Проектирование и строительство земляных плотин

В послевоенные годы возведение намывных плотин получило широкое использование на строительстве крупных ГЭС на реках Дон (Цимлянская ГЭС), Волга, Кама, Днепр, Днестр, Неман, Даугава. В 1946 г. постановлением Правительства был образован трест «Гидромеханизация» в Министерстве Электростанций. С 1946 по 1990 гг. производственными подразделениями треста намыты десятки крупных плотин в России, ближнем и дальнем зарубежье, общим объемом до 4 миллиардов кубометров, среди них такие уникальные плотины как Асуанская Высотная плотина на р. Нил в Египте.

В этом тресте был изобретен и широко внедрен безэстакадный способ намыва, позволившим полностью механизировать технологию намыва и отказаться от строительства высоких деревянных эстакад..

Рис. 11.1.3. Намывная плотина Рыбинской ГЭС на Волге, построена в 1937 г. [12]

Эстакадный способ был заменен безэстакадным способом повсеместно после его внедрения на намыве плотины Куйбышевской ГЭС в 1953 г. Другим крупным техническим достижением, внедренным в тресте, был намыв дамб с пляжными волноустойчивым откосом, позволившим снять бетонное и каменное крепление верхового откоса плотины.

Построенные за эти годы ГЭС производят до 18% электроэнергии от общей выработки.

11.2 Особенности возведения намывных плотин

1. Если насыпные плотины можно возводить практически из любых грунтов при выборе определенной конструкции, то возведение намывных плотин ограничено использованием песчаных и супесчаных грунтов. Это обстоятельство объясняется тем, что способ гидромеханизации совмещает в едином процессе разработку, гидротранспорт и укладку грунта.

Начальной головной операцией является разработка грунта, но эффективная высокопроизводительная разработка способом гидромеханизации ограничена только мягкими несвязными грунтами: песчаными, песчано-гравийