на р. Горячий асфапьтобетон Бора в Норвегии смесь - rравели песка, искусственно приготовленной дресвы, молотого известня ка, асбеста и битума в отношеl;IИИ 80 : 100 укладывалась специальным укладчиком, который распределял смесь слоем Уплотнение производили нием выполнено 5 см и шириной виброкатками, сопряжение экрана 2,6 м. с основа в виде зуба. Перед укладкой последующего слоя по верхность обрабатывалась битумной эмульсией. В Советском Союзе асфальтобетонные Нижнесвирской плотине экраны были применены и Карачуновской плотине (1935 r.) (1936 на г.). В последнее время асфальтобетонные покрытия применяют при возведе нии дамб водохранилищ на ТЭЦ и ГРЭС. }Jдя условий холодного климата применение асфальтобетонного экра на ограничено, так как гидротехнический асфальтобетон с большим содержанием объемного, адсорбционного, несвязного битума при темпе ратуре -35 -:- -40 пластичность. переходит в упруrохрупкое состояние и теряет Вследствие ях при сильных цовки, °С морозах не гасятся, что ведет к растрескиванию обли поскольку температурный у асфальтобетона в Полимерные этого температурные напряжения в покрыти 3 коэффициент линейного расширения раза больше, чем у обычного цементного бетона. добавки позволяют расширить интервал шtастичности асфальтобетонов до 120 °С, т. е. повысить их температуру размягчения выше 70 °С, а температуру хрупкости снизить до -50 °С. Причем при добавлении 3-10% полимера к битуму прочность, долгове'Пfость, водо устойчивость и атмосферостойкость асфальтобетона повышаются. ВНИИГ совместно с Гидропроектом пред;южена для Богучанской ГЭС диафрагма из литого или пластичного асфальтобетона. Литой асфаль тобетон наряду с водонепроницаемостью и морозостойкостью достаточ но технологичен воздуха до Первый и -40 ° С. позволяет возводить диафрагму при температуре · производственный опыт возведения диафрагмы из литого асфальтобетона получен в 1979-1980 rr. на строительстве грунтовой rтотины uтамонакопителя высотой 32 м. Работы проводились при тем пературе наружного воздуха -15 °С. Укладку литого асфальтобетона производили в разборно·переставную поярусно присылалась грунтом слоем опалубку 1t2 дттиной 6 м, которая м. Имеется опыт возведения асфальтобетонной диафрагмы прицепным агрегатом типа "скользящая форма" 1 который повышает производитель ность и снижает трудозатраты. Были проведены производственные исследования возможности воз ведения диафрагм из сборных элементов. Анализ трудозатрат показыва ет1 что при работе со нскользящей формой" на буется 0,4 м асфальтобетона тре чел.·ч, при работе с разборно-переставной опалубкой трудо затраты составляют около 1,2 чел.-ч, при возведении сборной диафрагмы трудозатраты изменяются в пределах L 1 0,6-1 t2 чел.~ч. ГЛАВА В ПОДЗЕМНЫЕ РАБОТЫ ПРИ СООРУЖЕНИИ ГИДРОУЗЛОВ В СЕВЕРНЫХ РАЙОНАХ 8.1. Конструктивные особенности и организация строительства подземных сооружений в толще вечномерзлых скальных грунтов Условия возведения подземных выработок. В подземных сооруже- ниях обеспечивается круrлоrо,цичное ведение работ независимо от из менения температуры наружного воздуха, что особенно важно для суро вых климатических ет условий. некоторое удорожание Это преимущество полностью перекрыва при применении подземных сооружений по сравнению с открытыми. При проектировании подземных сооружений в вечномерзлых грунтах должно быть учтено требование максимального сохранения при строитель стве и эксплуатации естественного температурного режима скального массива, вмещающего сооружения. При образовании зоны оттаивания вокруг сооружения резко уменьшаются прочность и устойчивость гор ных пород, особенно при их блочной структуре, и увеличивается нагруз· ка на выработку и ее обделку. условиях пород в особое период значе1mе В таких сложных rеокриолоrических приобретает тщательное изыскания, а также прогноз их изучение состояния поведени!I в процессе строительства и эксплуатации. Наиболее экономичными и наименее трудоемкими в подземных соору· жениях являются конструкции, позволяющие максимально использовать несущую способность грунтов и учитывающие изменение их состояния. Такими конструкциями являются породоанкерные своды и стены в выработках с покрытием поверхности набрызr-бетоном, в которых мас сив горной породы вовлекается в совместную работу с анкерной крепью. Применение породоанкерной конструкции упрощает технолоrические процессы и существенно сокращает продолжительность работ По [ 11] . сравнению с железобетонной конструкцией обделки применение породоанкерноrо свода позволяет уменьшить трудозатраты на снизить материалоемкость (металл на 20-30%, цемент на сметную стоимость обделки (на 30-35%). На физико-механических свойствах 25-30%, 50-70%) и коренных пород переход их в мерзлое состояние отражается в меньшей степени, чем дисперсных грун тов, покрывающих коренные породы. Здесь наиболее существенную роль играет смерзание породных блоков по трещинам при наличии в них вла rи. Таким образом, поддержание устойчивости выработок при естествен ном вечномерзлом состоянии пород не вызывает особых сложностей. Однако вентиляция выработок темым воздухом может привести к на рушению устойчивости, а вентиляция холодным воздухом создает дис комфортные условия труда. Поэтому выбор рационального режима про ветривания и вентиляции играет весьма важную роль. При сооружении туннелей большое значение имеют гидрогеологиче ские условия массива, в котором заложен туннель. В результате трещи новатости массива в выработки поступают подземные воды и образуются 222 -------~-------- наледи, - ·- - ·- ~ ·- ----·- __ _ _._ __ ~ --~· ~ ................... "-. "...................... которые покрывают проезжую часть туннеля и затрудняющие ~--•...а...·--· ......... " .... - - -• '·· - элементы крепи, работу транспорта и горнопроходческого оборудования. При обильном поступлении вод может измениться и температурное со стояние грунтов, что также приводит к ухудшению При температуре мерзлых пород ниже 0,5 7 1 °С их устойчивости. осложняются условия бурения забоя в связи с замерзанием промывоtmой жидкости в шпурах и системе подающих трубопроводов. Из-за этого приходится отказывать ся от водяной промывки, вследствие чего усложняется борьба с запыле нием выработок. Наконец, возведение обделок из монолитного бетона требует приня тия специальных мер по обеспечению нормальных условий его твердения. Известно, что твердение обы'Пiых бетонов при температуре ниже резко либо замедляется, поэтому искусственно при бетоJmровании обделок изменять температурные условия 5 °С необходимо в туннеле, либо применять так называемые "холодные бетоны", твердеющие при отри цательной температуре. Таким образом, природные факторы, проявляющиеся при строитель стве туннелей в вечномерзлых породах, с одной стороны, способствуют повышению устойчивости выработок, а производства с другой, усложняют условия работ и ведут к снижению устойчивости выработок при изменении естественного температурного состояния пород. Недостаточ ный учет этих обстоятельств может привести к значительным осложне ниям. Так, в процессе разработки основного скального массива здания Колымской ГЭС образовалась трещШiа в уже возведенном железобетон ном своде (26, 58]. Образование трещины произоumо вследствие сочета ния трех основных факторов: разгрузки в условиях сложного напряжен ного состояния скального массива в процессе разработки камеры большо го сечения, наличия пологопадающей тектонической трещины, а также производства буровзрывных работ в вечномерзлых скальных породах с трещинами, слабоцементированными льдом и частично испытывающи ми морозное пучение. Заблаговременное выявление последствий такого сочетания и в полной мере учет его в проектах конструкций машзала и производства подземных работ не были выполнены. Общие вопросы организации строительства. Опыт проектирования и строительства подземных гидротехнических сооружений в условиях су рового климата и районов со сложными транспортными коммуникация ми определяет ряд рациональных решений по общей оргаЮiзации строи тельства, обеспечивающих минимальные трудозатраты и сроки строи тельства. Применение горизонтальных и наклонных подходов к основным вы работкам вместо шахтных подходов позволяет ускорить сооружение подходов, исключить необходимость доставки тяжелых шахтных подъt>м ных механизмов и значительно сокраnпь выработкам, исключить чрезвычайно тельных шахтных выработок. эксплуатационные расходы по дорогостоящее содержание строи Применение в подземных выработках только безрельсового транспорта (хотя это и ведет к некоторому увели чению площади поперечных сечений подходных выработок) упрощает работы и позволяет значительно снизить эксплуаташюнные расходы при производстве подземных горнопроходческих и бетонных работ. 223 '. 8.2. Горнопроходческие и подземные бетонные работы Условия rорнопроходческих работ в вечномерзлых грунтах и методы производства работ рассматриваются на примере Колымской ГЭС. Подземные выработки строительства Колымской ГЭС располагаются в серых биоmтовых сред.не- и круmюзернистых гранитах рии по СНиП; rшотность грунтов 0,112, сцеме1П1е по трещm1ам в Подземный ма1шmный зал VIII-X катего 3 2,6 т/м , коэффициент пористости среднем 0,02 МПа. имеет следующие размеры: длина 132, ширина 24, высота 35 м. Сводовая часть машзала имеет радиус кривиз ны 16,4 м при стреле прогиба 4,8 м. По проекту в машзале предусматри валось следующее креIDiение: в сводовой части глубиной - железобетонные анкеры м (арматура А-11 диаметром 20 мм) с шагом 1,5 м, железобе 1 м; в стенах - железобетонные анкеры (армату ра A-III диаметром 32 мм) с шагом установки 2 м. Железобетонные анкеры в сводовой части машзала устанавливались в процессе проходки верхнего уступа. Для омоноличивания анкеров ис 3 тонный свод толщиной пользовался цементно-песчаный раствор следующего состава: цемент : пе сок 1 : 1, водоцементное отношение 0,4, добавка поташа - 10% массы цемента, добавка СдБ - 0,5% массы цемента. Цементно-песчаный рас твор приготовлялся на подогретой до 10-15 °С воде и вводился в шпур с помощью пневмонатнетателя или ручного umрица. Далее технология установки анкеров не отличалась от традиционной технологии, принятой при проходке подземных выработок гидроэнергетических объектов в условиях умеренной температурной зоны. Обделка свода машзала была запроекmрована из монолитного желе зобетона, марка бетона по прочности в 9().суточном возрасте 250 и по водонепроШlцаемости В-8. Проекmая скорость бетоЮ1рования составля ла 17 м/мес. Удельный объем бетона на 1 м обделки 26,6 м 3 t а интенсивность укладки 26-27 м 3 /ч. по проекту составлял Объем основных работ при бетонировании свода машзала Колымской ГЭС приведен в табл. 8.1 [26, 58). Таблица Количество иа Вид работ блок цnикой Укладка бетона пневмобетоноукладчиком АПБУ-2, м 3 Установка арматуры с инвентарных подмостей и подъем1D1ка МIIIТС-2тп, т У станов ка клиновых анкеров длиной 1м 162 13,5 с бypelDleм шпуров 72 У станов ка торцевой опалуб1а1 с помощью MhIТC-2m, м 2 Монтаж и демонтаж бетоновода диаметром 150 мм, операция 24 для креIDiения армосеrки, шт. Установка отбойно&'О бруса, м 10 1 12 Укладка рельсовых путей, м 12 Монтаж и демонтаж поцмостей и опалубки, операция 224 8.1 6 м Бетонная смесь для свода готовилась на стационарном бетонном заво де (температура смеси на выходе из бетономешалки составляла 25 - 40 °С) и доставлялась в туннель в утепленных автосамосвалах. Состав бетонной смеси, кr/м 3 : Цемент марки 400 ............... " .......... " .... " ............. "........ 350 Песок, Мкр =--- 2, 72 - 2,83, р = 1,8 т/м 3 ........•..... "... 680 ЩебеitЬ гранИ1иый. р 2,4 т/м 1 = фракции. мм: 5 - 20 .""""." ..... " .. "." .. " .. " ... "." .. " .. ""." ... " ...... " 20 - 40 "..... ,.. "................ "... "... "........ ".......... ".""."............ Вода .. "." .. "" ..... " .. " .... "" .................. " ................. " ...... ".. СДБ ....... """" .......... " .... " .. " ... "." .... """ ... "." .. " ..... """.... 520 640 195 7,2 Бетонная смесь имела объемную массу 2395 кr/м 3 при водоцементном отношении 0,54 и осадке конуса 8-1 О см. При возведении обделки свода использовалась термоактивная опалуб ка. Применение опалубки позволило весm бетонные работы при низких температурах воздуха в туннеле (до меняемым методом Использование нтермосан термоактивной -37 °С) и по сравнению с ранее при ускорило опалубки процесс вызревания позволило снизить бетона. потери теплоты на обогрев массива. Бетонирование свода (объем уложенного бетона 8570 м 3 ) было за вершено за 95 ·мес. Темпы укладки бетона достигали всего 7-8 м 3 /ч, что бьmо вызвано большой трудоемкостью опалубоtПiых работ, особенно значительными трудозатратами на возведеюtе торцевой опалубки при неровном контуре выработки. Вследствие высокой блочности скального массива и низкого сцепления по трещинам сводовая часть выработки машзала практически на всем протяжении имела изломы (рис. 8 .1), а в ряде случаев не имела кривиз ны. Из-за чего бетонный свод получал неравномерную толщину по пери метру. После проходки и бетонирования верхнего уступа началось интен сивное оттаивание массива в летний период, еще более значительно сни зившее сцепление между породными блоками и повысившее горное дав ление на свод. Сейсмика взрывных работ при проходке нижних уступов создавала дополнительные нагрузки на крепь. В результате указанных причин при последующей ярусной проходке в бетоне свода машзала об разовалась развивающаяся трещюtа при одновременном сближении пят свода. Работы по проходке машзала были остановлены, организованы ре гулярные наблюдения за состоянием обделки и крепи, разработаны сроч ные мероприятия по усилеЮ1ю крепи свода и стен выработки. В первую очередь были начаты работы по закреплению свода в зоне образовавшей ся трещины. Для этого при постоянном контроле за деформациями свода предусматривалась установка железобетонных анкеров глубиной располагающихся с обеих сторон вдоль трещirnы с шагом 1,5-2 8,5 м, м. При омоноличивании анкеров следовало избегать попадания инъектируемого раствора в зону контакта скалы и бетона, что могло создать дополни тельную нагрузку на свод. Этому условию отвечала конструкция анке ров с уплотнениями на глубине 15 - Зак. 1820 5,5 м (рис. 8.2). 225 Рис. Характерные 8.1. поперечники по верхнему уступу машинноrо зала Колым ской гэс Для обеспечеЮ1я высокой проч ности эакреШiения глубоких анкеров была апробирована в лабораторных условиях серия разли1П1ых составов из местных материалов. На основа нии результатов испытаний были предложены два состава: 1) цемент ный раствор с В/Ц = ОА с добавка ми поташа 10% и СдБ 0,8% (мас сьi цемента); 2) цементно-песчаный раствор с отношеЮ1ем цемента к пес = ку 1 : 0,5, В/Ц 0,4 с такими же добавками поташа и СдБ. Контрольные лабораторные испы тания показали, что прочность за крепления стержня арматуры цемент но-песчаным раствором в 1,5 раза выше прочности закреIUiеиия цементным раствором. Работы по установке дополнительных анкеров велись со специальных передвижных подмостей в следующем порядке (рис. 8.3). Сначала с по мощью станков НКР-1 ООМ обуривались скважины (диаметром 105 мм) вдоль трещины, и в скважины лебедкой вводились рабочие анкеры, пред варительно собранные в мастерских. Затем рабочие анкеры приварива лись с помощью арматурных стержней к ранее установленным монтажным анкерам длиной м, и замковая часть анкера заполнялась омоноличи 0,5 вающим раствором (первый состав). После двухчасового твердения монтажные стержки срезались и к ан керу приваривалась опорная плита. Раствор для омоноличивания анкеров приготовлялся на растворном узле, установленном на подошве выработки, и затем цементационным насосом НГР-250 перекачивался на полок передвижных подмостей. С полка раствор инъектировался в скважину насосом С-263. Установка дополнительных анкеров позволила снизить интенсивность сближения пят свода и развитие трещЮiы в обделке. Это, в свою оче редь, обеспечило возможность продолжения строительно-монтажных работ в машзале. В результате дополнительных исследований и расчетов была откоррек тирована система анкерной крепи: в своде устанавливались радиально железобетонные анкеры длиной 9 м с шагом 1,5 м, а в стенах устанавли вались с наклоном 7- 10° железобетонные анкеры длиной 12 м с ша гом 3 м. Конструкция анкеров, приведена на рис. 226 8.2. устанавливаемых в своде и стенах машзала, а) ч 5) в-в б-Б А -А . ч~ 6 3 . 6) Рис. 8.2. Конструкция глубоких железобетонных анкеров, установленных в районе трещины обцелки (а), в своце (б) и стенах (в) маmзала: 1 женъ; уплотнение; 4 - 2 - наmетательная трубка с фильтром; З воздухоотвоцящая трубка с фильтром; рующие фиксаторы; 7- 5 - - арматурный стер опорная плита; 6- центри монтажная щЮушина Установка ан1ееров в своде вьmолнялась с двух передвижных подмо стей, перемещавшихся по подкрановым nутям: с первых подмостей обу ривались скважины диаметром 105 мм четырьмя станками НКР-1 ООМ, со вторых подмостей велись работы по установке анкеров. Анкеры свода омоноличивались за один прием по всей длине сква жины. Технология приготовления раствора, подачи его в скважины была аналогичной технологии, принятой для дополнительных анкеров в зоне трещины свода. Некоторые трудности возникли при установке ан:керов в стенах машзала, поскольку эту работу необходимо было совместить 227 А-А -'--------•1,..-------~ а) Рис. 8.3. Кремение свода в районе образовавшейся трещины: а ~ поперечное сечение; б - деталь свода; 1 - дополmпельные анкеры; 2 - пе редвижные подмосm; 3 - станок НКР-100; 4 - защитная сетка; 5 - монтажные стержни; 6 - монтажные анкеры WJИНой OtS м со строительно-монтажными работами по агрегатам второй очереди и с дальнейшей проходкой нижних уступов выработки. Для эффективного решения этой задачи бьша создана модульная система стеновых подмо стей (ширина модуля соте стены, высота 5, переставлялись м). Модули монтировались по вы 3 вдоль машзала с помощью строительного крана и крепились к породе железобетонными анкерами длиной 3,5 м. Нижний модуль устанавливался на выравнивающей IUiощадке или эста каде. На рис. показана схема крепления стен машзала. Крепление 8.4 начиналось с бурения скважин в стенах выработки и велось с использо ванием следующих средств: в пятовой части свода мостей станками НКР-100; дов) с - раскрытых ки, - - с передвижных под в раскрытой части стен (кроме нижних ря модульных подмостей станками КНР-100; стен, станками а также ROC-701, в стенах, раскрываемых в в юtжней части процессе проход установленными на подошве выработки или на rmощадке БелАЗа. У станов ка анкеров следовательности: в стены машзала выполнялась в следующей по сначала в скважину с помощью лебедки вводился смонтированный анкер, затем приrотовлялся в растворомешалке, уста новленной на подошве выработки, омонолиtmвающий раствор и насосом С-263 нагнетался в скважину (в верхней части стен и в своде при недо статочном )Jавлении, развиваемом насосом, выполнялась двойная пере качка). По~ле появлеЮfя раствора в устье скважины его подача прекра щалась. Состав раствора корректировался в зависимости от температуры скального массива путем изменеЮ1я количества добавки поташа и СдБ. 228 Рис. 8.4. КреШiеНИе стен машэала: 1 - передвижные поцмости; 2 - станок НКР-100; З - станок ROC-701; 4 БелАЗ; 5 - монтажные железобетонные анкеры дпиной 3,5 м; 6 - модульные сте новые подмости; 7 - выравнивающая опорная эстакада Проведенные работы по кpeIUieIOfю свода позволяют сделать следую щие выводы: при высоком армироваюtи обделки наиболее целесообразно вы 1) полнять 2) армокаркасы несущими и использовать сетчатую опалубку; при возведении монолитных бетонных и железобетонных конструк ций следует использовать термоакmвную опалубку с форсированным режимом прогрева значительно 3) зовать и не и управляемым режимом охлаждеЮ1я сокращает трудозатраты и повышает бетона, 1ПО качество обделки; при креплении стен камерных выработок целесообразно исполь модульные подмостки, обеспечивающие U.IИрокий препятствующие одновременному ведению фронт работ других подземных работ~ 4) омоноличивание глубоких анкеров целесообразно производить цементно-песчаными растворами с обязательным введеlm:ем IUiастифици рующих добавок. Такие составы обладают более высокими прочностны ми свойствами и технологичны при производстве работ. Опыт сооружения подземных сооружений Колымской ГЭС показал, что, YlfitTЫвaя высокую стоимость и трудоемкость работ, в столь суровых 229 Рис. а 8.5. Общий вид выработки под камеру - в начальный период строительства; б - затворов Колымской ГЭС с примене в завершающий период строительства условиях необходимо до начала строительства сооружений иметь деталь ные инженерно-rеологические данные период строительства и эксJUiуатации с прогнозом [58]. поведения пород в Недостаточный учет приводит к переделкам и корректировке проектных решений в процессе произ водства работ. В монолитных ненарушенн:ьtх трещинами породах удавалось не только проходить выработки правильного очертания с эффективным применеШl ем гладкого взрывания, но и эксIШуатировать их практически без вся кого крепления (рис. Такая 8.5). рациональная применена в конструкция необлицованной выработки была туЮ1еле для пропуска строительных расходов на строитель стве Курейсжой ГЭС. Общий вид необлицоваиноrо туннеля показан на рис. 8.6, а, а проектная конструкция на рис. 8.6, б. На Колымской климатические 230 ГЭС, несмотря на неблаrоприятные геологические и условия, на строительстве подземного комШiекса быJD1 нием rnадкого взрывания пород: достигнуты относительно высокие технико-экономические показатели. Например, при сооружении машзала интенсивность скальной выломки составляла 670 м 3 /сут или 7200 м 3 /мес, укладки бетона в свод 390 м 3 /сут или 2650 м 3 /мес. - Одной иэ проблем, вoэJDUCUDIX при интенсивной разработке породы машзала Колымской ГЭС, оказалось пылеподавление. Проведенные Оргэнергостроем и ВНИИ-1 экспериментальные работы по.проверке при годности трех вариантов пылеподавлеНИJ1 [ 1) водяной промывки с вве дением в воду проmвомороэной добавки (поваренной соли или поташа) в количестве 5-6%; 2) использования воздушно-водяной смеси (остат· ки влаги иэ umypa после этого удалялись продувкой); З) сухого пыле отсоса] -показали, что эффективным способом является бурение с промывкой umypoв водой с противоморозной добавкой. Однако при использовании растворов происходит быстрая коррозия буровой стали, а также в 3-4 раза сокращается срок эксплуатации резиновых уплотне- ~й. n1 Рис. 8.6. Необл.вцоваиный туннель для пропуска строительных расходов Курейс1<0й ГЭС: а - общв1t вид туввепя перец за тоШJением; б - проекmое попереч ное сечение тунвеmr; 1 - набрыэ~ бетон толщиной 10 см; 2 - жепезо бето1D1Ые анкеры в своде, / 3 м, = мм, mar 1,65 м; З - шпуро вой дренаж, d 5 О мм, / 3 м, mar 5 м; 4 - железобето!DIЫе анкеры d = 25 = = стенах вырабоТIОI, / = 6 м, шаr м, d =40 мм; 5 - бетонный лоток толщиной 40 см (выполнен на участке 129 м от вхоnа в туннель) ; 6 - железобето1П1Ые анкеры в лот ке, / 2,5 м, d =25 мм, шаг 1,5 м; 7 - mпуровой дренаж, / = 6 м, d = 105 мм, m.ar 4 м (выполнен на участке бетоивого лотка) в 3 = = f6,() Орошение соляным раствором штабеля горной массы при уборке по роды маumнами ПНБ-Зк и ПНД-ЗД позволило значительно уменьuппь пьmеобразование в зоне работы машиниста. Но поскольку форсунки системы орошения с калиброванными оmерстиями в этих мannmax рас считаны на распьmение чистой воды, требовалась пцательная фильтрация раствора, 232 в связи с чем это решение оказалось трудновыполнимым. В дальнейшем был отработан способ rашения пь1m1 путем взрывания одновременно с породой капсул с водой, подвешенных по периметру выработки у забоя, или поЛив штабеля горной массы непосредственно перед поrрузкой незамерзающим соляным раствором. Эксперименты с использованием воздушно-водяной смеси для пьmе подавлении 'lри бурении позволили установить, чrо этим способом также можно обеспечить требуемые санитарные нормы производственного про цесса без снижения его эффекmвности. В качестве основной схемы было принято бурение с сухим пылеотсо сом. Как показали эксперименты, эта схема пылеподавления по сравне нию с рассмотренными выше имела меньше недостатков, и часть объема проходческих работ бьmа выполнена указанным методом. ОДIШм из важных вопросов при строительстве подземных сооружений является устройство в ременной и постоянной крепи из набрызг..f>етона. Первоначально техническими условиями предусматривался предваритель ный отоrрев скалы до полож1nельной температуры (2 до 30 см) . °С на глубину Затем после обычного способа подготовки скального основа ЮIЯ осуществлялось нанесение покрыmй с последующей темовой обра боткой до набора проекmой прочности. Это приводило к больпmм ослож нениям, так как требовалась изоляция сnеl.Ufальными nпорами участков выработки (длиной примерно по 50 м) с обоrревом их пространства ло кальными вентиляторно-калориферными установками. Такая организа ция работ снижала темпы креШiеЮIЯ и значительно усложняла выполне ние основных работ в выработке. При этом на устройство расходовалось 100-200 кВт ·ч 1 м 2 покрыmя электроэнергии. Кроме того, как показал опыт, нарушеюtе естественного теплового процесса в породах привод;ило к нежелательным последствиям с нарушением устойчивости их в процес се проходки. Орrэнерrостроем была разработана технология возведения набрызr-бетонной обделки методом нхоподноrон набрызr-бетон~. Пер воначально эта технология была отработана в опытном IIПреке, при этом особое внимание уделялось определению температурно-деформаmв ного состояния набрызг-бетонноrо покрытия с учетом изменения в нем напряжений ч сцепления покрытия с промороженным скальным основа Ю1ем. На брызг-бетон наносили на скалу, имевшую температуру - 1О С при температуре воздуха -20 °С. Натурные измерения показали, что сцеп 0 ление покрытия через 3 и 7 сут составило соответственно 0,3 и 0.4 МПа, а прочность обделки достигла проектной. Разработанная на строительстве Колымской ГЭС технология позволШiа возводить обделки подземных сооружений из набрызr-бетона при темпе ратуре скальной поверхности и воздуха в выработке от О до -15 °С без предварительного отогрева скальной поверхности, подогрева состав ляющих набрызr-бетонной смеси и последующего обогрева нанесенной обделки. С применеЮ1ем этой технологии стен подводящего туннеля на участке длиной 2 удалось 300 м за возвести 1 мес, обделку производи тельность труда при этом составШiа 120 м /смену и была такой же, как при сооружении строительноrо туннеля Курпсайской ГЭС. Отказ от те1U1овой обработки скальноrо основания и самого покры тия позволил расumрить фронт собственно набрызг-бетонных работ, 233 совместить их с другими работами в той же выработке, отказаться от использования специальных вентиляторно-калориферных установок и в конечном итоге снизить стоимость возведеЮlя 1 м 2 обделки на 7 ,6 руб. ГЛАВА 9 КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА РАБОТ И ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ В СУРОВЫХ УСЛОВИЯХ 9.1. Особенности контроnя качества работ Контроль качества работ при возведении северных гидроузлов в соот ветствии с действующей в Минэнерго СССР системой осуществляется техническими инспекциями Управлений строительств, в составе которых есть строительные лаборатории. Состав контроля, перподичность отбора образцов бетона и грунта, их расчетные характеристики и методика испы таний определяется требованиями соответствующих ГОСТ, СНиП и техни ческих условий. В процессе возведения плотины Серебрянской ГЭС-1 было отобрано и испытано около 3000 образцов моренного грунта, укладываемого в ядро сооружения отсыпкой в воду как в зимнее, так и в летнее время (80]. Для сопоставления качества летней и зимней укладки и оценки сте пени неоднородности грунта ядра оно было разбито на отдельные зоны (табл. 9.1). сооружения Как видно, плотность ядра как по высоте, так и по длине однородна. Качество зимней отсыпки оказалось не ниже летней отсыпки. Коэффициент фШiырации уложенного материала колеблется в преде лах 1 · 10"'"3 -:- 6,3 · НТ 6 см/с при КФ 50о/~ной обеспеченности, равном 1,82 - 2,1 . НГ4 см/с. Контроль качества зимней укладки связных грунтов, особенно пере· увлажненных, укладываемых "насухо", имеет свои особенности. Период Таблица Зона ядра пло- тины Серебрянской ГЭС-1 Сезон отсьmки Число испы· таний Плотность скелета грунта, кг/м 3 , соответствующая обеспеченности, % 75 1 Зима 250 11 Лето 451 111 Зима IV Лето 357 261 435 269 142 2165 v VI VII Среднее 234 Лето Зима Лето 9.1 2,06 2,06 2,09 1,99 2,00 2,02 2,00 2,03 50 2,14 2,13 2,16 2,05 2,08 2,08 2,08 2,10 Рек.с т ,г/смзl ti ~ Z,'f ~' ~ ~ l-.......J:, .......- -- :Т- ~ -;~ 'U. 3-.... ~...... 11~ ,,,,,,,,,. ~1 1~ J ~ ~ ...... 1 ~ ........... 1 ~11~ r -* '* 1. ,_ 1 б 2 -- ~1 'hl ;::::... , -;- 8 1 1 10 .......... ~ -~ IN 1 41 ... - ~1 1 ~1 !~ 1,б -, ,...."""' ......_ 1 ~, lt---. cti 1 са -- ..... .... 12 19- 15 18 .._;,,'!- 21} W, % Диапазон длажности уклаiJыDасных грунтов Рис. 9.1. Кривая уruютнения моренных грунтов в зависимосm от их влажности: 1 - при полном водонасыщении; 2 - по методу AASHO; З - по методу ДорНИИ; 4 - при коэффициенте водонасыщения 0,95 с момента приемки грунта на карту до окончания его уплотнения неве лик ( 4-6 ч) . В тeчeffif.e этого времени лаборатория должна сделать все определения, чтобы дать заключение о пригодности уложенного и уже за мерзшего материала. При обычных методах определения это сделать не возможно. Поэтому персонал лаборатории должен обладать большим производственным опытом, чтобы на основе косвенных данных (влаж ности, гранулометрического состава) дать заключение о качестве работ, не сдерживая ным при условием, этом темпы предъявляемым возведения к сооружения. контролю, Первоочеред является оценка качества материала, поступающего на карту укладки, и строгое соблюдение тре бований технологии. Это позволяет прогнозировать состояние уложен ного материала, а по отобранным и отработанным образцам грунта лишь уточнять прогнозную оценку. Свои специфические особенности имеет контроль качества укладки переувлажненных глинистых грунтов как в летнее, так и в зимнее время. На рис. моренного 9 .1 грунта, уплотнении его Левая показана зависимость между плотностью и влажностью ветвь содержащего 40% крупнозема, в лабораторном копре по методу кривой характеризует уплотнение при динамическом AASHO грунта с и ДорНИИ. влажностью меньше оптимальной. При увеличении влажности трение между частицами снижается и для уrmотнения грунта требуется меньше усилий. Перегиб кривой происхо дит в точке оптимальной влажности, которой соответствует максималь ная плотность при постоянной работе, затрачиваемой на у1U1отнение. Пра вая ветвь характеризует уплотнение при влажностях выше оптималь ной. При увеличении влажности трение между частицами еще более умень шается, и при динамическом уплотнении грунт принимает состояние грунтовой массы, когда все поры заполнены водой. Дальнейшее умот нение грунта невозможно без отжатия излишней воды, которое происхо дит лишь при консолидации грунта во времени. При таком механизме 235 '-- . .,,,,,,,,,, .JI" / 80 60 +- { 1 4 20 L..,..oo 5 ,j v J v' ~ 7 9 - ,/ J 3- 1 1 ~t 1 _........ 1/ ', " / ~ 1 / j +о о r - ,1 ..... J 1 j 2- r--1 J ~2 1 1- " 1 1/ 1 / t-3 /) t.....-' ~ 13 J r1 J' ~ l/ 11 ~ 1S 17 W,% ~ 1/ 1,5 а) Рис. 9.2. Обеспеченность влажности (а) • mtотности скелета (б) и коэффициента во донасыщеиия (е) грунтов. уложенных в ШJОТИНЫ Вилюйского и УС'!'VХаитайскоrо rндроуэлов: 1 - зоны ядра русловой mотины У сть-Хантайской ГЭС до отметки 13,S м; 2 то же с отметки 13,5 м до 35,S м; З - то же с отметки 35,S м .цо 48,S м; 4 - J1.дРО mtотины Вилюйской ГЭС уru1отнения грунта с влажностью выше оптимальной каждому значению влажности соответствует максимально возможная мотность грунта, причем при увеличении влажности требуется затрачивать меньше усилий для достижения соответствующей максимально возможной плотности. Поэтому технологию уплоmеtmя rрунтов, имеющих значительный диа пазон влажности, необходимо выбирать в соответствии с конкретными ее значениями. При влажности ниже 8% уплотнение целесообразно производить вибро катками, при влажности 8-10% - тяжелыми прицепными или самоход ными катками на пневматиках, при дальнейшем увеличении влажности тракторами, в том числе и тракторами-болотоходами. На рис. 9.2,а показан диапазон влажности связных грунтов, уложенных в плотины Вилюйского и Устъ-Хантайского гидроузлов, а на рис. 9.2, б обеспеченность значений rтотности скелета этих грунтов. Сравнение полученных результатов с кривыми уnлотнеtmя в лабора· торном копре совпадают с показывает, максимально что полученные возможными мотности плотностями, грунта которые хорошо можно получить при умотнении грунта повышенной влажности. Так, в диапа зоне влажности грунтовой смеси 11-20% плотность скелета грунта нахо 3 дится в пределах 1,75-2,15 г/см • Известно, что при динамическом уплотнении достичь 1юлного водо насыщения грунта невозможно, так как в воде содержится растворимый воздух, часть воздуха защемляется в порах. В большинстве случаев мак симальный коэффициент воцонасыщения грунта принимается равным он соответствует верх..чему пределу возможного уШiотне1n1я пере увлажненного грунта. Минимально допустимый коэффициент водонасы 0,98, щения грунта можно принять равным стоянию Прок тора. 236 грунта, умотненноrо в 0,9, он oбыtDio соответствует со диапазоне правой ветви кривой Учитьmая колебания естествеююй влажности грунта, доставляемоrо на карту, целесообразно оцеШfвать качество укладки переувлажненных rлинистых rрунтов не по IUiотности скелета грунта, а по обеспеченносm их коэффициента водонасыщеЮ1я. Эта характеристика показывает, на сколько при уплотнении удалось добиться тоrо, чтобы весь уложенный грунт нахо.щmся в состоянии грунтовой массы, т. е. все поры заполнены водой и ero дальнейшее динамическое уплотнение невозможно. Кривые обеспеченности коэффюз;иентов водонасыщения мореююго грунта, уложенного в ядро русловой плотины У сть-Хантайскоrо гидро узла, приведены на рис. 9.2, в. Среднее значение этого коэффициента для зоны ядра, где уложены переувлажненные грунты, равно 0,9, что характеризует его монолитность. Осмотр стен шурфов, пройденных в ядрах УсТJrХантайских IUJОТИН, показал, что структура rрунта однородная, текстура мерзлых зон мас сивная, слабосетчатая, иногда слоистая. Скоплений рыхлоrо грунта не обнаружено. Валуны размером до 400 мм, которые в процессе уклад ки не убирались, равномерно рассредоточены в теле насыпи, это позво ляет сделать вывод, что при укладке ВЛaжlffiIX rлиЮ1стых грунтов ничения по размерам валунов, равным оrра толщины укладываемого 1/3 слоя, следует снять. При возведеШlи массивных бетонных плотин входной и пооперацион ный контроль качества приrотовления бетоЮIОЙ смеси (при использо вании цементов с умеренной экзотермией) позволял получить rидротех ни:ческие бетоны, соответствующие требова1mям ГОСТ и СНиП. При укладке бетона основное внимание уделялось регулированию темпера турного режима блоков бето1mроваЮ1я с целью снижения трещmюобра зоваЮ1Я и обеспечения монолитности блоков. На основаЮ1и многолетних наблюдений за трещинообразованием в массивных блоках Шiотин определены допустимые сроки вьщерживания распалубленных граней на открытом воздухе в зависимосm от возраста блока и температуры наружноrо воздуха (табл. Допускаемые перерывы можно 9.2). увеличивать в 1,3-1,6 раза при при менении временных укрытий открытых поверхностей бетона брезентом, одеялами, матами и др. Соблюдение этих мероприятий исключает тран сформацию поверхностных трещин в rлубокие и сквозные. Натурными исследованиями установлено, чrо сквозные трещины по являются, если перепад между максимальной температурой в ядре блока Таблица Возраст Допустимые сроки выдерживания распалублениой грани на открытом воэдухе до утеШiения, бетона, мес 0 о с <1 6-8 1-2 2-3 8 -10 12 - 15 18- 24 >з 9.2 -10 о с 4-5 5-6 6-8 9 -12 ч -20 °с 2 -3,5 2,5 - 4 3-5 4-6,5 -30 о с 1,5 - 3 2 - 3,5 3-4 3,5 - s 237 и температурой бетонного основания перед укладкой этого блока пре вышает следующие значения: Максимальный размер блока в плане, м Перепад температуры, о ....... 12 С""" ... " ....... " ...... ".. 27-28 15 24-27 22 20-22 Большинство сквозных трещин в Усть-Илимской мотине образова лось в блоках, уложенных в феврале-мае на нижележащие блоки воз растом более 4-6 мес. Число блоков Красноярской Шiотины со сквоз ными трещинами, уложенных в январе-мае, составляет 65% и уложен ных в июне-октябре показал опыт службы термометрии общего числа блоков с трещинами. Как - 24% возведения бетонных для ruютин, своевременного необходима контроля организация температурного состояния блоков бетонирования. 9.2. Температурный режим грунтовых п.nотин в период строитеnьства и экспnуатацмм На формирование температурного режима Шiотины в эксплуатаци онный период значительное влияние оказывают условия их возведения. Температурный режим каменно-набросной п л о т и н ы В и л ю й с к о й Г Э С в п е ри о д с тв а. Этапы сооружения rшотины показаны на рис. 7 .1. с т р о и т е л ь- Грунт в нижнюю 20-метровую по высоте зону экрана укладывался при температуре воздуха от -6 до -42 °С, затем после летней отсыпки 15-метрового слоя зимой был уложен слой грунта при температуре воз духа -37 ° С. В пределах строительной траншеи грунт был уложен на 2/3 высоты экрана за один сезон при температуре воздуха до -40 ° С. Наблюдения за температурным режимом укладываемых слоев грун та показали, что последовательная укладка грунта при отрицательной температуре воздуха с технологическими перерывами в перекрытии сло ев более суток приводит к промораживанию насыпи в целом. Температура насыпи в этом случае зависит от многочисленных трудноучитываемых факторов: начальной температуры грунта, температуры наружного воз· духа, скорости ветра, технологии укладки, времени перекрытия слоев и т. д. В частности, в ШfЖНей части экрана rmотины 8Юiюйской ГЭС тем пература грунта в начальный период эксплуатации была близка к тем пературе замерзания паровой воды. Температурное моменту наполнеШ1я водохранилища и через показано на рис. 10 поле IШотины к лет после ее возведения 9 .3 [ 13] . Несмотря на то что значительная часть экрана плотины, уложенная зимой 1964/65 г., бьmа проморожена в период строительства при напол нении водохранШiища, в течение 3-4 лет произошло оттаивание нижней части экрана и только верхняя зона экрана опаивала к 1973 г. За 15-лет mtй период эксплуатации значительно уменьшился перепад между мак симальными и минимальными температурами по оси экрана с 5 ,8 до 1,3 ° С. В верхней части экрана между отметками 30 и 50 м темпераrура суглинка изменяется в течение года по периодическому закону с макси мумом 238 в январе-феврале при аммитуде годовых колебаний, дости- ... 70 r--~_.....,.__...._~__,,~/ Т/р.ГОА =-9,3 •с 60 so 41) 30 20 10 о~~~~~~~~~~~~~§~~ -10 -20 -30 -'Н} Рис. 9.3. вое) ПК Температурное состояние плотины Вилюйской ГЭС в 1979 г. (среднегодо 2+40: 1 - температурные датчики в низовой призме ппотины; 2 - то же в экран~ мо тины; З - то же в скважине основания гающей 1 °С. Такое колебаЮfе объясняется колебанием температуры воды в водохранилище и свидетельствует об установившемся на пятом rоду эксплуатаЦЮ1 сооружеЮ1я фильтрационном режиме. Очень сложным оказался температурный режим низовой упорной призмы IUiотины, наблюдения за которым велись с самого начала строи тельства. Упорные призмы IШотины отсыпались из горной массы полез ных выемок и карьеров, расположенных в толще мерзлых rрунтов. Вследствие этого, а также под воздействием холодного воздуха камен ная наброска оказалась промороженной. Сильное охлаждение 1Шзовой призмы в зимнее время привело к образованию в ее нижней части уже в первый год отсыпки зоны круглогодичной отрицательной температуры. Интенсивное движеЮtе воздуха внутри наброски наблюдается визу ально. Зимой над гребнем и верхней частью низового откоса плотины наблюдается парение воздуха; продушин, в снегу, прикрывающем наброску, много свидетельствующих об интенсивном движении теплого воз духа внутри наброски. ОхлаждеJШе каменной наброски приводит к замерзанию воды, попа дающей в нее летом в виде осадков или фЮiьтрата, и образованию на ледей. Зимой часть имеющегося в порах наброски льда возгоняется (су& лимируется) и выносится потоком в атмосферу. Льдообразование в на~ броске ведет к сужению сквозных пор, по которым происходит движе ние воздуха, и к их закупорке. В результате накоrтения льда и закупор ки пор уменьшается конвективная составляющая в общем балансе теrutо обмена каменной наброски с окружающей средой. Это приводит к умень· шеЮlю охлаждения каменной наброски в зимнее время за счет конвек ции холодного воздуха и повышения роли отеIШяющего воздействия на Шiотину теIUiоты водохранилища. По данным наблюдений [ 13) , амrutитуда 239 сезонных колебаний температуры камеш1ой наброски за период с 1969 r. в среднем уменьunmось в 4 раза. Каменная наброска со стороны верхнего бьефа опа.яла, срецнеrодовая температура наброски повысилась. Пол ностью оттаили обраmые фильтры, обеспечив тем самым нормальную работу системы экран-фильтр. С начала наполнения водохранилища в первые восемь лет нулевая изо терма перемещалась 2-4 м в в сторону 1П1жнеrо бьефа со средней скоростью rод. Затем скорость перемещеЮIЯ с1D1зилась. Значительные изменения температурного режима произошли в основа нии упорной призмы, где до строительства мотины бьш подрусловый талик шириной до 40 м. Интенсивное промерзание основания rmотины началось с момента отсьmки грунта в осушенном котловане в 1963/64 r. и продолжалось в процессе возведения каменной наброски. В 1971 r. при бурении термометрических скважин в основании низо вой призмы плоmны бьum обнаружены на участках, где ранее были по ложительные температуры, промороженные тельными температурами. На глубине ла -4 +-6 °С. К 1979 15 грунты с Ю1зхими отрица м температура пород составля подрусловый талик промерз на 25-40 м. r. В этой зоне, однако, имеется талый слой мощностью 6-8 м, по кото рому происходит опок профШIЬтровавшейся воцъ1. С июля 1974 r. началось повышеШ1е температуры основания в централь ной часm низовой призмы плотины (ПК 2+40) [13, 45]. Уже в 1976 r. температура на контакте камеюtой наброски и основания С1ала положи тельной, а в декабре 1979 г. основание в этой зоне опаило на 5 м. В на стоящее время в основании низовой призмы происходит общее повыше ние температуры скалы. При наполнеШfи водохранилища основаЮ1е экрана на береговых уча стках, сложенных вечномерзлой скалой, стало интенсивно оттаивать. В течении пяти лет с начала наполнения водохранилища (в 1964-1969 rг.) интенсивность протаивания в среднем составЮiа 4~5 м/rод, общая мощ ность слоя nротаившеrо грунта составила от 1 до 33 м. В 1972 г. была зафиксирована скорость протаивания рость протаивания в 11 м/rод. В настоящее время ско примыкании составляет 0,5 - правобережном 1,2 м/rод. Температурное Х а н т а й с к о r о r поле и дроу з л а русловой плотины Усть также формировалось под влия1m ем условий ее воздействия. Плотна до отметки 50 м была возведена за один зимний сезон 1969/70 r., и при этом ядро плотины до отметки 35 м оказалось промороженным. Температура грунта в ядре плоmны на отмет ке 13,5 м в январе 1970 г. вследствие перерывов в работе достигала °С. При последующей укладке грунтов за счет выравнивания темпе ратур максимальная температура грунта в этой зоне повысилась до -8 °С. -15 Укладка грунта с отметки 13,5 до 35,0 м велась при отрицательных тем пературах воздуха равномерно без длительных перерывов. Температура грунта в этой зоне после ее стабилизации колебалась в пределах -2 + -3 °С. Начиная с кОJща апреля по июль 1970 r. грунт укладывался с от метки 48 ,5 м при минимальных сред;несуточ'ных темпе ратурах воздуха не ниже -10 °С. Температура грунта в этой зоне бьmа 240 35 м до отметки положительная, (на отметке за исключением контакта с промороженной м) [ЗОJ. Несмотря на то что ядро плотины выше отметки 35 м наращивалось только в летние периоды слоями по 55 зоной 4-5 м, уложен ный грунт в этой зоне чередовался талыми и мерзлыми слоями. По-вид;и мому, в верхней чacrn плотины на формировании температурного режима, вследствие небольших масс укладываемых грунтов, сказалась общая тенденция формирования температурного режима плотины. На рис. 9.4а показано температурное поле русловой плотины Усть-Хантайской ГЭС в начальный период эксплуатации и ход изменения температур в характер ных сечениях с рис. 9.46 г. до периода относительной стабилизации, а на 1970 температурное поле плотины в 1984 г. после лет эксШiуата 15 ции. Температурное поле по оси ядра в центральной ее части и в примы каниях по состоянию на казано на рис. 9.5. 1974 r. после первых трех лет эксплуатации по Как видно, ядро плотины между отметками время находилось в мерзлом состоянии, 7 и 33,5 мюmмальная м длительное температура на отметке 11 м всего -1,7 °С. Слой ядра от отметки 33,5 м до 49 мв цент ральной части ядра талый с температурой грунта от 0,9 до 2 ° С. Сравнивая динамику изменения температур в цвух rmотинах - Усть Хантайской и Вилюйской, нетрудно заметить, что процессы стабилизации температурного режима в плотине Усть-Хантайской ГЭС проходили бо лее медленно. В условиях Усть-Хантайского гидроузла на замедление процессов кон векrnвного теплообмена большое внимание оказывает сне)Ю{ЫЙ покров, толщина которого к концу зимнего сезона достигает 2 м. После пяти лет с начала подъема воды в водохранилище переходная зона плотины (2-й и 3-й слои фильтра) оказалась талой, при мерзлом низо вом клине и частично а датчик 1 О с марта (рис. 9.4а). мерзлом 1972 ядре. Датчик 23 с декабря 1971 г ., г. показывают положительную температуру Характер проникновения нулевой изотермы в переходной зоне пока зывает, что протаиваimе 1шю сверху вниз, под действием возникшего по талой зоне ядра неустановивщеrося фильтрационного потока, отжаmя поровой воды и свободной инфильтрации. Фильтрационный поток скаты вался по более проницаемому третьему слою фильтров. Однако, по видимому, данный поток был недостаточно мощным, чтобы оказать бо лее сильное отеrmяющее воздействие на нижний слой первоrо и второго слоев фильтра, где температура все еще близка к О детельствует о так наличии как при хорошем качестве укладки разуrutотненных зон 0 С. Косвенно это сви материала в ядро IUiотины, отепляющее значеЮtе потока было бы более интенсИ13ное. Характерно, что датчик 8 (рис. 9.4а), установленный на границе пер вого и второго слоев фильтра, показывал температуру, близкую к О после четырех лет эксплуатации плоmны. 0 С Это свидетельствует о том, что к этому времени фильтрационный поток через ядро Шiоmны на отмет ках ядра в пределах 6-35 м еще не установился. В этой зоне, как указы валось выше, должен существовать фильтрационный поток отжатия па рового раствора {вследствие засоления грунта при укладке) t температу ра которого может бьпь Ю1же О 16 - Зак. 1820 0 С. 241 N ос; ~ N 10 8 5 * lf1 2 о ~· -z ..__ (\ I"-\. -lf • ~ -6 -8 -18 i J JJ1 / -12 -15 rt ....... - ,.J ~..J _" _/ -·"""' ··- - - -- -- - :. [, - ' / - - - ._ - в :н/ , _ - J _J_ w57.Q ~/ ,tl" -10 -flf / ' - - -- j D° - ..... ' .f\'·J,-'J 1 о о ----z ' т 8 -, ____ -~---J ...00 ZJ gz ,:-~- ~ -20 ~, 1 • •о.о "·-- "._,, ..... ' '~ е \ '-10 rf1 -------~·tt·.:t·.:trt1.tt.j'jflu 1 1970г. 1971г. 1972е. 1 197Jc. Рис. 9.4а. Температурное поле русловоА IDIОТИНЪI Усть-ХавrайскоА ГЭС в началЫIЫЙ период эксIDiуатации: 1 - изменение температуры тела IDIОТИИЫ; кривых 1 2 - нулевая изотерма на конец соответствуют номерам установленных температурных цатчиков 1973 г.; З - нулевая изотерма на август 1974 г.; номера ~-, н,н 70 GO !J86 50 5.1,8З ---- 40 :JO 20 10 о,о о -10 Рис. 9.4б. Температурное поле русловой плотины Усть-Хан тайской ГЭС после 15-nemeA эксШiуатации Рис. 9.S. Распределение температур грунта по оси ядра русло- -'1- -2 2 t 0G о ' вой мотнны в начальный период эксШJуатации: 1 - в центральной часm Шiотииы 22.11.74 г.; 2 - то же 07.06.74 г.; З - в правобережном примыкании 01.11.74 г. '~"J t---if---lr--+-'•511-1':"_-.i '. ~1--t--+-+Hif ....---+--1 1 r 1 Оттаивание зоны ядра с отметки 6 до 35 м закон f---1--+--+--•.Jб -+--+--! чилось лишь через 10-12 лет после принятия плоти ной напора. МедлеШlое оттаиваЮ1е этой зоны объяс няется возЮ1кновеюrем в ней поровоrо давления, ко торое препятствовало проникновению теплового фильтрационноrо потока с верхнего бьефа и одно временно охлаждало ЮIЖНЮЮ зону первого слоя 1--+--~~ 1б t---f"--t----1 фильтра. Деформации и фильтрационный режим 9.3. грунтовь1х nпотин По осадкам и фильтрационному режиму IUJотин, построенных в север ных условиях, еще недостаточно накомено данных из-за малого числа сооружений, ограниченного срока эксплуатации, н·едостаточной надежно сти нако контрольно-измерительной аппаратуры Даже малочисленные наблюдения и друrих трудностей. Од позволяют выявить некоторые основные закономерности. О с а ц к и с к о й к а м е н н о Г Э С изверженных (7, 23, 42]. -н а б р о с н о й п л о ти н ы В и л ю й- В упорную призму плотины отсыпали камень пород-диабазов с временным сопроmвлением сжатию от 60 до 150 МПа. Для наброски использовали камень полезных выемок и карьеров без ограничения содержания мелочи (фракций менее 100 мм). Укладку камня вели так, чтобы не допустить скопление мелочи. Высота 168 243 ,_. слоев отсыпки колебалась от 3 до 10-15 м. Специальных мер по уruiотне нию камня не применяли, полив уложенной наброски водой из гидромо ниторов применюш в ограниченном объеме только летом на первооче редных береговых отсьmках. Результаты фракций до контрольного шурфования показали, что содержание мм в верхних слоях ярусов отсыпок составляет от 100 до 45% при среднем их содержании в наброске слоев наброски равнялась 16, а нижних 40%. 12%. 36 Пористость верхних Наблюдения за осадками велись с помощью поверхностных временных и постоянных глубинных марок. По шести временным маркам, установ ленным на первом ярусе камеююй наброски, наблюдения велись в те чении 208 осадки за сут: за первые 36 сут осадки составили от 40 до 70% мес периода наблюдений. Деформации носили затухающий 7 характер без резких переломов. Осадки составляли от высоте насыпи от Наблюдения в на отметках ДО суммарной 16 до 28,3 1,32 до 2,72% при м. течение года по временным маркам, установленным 41-43 м, показали, что суммарные осадки составШiи от 2,5 4,2%. В мае 1965 г. три постоянных глубинных марки были установлены в специальных железобетонных колодцах, в 1970 г. установлены 18 по верхностных марок. Характерные осадки поверхностной марки ПМ-9, установленной на берме с отметкой глубинной марки ГМ-3 - на рис. 53 м, показаны на рис. 9.7 [7]. 9.6, а осадки Осадки поверхностных марок уменьшаются по направлению к береговым примыканиям. Горизонталь ное смещение марок на гребне плотины составляет около 1/3 суммарных осадков. Осадки глубинной марки достигали более 250 см, что составля ет более 7%. Со временем осадки марок затухают и в настоящее время составляют 1-3 см/год. Криогенные и температурные деформации оголовка экрана за десяти летний период наблюдений не превысШiи 1-2 см и поэтому не представ ляют опасности дlIЯ устойчивости сооружения. Оттаивание каменной на· броски, наблюдавшееся в последнее время, не сопровождается ростом деформации упорной призмы. Это свидетельствует, что образовавшийся в каменной наброске лед не оказывает заметного влияЮ1я на ее проч ностные свойства. О с а д к и т а й с к о й к а м е н о - н а б р о с н о й п л о т и н ы У с т ь - Х а нГ Э С. На рис. 9 .8 показаны осадки элементов русловой плотины в первые годы эксШiуатации. Осадки наброски, отсыпанной за один зимний сезон и упл:оrnенной в нижней части дважды пропускаемым паводком, составили ·дhя марки, установленной на берме с отметкой 25 м, 3,15%, для марки, установленной на отметке 33 м, 2,7%, а для марки, установленной на отметке осадки уменьшаются в 1,5-2 45 м, 3,3%. В береговых примыканиях раза, т. е. осадки наброски Усть-Хантайской плоmны почти в ской ГЭС (рис. 2 раза меньше, чем осадки наброски плоmны Вилюй· 9.6, 9.7). Такое различие в осадках объясняется, по-ви димому, тем, что упорные призмы Усть·Хантайской плотины отсыпались более равномерно, послойно ярусами от щимся 244 автотранспортом, а также 2 до 3 береговым м с уплотнением движу защемлением наброски, 1 - s,сн ЧО z а} 30 s zo -- 10 - о -10 -20 , т. ос Рис. 9.6. а - ~ 1 - / v / v -- _....,. ,,.,..,. - т 1 u_ - - - 1970 1971 1972 1973 1971/ 1915 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 198Ч 1985 oJ Осадки поверхностной марЮI ПМ-9 в русловой плотине Вилюйской ГЭС: схема размещения контрольно-измерителъной аппаратуры; б - ГрафиЮ1 из мене1П1Я во времени осадок и изменения среднегодовых температур каменной на броски; 1 - месrо установки темпера'tурного датчика; 2 - зона мерзлой каменной наброски Верхншi бьеф IV-6Br. V-61r: V-6Sr. V-65г. W-6Lfr. 1-бlfr. Нижний оьеф 300 60 50 lfD 30 20 10 о а) S,см м ~"' 200 ГМ-3 V"" 150 о у "r "r _J 100 50 , А 250 !/ •r J А i9бs 1966 1961 1968 1969 197U 1971 ~97Z 1973 r ~978 1979 198lJ 5) Рис. 9. 7. Схема поэтапного возведения rmотины Вилюйской ГЭС в районе установ ки глубинной марЮI ГМ-3 (а) и график изменения ее осадки {б) 245 ,., 50 чо 30 20 • о ~20 1 1 1 1 J -f , ~ 1 1 \. \ \("' 1 1 ~ J ....... 1 ~ J '<!IZS 01 ~ ....... ..... 1970r: . - 1 ·· 1'"'-оо - т· 1 1 r- - 197Zг. 1971r. ·п; , -- ""~ °'r-...~ j -- ~- 1 ,"' "_ 2(+11в1 0; s,см 1 • - г-. .....:..... _во 1D dZI :ollB,SJ '\. ~ч-(+5ZpJ _ча ,...60 ·-, - .,~ 1 " 3(+'1-510) ..t._ - 1973г. '' 'iii i' -- ....... ~ 3( +35,0) / 1"'"-о ~ J 1915г. 191lfr. ·rr; ...__ 'n} i Di Рис. 9.8. Осадки русловой IDIОТИНЫ Усть-Хаитайской ГЭС: 1 - кривая наполнения водохраюmища; 2 - кривая осадок по маркам. установ ленным в ядре Ш10111ны; 3 - то же, установленным на низовой упорной призме; 4- то же, установленным на верховой упорной призме так как упорная призма расположена в узком каньоне с почrи отвесными бортами. Осадки верховой упорной призмы вследствие замачивания при напол нении водохранилища протекали в первый период более интенсивно, чем осадки низовых упорных призм. В июне 1970 г. на ядре шюm:ны сразу после окончания его возведения бьmи установлены поверхностные марки: две в наиболее высокой части плотины,~ третья на левобережном примыкании. НаблюдеШIЯ за марками велись почти год. Марка М-8 за rод дала абсолютную осадку 0,89 м, М-13всего 0,15 м при высоте уложенного слоя талого грунта 5 м. Абсолюmую осадку для марки М-8 нельзя относить на всю высоту ядра, так как, по данным измереllliй, ядро русловой шютины начиная с отметки отметки 35 м проморожено и период зимы ero деформациями ( особеюю 2 м до в начальный 1970/71 r .) в первом приближеюш можно пренебречь. В этом случае оnюсительные деформации талой зоны ядра Шiотины по данным марки М-8 составляют около 6,8%. Если оmести абсолютные деформации на всю высоту ядра, то опюсительные деформации в ство ре марки М-8 будут равны I ,94%, ДТIЯ марки М-13 относительные де· формации за этот период будут равны 3%, причем весь деформируемый слой вначале бьm талый. Эти марки бьmи установлены на поверхности ядра, которая зимой 1970/71 r. не укрьmалась теплозащитным слоем. Деформации, следова тельно, происходили в условиях промерзания поверхностного И если для марки М·lЗ, установленной на отметке 48,5 слоя. м, начиная с де кабря вследствие частичного промерзания пятиметрового слоя грунта деформации бьщи незначительны, то деформации М-1 О, установленной на отметке 48 м, протекали интенсивно, хотя к концу rода ядро промерз ло сверху на глубину до 2 м. Таким образом, деформации бьmи зафик сированы для зоны ядра, в которую входит верхний мерзлый слой. Об следование грунта ранней весной до начала оттаивания показало, что ви димых разрушеШlй мерзлой зоны нет и нет трещин на границе между ядром и переходными зонами. 246 УЛ :91ог. Л! f972г. ХЛ t973e. !Jh=8,J5% t.JJ.5б __ '"/Jh=:f0,5% Рис. Схема размещения rnубинных марок в ядре русловой моmны Усть-Хан 9.9. тайской ГЭС: МГ-1, МГ-2, МГ-3 - rnубинные марки; 1 - нулевая изотерма; 2 - контуры бе регов в зоне низовой призмы плотины Следует обратить внимание также на уменьшение осадок ядра в при мыканиях к переходным зонам. Так, марка М-10 располагалась на гра нице с переходной зоной в одном поперечном сечении ядра IUlотины и ее абсолютные деформации меньше, чем у М-8. В процессе возведения ядра были уложены марки, представляющие собой железобетонные плиты с металлическим обрамлением. Схема рас положения марок, абсолютные и относительные деформации за пятилет ний период (с 1970 по 1974 г.) приведены на рис. 9.9 и в табл. 9.3. Деформации ядра следует анализировать одновременно с анализом температурного поля, которое по состоянию на начало на рис. 1975 r. ero показано 9.4. Марки характеризовали деформацию следующих зон: МГ-1 зону - талого грунта, который сохранял положительную температуру в течение всеrо периода наблюдений плотины; грунтов марка МГ-3 - (6,9%); марка МГ-2 - мерзлую зону ядра зону ядра, состоящую из мерзлого и талого (8,35%). Относительные деформации всех марок увеличиваются с ростом на грузок. Следовательно, деформации зоны ядра, имеющей отрицательную температуру грунта, можно рассматривать как деформации пластичного материала. Однако замеренные деформации ниже расчетных, поэтому осадки этой зоны ядра, rде rруIПы в процессе укладки бьmи промороже ны, необходимо проанализировать отдельно. Таблица Глубинная Отметка за- Отметка осно- Толщина марка (см. рис. 9.9) ложения ваиия ядра. слоя. МГ-1 МГ-2 МГ-3 марки, 48,05 33,Sf) 42,4 м 34,06 1,0 18,66 Осадки м мм м 13,99 32,56 23,74 9.3 % О.97 6.9 3,44 1,98 10,5 8.35 247 о: .. . .'··о '.F-.....;;;;;;....;...__;;=-i.--=,;...._..iiiiO;o....:,._-=....;...;=--1-=...:..-=....;,.;;;;;;...;;;;;;;;..;=.&...&.;;;;;;._=..-=--=4. . " о '"""f-_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ___;;,..;;....._ _ _ _ _ _ _ _ _ _-+I. :.с,·. ~ • Рис. •• о .. · Г""" 9.10. Структура и текстура уложенных грунтов мерзлой зоны ядра (стрел ками показаны возможные линии тока порового раствора при консолидации) : 1 - фильтр из песчано-гравийной смеси крупностью до 80 мм; 2 - мерзлая м~ рена криогенной текстуры толщиной 35-40 см; 3 - прослойки засоленного грунта толщиной 3-7 см текучей и текучемастичной консистенции; 4 - первый слой фильтра из крупнозернистого песка крупностью до 1О мм По данным проб, отобранных в процессе укладки, шютность грунта этой зоны в талом состоянии на 8% Ю1же шютности зоны, которая харак теризуется деформациями марки МГ-2. Относительные деформа1.U1и пу чения в данном диапазоне плотности моренных грунтов равны 2%, на это значение соответственно увеличилась пористость грунта при промер зании. Следовательно, зона ядра rтотины ниже отметки 33-35 м харак теризуется боnьшей пористостью по сравнению с вышележащим грунтом. Выше указывалось, что деформации мерзлой зоны ядра ниже отметки 33-35 м облегчались наличием горизонтальных прослоек засоленного пластичного грунта. На рис. 9 .1 О показаны структура и текстура уложенных грунтов этой зоны. Верхняя часть каждого уложенного слоя из-за обработки поверх ности раствором хлоридов представлена прослойками толщиной засоленноrо грунта текучей и текуче1U1астичной стура незасоленной части слоя толщиной ния в 30--40 3-8 консистенции. см Тек см вследствие промерза процессе укладки криогенная, массивная, слабослоистая, сетча тая и слоистая с прослойками льда до 1-2 мм через 5-6 мм. Минималь ная температура грунта этой зоны в апреле 1970 г. составляла -8 7-15 °С, а в начале 1975 г. не превышала 1,7 °С. За пять лет глубинная марка, установленная на отметке 33,56 м, дала суммарную осадку 3,44 м или 10,5%, что свидетельствовало о протекающих процессах консолидации уложенного rрунта, имеющего отрицательную температуру. Первоначально деформация уложенного rрунта нижней охлажденной зоны происходила за счет оттока из прослоек засоленного rрунта паро вого раствора и частично за счет деформации незасоленной части слоев . .Палее при изменении температуры грунта с -13 до -2 71 °С и диффузии соли деформация незасоленной части стала протекать интенсивней, так как при этих температурах грунт благодаря внесенной в него при заго товке и укладке соли находится в мерзлоrmасти'Dlом состоянии. Засо- 248 ленные прослойки грунта, таким образом, явились горизонтальным дре нажем консолидации мерзлых незасоленных слоев. Необходимо отметить, что поровое давление в засоленном грунте рас сеивается медленнее, чем в незасоленном. Это объясняется тем, что при засолении грунта хлоридами коэффициент фильтра1U1и засоленного грун та уменьшается на считаться с од.ин-два уменьшением порядка. Кроме того, следует, вероятно, вязкости парового раствора, имеющего отри цательную температуру, по сравнению с вязкостью воды при комнатной температуре, при которой, как правило, производятся опыты в лабора торных условиях. В талых зонах ядра плотины, где существует установившийся фильтра ционный режим, температура грунта в течении года соответствует изме нению температур наружного воздуха и воды в водохранилище с некото рым отставанием на несколько месяцев. Это свидетельствует о стабиль ной фильтрации воды в талых зонах ядра. В связи с этим можно предположить, что в тече1U1и 4-6 мес при уста новившейся фмырации происходит полная замена паровой воды, изме няющей температуру грунта в этой зоне. Однако нижняя мерзла.я зона ядра (нижt; отметок 35-30 м) сохраняет отрицательную температуру около 10 лет, причем конфигурация ее изменяется плавно, равномерно, без каких-либо аномалий, что свидетельствует о том, что в этой мерзлой зоне фильтрация, тем более сосредоточенная, отсутствует. При наличии фЮiьтрации протаивание идет более интенсивно, лавинообразно. В течении всего периода наблюдений мерзлая зона ядра не смыкалась с мерзлой упорной призмы и весь запас "холода" в мерзлой части ядра бьш получен в процессе укладки. Оттаивание его шло медленно за счет инфильтрации охлажденного порового раствора. Деформации глубинных марок с начала наблюдений в течении 15-лет ней эксплуатации по данным МИСИ показаны на рис. 9 .11 . Сравнивая осадки упорных призм и ядра IDiотинь1 Усть-Хантайской ГЭС, необходимо отметить, что деформации ядра в 2,5-3 раза больше деформаций упорных призм. Можно было предполагать, что защемление материала ядра упорными призмами с зависанием грунта приведет к об разованmо разуШiотненных полостей, причем трещины могут появиться в верхних зонах ядра, где абсолюrnые деформации велики. Однако ма териал ядра легко деформировался под незначительными нагрузками, так как бьm уложен в пласти1П1ом состоянюt, а между ядром JUionmы и упорной призмой находится мо11U:1ая переходная зона. О монолитности ядра свидетельствует стабильность его температурного режима. Особо следует подчеркнуть, что условия возведения 1U1отинь1 из пере увлажненных грунтов, когда сооружение за короткий период бьто возд вигнуто на значительную высоту и сразу приняло напор, промораживание ядра плоmны, замедлившее его деформацию (относительные деформации составили свыше 1О %) , предотвратили возможное трещинообразование. Ежегодные осмотры состояния 1U1отинь1 не выявили каких-либо опас ных деформаций: просадок, трещин, оползней, которые бы свидетельство вали о нарушении монолитности ядра. 249 '\,.._ .. 1970-197~ 1З7S 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 198J 1984- \\\ \ \ о,в 1,2 1,6 2,0 1\ . \ \ \ мг - '\ \ \ \ \ 1 ~ . \ \ ~ ~в,оs \ 1 \_ \ \ ИГ _ ;J +42,У.О ' 2,8 J,2 а \ \ .L J,G нг 2 + :J3,56 ....__ Рис. 9.11. Осадюt rлубВИНЬIХ марок, установленных в J1Дре ШIОТИНЬI УСТ1rХантай ской ГЭС за 15 лет эксmiуатации плотины Расчет напряженио·деформированноrо состояния ядра русловой IDiоти ны Усть-Хантайской ГЭС с учетом особенностей ее возведения подтвердил данные натурных наблюдений о ее надежности.• На рис. 9.12 показаны расчетные эпюры осадок и зоны разуmtотнения грунта ядра моmны после опаивания мерзлых зон. В результате совмест ноrо решения задачи о температурном режиме и напряженно-деформиро ванном состоянии была подтверждена общая тенденция формирования температурноrо режима и дано напряженное состояние грунтов ядра. Дополнительные осадки rребня ядра, растянутые во времени, не превы шают принятый в проекте строительный подъем. Уменьшение IDiотности грунта в зоне разуплотнеlПfЯ в береговых nримы.каниях и в центральной зоне ядра не превышает З,5%. Дополнительное уmюmение грунтов в ниж ней части ядра составляет 31,S %. Это свидетельствует о том, что в ядре не возникают опасные для эксп луата.IQfИ зоны треЩЮ1ообраэования. Осадки ядра m10nmы хор:шю соrлас}rются с изменениями парового давления(рис. 9.13). Два пьезоД1П1амометра(кривые 3) бьти установлены на отметке бtS м, три пьезоДЮiамометра(кривая 4) на отметке 21 м. Гра фи.кн иллюстрируют рассеивание поровоrо давления на горизонтальных участках кривых Шltенсивности возведения ядра плоnmы и свидетельст вует о процессе консолидации грунта, причем в нижней части ядра ( отмет ка 6~ м) консолидация грунтов зaвepllDIJlacь в тече1П1е части на отметке 21 6 лет. В верхней м консолидация грунта эаверUП1Лась в более дriитель ны:й срок. Консолидация грунтов в нижней части ядра подтверждает туго*Расчеты выпо1U1еиы в ОlбВНИИГ кандидатами технических наук С.И. Паиовым и Ю.И. ЮШIОIЫМ. 250 ..., 1 ~ о ~ -. о,+. ,:0,2 ~О,6 ll:s ~о.а !::1 g 1. о ~' t:::' Разgплотнение Рис. 9.12. Эmоры осадок и зоны разуплотнения грунта ядра каменно-земляной пло- 1ИНЫ после оттаивания мерзлых зон: 1 - просадка при отrаиванин нижней зоны: 2 - верхняя мерзлая зона; З - ниж няя мершая зона; 4 - просадка при отrаивании верхней и нижней зон; 5 - изоли ШIИ изменения IDioтнocm; 6 - расчетное положение исходной границы мерзлоты Шiастичную консистенцию грунтов в образцах, отобранных при бурении контрольных скважЮI. Таким образом, анализ осадок ядра Шiотины и развиmя парового дав ления позволяет сделать важный вывод: промерзЗJD1е грунтов в процессе укладки хотя и увеличило оnюсительные осадки в процессе строительства и эксмуатации, это но в то же время замедnЮiо протекание их во времени; предотвратило возможное трещинообразоваЮ1е в ядре, в котором уложены переувлажненные грунты. Выявлено также, что наличие горизонтальных прослоек IUiастичного засоленного грунта в результате обработки укладываемых слоев концент рированным раствором хлоридов увеличивает IDJастичность ядра и улуч шает процессы консолидации грунта до опаивания. всей толщи ядра. За· солеmtый грунт выполняет роль rоризошального дренажа консолидации. Процесс консолидации температуру, грунтов протекает засоленных менее грунтов, интенсивно, чем имеющих отрицательную незасоленных моренных одинаховоrо rранулометрическоrо состава. Ф и л ь т р а ц и о и н ы й р е жи м и о с ад к и яд р а п л о т и н, в о з в о д и м ы х о т с ы п к о й г р у н т а в в о д у. Натурными наб людениями на Серебрянской ГЭС-1 установлено, что консолидация морен ного грунта, уложенного в плотину Серебрянской ГЭС-1, пр:>текает очень ...___________ - - 251 N 65 55 С"--- -- --- r-- -----:1..........J' __:::-1~~~~::~~1'-o....~~~~~~-~t--~~:::~~J .~-:!·-~~-t-~-:-:-jt-,.~~~~~~;I l~~~~--j~::;;;~:::::~~~-----~:-~-~-f~~~c-::::-~. ---l---t--+-ll-,-h~/,_~_-+~---+~.....:::~~~~1~;\""",--_-t-[l\Jv;;;a"tл;;;;;;;;g;i"~~~~~)~-r::r"\._~~t-=--.....~f~=:,...:::·~~=~d--.Y~C-+---+-+---I ,~~- л--" /""'~-- ~ };r '- """:\. - :-- ~~ ~r--...~r ~~ 'f5t----t~--f...,._-#-1~~1--~t-~+-~~r~-t-'"t--t--.__---""""""='~~"'f+~-+I~---..~""=~t=::::-f~_,.....~="=o---+-~-t-'---~-+'-'°""""'c+~---+~--f,----t r1 -+-~~J' 2 ~ ""'-'~ 7Г'-~ . '""~ 'f ' 1) ~ v J i-.--_....__,...... *', 35 ( \ l---+-----1~/~~-+---+---+---+----+--~---+---+----+---+----+----+---+--+--+---+-----+---+-----t 25~-t-~-tl-+--++~-t-~--+~-+~-+~---+~-+~--!f----if-----+~--ii--~l--~-l--~+--~+--~+-~+-~+-~-+-~-+----I у ~~-+-,-*,~-+-~-+--+~-+--~~--+-~-+-~,__-+-~-+----+~-+-~~-4-~-+-~,---+-~+--+~-1----1 1,..... _....,..._-+-J 5 '!LJ-ir-XI lx11 1l11lm rv 1969~ Рис. 9.13. 1 - v jv1 r11j1111!11 х l1rlz11 1111 jш rvjr ]111 r11jrr1j11 х j.ujx11 r l11j1111vjrjv1 mjru1j11 f970r. r971r. 1972г. 1 l1ф11 / [11lш1v]v lr1 r11lnфz х lхфл r /ll/иr nlr jr1 r11jr11f1x 197Jr. х lxfixн r 111 lнr rr!vlr1 197'fг. 1975r. График изменения порового давлеШIЯ в ядре русловой ru1отины УСТ1rХантаАскоА ГЭС: интенсивность роста по высоте ядра IUiотины; пням пьезометров, установленных на отметке 6,5 м; 2 - график 4 - то же по колебания уровней верхнего бьефа; 3- паровое давление по показа· показаниям пьезометров, установленных на отметке 21 м 3-6 сут) что 6--9 м/мес. юпенсивно в течение та ядра по высоте до позволяет поднять интенсивность рос При быстрой консолидации мореююrо грунта устаноWiеШfые в ядре IUiотины пьезодm1амометры работали как обычные пьезометры. В начальный период наполнения водохранилища кривые депрессии име ли крутое падение в верхней зоне ядра) а с подъемом воды до расчетного уровня депрессионные кривые приняли более пологий вид. Все пьезомет рические створы свидетельствуют об однородносrn ядра и достаточной водонепроницаемости. Суффозионных явлеIШЙ не наблюдалось. Суммарный фильтрационный расход через тело IUJonrnы составляет около 80 л/ с и не превышает расчетных значений. Относительные осадки каменной наброски за первые два rода после отсыm<и составили 5 %. 5-6 %, причем в первый год OIOI колебались от 2 до Суммарные осадки с учетом осадок в результате замачивания камен ной наброски(2-3 %) тины, сложенного моренными грунтами, за весь составили 7-8 % высоты наполнения водохранилища составили не более плопmы. Осадки ядра 1U10- период строительства и 1 %. В связи со значительной разницей в осадках ядра и камеЮJОЙ наброски упорных призм длиной до случае 0,5-5 40 даже на бермах Шiоmны наблюдались продольные трещины м. Ширина раскрытия треЩЮI достигала 30 см. На 10 см, а в одном поверхности ядра трещины имели раскрытие см. Одна трещина большой протяженности бьmа зафиксирована по оси ядра с раскрытием 5-7 мм и измеренной глубиной 1,2 м. Трещин по перечного или косого направления в местах с резкими изменениями высо ты не обнаружено. Наблюдаемые деформации плотины Серебрянской ГЭС-1 свидетельст вуют, тто при отсыпке камеmюй наброски без уплоmения м ее осадки могут достигать значительных размеров особенно в первый период экс1U1уатащm. 10-20 слоями (7-8 %) , При возведении ядер плоrnн отсыпкой в воду или укладкой ''насухо" с уплотнением до проекmой плотности отсыIП<у упорных призм из камен ной наброски следует производить слоями небольшой высоты 2-3 м, для того чтобы осадки упорных призм были соизмерИl\1.ы с осадками ядра, как это имело место при возведении русловой rmoтIOiы У сть-Хантайской ГЭС. В наиболее высокой части (северное понижеШiе) принятая схема возве дения ядра правобережной плоТЮiы Усть-Хантайской ГЭС укладкой грун тов в подогретую воду способствовала формированию в нижней части яд ра талой зоны. Выше этой зоны основной объем грунта уложен в зимнее время, поэтому в начальный период сформировались мощные мерзлые зо ны, чередующиеся с небольшими зонами талого грунта, образовавшиеся в основном за счет сезонного протаивания и незначительной летней уклад ки морены. Верхняя часть ядра зимой 1972/73 r. бьmа возведена из засо ленного грунта при температуре воздуха до -50 ° С. В целом состояние ядра правобережной плоmны можно рассматривать как пластичное и мерзлоIDJастичное. В формировании температурного режима правобережной 1D1отины ог ромную роль играет филырациоШ1ый поток через ее основание. Темпера- 253 тура фильтрационного потока довольно стабильна. Фильтрациошrый по ток, замыкаясь на дренажную призму, значительного влияШIЯ на форми рование термического режима за дренажной призмой не оказывает. Выше дренажной призмы температура грунта в упорной призме - отрицатель ная, причем там, где упорная призма сложена наброской из известняка, температура достигает - 20 ° С. Основание плотины по всей длине находится в талом сосrоянии, за иск лючением участка на контакте с ядром. Нулевая изотерма близка к кри вой депрессии мн находится несколько ниже, о чем свидетельствует замерзание воды в верJЩей части пьезометров. Несмотря на то что дренаж возводился в зимнее время в течеЮ1е З лет, за счет инфильтрации и фильт рационного потока через вертикальный дренаж, соединяющийся с талыми напорными водами, проиэоumо опаивание дренажной призмы и ее нор мальное функционирование. Фильтрационный режим правобережной мотинь1 уже через наполнения водохранилища приблизился 5 лет после к установившемуся режиму. Пьезометры, установленные по оси горизонтального дренажа, реаги руют ни изменение уровня верхнего бьефа. УровШt воды в скважинах горизонтального дренажа соответствуют отметкам дренажной призмы. Пьезометрический напор по оси горизонтального дренажа в основном Ш1.Же расчетного при заданных уровнях верхнего бьефа. Эrо объясняется, rю-видимому, наличием в основании rоризонтальных песчаных прослоек, мощность коrорых оказалась значительно больше, чем предполаrалось. Значительное снижение пьезометрических напоров находится в сооmетст ВIПI с данными по осадкам и рассеиваюпо оорового давления на этих участках. Таким образом, устойчивость JШОТИНЫ в местах, сложенных на иболее слабыми водонасыщенными грунтами, не вызывает сомнения. Суммарный фильтрационный поrок через тело и основание monmы можно оценить работой насосных станций. Увеличение фильтрационного расхода наблюдалось по мере ввода скважЮi вертикального дренажа. Так, если на северном понижешш в январе 1974 r. расход составлял около 4 л/ с, то в январе 1975 г. расход был равен 5 л/ с. Суммарный расход на южном понижении равен 4 л/с. Анализ проб воды, отобранных из зумпфов насосных, показывает, что выноса мельчайших частиц грунтов основания и тела плотины нет. Фактические осадки основания IDI01ИНЬI хороuю совпадают с расчетны ми. Так, на ПК8 (см. рис. 5 .8) расчетные осадки за 40 мес должны бьmи быть равны 60 см, фактические составЮiи 95 ,3 см, что приближается к максимальным расчеп1ЬJМ осадкам эа 52 мес. На ПК20 расчетные осад ки за 36 мес должны бытЬ 75 см, факnrческие осадки за 40 мес составили 81,3 см и носят затухающий характер. Осадки основания, сложевноrо вечномерЗJIЫми rрунтами (ПК13), за 2,5 года составили 15,5 см. Осадки основания на ПК2З к началу 1975 r. достиrnи 57,8 см. Характер деформа ций: свид~ьствует о затухании осадок. Анализ данных по осадкам основания правобережной rшотины позво ляет оtметить, что к окончанию строительства IDJOТIOIЫ консолидация ос нования rmо111НЫ на участках, cnoжelDIЪIX талыми грунтами, nрактичесkИ 254 , --===' а) !186," 211 Qrp,11/C zo 16 .dH,~ 100 80 100 80 IJ 12 60 60 8 +IJ 40 • о 1, 2 11 20 ..., ..... ~ •J А • ~ ~~ "" "ЛД-1G ..... -- - ~- " ... - ""'" ~ .,. ~ ~ к,';,_д-1• .~ - .... ~ - - 20 о lll ID 1 // 1Ш ln lf) 19111 - 1 -"" - - ~. - 1 -1 - -·· - ) .... i:::ia """- i-1:: ,,. IQ. r-... N 1 1 у У/ ~lx 'JI ~ 1 11 IJJJ 11У 1973r. у У/ ~ 1S7t,. r. • ~ х Xl ~ 1 - . i. ПД-15 о ..>' ~ л IJJJ • . - trr v Vl lvn l/X х ~ lrn 1 // 11Т1 llf у У/ l1D Wl 1Х х lrJ IXli 197Sr. 1976 г. Рис. 9.14. Фильтрационный режим грунтовой mотины с металлической диафрагмой Серебрянской ГЭС-2 (по данным В.С. Кузнецова): а - схема усrаиовЮf контрольно-измерительной аппаратуры; б - графики изменения во времеп потерь напора Ш на металли ческой диафрагме, фильтрационного расхоца Qф и пьезометричесЮtх напоров Нп (соответственно ПД-14, ПД-15, ПД-16); 1 - уро· вень верхнего бьефа; 2 - потери напора на диафрагме; 3 - фильтрациоJП[Ьlй расход; 4 - металлическая диафрагма; 5 - цемента· циоtпfая завеса JV 1 1 O,:J 0,1 0,2 0,1 о мпа о 1 0,1 МПа _1_ О ____, 200мм О "'° мnа Рис. 9.15. Напряженно-деформированное состояние диафрагмы 1D1отины Серебрян ской ГЭС-2 (по данным В.С. Кузнецова): / // - - боковое давление грунта на диафрагму перед наполнением водохранилища; боковое давление на диафрагму после наполнения водохранилища; I// реактивные напряжения за диафрагмой; IV горизонтальное смещение д.иафр~ мы; V - вертикальные напряжения в диафрагме . завершилась, за исключением участка IUionmы на ПКIЗ, сложенного вечномерзлыми грунтами. Натурные наблюдения за статической работой в фильтрационном ре жиме грунтовой IUiornны с металлической диафрагмой подтвердили эф фективность применения такой конструкции в северных условиях. На рис. показаны изменения во времени потерь напора на метал 9. 14 лической диафрагме, фильтрациоmюrо расхода и пьзометрических напо ров грунтовой плотины Серебрянской ГЭС-2. В начальный период эксШiу атации при неполном напоре 30-33 %. Удельный потери напора за диафрагмой составили филырациоЮiый расход при этом не превышал 1,2 см 3 /(с·м) при общем расходе на участке IDiornны длиной 500 м60 л/с. В дальнейшем за счет кольматации диафрагмы ее противофильт рационная эффективность повысилась. К концу второго года эксШiуата ции потери напора на диафрагме составили зился до О, 1 см 3 / 93 %, а удельный расход сни (с· м) и приблизился к стационарному режиму. Замеренные деформации металлической диафрагмы, а также возник шие при этом напряжения также подтвердили ее надежность и эффекmв ность. На рис. 9.15 показано напряженно-деформированное состояние диафрагмы перед наполнением водохранилища и после принятия расчет· ноrо напора. Под воздействием гидростатического давления и активного давлеЮ1я грунта диафрагма, изгибаясь, перемещается в сторону Ю1жнеrо бьефа. Максимальное перемещение диафрагмы в процессе увеличения нагру зок составило 180 мм и затем стабЮiизировалось. Эти перемещения не могли нарушить работу диафрагмы, так как она может свободно пере· мещаться rio бетонному зубу rmотины. Напряжения в диафрагме измерялись по двум направлениям: по вер тикали и по горизонтали вдоль оси 1D1отины. Измерения показали, что в диафрагме действуют только сжимающие напряжения, которые изменя· ются по высоте сверху вниз по треугольнику. Максимальное напряжение в опорном сечении диафрагмы при высоте Ш1оmнъ1 27 м составили 256 МПа. Горизонтальные напряжения в замковых частях диафрагмы, мес тах ее заделки в бетон и в берега не превышали 1О МПа. Ранее бьто установлено, что максимальная интенсивность коррозион ного разрушения обычной углеродистой стали в водно-грунтовой сре 60 де не превышает 0,1-0,2 % меди 0,005 мм/rод. Следовательно, при толщине диафрагмы 10 мм ее долго вечность равна 250 годам. Таким образом, можно сделать вывод о xopo0,02 мм/год, стали с добавкой IШIX теюmко-экономических показателях rmomн данного типа. 9.4. Натурные наблюдения за бетонными сооружениями Длительные воздействия отрицательных температур приводят к изме" нению физико-химических свойств бетона ( температуРного коэффициен та лЮ1ейного расширения, прочности и модуля упругости) , вызывают увеличение протяженности и rлубинЪI раскрытия конструктивных и стро ительных швов, промораживают отдельные часm сооружеЮ1й. Так, про мерзание бетона низовой грани в Шiотинах Братской, Усть-Илимской и Красноярской ГЭС распространяется в глубину на 10, 8 и 5 м соответст веЮ10. На трех перечисленных бетонных mотШ1ах гравитационного типа, эксплуатируемых длительное время, сжимающие напряжения напорной грани превышают расчетные, что обусловлено обжатием напорной грани в строительный период. Размах температурных напряжений в бетоне напорной грани мотин Усть-Илимской ГЭС превышает аналогичный размах в напорной rрани mопmы Братской ГЭС. Так) на высоте 25 м от основания в ruютине Братской ГЭС сезонные изменения напряжений составляют 0,6, а Усть Илимской 1,1 МПа, что обусловлено, по-видимому, более обжатым профи лем плотины Усть-Илимской ГЭС (86) . СезоЮiые изменения напряжений в беrоне низовой rраю1 в этих плотинах находятся в пределах 4-5 МПа [85, 86]. Для температурного обжатия напорной грани целесообразно обеспечить более интенсивное охлаждение бетона центральной области блоков по сравнению с периферийной. Еще более радикальной мерой представляется зональное распределние марок бетона в теле массивной моnmы, приме нение особо жестких укатанных бетонных смесей в центральной ее части. Максимальные осадки основания бетонной IUiотины Братской ГЭС за 15 лет эксrтуатации составили Wiотины Усть-Илимской ГЭС [85] ; суммарные осадки основания составили 60, Красноярской ГЭС-30 мм. 75 мм Особо важны напряженно-деформнроваююе состояние контактной зоны и прогноз раскрытия контактных швов под напорной гранью. Состояние конrакта "бетон-скала" определяется суммарным воздействием темпе ратурных и гидростатических нагрузок, а также собственным весом на профиль плотины (как правило, выипраблеююй) в период наnолнения водохранилища. Вследствие суммарного воздействия наrрузок под первыми столба ми возникает область двухосного растяжеЮ1я протяженностью порной грани и глубиной 17 - Зак. 1820 9 12 мот на м. 257 Натурные исследования деформационного состояния контактной зо ны плотины Братской ГЭС обнаружЮiи раскрыmе контакnюго шва под напорной гранью 1-1,5 с в сторону низовой грани и, как следствие, раз ушютнение скального основания. В дальнейшем математическое моде~ лирование работы высокой бетоююй ruютины совместно со скальным основанием показало неизбежность возникновения двухосного растяже ния в контактной зоне для профиля плотин Братской ГЭС. Зафиксиро ванные телетензометрами деформации основания под первыми столбами плотины (вплоть до раскрытия контактного шва "бетон-скала") обус ловлены напряженным состоянием тела rшотины и приконтактной зоны основания, которое непрерывно изменяется во времени и зависит от на полнения водохраюmища, сезонного изменения температуры вод;ы и воз духа. Переменным напряженным состояюtем при.контакmой зоны опреде ляется и степень разуплотнения скального основания, поскольку его rutот ность изменяется. По-видимому, этот процесс будет наблюдаться в тече ние всей жизни плотины, изменяться будет лишь aмIUiиryдa деформаций за счет явлений релаксации напряжений и "усталости" породы под влия нием мноrокраnюrо приложения нагрузки. На плоm:не Братской ГЭС вследствие раскрытия шва и разуmюrnения основания зафиксировано повышение противодавления за цементащюн ной завесой. Так, к началу наполнения водохраниmпца до НПУ в 1967 r. в 12 из 38 русловых секций плотШiы Братской ГЭС приведенный пьезо метрическlfЙ напор составил 6~95 % [68, 85]. В этих случаях была проведена повторная цементация основа~mя, кото рая, однако, не дала должного эффекта, так как при повторном подъеме уровня воды в водохранилище до НПУ противодавл elПfe повысилось. На rmотине Усть-Илимской ГЭС противодавление снимается дренировани ем первых столбов. Фильтрационное давление зависит от уровня верхнего бьефа и сезонной схемы статической работы плотины. Максимальное проrnводавление наб людается в марте-феврале при УВБ и НПУ при максимальной глубине рас крытия швов на низовой грани. Установлено, что повышение УВБ вызы вает увеличение фильтрационного напора и уменьшение фильтрационного сопротивления основания. При этом фильтрационное противодавление зависит от деформироваююго состояния контактной плоскости. Наблюдения на ruютинах Красноярской, Братской и Усть-Илимской ГЭС показывают, что в слабопроницаемых породах эффективным средст вом снижения противодавления является дренирование основания первых столбов. Максимальные фильтрационные расходы через тело шюmны Братской ГЭС до9тигали 8 л/с, Усть-Илимской ГЭС 20 л/с. В настоящее время фильтрационный расход через бетон указанных JUiornн гравитационного типа составляет 2-3 л/с, более значительная фильтрация наблюдается че рез межсекционныеnmы [68, 85, 86]. Максимальные горизонтальные перемещения гребня секций составля ют для rmo~ Братской, Усть-Илимской и Красноярской ГЭС соответст веюю 43, 36 и 28 мм. При строительстве бетоЮiых плотин до сих пор не удавалось избежать трещююобразования, особенно в результате температурных напряжений. 258 Рис. 9.16. Распределение темпе ратуры по оси секции бетонной т:·с ' mtотины Зейской ГЭС 5 ... _~... 0 - __ зо.оз. 1978 r. -----·------ J,,,_-~\\ i; - ~! 230,5 ~i ;~87,:.:....:~:::::::::...:..=:=:l:f4-f -51-+---1~-+-~~~~~~-+~~~~~-+-1 \....._ 10. os. 1979 r. -10н-о---.о--<>-~~~~~~о-~~~~~~ 2,5 5,2 10,7 34,4 28,О б,2 87,О Однако, как показывают исследования, трещины, возЮ1кшие в блоках rтотин в строительный период, являются преимущественно поверхност ными и лишь 10-15 % из ШIХ - сквозные в пределах блока. Влияния этих трещm1 на монолитность сооруже1rnя за время наблюдеimй не обна ружено. Напряжения, измеренные в оболочке и кольцевой арматуре турбmшых трубопроводов этих IUiomн, оказались намного Irnжe расчетных. Это объ ясняется большими сжимающими напряже1rnями строительного периода, а для оболочки - ее совместной работой с бетоном. Все это свидетельству ет о недостаточном использовании прочностных свойств металла и возмож ности снижения расхода металла на оболочки и в арматуре [36]. Состо яние бетонных шютин облегченного профиля, построенных в северных ус ловиях, можно проиллюстрировать данными о плоmне Зейской ГЭС в строительный период и в первые годы эксrmуатации [16]. На рис. 9.16 показано распределение температуры по оси секции к нача лу зимнего периода и к его концу. С наступлением зимнего периода часть оголовка и контрфорс остывают быстрее, чем бетон напорной граЮI в подводной зоне. Вследствие этого происходит поворот оголовка в сторону нижнего бьефа, обеспечивая контакт между столбами контрфорса в пери од охлаждения бетона ниже температуры омоноличнвания. Высокие пьезометрические уровни наблюдались только в зоне раз уплоrnения непосредственно под напорной гранью. На рис. 9.16 приведены показания пьезометра, фиксирующего максимальное противодавление в эоне ожидаемого расчетного растяжения в скале. Максимум показаний пьезометра под напорной гранью на протяжении года(рис. 9.17) совпадает с максимальным напором на сооружение(сен тябрь) в одном случае, а в другом случае с наибольпшм перепадом темм ператур в направлении от напорной к низовой грани первого столба (январь). В целом более чем 1О-летний OIThIТ эксШiуатации плотины Зейской ГЭС показал ее надежность и возможность активного воздействия на напря женно-деформироваm-rое состояние путем целенаправленного изменения ее температурного режима в результате ряда мероприятий: упорядочен ной укладки бетона в контакrnой зоне, омоноличивания плотины при возможно более низких температурах бетона, использовании давления иньекции цементных растворов в швах и омоноличи:вания швов в период температурного поворота напорного столба в сторону верхнего бьефа [ 16) . 259 !186 - 262 255 - 2SQ ._ ..... "_ 244 238 232 ~2 220 220 21ft. - I JI Jll !У V У/ У!/ УШ /Х Х Х/ 1977 Рис. ,J 9.17. Xll 1 /1 lll !У У г. Изменение пьезометричесI<Их VI У/! VШ /Х Х XI Xll 1978 r. уровнеА в основании оголовка WJотины Зейской ГЭС: 1-3 (1-3) ; 4 - пьезометрические уро1ши по показателям контур цементационной завесы соответствующих приборов Указанные мероприятия требуют дополнительных трудозатрат, кото рые необходимо учИтывать при выборе типа напорных сооружений (см. § 6.2). За весь наблюдаемый период напорная грань шютины в подводной зо не нахоДЮiась в сжатом состояЮfи с интенсивностью сжимающих напря жений в пределах 0,8-4 МПа. На рис. 9.18 показаны изменения деформаций на контакте одного бло ка rmотины и основания в период наполнения водохранилища с 1974 по 1987 r. ~ прослеживается связь деформаций с температурами бетона. На ибольшая зона растяжения наблюдалась в скальном основании под напор ной гранью. Максимум растяжения относится к периоду минимальных температур в бетоне(конец февраля). При максимуме температур(сен тябръ) деформации бьmи минимальными. Следует отметить несущественную деформацию растяжения в кон такте некала-бетон" Зейской JUIOTИНЪI по сравнению с деформациями при тех же напорах на Братской и, особенно, Усть-Илимской ГЭС. Это обус ловлено более целенаправленным реrулироваЮfем температурного режи ма JUIOTИHЫ. За четыре года наблюдений уровюt. в пьезометрах за цементационной за весой практически не изменились и оставались ниже уровня нижнего бье фа благодаря постоянной откачке воды из полостей. За период эксплуатации ряда построенных в суровых условиях бетон· ных rmотин(Братской, У~ть-Илимской, Зейской ГЭС) на основе исследо вания прочности бетона по выбуренным кернам бьU1 сделан сравнитель ный анализ проекrnой и факmческой марочной прочности бетона 260 [44]. ..- ---- -"-- - - - - - - - - -.... - ·-·--- ~"-~--· - --1--..-- .- ... _..... ___ L_.__ ... __ ... _ _ _ _ _ _ __:_" • i ЫВ&,мl 2GS 24S 225 l 1·10 -S" 1 1 ~262,U 16 ...J.._ 8 ~ о -8 / " ~ 1 ..... ::::: 1 ~ ~ "'""! l~J... ·r~ " f i-""~ 2 J'2 \._ ... г , r222,o - ...z . . 1~1~~ н~ ~1r: ~1)( ~~ 1974 r. " ..-=-..1 1975 r. L...- i\ _,.,.,,,1 '\ 1 '- / 1 - ...... .j,298, Q " ,1 ~28G,O '""'"~.._ е' 2 "..._,.. _, '-.. / ~1;:: 1~~ ~::; ~~ 1~~ ~1>< ~R ...,~ ::;~ ~ :;::~ 1~ :~~ ... ,~ IФ * ),.: 1976 r. 1977 Рис. 9.18. Изменение деформации на контакте секции IUiотины 1 - место установ кн датчиков; 2 - рост секции по высоте r. 1978г. Зейской ГЭС: Так, прочность кернов) выбуреimых в плотине Зейской ГЭС в возрас те 5 лет, равна прочности бетона контрольных образцов в возрасте 3 мес, так (см. рис. как 9.15) в контрфорсах проходило и гидратация длилась не более быстрое остывание 3-5 1,5- бетона мес. Для гравитационных 1U1отин процесс гидратации) особенно в нижних подводных зонах шюrnны, длится нии 3-7 лет. Прочность бетона в сооруже по данным контрольного выбуривания кернов достигла высокого уровня, превысив в 1,7-2,6 раза марочную и в контрольных образцов в возрасте Это позволяет пересмотреть 1,25-1,35 раза прочность 180 сут. вопрос о нормаrnвных требованиях к прочносrn бетона IUiornн [ 44) . Марочный возраст бетона различных час тей плоrnны должен назначаться исходя из проектного календарного гра фика уЮiадки бетона в сооружение с учетом продолжительности наполне ния водохранилища до НПУ и быть равным одному году. В отдельных случаях для наиболее крупных сооружений - равным двум ШlИ трем го дам. Для бетона, укладываемого в последний год страительства (за rод до приняrnя сооружения полного напора), марочный возраст бетона по проч носrn должен назначаться равным 6 мес. Для IШотин, расположенных в районах с отрицательными среднегодо выми температурами, марочная прочность бетона также должна назначать ся исходя из проекnюrо календарного графика укладки бетона и продол жительности наполнения водохранилища. При этом для бетонов с мароч ным возрастом 1 год температурный режим твердения должен быть та ков, чтобы число градусов-суток в течение календарного года бьmо не ме нее 5000. При невыполнении этого условия, определенного температурны ми расчетами, марочный возраст бетона должен быть соответственно сок ращен. 261 ---~·-···- -·----·-------··-· Для контрфорсных шютин в районах с отрШI.ательными среднегодовы ми температурами возраст бетона по прочности следует принимать равным 6 мес. Увеличение его до 1 года возможно только для бетона, укладыва емого весной и летом. Для новых технологических систем, в которых приемы выполнения ос новнъIХ операций, входящих в состав бетоЮ1ых работ, и их контроль бу дут существеюю отличаться от правил, регламентированных вен возможность использования нормаrnвных, а не 30-83' расчетных сопротивле ний бетона при проектировании плотин должна быть подтверждена со поставлением фактических производственных ГЛАВА значений условиях, и прочности проtD1ости бетона, уложенного в контрольных образцов. 10 ЭКОНОМИКА ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СТРОИТЕЛЬСТВА НА СЕВЕРЕ 10.1. Общие nоnожения Экономические показатели гидроэнергетическоrо строительства на Се вере, как и в других видах строительства, определяются сметной стоимос тью, устанавливаемой в проекте, фактической стоимостью и себестоимос тью строительно-монтажных работ. Ценообразование в сметах и в фактической себестоимости строительст ва гидроэнергетических объектов в Северной зоне отличается от стро ительства в других районах: из-за неосвоенности С'rроительных площадок, отсутствия в ближайших районах промьшmенности и строительной индуст рии; сложных транспорmых схем доставки привозных материалов и обо рудования и в связи с этим повышеЮiых транспортных расходов; боль ших затрат на обустройство рабочих (жилье, соцкультбыт и др.)~ повы шенных ставок заработай Шiаты и оматы льгот для рабочих и инженерно технических рабоmиков в севернь~х условиях; повышеннь~х затрат при производстве работ в зимнее время; большого числа нерабочих дней из-за сурового климата. В начальный период освоения Севера, пока не было накоШiено опыта строительства гидроузлов в районах с различными природными услови ями, разнообразными компоновочными и конструктивными решеJmями, методами производства работ, допускались просчеты и 0UD16ки в опреде лении сметной стоимости в результате фактических условий строительст ва. За последние годы проведена работа по обобщению опыта строительст ва в Северной строительно-климатической зоне и разработке специальных сметных нормаmвов для этого района. Разработаны на некоторые виды работ "Единые единичные расценки для районов Крайнего Севера" (ЕРКС) и "Нормы дополнительных затрат" (НДЗ-84). Это несколько повысило точность и обоснованность смеrnых расчетов. Однако, как показано в этой главе, при разработке новых нормаmвов не бъmи учтены многие затраты, 262 требуемые технологией работ, особеюю в зим:Шfх условиях. Стоимость и экономические показатели зависят от многих условий. В частности, от детальности изучения природных условий, правильности определения инженерно-rеолоrических условий, особеmю проrноза про цессов, возникающих в результате изменения природных условий икре олоrических процессов; от правильности гидрологических от реальной оценки прогноза развития района и ero прогнозов; влияния на ход стро ительства, от соответствия условий строительства принятым компоновоч ным и конструктивным решениям. 10.2. Условия ценообразования на строительстве гидроузлов Анализ денежных затрат по отдельным видам расходов смет дает воз можность оценить рациональность принятых решений и рассмотреть воз можности снижения стоимости осуществления этих решений. Следует отметить, что сопоставительный анализ достаточно условный. Несмотря на то что все рассматриваемые ниже объекты находятся в близкой ЮIИ матической зоне, условия их возведения значительно различаются. Рассмотрим объекты севера европейской части страны и Сибири. При родные условия этих районов различаются по атмосферным условиям (среднегодовой температурой, количеством осадков, силой ветра, нали чием вечной мерзлоты), створы гидроузлов различаются по инженерно геолоrическим характеристикам оснований сооружеimй. Гидроэлектро станции существеmю различаются по компоновке и конструкциям соору жений, входящих в состав rид,роузлов, значительно - по моII.Щости и вы работке, условиям оргаю1зации и производства работ, транспортным схе· мам доставки материалов. Основные условия ценообразования можно проИJUiюстрировать на примере Усть-Илимской, Зейской, Колымской, Вилюйской, Усть-Хан· тайской и Курейской ГЭС, в сравнении с круrmыми ГЭС Средней Азии Нурекской и Чарвакской(табл. 10.1). Из общего удорожания по сравнению с умере1mыми климатическими зонами для северных rидроэнерrетических строительств доля отдельных затрат,%, в среднем составляет: Дополнительные транспортные расхоцы . . . . . . . . .20 Повышение цен на местные материалы . . . . . . . . . . 20 Зимнее удорожание и особые условия эксплуатации механизмов . . . . . . . . . . . . . . . . . . Льготы Крайнего Севера. 20 поясные коэффициенты на эармату и другие доплаты . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Прочие причины. включая повышенные нормы накладных· расходов . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Для правШiьной экономической оценки эффективности и строительства гидроэлектростанций в условиях Севера существеШfую роль прообретает вопрос о возможности использования: после окончания строительства ГЭС подъездных дорог, строительной индустрЮI, жюtоrо фонда и других вспо могательных предприятий для дальнейшего освоения района, прЮiеrающе гор строительству ГЭС. 263 Гидроэлектростанция У слов не ценообразования Усть-Илимекая Территориальный район по ЕРЕР Поясной коэффициент к зарплате Норма накладных расходов, прямых % Зейская Колымская 16 Вне района 1,4 1,7 22,5 25 1,8 1,8 2 IV IV 7,3 VIII 15 1,6 19,6 затрат Коэффшшент удорожания на стоимость автоперевозки 1т ·км Температурная зона Размер зимних удорожаний, %, 7,3 14,2 строительно-монтажных работ по главам 1-8 Условия Севера не только осложняют строительство гидротехнических сооружений, но и сооmетствующих им подсобных предприятий и жилого фонда, имеющих обычно капитальный характер в расчете на круглогодич ные работы и продолжительный срок строительства. Поэтому проектиро ванию ГЭС должно предшествовать тщательное изучение перспекnrвы раз вития района влияние ГЭС, созд:щаемой строительной базы и дальнейшее использование ее. Выводы этого изучения послужат для определения каrmтальности сооружений строительной базы и поселка. При исчислении общего количества населения поселков, занятых на строительстве гидроэлектростанций на Севере, обычно вводится градооб разующий коэффициент от 2 до 2,2. Этот коэффициент учитывает также необходимое число лиц обслуживающего персонала и их семьи (магазины, столовые, большщы, школы и т.д.). Стоимость rюселков составляет 10-15 % общей стоимости строительства гидроэлектростанций. Однако для народного хозяйства это экономически оправдывается, так как соз~ данные поселки остаются в качестве базовых для дальнейшего освоеЮfя региона. Комmtекс сложных условий Севера приводит к повышенным затратам живого и овеществлеююго труда в 2- 3 раза, в частности к повышению затрат на воспроизводство рабочей силы. Удорожание затрат на воспроизводство рабочей силы в условиях Севе ра по сравнению с центральными районами характеризуется следующими · показателями: Показатели Удорожание Затраты на оплату труда при выполнении одинакового объема работ . . . • . . . . . 3-5 раз Единовременные затраты на непроизводственную сферу . . • . . . . . . . . . . . . . . . . 1 ,S- 2,5 раза Затраты на oprnaбop и переселение с учетом 2-3 Уровень членов семьи заработной . . . . . . . . . . . . 1,7-2,5 платы в сфере териального производства . . . . . . . . . . . . 264 раза ма- 1.5- 2.5 раза Таблица 10. J Гидроэлектростанщ1я У сть·Хантай- Виmойс1еая екая Ну рек екая Курейская Чарввкская Вне района Вне района Вне района 1, 7 23 1.8 26,S 1,7 26,5 11 1,15 18,8 1 18,2 2,5 2 2 1 1,15 IX 18,6 Vlll 8,9 VllI 10,4 1-11 1 1,2-3 1,2 Годовые жание Севера приведенные одного затраты трудящегося на в 11 содер районах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2,6 раза Стоимость жилых и общественных зданий в расчете на едИНК11У полезной 1U1ощадн ... 2,3 раза Строительство ГЭС в неосвоенных районах, как правило, способствует созданию новых территориально-производственных кoмIDI ексов и вовл е кает в хозяйственное освоение новые регионы. При этом изменяется ха рактер подсобно-вспомоrательноrо строительства в сторону увеличения его капитальности, изменяется подход и к обеспечению культурно-быто вых условий строительных кадров. Создание более комфортных условий жилья и культурно-бытового обслуживания населения не только сЮ1жает текучесть рабочей силы, но и позволяет вовлечь в производство практи чески всех трудоспособных tDieнoв семей, как это бьmо~ например, при строительстве Братской и Усть-Илимской ГЭС и наблюдается сейчас при сооруженюt Колымской ГЭС. В тех же случаях, когда нет достаточных ос нований предполагать, что после окончания строительства ГЭС в скором времени создастся возможность полного и эффективного использования всех возведенных в процессе ее сооружения транспорmых коммуника ций, подсобно-вспомоrательных предприятий, жилого фонда и т.д., необ ходимо изыскивать пути предельного сокращения затрат на их стро ительство. Анализ продолжительности отдельных периодов строительства ГЭС по казывает, что в общей продолжительносrn строительства наиболее дли тельным является подготовительный период, удельный вес его в общей продолжительности строительства составляет в среднем Увеличение 35-38 % [82]. подготовительного периода вызывает увеличение основно го периода и всего строительства в целом, что дает основание рассматри вать подготовительный период как один из важнейlШfх факторов, влия ющий на общую продолжиrельность строительства. В табл. 10.2 приведена 265 Таблица Гидроэлектростанция 10.2 Подготовитель Основной Заключительный ный период период период Братская 37 38 37 36 30 Серебрянская-1 28 У сть-Хантайская 32 35 Вилюйская Иркутская Верхнетуломская Красноярская У стъ-Илимская 36 33 43 27 32 32 24 39 27 46 33 41 30 29 20 35 продолжительность ощельных периодов в процентах общей продолжи тельности строительства. В подготовительный период возводятся подъездные пути, создаетвя производственная и жЮiая база строительства, формируется коллектив строителей. От того, насколько эффективно и быстро решены эти проб лемы, зависят темпы и качество возведения основных сооружений гидро узла, общая продолжительность и стоим:ость строительства. Наиболее существенное влияние на продолжительность подготовитель ного периода оказывают организационные факторы. Там, где вопросы подготовительного периода бьmи тщательно проработаны и организова ны, его продолжительность бьmа относительно небольшой. Распределение трудозатрат по основным периодам строительства про исходит достатоtПiо неравномерно. Так, если в среднем в основной период строительства выполняется около 73 % объема строительно-монтажных работ, то трудозатраты за этот же период составляют около 59 % общего объема. В то же время в подготовительный период при ocвoeirnи 16 % общего объема строительно-монтажных работ затрачивается около 24 % общих трудозатрат. Соответственно и производительность. труда на начальной стадии стро ительства не превышает ка первого ительства и 60 % производительносrn, достигаемой в год пус агрегата, поэтому для сокращения продолжительности стро повышения производительности труда, помимо улучшения технических решений, следует совершенствовать организацию производст ва, особенно подготовительного периода. Строительство жюtых поселков и объектов соцкультбыта в условиях Севера остается сложной и дорогой задачей, поэтому основными направ лениями снижения затрат и сокращения сроков их возведения должно стать как сокращение численности работающих, так и максимально воз можная индустриализация жЮiищноrо строительства. Решение проблемы привлечения и закре1D1ею1:я трудовых ресурсов в пщроэнерrетическом строительстве на Севере обостряется тем, что оспож· няется общая демографическая ситуация rю стране в целом, в том числе и в северных регионах. Вследствие дискомфорnюсти климаrnческих ус ловий необходимо предусматривать в проектах спе1nt:альные мероприятия и реализовать их в жизнь для обеспечения необходимых условий жизне· обеспечения проживающего на Севере населения. 266 Характерный для начального этапа освоения Севера рост заработной 1U1аты как главный фактор привлечения трудовых ресурсов в настоящее время не способствует надежному закреIDiению населения в регионе. Несмотря на высокую миграционную подвижность населения(за счет боль шого процента молодого трудоспособного населения по оmошению к средЮtм показателям по стране), обеспечить г~щроэнерrетическое стро ительство в северных условиях рабочей СЮiой удается лишь повышением степени закрепления кадров путем создания нконкурентоспособноrон уровня жизни. Решение проблем жЮiищно-гражданскоrо строительства должно предусматривать пропорциональное ительства, общественного обслуживания, развитие ЖШiищного стро коммунального, транспортно го и другого обеспечения. Важнейшей задачей должно стать сокращение отставания в развитии социально-бытовой инфраструктуры в северных районах с целью достижения нормативных уровней обеспеченности работ Юfков северных строительств. ЕстествеIШо, уровень развиrnя социально бытовоrо обслуживания населения Севера различный в зависимости от ре гиона, около но в целом он еще не соответствует нормаmвному и составляет 80 % по жИ11ой IUiощади, 82 % по больничным койкам, 88 % по детс ким дошкольным учреждениям. На стоимость строительства, кроме факторов ценообразоваюtя, указан ных в табл. 10.1, большое влияние оказывает транспортная схема достав ки привозных материалов (см. гл. 2). Транспортные схемы привозных материшtов иногда меняются в процес се строительства, так как происходит постепенное освоение территории, но для северных ГЭС они остаются, как правило, чрезвычайно сложными и дорогими. Приведем обобщенные данные по транспорrnым схемам привозных материалов на ел едующих ГЭС: У сть·Илимская ГЭС 1963- 1971 rr. - желез• нодорожная станция назначения Братск, далее 250 км rю автодороге Братск-Усть-Илимск, 2-й период 1972-1973 rr. - станция назначения - 1-й период строительства Хребтовая по железной дороге Хребтовая-Усть-Илимская по временным тарифам(более дорогим) Минтрансстроя, З·й период чания строительства Зейская ГЭС - - - с 1976 r. до окон· железнодорожная станция назначения У сть-Илимск. железнодорожная станция Тыrда и далее 115 км по авrодороrе. Колымская ГЭС - по железной дороrе в порты Находку и ВанЮiо, далее морем в порт Наrаево, из порта Нагаево rрузы автотранспортом строительства на расстояние 512 км. Для тоrо чтобы ускорить разгрузку порта и уменьllDlть требуемое количество автотранспорта, идет через перевалочную базу в пос. Уптар, Наrаево. 80 % грузов расположенную на 47 км от Нурекская ГЭС - автотранспортом по горной дороге на расстояние 75 км от железнодорожных станций Душанбе или Орджоникидзеабада. Чарвакская ГЭС - в подготовительный период автотранспортом на рао стоЯЮtе 25 км от железнодорожной станции Барраж, в основной период по железной дороrе практически до стройбазы. Высокий коэфф1ЩИент зарабоmой IUiaты, сложные транспорmые схе мы приводят к удорожанию работ. Так, если на Нурекской ГЭС 1 м3 267 проектного объема mюmны (каменно·набросная ruютина высоrой 300 м с суглинистым ядром) стоит 3,95 руб., на Чарвакской ГЭС (высота ruю тины 165 м) - 3,73 руб., то на Колымской ГЭС (такая же конструкция JШОТИНЫ, высотой 150 м) 1 м 3 плотины стоит уже 6,81 руб. Влияние факторов ценообразования видно из анализа затрат на работы в леrnих и зимних условиях. Повышение затрат при работах в зимних ус ловиях на различных технологических процессах возведения насыпей можно проследить на примере отсыпки моренных грунтов в воду в летнее и зимнее время при возведеШiИ каменно-земляной ruюrnны Серебрянс кой ГЭС-1 (табл. 10.3). Сооrnошение общей стоимосrn зимней укладки морены к леmей рав но в 1,6. В то же время зимнее удорожание непосредственно отсыпки грунта воду вследствие значительных затрат электроэнергии и утеплителя на поддержание нормального температурного режима прудков превышает стоимость летней отсыпки(4 коп.) более чем в 30 раз(1,34 руб.). В табл. 10.4 дано сравнение стоимости укладки грунтов в плоТИНу Серебрянской ГЭС-1 по различной технологии. Таким образом, в сравниваемых ценах одной стройrmощадки уклад ка грунгd с засолением контактного слоя дешевле укладки грунта в пруд- кн с подогретой водой почти в 2 раза. В табл. 10.5 приведены данные о структуре затрат и зимних удорожа· ний укладки связных грунтов "насухо" в 1U1ornнy Вилюйской ГЭС с пос· лойным уwютнением и обработкой контактного слоя растворами хлори дов и теmювыми ма.u.mнами. Сопоставление цен по абсолютным показателям очень условно, так как районы строительства Серебрянской и Вилюйской ГЭС находятся в раз ных регионах с различной стоимостью местных услуг и привозных материТаблица Зимняя технология Летняя технология Вид работ и затрат Стои мость на 3 Вид работ и затрат . м руб.-коn. 1 Разработка моренного 2-82 Стоимость на 1 м 3 , руб.-коп. У кладка моренного грунта 2..S6 по летней технологии грунта в карьере и до ставка автотранспортом на расстояние 3 км Отсыпка моренного грун· 0-04 Дополнительные затраты при 0-39 разработке моренного грун. та в воду в прудки та в зимний период в карьере И то го прямые затраты 2-86 Дополнительные затраты при отсыпке моренного грунта по зимней технолоmи В с е го с накладными рас ходами и мановыми накоп лениями 3-66 И т о го прямые затраты В с е го с накладными рас ходами и Шiановыми накоп лениями 268 10.3 1-34 _ ТаблиЦQ 10.4 ~имнее удо Способ укладки Основной фактор рожание, грунта удорожания руб.-коп. Затраты, руб.-коп. в :.\еках 1969 r. Укладка в подогретые Теmюснабжение прудка Технологическое обору 1-65 пруnки 1-10 О-33 дование Утепление прудков Укладка засоленного 1-12 Стоимость соли (с до 0-22 ().84 ставкой} грунта Образование резерва за 0-28 соленного груmа в карьере Укладка обычного грун Стоимость соли (с до ставкой) ~73 та с засолением контакт ноrо слоя Обработка поверхности (Н)7 0-80 карты Таблиl411 10.5 Стоимость работ, руб.-коп. Вид работ и наименование затрат (в ценах 1969 г.) Вилюйская ГЭС зимой летом Заготовка суглинка с бурты зимнего 2-38 2-38 2-50 1-91 3-00 хранения с засоленнем периферийной зоны хлористым кальцием (с учетом коэффициента переушютнения} Эnектропроrрев буртов Разработка суглинка экскаватором с транспортировкой на км 4,5 У кладка суглинка в плотину 1..()9 Итого 5·.97 В с е г о 7-73 с накладными расхоцами и плановыми какошtеннями алов. Однако опюсителъное удорожание зимней укладки грунта без сто имости rрунта по сравнению с летней можно определить, и оно, как уже бьmо показано выше, при послойном уwtоmении rрунта в отсыпке в воду в 30 2,5 раза, а при раз. Такое фактическое удорожание явно не соот ветствует нормаrnвным размерам зимних удорожаний. По разделу I Норм дополнительных затрат{НДЗ--84) удорожание при производстве работ в зимнее время для rидроэнергетическоrо стро ительства составляет: для 111 температурной зоны 3,5 % (район Серебрянс кой ГЭС); дляVП зоны - 10,8 % (район Вилюйской ГЭС). На конструкции и виды работ, разцеп П (НДЗ..В4), нормами дооолни тельных затрат предусматриваются следующее удорожание на основные в~1 земляных работ: разработка грунта с погрузкой на авrосамосвалы 269 в гидротехническом строительстве для III зоны - 25 %, для VII - 55 уплотнение грунта прицепными катками для III зоны - 3,1 %, .цля зоны- %; VII 5,6%. Имеется явное несоответствие между нормами дополнительных затрат, предусмотренных НДЗ-84, и фактическими затратами, определенными на основе калькулироваJШЯ затрат по элементам работ. Так, в п. 4 обIЦИХ по ложений говорится, что нормами учтены все дополнительные затраты, связанные с усложнением работ в зимнее время. Практика этого не под тверждает. При зимней укладке связных грунтов основные удорожания, кроме снижения производительности механизмов и труда, падают на применение теmювых машин, электропроrрев грунта, использование хлоридов и т.д., и удорожания, вызванН:ые этими факторами, на порядок выше предусмот ренных нормами. Вероятно, следует разработать сметные цены на специальные виды зим них работ вместо норм дополнительных затрат, вызванных зимними усло виями. Единичная стоимость бетона, особеmю на привозных материалах, на Се вере значительно возрастает. Так, 1 м 3 монолитного железобетона на Ко лымской ГЭС стоит 123,3 руб./м 3 , а на Нурекской и Чарвакской ГЭС 47,1 и 31,1 руб./м 3 соответственно. Однако эти данные не свидетельству ют об энергоэкономнческой нецелесообразности строительства гидро электростанций в районах северной климатической зоны. В соооставимых вариантах ТЭС и АЭС расход привозных материалов еще более возрастает, и следовательно, стоимость ТЭС и АЭС в северных районах будет значи тельно выше, чем в центральных районах. Так, удаленные затраты металла на 1 кВт установленной мощности ГЭС составляют в среднем около в то время как эти показатели для ТЭС - 50 и АЭС 30 кг, - 80 кг. 10.З. Анализ структуры сметных затрат и пути снижения сметной стоимости В табл. 10.6, которая составлена по даlПiым фактических сметных расчетов, приведены данные по 16 гидроузлам [28,87]. Как и при состав лении укруrrnенных показателей стоимости, за основу принята стоимость строительно-монтажных работ основных сооружений (глава которая принята равной 100 %. Капиталовложения по 2 сметы), остальным 12 гла вам сводной сметы раздела А даны в процентах стоимости строительно монтажных работ по главе 2. Кроме того, при анализе главы 2 отдельно рассматриваются стоимость оборудования, входящая в главу 2 раздела А, и полная стоимость строительно-монтажных работ по главе 2 с учетом обо рудования. Главы 8 ("Временные здания и сооружения") и 9 ("Прочие работы и затраты") анализируются отдельно по каждому виду составляющих их затрат(в процентах от строительно-монтажных работ главы 2). Сметные затраты по разделу Б ("Постоянное жилищное и культурно бытовое строительство") приводятся в процентах от затрат по разделу А, взятых без стоимости работ по главе 13. 270 .... -------- Основную часть смеrnой стоимости составляют затраты на объекты производственного назначения, т.е. основные сооружения (глава 37-52 %. 2 сметы) В зависим:ости от района строительства, его освоенности, необ ходимости строительства производствеШ1ых баз, временных и постоянных жилых поселков и др. эти соотношеm1я могут изменяться. Удельный вес стоимости основных сооружений будет возрастать при каскадном методе освоения рек на всех последующих ГЭС после головной, так как будут использованы базы и поселки головной ГЭС (например, Серебрянская ГЭС-2, Вилюйская ГЭС-3, Майнская, У стъ-Среднеканская ГЭС). Стоимость основного оборудования также изменяется в зависимости от показате лей ГЭС, условий строительства, состава и стоимости основных сооруже ний. Удельная стоимость основного гидросилового оборудования может изменяться от 25 до 30 % ,цпя ГЭС с относительно дешевыми основными сооружениями (на Красноярской ГЭС этот показатель еще вьШiе - 33 ,4%), до 8~ 12 % для ГЭС с дорогостоящими основными сооружениями. Рас смотрим более подробно другие главы по даIО:Iым табл. 10.7. Затраты по главе 1 ("Подготовка территории строительства") обычно составляют оnюсительно малую долю, особенно для северных районов, и зависят от застроенности территории. В Главе 3 ("Обьек1ЪI подсобного производства и обслуживающего назначения") удельный вес затрат обычно определяется компоновкой сооружений и обслуживающих служб и составляет 1,5-2 %, иногда 4 %. Глав.а 4("0бъекты энергетического хозяйства") является одной из важных статей расходов, и сумма затрат по ней uпределяется энергети ческой освоенностью терршории. Так, затраты по главе ГЭС составляли 6,02 %, а на следующей степени каскада 4 - на Братской У сть-Илимс кой ГЭС -менее 4 %. На Серебрянской ГЭС-1 - 9,63, а на ГЭС-2 - уже только 2,57 %. Затраты по главе 5 С~Объекты транспортного хозяйства и связи") за висят от транспортных условий и определяются транспортной схемой доставки грузов. Необходимость страительства подъездных дорог от Братска(LI..юссейных и железнодорожных) вызвала значительные затраты на Усть-Илимской и Богучанской ГЭС (соответственно 26,5 и 39,48 %) . На Серебрянской ГЭС-1 эти затраты составили почти половину сметы, что бьшо вызвано необходимостью прокладки автодороrи от Мурманска до района строительства в пос. Туманный. На Курейской ГЭС, Вилюйской ГЭС-3, Тельмамской и Колымской ГЭС затраты на транспорrnые соору жения превышают 10 %. Снижение транспортных. затрат может быть обеспечено за счет более правильного прогнозирования развития района с учетом использования дорог для участков обычно создаваемого терри ториального комплекса и соответствующего долевого участия в их стро ительстве(Бурейская ГЭС, ВШiюйская ГЭС-3 и др.). На Усть-Хантайской ГЭС при строшельстве и эксплуатации основные материалы доставлялись водным и воздушным транспортом, поэтому здесь затраты в главу 5 не большие. Если дороги целесообразно строить лишь для временной эксrmу атации, то расходы вЮiючаются в главу 8. Освоенностью района и характеристиками топографических и геологи ческих условий определяется стоимость прокладки внешних и внутри- 271 Табпица 10.6 Наименование разделов сметы, глав и затрат по видам работ Номер главы БоrучаиУстьИлимская екая гэс гэс Красиояр- Саяиоекая ГЭС lllyшeиекая ГЭС Усть-Хантайская гэс Курейская гэс Зейская гэс 0,15 38 0,48 39,8 2,3 25,5 1,6 47,8 1,36 48,6 0,16 49,9 3,42 36,8 1,93 47,7 26,06 25,66 28,22 33,4 24,31 14,17 25,08 21,87 124,06 125,66 128,22 133,4 124,31 144,17 125,08 121,87 0,24 0,74 0,8 0,6 4,43 1,09 5,82 2,41 6,02 2,62 3,73 26,5 7,06 39,48 0,7 8,4 1,32 18,14 4,06 0,85 5,05 11,18 0,95 8,31 0,27 0,37 0,5 0,5 0,08 0,68 1,45 0,30 0,14 20,81 0,75 23,02 1,45 29,73 0,7 15,53 0,85 16,43 0,43 31,65 0,56 59,86 0,93 22,97 13,94 1,11 16,03 0,64 19,51 1,42 6,3 0,6 9,06 0,88 5,34 14,97 16,71 27,27 10,80 5,54 Раздел А 1 Подготовка территории строительства 2 гэс Братская Объекты основного производственного назначения (СМР) без стоимос- ти оборудования (приняты за 100%) Стоимость оборудования и прочие затраты Всего по главе 2 (с учетом стоимости оборудования и прочих затрат) 3 Объекты подсобного производства и обслуживающего назначения Объекты энергетического хозяйства 4 5 Объекты транспортного хозяйства и 6 Внешние сети и сооружения водоснаб- связи жения, канализации и теплофикации 7 8 Благоустройство территории mдроузпа Временные здания и сооружения В том числе: подсобные предприятия временное жилье - ;; временные дороги временные сети ~ " !" временные электроснабжение 9 Прочие работы и затраты В том числе: зимнее удорожание транспорт привозных материалов 1.76 3,62 1,592 3,10 0,60 1,90 1,39 1,80 1,23 3,77 3,79 3,36 4,89 7,85 2,97 1,32 3,78 1,53 43,63 1,33 45,36 1,83 66,46 3,03 32,5 2,07 23,44 0,42 53,89 0,17 68,12 0,35* 45,52 12,30 1,95 17,56 2,22 17,30 13,85 0,14 11,80 4,7 10,26 1,55 12,41 5,91 0,99 12,96 1,14 1,86 0,88 13,48 3,94 0,49 0,55 21,82 24,23 14,33 удорожание электрознерrnи ем льгот для работников 10,97 13,51 11,97 О,46 0,31 1,08 О,23 0,37 0,38 0,75 0,69 0,01 3,06 85,34 0,08 7,41 46,34 0,04 11,65 132,01 0,03 5,4 44,2 0,06 6,67 36,52 5,81 1,65 0,1 12,33 3,22 0,06 8,44 16,81 262,75 255,09 392,56 210,39 209,67 200,65 271,86 209,32 286,81 14,09 280,75 14,89 420,78 25,01 243,79 24,7 233,98 15,30 214,82 3,73 296,94 10,81 231,19 20.64 Kpall- него Севера 10 Содержание дирекции строящегося премриятия и авторский надзор 11 12 13 0,12 1,27 затраты на вымату надбавки з~ подвижно!! характер работ затраты, связанные с применени- Подготовка эксппуатащюнных кадров Проектные и изыскательские работы Работы и затраты по созданию водохранилища Итого по разделу А (без стоимос- ти оборудования и прочих затрат по главе 2) В сего по разделу А Раздел Б, % затрат по разделу А (без затрат по главе 13) --· 2,34 1,24 1,44 перевозка рабочих С> - 4,38 0,66 0,72 н связь ~ --~--- Продолжение табл. 10.6 Номер Наименование разделов сметы, Бурей- Вилюй- Вилюй- Тельмам- Майи- Колым- Серебрян- Серебрян- главы глав и затрат по видам работ екая екая екая екая екая екая екая екая гэс ГЭС-1 ГЭС-2 ГЭС-3 гэс гэс гэс ГЭС-1 ГЭС-2 2,58 45,6 1,36 52,3 2,1 45,7 2 48,5 3,23 47,4 3,38 45,2 0,64 39,6 0,60 71,8 30,88 17,08 12,3 8,6 77,3 11,4 11,97 17,25 130,88 117,08 112.3 108,6 177,3 111,4 111,97 117,25 5,54 1,34 0,7 1,5 4,78 2,68 3,76 0,60 2,21 1,63 0,75 0,29 6,2 10,78 3,36 10,15 4,62 11,93 1,25 12,78 9,63 50,01 2,57 2,54 1,91 2,73 0,9 2,26 0,31 0,13 0,28 0,50 27,73 1,57 17,91 0,70 24,55 0,50 23,74 1,39 21,06 0,27 40,18 0,65 36,12 0,88 15,17 20,99 7,09 10,38 10,98 5,95 Раздел А Подготовка территории строительства Объекты основного производственного назначения (СМР) без стоимо- 2 сти оборудования (приняты за 100%) Стоимость оборудования и прочие затраты В се го по главе 2 (с учетом стоимоС'Пt оборудования и прочих затрат) Объекты подсобного производства 3 и обслуживающего назначения Объекты энергетического хозяйства 4 5 Объекты транспортного хозяйства и связи Внешние сети и сооружения водоснаб- 6 жения, канализации и теплофикации Благоустройство территории гидроузла 7 8 Временные здания и сооружения В том числе: 16,48 подсобные предприятия . ;; временное жилье временные дороги временные сети временные электроснабжение 4,89 0,99 3,69 1,68 1,93 24,20 4,35 4,43 2,93 20,85 1,82 3,03 4,10 12,70 3,59 6,08 2,77 3,98 1,14 2,46 1,64 37,13 29,28 и связь перевозка рабочих 9 Прочие работы и затраты В том числе: зимнее удорожание транспорт привозных материалов удорожание электроэнергии 0,41 * 34,22 1,40* 54,12 0,35 56,15 0,83 50,49 2,26 29,96 0,77* 44,42 12,57 1,97 0,38 21,32 17,21 4,04 15,92 7,20 12,37 6,19 0,21 18,55 0,84 0,24 0,07 15,63 15,45 12,72 затраты на выплату надбавки за подвижной характер работ затраты, связанные с применением 7,53 18,89 20,94 13,79 0,57 0,24 0,7 0,6 0,87 0,53 0,77 0,73 0,47 8,21 32,88 4,8 6,45 6,5 10,07 0,1 8 4,57 0,15 10,32 21,11 0,10 8,60 7,08 0,25 8,06 4,53 0,17 10,71 218,45 191,56 219,35 206,Ql 211,68 221,58 251,68 163,53 249,33 10,63 208,64 7,72 231,65 15,05 214,61 14,55 288,98 3,21 232,98 5,78 263,65 34,5 180,78 15,43 льгот для рабо111Иков Крайнего СР.Вера 10 Содержание дирекции строящегося предприятия и авторский надзор 11 12 13 Подготовка экСtUiуатационных кадров Проектные и изыскательские работы Работы и затраты по созданию водохранилища Итого по разделу А (без СТОИМОС'Пt оборудования и прочих затрат по главе 2) В сего по разделу А Раздел Б, по главе % затрат по разделу 13) А (без затрат * Затраты учтены в главе 9 сметы. Пр им е чан и е. Знак"-" означает, что тоЧJIЫе данные отсутствуют. N -.1 "' построечных ва 6). сетей водоснабжения, канализации и теmiофикации(rла Затраты на благоустройство территории в объектах, рассматриваемых в табл. 10.7, не превышают 1,5 %. Наибольumй интерес представляют затраты по главе 8 ("Временные здания и сооружения"). Как правило, эта глава наряду с главой 2 сметы является определяющей для подсчета сметной стоимости ГЭС и обеспече ЮIЯ нормального хода работ по ее строительству. Ориентировочно эти затраты в болышmстве случаев достиrают до 30 % общей стоимости, иногда превышая 40-50 % затрат по главе 2. Детальный анализ главы 8 показывает, что объем затрат в значительной степени зависит от состава временной производственной базы и жЮlья. Значительно снижаются они при каскадном строительстве, когда строительство последующих ступе ней каскада базируется на ранее построенном хозяйстве и жилье. Высокие затраты и трудоемкость работ по главе 8 сметы предопределяют необхо димость сокращения их. Снижение же стоимости и трудоемкости работ может быть достигнуто за счет уменьшения объемов работ по подсобным хозяйствам и жилью и увепичеlDfЯ шщустрналъности конструкций этих хозяйств. Таtиица Номер Районы страны Наименование главы главы Евроnей· екая часть, Северный Кавказ и Закавквэье 1 Подготовка территории Горнъ1е райокы Ср.щией Сибирь и Казах- Азии и Кав- стаи Приравнен· ные к Крайнему Северу J(8З8 5 5 4 4 2 2 2 4 1 1 2 4 строительства з Объекты подсобноrо производственного обсnуживающеrо наэначelПIJI 4 Объекты энер:rеmческого хозяйства 4.1 По расчету в ооответсrвии с проеk'l'Ом Вне1Ш1Ие пюmи электро-передачи 5 Объекты транспорmого 4 7 хозяйства я связи 5.1 s 5 По расчеrу в соотве'fС'IВии с проектом Внепmие подьездные дороrи (для каналов - дорога вдоль канала) и линии дальней связи 6 Наружные сети и соору- 1 1 1 1 1 1 1 1 жения воnосиабжения, канализации, теплоснабжеиия 7 Благоустройсrво территор ин 276 10.7 Продолжение табл. Номер Районы страны Наименование rлавы 10.7 главы Европей Горные райо Сибирь и Приравнен· ская чзсть, ны Средней Казах- ные к Край- Северный Азии и Кав стан нему Северу Кавказ каза и Закавказье 8 Временные зцания и 16 23 21 16 сооружения 8.1 8.2 9 9.1 Времеюп.1е поселки По расчету в соответствии с проектом Перевозка рабочих Тоже П рочне работы и затраты 11 ЗиМЮlе уцорожаню1 От 13 15 1,2 до 16,5% от глав 1-8 в 17 зависимости от температурной зоны по НДЗ-84 9 .2 Дополнительные затраты По специальным нормативам ЕРЕР-84 в от СМР гл. 1-8 на транспорт привозных % материалов 9.3 9 .4 Подвижной характер По расчету в соответствии с проектом Льготы длJI работающих По расчету в районах, приравненных к Крайнему Северу 10 11 ConepжВJD1e дирекции Подготовка эксплуата 0,6 0,1 0,6 0,1 9 9 0,6 0,1 0,6 0,1 ционных кадров Проектно-изыскатель- 12 ские работы (без стои 10 10 мости сосrа:вления ТЭО) Работы по созданию водо 13 По отдельным расчетам хранилища Тщательному анализу должны подвергаться правомерность отнесеЮIЯ к rлаве 8 затрат на создание подсобных хозяйств и жилья ШIИ создания постоя1П1ых баз стройиндустр:ии и пocrommoro жилья. В том случае, когда строительство ведется в новом районе, осваивает ся новая территория и временные здания и сооружения по существу яв ляются объектами стройиндустрШi длительной эксплуатащm, необходимо рассматривать их как постоя1D1ые. При этом бывает достаточно незначи тельно увелИ'Пfть затраты на возведеЮlе этих объектов, чтобы построить их более фундаментально и превратить в постояЮiо действующие предпри ятия по иэrотовл ению сборного железобетона, строительных металло конструкций, домостроению, ремонту строительных мanrn:н и т.д. Если доказана целесообразность использования в дальнейшем предприятий и жЮiья, то затраты на их создание должны быть разделены между "дольщи ками'' или вынесены в отдельную специальную смету по стройиндустрии и жилым поселкам. Проrрессивными, как уже отмечалость выше, являются каскадный ме тод строительства, а также вахтенный и экспедициоЮiый способы ведения работ. В этом случае в rлаву 8 сметы включаются затраты на перевозку 277 рабочих, которые окупаются за счет снижения объема новоrо жипищноrо строительства или строительства его в уже освое~mых районах. Глава 9, несмотря на ее название "Прочие работы и затраты", имеет большой удельный вес в общей стоимости(на строительстве Курейской ГЭС до 68 % затрат по главе 2) особенно для районов Северной стро ительно-климатической зоны. В эту главу включаются удорожания, свя занные с суровыми климатическими условиями, транспортные затраты на перевозку материалов, а также въпmаты надбавки за подвижной харак·тер работ и льготы для работников Севера. Эти затраты вполне правомерны, так как деляются они установлены по соответствующим нормативным строительства в документам. законодательством и опре При IUiанировании объектов северных условиях необходимо заранее рассчитывать на такого рода удорожания объектов по сравне~mю со строительством аналогичной мощности ГЭС в умеренной климатической зоне. Главы 10 и 11 объединяют затраты на эксплуатационные нужды содержание дирекции строящейся ГЭС и подrотовку будуu.щх эксrmуата ционных кадров, которые составляют около 1 %. Глава 12 сметы содержит затраты на проектные и изыскательские ра боты составление проекта, рабочее проектировЗЮfе, изыскания под сооружения и их обоснование, научно-исследовательские работы. В состав этих затрат входят расходы на содержание групп рабочего проектирования на месте строительства, авторский надзор, на разработку проектов произ водства работ по сложным объектам основных сооружений и в среднем не превышают 8 %, иногда поднимаясь до 10 %. Меньшие затраты имеют место на объектах с однотиm1ым Шfженерным решением в аналогичных створах. Стремление к сокращению проектных и в особеююсrи изыска тельских затрат может привести к недостаточному изучению условий строительства. Это вызывает удорожание строительства в последующем, намного превышающее экономию на проектных работах, создает непред виденные осложнения в процессе производства работ, как это имело мес то при строительстве Вилюйской и Колымской ГЭС. В главу Определение 13 включены затраты на подготовку водохранилища ГЭС. реальной стоимости водохранJUiища - один из наиболее сложных вопросов сметных расчетов, связанных с освоенностью затаIUiи ваемой территории, ее заселением, наличием природных богатств и полез ных ископаемых и затратами по охране окружающей природы. Затраты во многом определяются социальными вопросами и устанавливаются ря дом государственных законодательных актов. Следует отметить, что при освоении водохранилищ происходит полное обновление народного хо зяйства и жилого фонда и поэтому относить все затраты по водохрани лищу на энергетику нецелесообразно. В проекте эти затраты должны быть разнесены по соответствующим: отраслям народного хозяйства. Затраты по подготовке водохранилищ непрерывно возрастаютJ только за последние годы, по данным проектов и смет, они возросли в 10 раз. Затраты на подготовку ложа водохранилища в ряде случаев равны или даже превышают затраты на объекты главы 2. Гидропроект рекомендует для определения сметной стоимости более укрупненные соотношения УПС ГЭС-84(табл. 278 10.7). Анализ табл. 10.7 по- казывает, что для перехода от сметой стоимости главы 2 к общим капи таловложениям по гидроузлу можно пользоваться осредненным коэффи циентом 1,45 для центральных районов и не менее 1,9 для районов Край него Севера и приравненных к ним. Из анализа затрат по разделу Б ("ПостоЯJП1ое жилищное и культурно бытовое строительствон) следует, что они 1~олеблются весьма значительно (от 3 до 35 %) в зависимости от включения большей или меньшей доли в раздел А(времеJШое жилье) ЮIИ наличия базового поселка на построен ной ГЭС первой ступени каскада. По рассматриваемым районам стро ительства ГЭС эm затрать~ составляют 10--20 %. Необходимо отметить, что в последнее время наблюдается тенде1ЩИя к значительному улучшенюо типа застройки, повышению комфортности, повышению нормы жилIDiощади, степеШf благоустройства, расumрению строительства обь ектов соцк:улыбыта. Однако все это увеличивает долю расходов по разделу Б. Естественно, что затраты, связаюrые с улучшением качества жилищного и культурно-бытового строительства, а также затраты на подготовку водохранюmща, осуществление соответствующих мер по охране окружа ющей среды увеличивают долю сопутствуюllUiХ затрат и уменьшают долю расходов на основные сооружения. Эта те~щенция характерна не только для строительства ГЭС в северных условиях. Правильное разнесение затрат по участкам гидроэнергетического комплекса должно дать более реальные энергоэкономические показатели гэс. 10.4. Трудозатраты в строительстве Снижение трудоемкости строительства - одна из важнейll.DIХ задач в работе по повышенюо эффективности, особенно в районах с суровым климатом. Это, во-первых, чисто социальная задача - уменьшение коли чества рабочих, работающих и живущих в трудных условиях суровоrо климата. Во-вторых, в coвpeмelffioй демографической обстановке, когда прирост населения снизился, необходимо стремиться к уменьшеюuо пот ребносm в рабочих. В-третьих, следует помЮ1ть, что в среднем обустройст во одного работающеrо на Севере стоит 12-15 тыс. руб., а в особо отда ленных районах эта стоимость доходит до 30 тыс. руб. С учетом коэффи циента семейности 2,2 обустройство одного работающего стоит 30-60 тыс. руб. При средней выработке 15-18 тыс. руб. в год он более двух лет будет ''обрабатывать'' только себя. Анализ данных строительств и Гидропроекта позволяет установить, что трудозатраты во многом зависят от природных условий, типа соору жений и района расположения строительной площадки. Необходимо отметить, что аналогично распределению денежных затрат по смете трудозатраты на возведение основных сооружений составляют около половины. Причем они уменьшаются по мере продвижения в необ житые районы. Бoльllllie трудозатраты требуются цля создания произ водствеЮ1ой базы и поселка, поэтому эти сооружения, как уже отмечалось ранее, должны быть максимально унифицировань1 и индустриализирова ны. 279 ТаблиЦQ 10.8 Удельные затраты Район строительства и ГЭС чел. • 1111/кВт чел. · nн/(кВт·ч) Европейская часть: Киевская, Ппявиньская, Саратовская, Рижская, Каневская 13А Средняя Азия, Кавказ: Чарвакская, Капчагайскаяt Чиркейска.я, Токтогулъская, Нурекская, Рогунская, Миатлинская, Шамхорская, КУРпсайская Сибирь: Иркутская, Новосибирскаяt Бухтармивскu, Красноярская, Братская, Усть-Илнмскu. Саяно-Шушенская, Зейская 2,65 10,3 Крайний Север: Вилюйская, УС'ГЬ-ХантайскаJ1, Колымск&JI S,24 Наиболее характерными показателями являются удельные трудозатра· ты на вводимый Анализ табл. 1 кВт 10.8 мощности и 1 кВт•ч выработки (табл. показывает, что трудозатраты на 10.8). 1 кВт резко изме няются по мере продвижения на Крайний Север, возрастая rючти вдвое против европейской части страны(24,4 против 13,4 чел.·ТJ)i.ей/кВт). В то же время удельные затраты в значительной степени зависят от общей эффек тивности rидроузла(налор, расход, мощность и выработка, компоновка и объемы работ) . На крупных гидроузлах Сибири - Красноярской, Брате· кой ГЭС удельные затраты даже меньше, чем на rидроузлах в европейс кой части. На факmческие трудозатраты в основJЮм отр1Щательное влияние оказывает продолжительность строительства, так ительства всегда приводит к росту трудозатрат. как затягивание стро ~- _. ___ -~ ~-~ _" --·------------"- ......~•- ....... ....__ .... ___ --=--... ~ ..... --~----- BblBOДbl И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СТРОИТЕЛЬСТВА ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ В СЕВЕРНОЙ СТРОИТЕЛЬНО-КЛИМАТИЧЕСКОЙ ЗОНЕ Конструктивные и компоновочные решения Компоновка и конструкции rидроэнерrетических узлов должны 1. обеспечивать: надежную эксrutуатацию с заданными технико-экономическими показа телями; строительную технологичность конструкцийt т .е. тип сооружения, тех нология и строительное оборудование должны обеспечивать максималь ное снижение затрат и максимальное повышение производительности тру да во всех технологических операциях при сооружеЮ1и и экcIUiyaтal.l)fи конструкций. 2. Решающее влияние на выбор компоновки гидросооружений и техно лоrЮf их возведения в условиях суровоrо климата С ев ера оказывают ге ологические условия: наличие вечномерзлых rрунrов личных распространения, турному по характеру режиму (на склонах чения - талых или мерзлых мерзлых, под руслами круглогодичного ведения в основаниях, раз генезису, льдистости грунтов, а часто и и темпера тех и других - талых) и необходимость обеспе работ в условиях Ю1зких температур. Поэтому при проектировании обязательно должен быть составлен проr ноэ температурного режима оснований и сооружений на всех стадиях строительства и первых лет зксrmуатации. Кроме геологических условий решающую роль при выборе компонов ки гидросооружений иrрает rидролоrический режим рек, который харак теризуется большой неравномерностью стока - почти полным снижением его в зимнее время и очень высокими значениями паводковых расходов в весенне-летний период(до 20-30 тыс. м 3 /с). Крупнейпmе реки Севера - Ангара, Енисей, Лена, Обь характеризуются паводковыми расходами до 100 тыс. м 3 /с. Важным фактором является также сложность транспорrnой схемы при освоении отдаленных районов, что диктует необходимость сокраще ния объема привозных материалов местных материалов, особенно и максимального использоваюtя при возведении таких материалоемких сооружений, как IUiотина. В северных условиях наиболее рациональными и перспек'J'ИВными яв ляются плотины из грунrовых материалов. Характер работы системы "основание - грунтовая плonmat~ позволяет снизить требоваюш к дефор маmвным свойствам оснований, а конструкlUIЯ грунтовой :rрютины - следовать за различного рода деформациями оснований. Технология воэ- 281 ведения грунтовой mютины дает возможность внедрить коммексную механизацию работ и снизить трудозатраты на их возведение. Накомен ный отечественный и зарубежный опыт свидетельствует о возможности строительства грунтовых IUiотин из любых грунтов и на любых основа ниях, в ладкой том числе и на вечномерзлых, практически круrлогодично, с ук связного грунта при температуре наружного воздуха до -407-45 °С как "насухо", так и укладкой грунта в воду. Однако на скальных основаниях и при паводковых расходах более 1О ООО м 3 /с может оказаnся более целесообразным строительство бетон ных rmотин, поскольку пропуск строительных и эксплуатаwюнных рас ходов в этом случае проще и экономичнее, чем при строительстве грунто вых IUIOПIH. 3. В условиях Северной строительно-климатической зоны при соот ветствующем технико-экономическом обосновании могут быть примене ны следующие компоновки гидроузлов: грунтовая шютина, подземное здание ГЭС, туннели для пропуска строительных и эксплуатационных расходов; грунтовая rmотина, надземное здание ГЭС, туннели для пропуска строительных и эксrmуатационных расходов; грунтовая плоmна, надземное(подземное) здание ГЭС, комбинирован ный пропуск строительных расходов: меженных расходов через туннели (трубы) и паводковых с переливом поверх недостроенной mютины; бетонная шютина, пропуск расходов реки через гребенку (донные от верстия), приrтотинное здание ГЭС) двухочередные котлованы; бетонная плотина, пропуск расходов реки через туннели, приплотин ное (береговое) здание ГЭС, однокотлованное производство работ; русловое здание ГЭС (при средних и низких напорах) с совмещенными водосбросами для строительных и эксШiуатационных расходов (или во досливной плотиной), перекрытие остальной части русла грунтовой ruю тиной. В условиях Крайнего Севера наиболее целесообразна первая из пере численных компоновок гидроузла, включающая ~щотину из грунтовых материалов и подземное здание ГЭС с пропуском строительных расходов через туннели. При такой компоновке возможно круглогодичное веде ние работ в опюсительно благоприятных условиях. 4. В настоящее время рекомендуются два основных метода стро ительства грунтовых плотин в Северной климатической зоне: с сохране нием грунтов основания и тела rmотины в мерзлом состоянии или с допу щением их оттаивания, т.е. сооmетственно так называемые "мерзлый" и "талый" типы ruютин. При выборе типа mютин решающим является температурный режим противоф:илырационноrо устройства в период эксrтуатации. В температурном режиме и методе счюительства rоютин на вечномерзлых основаниях необходимо рассматривать систему "основа ние - ШJртина называемыми - водохранилище" как единое целое, не оrраничиваясь так прюrципами использования мерзлых грунтов в основании сооружений согласно СНиП II-18-76. При технико-экономическом обосновании можно допустить в одном створе строительсmо плотины по комбинированному "талому" и "мерз- 282 лому'~ типу, обеспечив при этом стаmческую устойчивость и фШiьтраци онную прочность грунтов оснований в зоне сезонных перемещеJШЙ нуле вой изотермы. 5. Конструкnmно грунтовые IDiотины "талого" типа, сооружаемые в условиях Крайнего Севера, мало отличаются от грунтовых ШIОТИН, возво димых в средних nmpoтax. Специфические условия возведения в основ ном влияют на решеJШе дренажных устройств и требования, предъявля емые к материалам для уЮiадки в зоны сооружений, подверженных воз действию колебаний температуры наружного воздуха. 6. Для противофильтрациоЮiых элементов IDIОТИН рекомендуются, как правило, искусствеЮ1ые грунтовые смеси с заданными физико-механичес кими свойствами. Удобоукладываемые грунтовые смеси с высокой поло жительной температурой можно получать как буртоваюt:ем грунтов в теп лое время года с сегрегацией материала смеси, так и с помощью специ альных проJ\.IЬППпен:ных установок, позволяющих в зимнее время не толь ко отогревать мерзлый грунт, но и обогащать ero необходимыми фрак циями. При проектироваюm плотин с грунтовыми противофилырационными устройствами особое вIШмаюfе следует обращать на влияние влажности составляющих грунтов на однородность получаемой смеси. Необх,одимо проводить опыmо-производственные исследования по получеШIЮ искусст венных грунтовых смесей с заданным гранулометрическим составом и влажностью в зимнее время из обогащеЮ1ого мерзлого связного грунта, разрабаТываемоrо непосредственно в карьере с помощью специальных установок типа суnnmьных барабанов с огневым подогревом. Учитывая высокую трудоемкость получения искусственных грунтовых смесей, необходимо изучать возможность применеJШя более экономичных противофШiырационных устройств из привозных материалов - диафрагм из металла, асфальтобетона и различного типа экранов и др. 7. На Крайнем Севере предпочтительнее rmоТШiы ''талого" типа с экра ном (Вилюйская ГЭС, ГЭС на Кольском полуострове), так как это позво ляет возводить упорные призмы независимо от сроков возведеЮIЯ экра на. Однахо, когда используются грунты с низкой несущей способностью, предпочтение следует отдаваtъ IUiотинам с ядрами(напримерt Шionmы У стъ-Хантайской ГЭС). 8. Для северных районов должен найти широкое применеЮ1е так назы ваемый бескотлованный способ возведения IDIOTШI, т.е. сооружение их без расчистки основания, а следовательно, без устройства перемычек и водоотлива, с искусственным закреплением слабых грунтов и созданием в теле Шiотины водонепроницаемого ядра цементацией (как запроекти ровано и вьmолнено на АтбашЮiской, Майнской ГЭС и др.). Для обеспечения надежного сопряжения с основанием и возможности последующего закреWiения выветрелой и разрушенной части коренных пород при их оттаивании с помощью цементации в проектах предусматри вается устройство цементационной галереи на контакте коренные поро дъ1 - противофШiырационные элементы. Это требует выполнения значи тельных объемов выемок, различных зачисток, укладки больnmх объемов бетона в потерны. Для выполнения таких работ необходимо возведение 283 ~- перемычек в русле реки, отвод строительных расходов на период произ· водства работ в русле, откачка котлована и т.д. Цементашrониую галерею кроме обычных конструкций в основании mотины можно возводить двумя апробированными на прахтике спосо бами: подземным способом в скальном массиве осоования IDiотины с после· дующим возведением цементационной завесы и сопряжением ее с проти вофильтрацио1П1ЫМ устройством Шiотины; устройством на искусственной насыпи, отсыпаемой из любоrо не свяэноrо rрунта в воцу до оtметок выше бьповых уровней, и последу· ющей цементации насыпи. ВозмоЖJЮ устройство цементациоШfой галереи в водосливной упорной беrо1П1ой стенке, позволmощей совместить работы по ее строительству с укладкой rpyma в ядро 1D1оmны, как это имело место при сооружеlПIИ nлоТИНЬI Курейской ГЭС. 9. Бетонные сооружения северных гидроузлов делятся на две основные rруnпы: массивные бетоШ1ые сооружения - преимуществеШ10 плоnmы с боль шими объемами раоот; тоlfl(остенные и облицовочные бетонные конструкции; сооружения русловых и приmоТИННЬIХ зданий ГЭС, облицовки и обделки зданий ГЭС подземного и траншейного типов, облицовки каналов, водосбросов, водо приеМ1D1ков и т .д. Для сооружений первой группы rлавная проблема при строительстве - обеспечение заданного термонапряженного состояния, обусловленного внутренней экзотермией при твердении бетона и наружным неравномер ным охлаждением массивных элементов. Для уменьшения температурного перепада снижают внутренний раэог· рев и применяют теШiую опалубку. Для сооружений второй rpyпllliJ. экзотермический разогрев бетона поз· валяет укладь1вать бетон методом "термоса'~ на мерзлое скальное основа Юlе. 1О. Конфигурация бетоШ1ых rшотин должна быть максимально простой и все сопряженные сооружения должны быть по возможнос'nl вынесены эа пределы плоnmы: турбинные водоводы на Ю1зовую грань ШIИ в берего вые сооруже1D1я~ водосливы должны быть либо rюверх.носmыми, либо максимально эаrлубленными(донными) t причем целесообразно совме щать строительные и эксШiуатациоШiые водосбросыt это позволяет макси· мально мехаюtзировать бетоюrь1е работы и свести до МJU1Имума приме неlDfе ручного труда. Сооружения следует проекm:ровать с учетом метода производства работ~ а не "привязывать" затем методы производства к сооружениям, т.е. сооружения должны быть технологичны для стро ительства. При краново-цикличной технологии укладки бетона и столбчатой разрезке моmны даже при максимально достигнутых размерах блоков 11. добиться существенного увеличения производительности бетоноукладоч ноrо коммекса традици:оmrыми способами практически не удается. Не обходимо изменять технологюо бетонирования. транспортировку бетона и ero 284 укладку. При разрезке сооружений на длинные блоки(от верхнего бьефа до нижнеrо) или при неомоноличиваемых конструкциях необходимо приме нять укатанный бетон: особо жестЮ1е бетонные смеси слоями до 1 м, уп лоmение бетона виброкатками и использование комШiекса механизмов 12. для приемки, разравЮJваюur и уплотнеЮIЯ бетона и нарезки межсекцион ных швов. По данным зарубежного опыта, жесткий малоцементный укатанный бе тон в 2-2,.S раза дешевле обычного виброукладываемоrо бетона. Для удлинения строительного сезона в этом случае следует применять противоморозные добавки, обеспечивающие укладку бетона при низкой температуре наружного воздуха. Должнъ1 быть пересмотрены требования по зональносm укладываемого бетона по водонепроницаемости и морозостойкости. Иногда даже целе сообразно с целью обеспечения единой марки бетона для всего массива бетона применять водонепроницаемые экраны и диафрагмы с верхнего бьефа и теШiозащитные экраны нижнего бьефа и укпадьmать в ц~нтраль ную часть тела плотины малоцемеIПные слаботермичные жесткие смеси, обеспечивающие значительное снижение расхода цемеIПа, стоимости и трудоемкости(Бурейская ГЭС и др.). 13. При возведении тонкостенных и облицовочных бетонных конструк ций должны широко применяться удобоукладываемые составы (со спе циальными добавками), а также литые бетоны, обеспечивающие nmро кую механизацию подачи бетонной смеси и укладки его без вибрирования. 14. Подземные сооружения в суровых климатических условиях позво ляют производить работы круглогодично. Это преимущество перекрывает некоторое удорожание подземных сооружеm1й по сравнению с надземны· ми. В проекте подземных сооружений в вечномерзлых грунтах должно быть учтено требоваm1е максимального сохранения при строительстве и эксrmуатации естественного температурного режима скального массива, вмещающего сооружения. Изменение температуры может привести к по явлению неожиданных труднопроrнозируемых процессов, как это про ИЗОJШ1О при возведении маn.Dала Колымской ГЭС. При образовании зо ны опаивания вокруг сооружеЮfя происходит резкое уменьшение проч ности и устойчивости горных пород и увеличение нагрузки на выработку и ее обделку. В этих условиях особое значеIШе приобретает тщательное изучение состояния пород в период изысканий и в процессе строительства и эксrmуатации. 15. Наиболее экономичными и наименее трудоемкими rюдземными сооружениями являются конструкции, позволяющие максимально ис пользовать несущую способность пород и учитывающие изменения их сос тояния. Такими конструкциями яWiяются породоанкерные своды и сте нъ1 выработок с покрыrnем поверхности набрызr-бетоном. При таком ре шении массив горной породы вовлекается в совместную работу с анкер ной креnъю. Применение породоанкерной конструкции упрощает техноло~ rические процессы и существеЮ10 сокращает продолжительность работ. По сравнению с железобетонной конструкцией обделки свода примене ние породоанкерного 25-30 %, снизить свода позволяет уменьurnть материалоемкость (металл на трудозатраты 20--30 %, на цемент на 285 50- 70 %) и сметную стоимость обделки на 30--35 %. В крепких породах рекомендуется IШiроко применять необлицованные строительные туннели и выработки под машзалы, а также транспортные и дpyroro назначения туннели. 16. Сооружения для пропуска расходов реки в период строительства и наполнения водохранилища могут быть усовершенствованы в следующем направлении. С целью сокращеШf.я стоимости и ускорения строительства целесооб- разно лепmе паводковые расходы пропускать переливом через недостро енные ruютины с устройством специальJ"lliIХ гасителей на Юtзовом клине плотины по типу, предложеююму в МИСИ [53]. Разновидность такой схемы осуществлена на строительстве Усть-Хантайской и Курейской ГЭС. Для rmomн высотой более 100--120 м необходимо разработать высоко наrюрные регулирующие затворы, чrо позволит снизить число ярусов водосброса, а следовательно, и затраты на них. Наиболее рациональным ре шением для бетонных IUiorин и, особенно, rmотин из грунтовых матери алов является расположение водосброса на Юtзких отметках с использо ванием его в период временной эксmуатации и наполнения водохрани лища, а также совмещение строительных и экcmyaтaIUfOIПfЫX водосбро сов. Опыт эксrmуатации высоконапорных водосбросов показывает, что наиболее рациональным является применеJШе для регулирования по· пусков сегментных затворов. Водоотводящие тракты водосбросов должны пцательно исследоваться с разработкой специальных противокавитацион ных требований, так как в них скорости потока достигают 50 м/с. Учи тывая сезонность работы водосбросов, в проекте нужно предусматри вать условия для осмотра и ремонта затворов и водоотводящих трактов. На реках с высокими плотинами, больlШIМИ паводковыми расходами значительные трудности возШiкают при rашенЮ1 энергии сбрасываемых расходов в нижнем бьефе{Саяно-lllушенская, Колымская ГЭС). Поэтому необходимо особо тщательно проводить выбор подпорной отметки в во дохранилище, так как на верхних О1Метках, как правило, можно полу чить доrюлнительные большие емкосm и перегулировать расходы реки. При этом следует иметь в виду, что зоны водохранилищ на Севере, как правило, слабо застроены и повышение отметки не вызовет значительного увеличеЮJя затрат. Таким образом, удалось уменышпь сбросные расхо ды почти вдвое на Зейской,Колымской ГЭС и друпiХ, что значительно упростило паводковую обстановку и гашение энергии в Юtжнем бьефе. 17. Следует уделять большое вm1мание проектированию и исследова нию экономичных поперечных и продольных перемычек. Для ускоре ния и удешевления работ успешно применены земляные продольные перемычки на строительстве Зейской~ Усть-Илимской, Саяно-IIIушенской ГЭС и др" Это дало значительное снижение трудовых затрат за счет пол ной механизации возведения перемычек и уменьшение их стоимости. Поперечные земляные перемычки значительной высоты (до 30--40 м) с целью аккумуляции воды для уменьшения пропускаемых через соору жения строительных паводковых расходов, а таюке задержания льда в верхнем бьефе выполнены на строительстве Красноярскойt Caянo-II.ly· шенской, Зейской ГЭС и др. 286 Бетонные 1. работы В первые годы строительства крупных ГЭС на Севере) основываясь на положении, что снижение трудозатрат на единицу укладываемого бе тона или на удельный напор на сооружение необходимо связывать с уменьшением общего объема укладываемоrо в сооружение бетона, в Се верной строительно-климатической зоне стремились применять бетоЮ1ые rmотины облегченного типа. Анализ технологичности и трудозатрат по возведению IUiотин этого ти па показал нецелесообразность их строительства на Севере. Дальнейшее повышение уровня индустриализации возведения бетоЮ1ых сооружений может быть достигнуто только внедрением новых конструктивно-техно логических решений, обеспечивающих ком1D1ексную механизацию всего ПJХ>цесса. 2. Для повышения технологичности, сЮ1жения трудозатрат и совер шенствования конструктивно-технологических решений могут быть ре комендованы следующие мероприятия: для массивных сооружений как с верхнего, так и с нижнего бьефов следует применять железобетонную опалубку из массивных легко мон тируемых блоков; вместо тонких бетонных густоармированных облегченных конструк ций при соответствующем технико-экономическом обосновании следует переходить на массивные блоки) где возможно осуществить достигнутый уровень механизации внутриблочных и опалубочных работ; .цля облицовочного прискального бетона необходимо применять типо вые сборно-монолитные конструкции с рабочей арматурой) сосредоточен ной в сборных элементах) что снизит трудозатраты на опалубочно-арматур ные работы; разработать новые конструкции глухих беrОIПIЫХ 1mотин с прим.енени ем малоцементных бетонов, технология возведеЮlя которых должна быть аналогична возведению грунтовых 1U1omн с формированием верхо вого и низового откосов без опалубки. 3. Mapotrnый возраст бетона различных частей IUiотины должен назна чаться с учетом календарного графика укладки бетона и наполнения во дохранилища. МароtП1ую прочность бетона массивных IШотин следует на значать в возрасте 1 года, а в отдельных случаях для крупных сооруже ний, срок строительства которых занимает более З лет, в возрасте же 3 лет. При назначении марочной npotn-1ocти бетона в возрасте предполаrаемый температурный режим твердения должен 2 и да 1 года быть таков, чтобы число градуса-дней в течение календарного rода бьmо не менее 5000. 4. При современной технологии, применяемой в JUiотиностроении, обеспечивающей заданные в проекте параметры бетона, нет никаких ос нований для использования так называемого коэффициента безопасности по бетону К5. При расчетах стаmческой работы IUiотин и назначении тре бований к бетонам по про'Пlости должны применяться на расчетные, а нормативные сопротивления бетона. Снижение содержания цемента в бето не на 40-- 70 кг/м 3 в результате такого изменения нормативных требова ний существеЮ10 повысит эффективность комплекса мер по обеспечению 287 монолиmости бетонной кладки ruютин, так как одной из главных при ЧШI термического трещШ1ообразования ·являются име1П10 высокие расхо ды цемента. Переход на жесткие малоцементные укатываемые бето1П1ые смеси открывает новые пути для приrоrовпения бетона на естествеюtых пес 5. чано-гравийных смесях без доrюлюrтельноrо дробления и обогащения, nракmчески приближает по простоте технолоrЮ1 работ бетоlПlые массив ные мотины к грунтовым плотинам. З е м е л ь н о-с к а л ь н ы е 1. ра б о т ы При использовании в качестве оснований IUiотин слабых, обводнен ных, талых или сильно льдистых мерзлых грунтов необходимо в первую очередь на основе техюtко-экономнческих расчетов выбрать оптимальное решение по улучшению строительных свойств грунтов в естественном залегании путем; массива предпостроечноrо грунтовыми сваями, опаивания, цементации, упрочнения опаявшего глинизации~ поверхностного или глубинного уплоmения, предnостроечной консолидации и т.д. Расчетные параметры грунтов основания должны назначаться с учетом календарного rрафнка возведения сооружения и их упрочнения в процес се консолидации. С целью упрочнения оснований весом сооружений рекомендуется опе режающее строительство земляных сооружеюtй: на слабых грунтах по от ношению к наполнению водохранилища. Замену грунтов оснований на привозные с лучumми параметрами по прочности и водонепроницаемости следует рекомендовать только в исключительных случаях. 2. При строительстве IUiотин "талого" типа на нескальных грунтах для сохранения оснований в талом состоянии нижние ярусы mютины ре· комендуется укладывать в воду и при соответствующем технико-эконо· мическом обосновании следует переходить на бескотловаIО1ый способ под· готовки оснований с разработкой грунтов и торфов, подлежащих удале· нию, из-под воды. В проекте орrаниэащm строительства пщротехнических сооружений в районах распространения сrmошной и островной мерзлоты более цепе· 3. сообразно предусматривать ведение работ зимой, с применением меха низмов повышеююй единичной моnnюсти. Несмотря на некоторое удоро жание, связанное с разрыхлением мерзлых грунтов буровзрывным ЮIИ механическим методом, разработка в зимнее время вечномерзлых грун тов весьма эффекmвна за счет улучшеmt:я временных дорог, отсутствия затрат на воцооmив, возможности работы с вертикальными откосами и т.д. 4. Для массовой укладки связного грунта в зимнее время наиболее простой способ получения однородного талого грунта с высокой началь ной температурой - буртование в летнее время. Дпя районов с сухим и относительно теIUiым летом при послойной разработке оттаивwеrо грун та происходят его подсушка и хорошее осреднение rранулометрического состава. Вся свободная влага испаряется. и грунтовая смесь приобретает опmмальную влажность. В этом случае складирование грунта в бурты рекомендуется через промежуточные валки. 288 В районах холодного избыrочно влажного лета для уменьшения увлаж нения грунта в процессе заготовки рекомендуется грунт после разработ ки полезной толщи отсыпать непосредственно в бурты зимнего хране ния слоями 2-3 с для повышения теmосодержания или сразу на всю вы соту бурта. Буртование грунта в отработанные скальные выемки позволяет сокра тить теmюоотери, улучllDfть температурный режим грунта и облегчает ус ловия его хране1П1Я и разработки. 5. В условиях короткого северного лета необходимо максимально сдвигать сроки заготовки грунтов на время температурами наружного воздуха и с оmосительно минимальным высокими количеством осад ков. Для районов с более сухим и теmым летом рекомендуется заготов ка грунта в валки в июне, а отсыпка в бурты - в mоле-августе. Необходимо провести исследования термовлажностной мелиорации грунтов физико-химическими методами, например добавлением негаше ной извесm:, адсорбционных добавок и т. д. Учитывая хорошее перемешивание грунта в процессе ero разработ ки и буртования, в северном rшоnпюстро еЮIИ рекомендуется максималь 6. но использовать искусствеm1ые грунтовые смеси, получаемые послойным буртованием различных разновидностей грунтов: суrлЮ1ков, глины, супесей, песчано-гравийной смеси и дресвяных отложений. Это дает воз можность максимально использовать имеющиеся в районе строительства грунты. Применение грунтовых смесей с заданными физико-механическими свойствами позволяет применять тиrювые решения при назначении отко сов IUiontн, подбору переходных зон и фильтров, назначеШfИ характерис тик укладываемых грунтов. 7. Анализ возведения ряда плоmн(каскада Нивских, Серебрянских ГЭС) способом укладки грунта в воду rюказал, что в сложных гидро геологических условиях, когда в зимнее время необходимо создать талое монолиmое ядро, этот способ эффекпmен, технологичен и позво ляет достичь высокой шпенсивности. Его следует рекомендовать при воз ведении плотин с широкими ядрами, а также IDIOnm из морены с камен ными упорными призмами, когда удельный вес дамб обвалования, отсы паемых ''насухо", не превышает 15-20 % общего объема уложеmюго грунта. Основным условием применения этого соособа является наличие де шевой электроэнергии, так как при укладке грунта в диапазоне темпера· тур наружноrо воздуха от -20 до -40 °С исrюльзование холодной воды и, как следствие, льдообразование на поверхности ПОЛЬПIЬИ могут свести на нет все преимущества этого соособа. Грунты, используемые для укладки в воду" для ускорения их консо· лидации должны содержать небольшое количество глинистых частиц. 8. В районах с влажным и избыточно влажным юtимаrом, коrда в лет· нее время невозможно оодсуUD1п. грунт до оmимапьной влажности, необходимо переходить на укладку в противофильтрационные зоны переувлажневиоrо глинисrоrо грунта с прикаткой тракторами до степени водонасьпцения, равной 19 - Зак. 1820 0,85-0,9, с mследУЮщей консолидацией грунта 289 под собственным весом. В даmюм случае целесообразно опережающее строительство грунтовых сооружений по отношению к срокам прШfятия расчеrnых нагрузок. Основные результаты наблюдений за сооружениRМИ на Севере Натурными наблюдениями доказана техническая возможность воз ведения в северных условиях rmотин высоrой до 100 м с устройством ядер(экранов) из связных грунтов широкого диапазона влажностей от 1. твердой до текучеШiастичной консистенции, укладываемых в основном в зимнее время различными способами. 2. Натурные наблюдения за строящимися и построенными грунтовыми mютинами с каменными упорными призмами подтвердили теоретический вывод о быстром и глубоком остывании камеlПfой насы1n1 в зимний пери од в первые годы существования насыпи за счет конвективного теШiооб мена. Вертикальное расслоение горной массы, обусловленое технологией производства работ по отсыпке камеШJой наброски, приводит к качест венному и количественному перераспределению в ней конвективной сос тавляющей те:Плообмена. С удале1Шем от 1Шэового откоса ВЛИЯШl.е кон векции уменьшается. В Шiотинах "талого" типа температурный режим обратных фильтров должен обеспечить безнапорный отвод фильтрующей через противофилы 3. рационный элемент воды. Вследствие этого на стадии разработки проекта следует делать проверочные расчеты отеrmяющеrо воздействия фЮiьтра циоmtоrо потока на систему "ядро(экраи) - обратные фильтры". Сле дует также изучить вопрос о целесообразности делать более водопрони цаемые ядра(экраны) для сохранения фильтров в талом СОСТОЯНIDI в экст ремальных условиях. Доказана возможность промораживания отдельных зон ядра ( экра 4. нов) , возводимых в зимнее время, с образованием криогенной текстуры уложеmюго грунта, длительные наблюдения за построенными шютинами не выявми каких.-:Пибо негативных процессов вследствие последующего протаивания промороженных зон в процессе эксШiуатации. 5. При использовании для противофильrрацио1mых злементов IDiотин переувлажненных связных грунтов расчет статической устойчивости, фмырационной прочности и напряжешю-деформированноrо состояния необходимо проводить с учетом значительных осадок связных грунтов в период строительства и первых лет эксIDJуатации, а также возможности образования рыхлых смерзшихся прослоек связного грунта и образова ния зон раэуIDiоmения и их отrаивания. Размеры фмыров и переходных зон должны быть соизмеримы с размерами противофилырациоШ1ых. зон rmопmь1(1U1отины Усть-Хантайской, Курейской ГЭС). Основание Шiотин в бортовых примыканиях следует уполаживать и делать, по возможносm, симметричными. С учетом возможноrо промерзания отдельных зон rmomн следует производить подбор rранулометрического состава фильтров. 6. Отсыпка каменных призм IDiотин слоями по 2-3 м почти в 2 раза снижает осадки каменной наброски, поэтому там, где это возможно по 290 технологическим и экономическим соображениям, следует рекоме1Щовать послойную отсыmсу горной массы. Натурные наблюдения показали, что в Шiотинах, возводимых в Се верной строительно-климатической зоне, образуются морозоопасные зо нь1, где могут протекать криогенные hроцессы. В частности, в каменной наброске происходит юпенсивное льдообразование. Однако при опре делении статической усrойчивосm сооружения влияние льдообразования на физико-механические свойства rорной массы не является доминнру ющим, так как, с одной стороны, заполнеЮ1е пор насыIШ льдом повышает ее прочность, а с другой, к настоящему времени нет данных о полной i. закупорке пор льдом. 8. Анализ многолетних наблюдений за высокими бето1n1ыми IDiornнaми (Братская, Усть·Илимская, Зейская ГЭС и др.) полностью подтвердил возможность создания в Северной строительно-климатической зоне та ких Шiоmн высотой более 100 м. В то же время бьm установлен недоста точный учет ряда факторов, особешю температурного воздсiiствия в пери од строительства и эксIDiуатации и влияния водохранилища, на скальное основание IDionmы. 9. Измерения показывают излИШЮfе запасы прочности в ряде бетон ных и железобетою1ых сооружений, особеmю в заделанньIХ и вынесенных на низовую грань турбюmых трубопроводах (Красноярская, У стъ-Илимс кая ГЭС и др.) , поэтому необходимо усовершенствовать расчеты и конст руирование этих конструкций. Технико-экономические и пути показатели совершенствования организации строительства Строительство ГЭС в Северной строительно-климатической зоне ста ло основой развития территориально~nромыumенных комJUiексов (ТПК), 1. освоения цеlПIЫХ полезных ископаемых, развития энергоемких произ водств. Себестоимость злектроэнерrЮI северных ГЭС, как правило, на поря док ниже электроэнергии, получаемой от существующих ТЭС. ЭксШiу атация ГЭС требует значительно меньшего персонала : так, удельная чис ленность персонала на 1000 кВт установленной мощности в настоящее время составляет на ТЭС свьпuе 1,4, а на ГЭС всего 0,31, что особенно важно для районов Севера. В болышmстве районов Севера строительство ГЭС стало основой районообразующего развиmя строительной индустрии. 2. Стоимость основных сооружений, построенных в суровых климати ческих условиях, 52 %) , составляет около половины сметной стоимости (36- поэтому совершенствование компоновок и конструкций основных сооружений должно давать значительное снижение общей стоимости rид роузлов. Стоимость основных сооружений в значительной степени зависит от технологичности и конструкций, экономичности возможности конструктивных решений, простоты махсимальн·оrо применения механизации} местных материалов и т .д. 291 Затраты на создание временных зданий и сооружений, необходимых для производства работ, составляют примерно 30% стоимости гидроузла. Существенное сниже1n1е этих затрат возможно при каскадном методе ве дения работ, когда создается базовое производственное хозяйство на пи онерной гидроэлектростанции каскада. Однако в настоящее время, когда строительство ведется во вновь осваиваемых районах, времеJП1ые здания и сооружения необходимо превращать в постояюю действующие пред приятия по изготовлеШ1ю сборноrо железобетона, домостроению, изrо товленюо строительных метЗJШоконструкций, ремонту строительных машин, тщательно анализировать эти затраты и обосновывать их отнесение в ряде случаев не на энергетику, а на стройшщустрию развивающегося района. Весьма значительны затраты, связанные с производством работ в сур0вых климатических условиях, с транспорmыми расхоцами, а та19Ке вьпmатой надбавок за подвижной характер работ и льгот для работников Крайнего Севера. 0,цно из главнейlШIХ направлений по снижению стои:мосm гидротехни ческих сооружений на Севере - уменьшение трудозатрат за счет повыше ния технологичности конструкций. 3. При строительстве круrшых гидроузлов, даже в малоосвоенной Се верной климатической зоне, за последние годы возрастают затраты на соз дание водохранЮIИщ. Определение зmх затрат весьма сложно, так как связано с установлением освоенности затапливаемой территории, ее засе леЮ1я, наличия природных богатств и полезных ископаемых и затрат по охране окружающей среды. Затраты определяются во многом социальны ми вопросами и устанавливаются рядом rосударствеШiых законодатель ных актов. Следует отметить, что при освоении водохранилшц происхо дит обновление фондов народного хозяйства и поэтому оmосить все зат раты по водохранилищу только на энергетику нецелесообразно. В проек те должно бъпь произведено разнесе1D1е затрат по соответствующим от раслям народного хозяйства. 4. Для строительства в Северной строительно-климатической зоне должен быть орrаIО1зован выпуск специальных механизмов~ приспосо& nенных: для выполнения земельно-скальных работ - мощных бульдозе ров, выс:окопроизводительНЬIХ буровых станков, мобильных экскавато ров, мощных вибрационнЬ1х катков; для производства бетонных работ специальных конвейеров, бетоноукладочных и - беrоноуrшотняющих средств (мощных вибраrоров, специальных катков для уrmотнения бетона и др.) , причем необходимы разработка и орrанизация производства мa unm высокой мощности (производительности) с повышенными показа телями надежности их работы. Следующим этапом совершенствования механизации работ на Севере должен явиться переход от создания и производства отдельных м8IШОI к созданию системы машин, решающих вопросы комIDiексной механизации главнейших видов работ и в целом rидротехническоrо строительства. Для строительства подземных выработок особеШIО в сложных конст руктивных выработках с тяжелыми инженерио-геолоrическими услови ями, с целью унификации конструкции выработок, ускорения работ и снижения их стоимости необходима разработка специальноrо оборудова~ 292 ния для механизации сооружения подземных выработок, установки ан керного крепления в сводах и стенах большой высоты. До сих пор такое оборудование индивидуально разрабатывалось и изготовлялось на строи тельных площадках. Лля проходки подземных выработок необходимо более широко применять комбайны разIШчноrо назначения. 5. Особо большие трудозатраты и время требуется для строительства, монтажа и наладки оборудования обогатительных и бето1П1ых хозяйств. Необходима организация выпуска комШiектных модулей этих хозяйств, поступающих на строиrепьство готовыми к наладо'Пlым работам, тем бо лее что в промыпmенности строительного и дорожного машин:остроеЮ1я уже нал.аживается выпуск такого оборудования, нужно только его приспо собить к работе в северных условиях. Должны быть усовершенствованы существующие механизмы и созданы новые комплексы оборудования для ведения бетонных работ в подземных условиях. 6. Степень индустриализации строительства подсобных предприятий характеризуется степенью сборности времеЮIЬIХ зданий и сооружений; она влияет на эффективность разворота строительства. С повышением степени сборности в ремеЮiых зданий и сооружений сокращается продол жительность строительства этих объектов, затраты труда и, как следствие, объем временного жилья. Применение сборно-разборных конструкций зданий заводского изго томения позволяет сокраmть сроки их возведения в шить трудоЗа'Iраты в 7. 4-5 3-5 раз и умень раз. При сооружении жилья, объектов соцкультбыта и подсобнь~х пред приятий необходимо шире применять полносборные и облеrчеm1ые кон струкции. Сети теIUiоводоснабжения и канализаЦШ1 следует выполнять в наружном исполненlDI. 8. Целесообразно применять аrреrатный метод ремонта механизмов и максимально сокращать количество и объем подсобно-вспомоrаrельных предприятий по изготовлению на месте конструкций из металла, дерева и железобетона. 9. Для сокращения IUIОщади, занимаемой поселком, и rем самым сни жеJШя затрат на сети и благоустройство здания, как правШiо, должны изготовляться двухэтажными с обеспечением всех необходимых бытовых условий для проживания. На круlПfых строительствах целесообразно создавать сборно-разборные домостроительные комбЮfаты производительностью 35-50 тыс. м 2 жилья в rод и застраивать поселки мноrоэтажными зданиями. Опыт строительства постояннь~х поселков на круШ1ых. гидроэнергети ческих объектах доказывает эффективность такого решения, тем более что сопоставление вариантов застройки постояннь~х поселков во времен ном деревянном исполнении и в капитальной застройке для условий Севе ра показывает преимущество ка1D1тальной застройки. 1О. Поскольку половина трудозатрат приходится на создание и эксmу атацию произвоцственной базы, поселка и соцкультбыlсl, основные резер вы в экономии трудозатрат заложены в сокращении эксIDiуатацио1UЮго 293 персонала подсобных предприятий путем создания автоматизированных производств, а также в повышении производительности труда за счет существеmюrо сокращения доли ручного труда. 11. Для северных условий особое значение приобретают вопросы сок ращения сроков строительства. Длительные сроки строительства приво дят к необходимости устройства дорогостоящих защиn1ых сооружений, рассчитанных на паводки высокой обеспечешюсти. Сокращение сроков строительства в русловой части позволило бы снизить расчеmую норма тивную обеспеченность расходов, что, в свою очередь, дало бы возмож ность уменьllnfть размеры и стоимость ограждающих сооружений, водо отлива и времеШIЬIХ водосбросов. При длительных сроках строительства гидротехнических сооружений на Севере, помимо омертвления капиталовложений, имеет место увеличение стоимости за счет недогрузки подсобных предприятий, рассчитанных на оптимальный срок строительства и соответственно большую производи тельность. На продолжительностъ строительства rидроэпектростанций оказывает влияние ряд факторов экономического, техШ1Ческоrо, а также социаль ного характера, каждый из которых в той ШIИ иной степени накладывает отпечатки на сроки возведения гидротеХЮ1Ческих объектов в условиях Севера. 12. Для северного рег1Юна особо важное значение приобретает пра вильная территориальная организация строительного процесса, формиро· ванне системы талых, опорных и мобильных строительных баз. Как по казывает опыт, использование прогрессивных методов строительства, в том числе использование комIШектно-блочн:оrо метода с переносом наиболее трудоемких процессов на предприятия, работающие в стационар ных условиях, позволяет увеличить производительность труда в несколь ко раз, что особенно важно, поскольку строительно-монтажные работы на Севере в 2-3 раза дороже по сравнеШtю с освоенными районами. В настоящее время наметились два новых метода в совершенствов81U1И организации строительства ГЭС: каскадный метод освоения рек и осуще ствлеЮlе строительства методом нпод ключ", т. е. когда генеральный подрядчик принимает на себя строительство ГЭС за согласованную и утвержденную смеmую стоимость, и со сроком ввода ГЭС на полную мопnюсть в определе1П1ое время с кредитованием работ в период строи тельства. Такой метод приводит к заинтересованности всех коллекtи вов, участвующих в строительстве, в снижении фактических затрат при работе и досрочном завершеmm строительства. Сочетание этих двух методов, как показывает опыт строительства Курейской ГЭС, дает наибольший экономический эффект. Большое значение для ускорения строительства на Севере имеет повы шение уровня специализаl.UfИ. Переход на выполнение подготовительных работ, сооружеШtе поселков, бетоШIЬIХ и обогаnпельных хозяйств и дру гих сооружений и работ специализированными организациями позволит значительно сокраmть сроки строительства. . * * * Таким образом, можно определить следующие основные направления повышения экономической эффективности гидроэнергетических объек тов в Северной строительно-климатической зоне: выбор рациональных комrюновок и конструкций, отвечаюIЦИХ услови ям эксrmуатации и обеспечиваюlЩIХ. минимальные трудозатраты при их возведении; применение рациональной технолоrюt ведеЮlя работ с использованием строительной техники, специально приспособленной для северных усло вий· ' пуск высоконапорных гидроузлов на промежуточном напоре, позво- ляющий ускорить окупаемость средств, вложенных в гидроузлы; разработка и осуществление сов ершеШiЬIХ форм организации и уп равления гидроэнергетическим строительством. IIIирокие возможности для совершенствования строительства откры вают Постановления шем UK совершенствоваЮIИ нын и "О мерах по КПСС и Совета Министров СССР ''О дальней управления строительным комrmексом совершенствованию хозяйственного механизма в строительстве'\ принятые в 1986 r. Предусматриваемые этими постановлениями меры тельно ускорить бенно на Севере. и стра удешевить rидроэнерrетическое позволят значи строительство, осо ' . СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Бияиов Г. Ф. О температурном режиме и соответствующей ЮJассификации грунrовых IUIDППI на вечной мерзлоте. - Энергетическое строительство, 1983, N'1 3. 2. Бияиов Г. Ф. Плоnmы на вечной мерзлоте. М.: Энергоатомиздат, 1983. 176 с. 3. Брауде В. М., Вайсблат И. И. Основные принципы разработки и внедрения инвентарной опалубюt заводского изrотовления. - Сб. научных трудов ГидРОпро екта, 1984, вып. 97, с. 68 - 72. 4. Возведение земляной mотины с mrьекциоЮIЫ.м ядром и rmеночноА циафраг мой без осушения котлована / Н. И. Зияевич. В. Л. Купермаи. К. К. Кузьмин. Л. А. Толкачев. - Гидротехническое строитепьсrво. совершенствования технолоmи 1973, № 5, возведения с. 20 - 23. 5. Вопросы грунтовых IDionrн в 6. Временная инструкция по воэведеюпо грунтовых nротивофильтрациоШ1ЫХ суровых климатических условиях f Г. Ф. Бияиов, В. П. Купермаи, 1 Л. И. Куnояров, Л. Н. Торопов. - Энергетическое строительство, 1982 1 № 11. устройств плопm в северной строительно-Юiимаmческой зоне. ВИ-28-81 / Мин энерrо СССР. М.: 1982. 67 с. 7. Гаврилов А. Н. Об оценке осадок грунтовых плотин, возводимых в север ной строительно-климатической зоне. - В кн.: Инженерное мерзлотоведение в гидротехническом строительстве. Материалы конференций и совещаний по mд ротехнике / ВНИИГ. Л.: Энергоатомиэдат, 1984 1 с. 100 - 104. 8. Гидр01·ехнические сооружения. Справо'ШИк проек111ров1ЦИJ(а / Под ред. В. П. Недриги. М.: Стройиэдат, 1983. 543 с. 9. Годасс Р. О., Сильницкий В. И. ПрименеШ1е желеэобетониой опалубЮt. Энергеmческое строительство, 1976, № 1, с. 50 - 52. 1 О. Гольдман В. Г" Знаменскнй В. В., Чистопольскнй С. Д. Гидравлическое опаивание мерзлых горных пород/ ВНИИ-1. Магадан: 1970. 450 с, Гроссман И. И., Глазунов Е. М., Каиаев Ф. С. Сrроительство подземных сооружений :rидроэлектросТ81ЩИй на Крайнем Севере. М.: Энергия, 1979. 150 с. 12. Гунтер Ю. С., lllкарин В. П. Перспективные методы регулирования темпе ратуры бетона. - Энергетическое строительство. 1980, № 9, с. 19 - 22. 13. Демидов А. Н., Смирнов Е. ~ Состояние 1Шотины Вилюйской ГЭС (по данным натурных исследовwmй). - Сб. научных трудов Гидропроекта, 1982. вып. 84, с. 146 - 156. 14. Дмитриев В. Н., Иохельсон А. я. Бетонные работы на строительстве Колым ской ГЭС. - Энергетическое строительство, 1981, N!! 6, с. 34 - 38. 15. Днепровский А. В., Фрейдмаи В. Б. Опалубочные работы при строительстве бетонных плотин. М.: Энергоиздат, 1982. 102 с. 16. Епифанов А. И., Сильиицкий В. И. Регулирование термонапряженного со СТОЯЮIЯ бетона при строительстве облегчеШIЪiх mютин. М.: Энергоаrомиэдат, 1983. 104 с. 11. 1 7. Зимняя укладка связных грунтов на Крайнем Севере / Е. Н. Батенчук, Г. Ф. Биянов, Л. Н. Торопов, Ю. Н. Мызников. М.: Энерrnя, 1968. 112 с. 1В. Зубков В. И., Мирэаев М. д., Зинченко Н. А. Укладка бетона в открытые блоки зимой на опыrnом полигоне Саяно-IIlушенской ГЭС. - Энергетическое строителъство, 1981, №- 6, с. 38 - 41. 19. Иванов В. Г., Кузнецов В. С., Фомичев В. Ф. Строительство в Заполярье земляной rmonmы с металлической диафрагмой. - Гидротехническое строитель ство, 1975, № 12, с. 6 - 11. 296 . 20. Инструкция по учету условий пропуска льда при проекm:ровании, строитель сmе и эксппуатации гидроузлов. ВСН 1~76 / Минэнерго СССР. М.: 1976. 70 с. Инструкция по проеК'ntрованию mдротех:ничес:ких сооружений в районах распространеюur вечномерзлых грунтов. ВСН 3~83 / Минэнерrо СССР. Л.: 1983. 100 с. 22. Каrан А. A.t Кривоноrова Н. Ф. Проблемы и эффеК'111Вность инжеиерно 21. rеолоrнчесЮ1х изысканий для энергетического строительства в районах с суро вым климаrом. - Энергетическое строительство, 1984, № 11. с. 47 - 51. 23. Коrодовский О. А. Строительные осадЮI упорной призмы каменно-земля ной IDJonmы Вилюйской ГЭС. Гидротехническое строительство, 1972, № 4, с. 32 - 34. 24. Коньхо В. В., Годасс Р. О. Опыт производства бето1mьiх работ на строитель стве Зейской ГЭС. - Гидротехническое строительство, 1973, № 12, с. 3 - 5. 25. Кроиик я. А., Кадкина Э. Л., Скоблив Г. А. Температурный и фильтрацион ный режим русловой ШJотины У сть-Хантайской ГЭС в первые годы эксШiуатации. Эиерrе"IИЧеское строительство, 1980, № 6, с. 62 - 65. 26. Глазунов Е. М., Гроссман И. И., Иохельсон А. Я. KpeIUieниe мaunmнoro зала Колымской ГЭС. - Энергеmческое строительство, 1983, № 2, с. 29 - 32. 27. Кудояров Л. И. Бето1П1Ые работы в зимних условиях на гидротехническом строитепъсrве. 28. - Обзорная Шiформация Информэнерrо. М.: / 1980. 66 с. Кудояров Л. И" Кудояров А. Л. Анализ формирования смет на строитель стве энергетических объектов и С'lроительство, 1981, № 10, с. 48 - пуm его совершенствования. - Энергетическое 52. 29. Кузнецов В. С. Некоторые результаты натурных наблюдений за mюти:ной Серебрянской ГЭС-1. - ГидротеХ1П1ческое строительство, 1974, № 4, с. 25 - 27. 30. Куперман В. Л., Мызннков Ю. Н" Плотников В. М. Усть-Хантайские шю mны. М.: Энергия. 1977. 152 с. 31. Куперман В. Л., Торопов Л. Н. Особенности строительства mдротехнических сооружений в условиях Крайнего Севера. - Труды Гидропроекта, 1975, № 45' с. 88 - 96. 3~. Куперман В. Л., Мызников Ю. Н. О состоянии ядра русловой плотины Усть Хантайской ГЭС. - Энергеmческое строительство, 1980, № 6, с. 61 - 65. 33. Либерман А. И., Станкевич М. В. Применение хлористых солей при возве дении каменно-земляной шюrnны Серебрянской ГЭС-1. Гидротехническое сrроительство, 1973, № 1 О, с. 11 - 14. 34. Максименко Е. С. Рациональные способы предпостроечного электрооттаива ния вечномерзлых грунrов оснований сооружеlШЙ. В кн.: Гидротехническое строительство в районах вечной мерзлоты и сурового ферешщй и совещаний по гидротех~mке климата. Материалы кон 1979, с. 169-172. 35. Марчук А. Н. Перекрьrmе рек под лецяным покровом. М.: Энерmя, 1973. 102 с. 36. Марчук А. Н. Стаmческая работа бетонных плотин. М.: Энергоатомиздат, 1983. 208 с. 37. Матюшин В. П. Опьп применения модифшщрованной технолоnm зимнего бетонирования методом "термоса". - Энергетическое строительство, 1983, №' 2, с. 32 - 34. 38. Михайлов Л. П., Торопов Л. Н. ОсновНЪJе направления освоения rnдроэнер гетических ресурсов в 1981 1990 гг. - Энергеmческо.е строительство, 1981, NOll,c.51-54. 39. Мухетдинов Н. А., Файницкий Б. Б. Термический режим фильтрующих про mвофильтрационных элементов грунтовых rшотин. - В кн.: Инженерное мерзло / ВНИИГ. Л.: Энергия, товедение в mдротехническом строительстве. Материалы конфереJЩИй и совеща ний по mдротехнике / ВНИИГ. Л.: Энергоаrомиэдат, 1984, с. 38 - 42 . . 40. Мызников Ю. Н. О нормах проектирования и строительства грунтовых ruю rnн в северной строительно-Юiимаrnческой зоне. - Энергетическое строительство. 1981, № 9, с. 39 - 42. 41. Мызников Ю. Н., Полдомасов Б. Е. Подготовка многолетнемерзлого осно вания каменно-земляной ruюmны, прорезанного подрусловым талнком. - Энер гетическое строительство, 1981, № 4, с. 47 - 53. 297 - - ~- ' 42. Натурные наблюдения за деформациями и криоге1П1Ыми процессами в теле Шiоmны Вилюйской ГЭС при ее эксплуатации М. Г. Мнушюш, Б. И. Абрамов. - В IOI.: / Я. А. Кроник, А. Н. Гаврилов, Инженерное мерзлотоведение в гидротех ническом строительстве. Материалы конференций и совещаний по mдротехнике / ВНИИГ. Л.: Знерrоатомиздат, 1984, с. 198 - 202. 43. Непорожиий П. С. Гидроэнерге11iка Сибири и Дальнего Востока. М.: Знер- гия. 1979. 150 с. 44. О нормативных требованиях к прочности бетона IDiотин / В. Н. Дурчева, А. Н. ~!арчук, Г. Т. Микеладэе и цр. - Гидротехническое строительство, 1986, № 8, с. 43 - 50. 45. Оловин Б. А., Медведев Б. А. Динамика температурного поля IDiотины Ви люйской ГЭС. Новосибирск: Наука, 1980. 48 с. 46. Опыт строителъства и первых лет эксmtуатации mtотины Зейской ГЭС / А. П. Епифанов, В. Н. Barnep, В. В. Конько и др. - Гидротехническое строитель ство, 1980, №- 8, с. 2 - 5. 47. Основы геокриолоmи. Ч. 1. Общая геокриология. М.: изд-во АН СССР, 1959. 395 с. 48. Панфилов Д. Ф. Определение минимальной :umрины пролетов rmотин из условия пропуска льда. - Гидротехническое строительство, 1971, № 8, с. 24-27. 49. Панфилов Д. Ф. Условия наступления ледохода в верхнем бьефе гидроуз ла. - Труды координационных совещаний по гидротехнике, 1968, вып. 42, с. 71-75. 50. Пиниrин М. И., Конько В. В. ПереМЫЧЮI первой очереди на строительстве ЗеЯ:скоЯ: ГЭС. - ГидротеХ1П1ческое строительство, 1973, № 12, с. 6 - 9. 51. Попченко С. Н. Асфальтовые диафрагмы моmн нз месmых материалов. Гидротехническое строительство, 1969, № 11, с. 15 - 18. 52. Правдивец Ю. П. К вопросу о переливе воды через грунтовые tmотиНЪI. Энергетическое строительство, 1980, № 7, с. 41 - 42. 53. Правдивец Ю. П. Технико-экономическое обоснование строительства грун товых водосливных ппотин. - Энергетическое строительство, 1982, № 10. 54. Пропуск льда при сrроителъстве и эксIDiуатации гидроузлов ! Я. Л. Готлиб, В. А. Коренъков, К. Н. Коржавин и др. М.: Энергия, 1973. 160 с. 55. Раrозин Д. А. Прогрессивные решения в проекте Богучанской ГЭС. - Сб. научных трудов Гищюпроекта, 1985, вып. 102, с. 92 - 100. 56. Рассказов Л. Н., Правдивец Ю. П" Мызников Ю. Н. ПодгоТовка грунтов к укладке в проmвофилЪ1рациониые устройства плоnm на Крайнем Севере. - Экер· гетическое строительство, 1980. № 2, с. 62 - 65. 57. Рекомендации по проеК'Пl'ровашпо и строительству ппо111н из грунтовых ма~ териапов для производственного и пиrъевоrо водоснабжения в условиях Крайнеrо Севера и вечной мерзлоты / ВНИИВОДГЕО. М.: Стройиздат, 1976. 112 с. Розни М. Н., Фnихман Б. М., Румянцев В. А. Особенности производства под земных работ на строительстве Колымской ГЭС. - Энергеmческое строительство, 1983, № 2, с. 26 - 29. 59. Руководство по проектированию Шiоmн из грунтовых материалов, возводи 58. мых в Северной строительно-климатической зоне П 48-76 / ВНИИГ. Л.: 1976. 64 с. Сватеев Ю. Н. Районирование зоны вечной мерзлоты по 111Пам и технологии возведения :rрунrовых плотин. Энергетическое строительство, 1984, № 11, 60. с. 30- 32. 61. Славян С. 62. Смирнов В. Освоение Севера Советского Союза. М.: НауКа, 1982. Е. А. Влияние естествеЮ1оrо льдообразования на температурный режим камеЮ10-эемляной плоmны. - В IOI.: Гидротехническое строительство в районах вечной мерзлоты и сурового климата. Материалы конференциА и совеща ний по гидротехнике/ ВНИИГ. Л.: Энергия, 1979, с. 103 - 107. 63. СНиП 3.07.01-85. ГидротехничесЮfе сооружения речные. М.: Стройиздат, 1985. 64. СНиП 11-18-76. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. М.: Стройиздат, 1976. 48 с. 65. СНиП 2.01-82. Сrроительнu климатолоmя и геофизика. М.: Стройиздат, 1983. 136 с. 66. Собкалов П. Ф. Перспек111Вы применения меrода "стена в грунте" в северных 298 • условиях. - В кн.: Гидротехническое строительсmо в районах вечной мерзлпты и сурового климата. Материалы конференций и совещаний по rnдротехнике / ВНИИГ. Л.: Энергия, 1979, с. 59 - 61. 67. Сокольская В. В. Долговечность полимерных IDiеночных противофильтраuи оШfЫх экранов. - ГидротеХЮ1ческое строительство, 1969, №- 11. 68. Соловьева 3. И., Синюкова Л. К., Шебелев Ю. А. Работа бетонной IUiотнны Братской ГЭС в экСIUiуатационный период. - В кн.: Гидротехническое строительство в районах вечной мерзлоты и сурового климата. Материалы конфереlЩИй и сове щаний по mщютехнике / ВНИИГ. Л.: Энергия, 1979, с. 142 - 149. Оtраво11Ник по строительству в водной среде в суровых кпимаmчесюtх усло виях. Л.: Стройиздат, 1984. 383 с. 70. Справочник по строительству на вечномерзлых грунтах / Под ред. Ю. Я. Вел ли, В. В. Докучаева, н: Ф. Федорова. Л.: Стройиздат, 1977, 551 с. 71. Тетеnьмин В. В. Специальные вопросы икъекционноrо закре1U1ени.я основа ний rmonrн. М.: Энергоиздат, 1982. 68 с. 72. ТехнН'lеский прогресс в гидротехническом строительстве / Т. П. Доценко, Н. А. Малышев, И. С. Моисеев и др. - Сб. трудов Гидропроекта. 1980, вып. 70. 73. Технология возведения ВЫСОЮfХ бетонных плоmн в суровых климаmчесюrх условиях и трещинообразование при их зимнем бетонировании / Л. М. Горкун, А. П. Епифанов, В. И. Силыuщкий и др. - Гидротехническое строительство. 1975, 69. № 1 о. с. 13 - 15. 74. Технологи.я возведения массивных бетонных 1U1отин непрерывно-конвейер ! ным методом Р. С. Тиллес, Е. Н. Елизаров, Б. И. Ицексон и др. строительство. 1980,№9,с.17 -19. 75. 76. - Энергетическое Тоннели. Справочно-методическое пособие. М.: Транспорт, 1979. Троицкий А. А., Моисеев И. С. Строительсmо гидроузла Кепл Рапиде. - Гидротехническое строительство, 1975, №- 5, с. 50 - 54. 77. Федосеев В. Н. Опыт проекn~:рования и производства цементационных ра· бот на строительстве Колымской ГЭС. - Энергетическое строительство, 1983, № 2, с. 24 - 26. 78. ~леев Е. n~ Хаглеев Ф. П. Анализ температурно-влажностных процессов в ядре русловой 1U1отины У сть-Хантайской ГЭС. - Энерге'Пfческое строительство, 1980, № 6, с. 55 - 58. 79. Хакимов Х. Р. Замораживание грунюв в строительных целях. М.: Стройиз дат, 1962. 187 с. 80. Хухлаев Г. А. Строительство каменно-земляной плотины Серебрянской ГЭС в Заполярье. - Гидротехническое строительство, 1969, № 8, с. 4 - 1 О. 81. Цнликнн В. Ф. Исследование засасьmания ЛWJ.В в донные отверстия. - Сб. докладов по rндротехнике. Л.: Энергия, 1965, вып. 6, с. 77 - 85. 82. ldаА:танов В. Я. Подготовительный период в гидроэнерге'Пfческом строи тельстве. М.: Энергия. 1974. 119 с. 83. ЫеАиман Л. Б. Гнцроэлектростанции в районе Байкало-АмурскоЯ маги С'l'р&nИ. М.: Энергия, 1980. 88 с. 84. IПкарин В. П., Клебанов А. А. Методы и оборудование дпя возведения пло тин :гидроэиергоузлов из укатываемых бетонных смесей. - Обзорная информация/ Информэнерrо. М.: 1984. 64 с. 85. Эйдельмаи С. Я. Натурные исследования бетонной IUiотины Братской ГЭС. Л.: Энерrия, 1975. 296 с. 86. ЭАдельман с. я" Дурчева в. н. Бетонная IU10ТИНа Усть·Илимской гэс. М.: Энер:nt:я, 1981. 138 с. 87. Экономика водного хозяйства и nщротехническоrо строительства / Д. С. IIl.авелев, М. Ф. Губин, В. Л. Куперман и др. М.: Стройиздат, 1986. 423 с. ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . · . . . Глова 1. Особенности rидроэнерrетическоrо строительства на Севере • • • • • • • 1.1. Природные условия Северной строительно-кпима111ческой зоны 1.2. Гидрологический режим северных рек. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3. Районообразующее значение mцроэнергетического строительсmа 1.4. Влияние строительства гидроузлов на окружающую среду. . . . . . . Глава 2. Организация строительства rидроузлов в северных условиях . • • . • • 2.1. Доставка основных строительных материалов и оборудования. . . . 2.2. Производственно-техническая база строительства rидроэлектростанuий 2.3. строительства гидроэлектростанций каскадным Глава . . . .... . . " .. . . . " ... . . ." .. " . . " . . . . " 3.2. Гидроузлы с mютинами из грунтовых материалов .. 3.3. Гидроузлы с бетонными mютинами . . . . . . . . . . 4.1. . . . . . . . . . . "". Совреме~шые . " .. " " . " . . . . . . . . . . . . . . . . . в грунтами 5.1. 5.2. 5.3. строительных 54 56 расходов поверх недостроенных 65 грунто- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 Использование ледяного покрова при организации работ по про Подготовка оснований . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . сооружений, сложенных проектирования и 94 вечномерJлыми . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . · ... " .. " " · · . строительства 97 Общие принципы плотин. оснований . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 . . . . . . · .. · . · . · · · . 108 Цементация оттаиваюJ.J.Щх мерзлых пород Предпостроечное опаивание и консолидация о-паивающих льдис- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 Разработка слабых обводненных грунтов при подготовке основа- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6. Бетонные работы при сооружении гидроузлов в северных условиях 6.1. Основные принципы зимнего бетонирования . . . . . . . . . . . . . . . 6.2. Технологичность массивных бетонных конструкций северных гидроузлов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3. Технологи.я беrонирования прискальных блоков . 6.4. Опалубочные работы на строительстве гидроузлов ний плотин 300 строительных Пропуск льда через временные и постоянные сооружения гидро- тых грунтов 5.4. пропуска 51 расходов при сооружении бетонных мо- пуску строительных расходов 5. организации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Пропуск узлов. 4.6. гидроузлов на . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . вых плотин 4.5. сооружении Пропуск строительных расходов при возведении грунтовых rтотин 4.4. 47 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Пропуск строительных тин 4.3. тенденции при 35 38 38 ............... . Пропуск строительных расходов расходов 4.2. Глава . Компоновки гидроузлов северных реках Глава " " 3.1. 4. 24 ме- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .· . . . . . . . . . . . . . . . . Глава З. Основные тенденции в проектировании гидроузлов в северных районах. 5 5 10 20 22 24 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Организация тодом З 121 131 131 135 156 162 " Глава Производство эемельно-скальиых работ прl\ сооружении гидроузлов 7. в северных условиях ...... " " . " •..•.... lf " ••••• " •• " •••••• " • 7 .1. Конструкnmно-технологичесЮ1е 7 .2. ний. возводимых в суровых климаmчесЮ1х условиях . . . . . . . . . Термовлажносn1ая мелиораци.я связных грунтов и их обогащение перед укладкой в сооружения особенности земляных 1 70 сооруже- 170 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 193 7.3. 7.4. Зимняя разработка связных грунтов с помощъю электропрогрева Пути уnучшеЮIЯ технологии подготовки грунтов к укладке в nро тивофильтрацио1П1Ые зоны земляных плотин . . . . . . . . . . . . . . . 7.5. Технология зимней укладки связных грунтов в сооружения раз- 7.6. 7. 7. ЛИЧНЫМll способами. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Зимняя укладка переувлажне1П1Ых ГЛИЮIСТЬIХ грунтов . . . . . . . . . Сооружение земляных плотин с про111Вофильтрационн:ыми устройсmами из негрунтовых материалов ГЛQва .. 196 198 211 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 222 Подэемнъ1е работы при сооружении rндроуэлов в северНЪiх районах 8. Конструктивные 8.1. особенности и организация строительства под . . . . 222 . . . . . . . . . . . 224 земных сооружений в толще вечномерзлых скальных грунтов Глом Горнопроходческие и подземные бетоННЪiе работы Контроль качества работ и опыт эксплуатации rидротехнических 8.2. 9. сооружений в суровых условиях. . . • . • • . . • . . . • • . • . • • . . • . . • • . • • 234 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 Особ('Юfости контроля качества работ 9.1. 9.2. Температурный режим грунтовых ШJОТИ!-1 в период строительства И ЭКСПЛУаТ811ИИ. 23 8 • • • • • • • • • • • . • , . • • . • • . . • • • • · • 9.3. Деформации и фильтрациоННЬIЙ режим грунтовых плотин. . 9.4. Натурные набnюдеиия за бетонными сооружениям.и. . . . . Глава 10. Экономика гндроэнерrетическоrо строительства на Севере. 10.1. Общие положения . • • . . • • • . . . . . . • • . • • . . . . • • . 10.2. YcnoвllJI ценообразования на строительстве ги.цроуэлов • . 10.3. Анализ структуры сме111ЫХ затрат и пути снижешtя см.еn1ой стоимости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . . . . . . 10.4. Трудозатраты в строительстве . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . Выводы и рекомендации по 243 25 7 262 26 2 263 270 279 совершевствов8111ПD проекrирования и строи тепЬСl'Ва rндро3Пеk'lроставций в С1D1оок nнтературы r О ~ L .' О Северной строитеnьно-климатической зоне 281 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 • L 1 , \ · . · .... ~.~ •• • ...._. > . .,. h··~ ···•'с':., d ·, :··,± 1 -~.··&··; ·:,. .~ ·+1'1•'. Ь ··, ·' ,·ь -1 с. 1 .. ;,, ,)· 1·~ : ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ИЗдАНИЕ Владимир Леонович К у пе р м а и Юрий Николаевич М ы э и и к о в Лев Николаевич Т о р о п о в ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ Сl'РОИТЕПЬСI'ВО НА СЕВЕРЕ Редактор Ю. П. Прtzвдивец Редактор издательства Т. П. Готман Художественный редактор Б. Н. Тумин Технический редактор Т. Н. Тюришz Корректор С. В. Малышева Оператор О. В. Кашzтникова ИБ № 3132 Набор выполнен в Эиергоатомиздате на Композере ИБМ-82. Поц1D1сано в печать 06.08.86.Т-11620.Формат 60х90 1/16. Бумаrа офсеmая N°l. Печать офсеmu.Усл.nеч. л. 19,О. Усл. кр.-отт. 19,О. Уч.-иэд. л. 22,51.Тираж 1000 экз. Заказ 1820 Цена tp. SОк. Энерrоатомиэдат, 113114, Москва, М-114, Шmозоаая наб., 10 Московская типография № 6 Союэполиграфnрома при Государственном комитете' СССР по цепам иэдателъста, полиrрафии и кнюкной торговли, 109088, Москва, Ж-88, Южиопортовая ул., 24. ВНИМАНИЮ ЧИТАТЕЛЕАI ЭН ЕРГОАТОМИЗДА Т вь1пустмп в свет в серии БИБЛИОТЕКА ГИДРОТЕХНИКА И ГИДРОЭНЕРГЕТИКА спеду1Ощме кнмrм: в 1986 rоду Гамус И. М., Картепев Б. Г ., Ясвоиский Л. И. Техническое водоснабжение ГЭС регулируемыми эжекторами. (В обл.): Даете• к., 45 л. - 8,5 - 5000 экз. описание системы гидроэлектростанций с техввческого применением воцоснабжеmu: новых типов круШ1ых источников пиrа нвя. в том числе и регулируемых эжекторов. ПривоДJПСя методика расчеrа нерегулируемых и струировВИШ1. результаты а та.юке регулируемых эжекторов, моцеЛЫIЫХ и основы натурных их кон исслщо ваиий эжекторов. установленных на Саяио-lllушеискоR ГЭС. Уцеля еrс• вквмание особевнОСТJ1м мокrаж~ наладки. ремонта, техники безопасвости, опrимиэации и стаидартиэаЦии эжекторов. Для инжеиерно-теХЮАеских рабоППП<ов, занимаJОщихс• ровавием. строительством а таюке дпя спеnнаписrов и эксплуатацией проекm nщроэлектростанций, других областей техники. применяющих эжекторы; может быть полезна студентам вузов. Расчет сваЙИЫХ оснований гидротехнических сооружений/ С. Н. Левачев, В. Г. Федоровский, Ю. М. Колесников и др. 9 л. - (В обл.): 50 к., 2000 - экз. И:шаrвются методы расчета инженерных rидротехнических соору жений на сваА:ных основаниях: электроСТ81ЩИй, подпорных и разцельных стен гидро прич8ЛЬНЬIХ сооружений. элементов подземного кон тура фундаментов электростанций. Приводятся программы расчета на ЭВМ, разработанные на базе эксперименrальиых исследований, расчетов и опьпа проектирования, даются конкретные примеры расчетов. Рассчитана на JП1жеиеров-гидротехников: проекmровщиков и иссле цователей. Хечивов Ю. Е. Механизированная проходка подземных вы работок гидроэлектростаJЩИЙ. 8 л. - (В обл.): 45 к., 1000 экз. ОсвеIЦ1UОтся современные способы механизированной прохоцки поцземиых выработок в отечествешtой и зарубежной праК'l11ке. Опи сьmаютсJ1 ных типы маппm, калы1ых и конструкции прохоцческих используемых выработках. в комплексов горизонтальных, Приводятся: и наI010НJ1ЫХ прогрессивные тушt~ и верти технологические схемы производства работ, оргаииэацио1D1Ые меропрИJ1ТИЯ, покаэыва~ ются достиrнуты:е результаты:. Предназначается ДЛJ1 ииженеров-nщротехников: конструкторов, проекmровщиков и строителей. 303 ld.вайюптейв А. М. Строительные туннели. Гидравлические условия работы. - 8,5 л. - (В обл.): 45 к., 1700 экз. РассматриваIОТСJI тунвепеlt. разJD1ЧНЫе предназначенных вопросы цля испоnьэов8НЮI пропуска расходов строиrеnьиых воды на ранней стадии строительства. Даете.я кnассификВЦИJ1 туннелей по J"ИЩ)8ВJIИ ческим условИJ1м работы. методика rидравnических расчетов. Bыявnя :DrCJI возможности испопьзовавиJ1 строитеJtЬRЬIХ туннеnей в период. эксmtуатаuии гидроузла. Предназначена цля Ю1женеров-гидротехников: проектировIЦИКов, строителей и -Исследователей. а также может быть полезна преподава телям и студентам вузов. Готовятся к изданию в 1987 году Аргал Э. С. Омоноличивание бето1mых IUIОТИН цементацией строительных швов. - 9 л. - (В обл.): 45 к. План 1987 r. № 88 Методы ·воздействия на напряженное состояЮ1е бетоlUIЫХ массивов гидротехнических сооружений / Л. М. Гаркуи, А. П. Епифанов, В. Б. Идельсон и др. - 9 л. - (В обл.): 45 к. План 1987 r. № 92 Пирогов И. А. Тектокические структуры оснований высоких бетонных плотин. -9 л. План 1987 r. №' 91 - Приобрести эти книги (В Обл.): Bw 45 к. можете во всех маrаэ1118Х, рас простравяющих нa)"lllOJl'eXJlllЧeCкyIO питературу. t-:\'}~: ·. ·\ '')~~ .· : ~ -· . j:_ ... ,

Гидроэнергетическое строительство на Севере. Куперман В.Л. и др. 1987

Related documents

Products

Support

Гидроэнергетическое строительство на Севере. Куперман В.Л. и др. 1987

Related documents

Add this document to collection(s)

Add this document to saved

Suggest us how to improve StudyLib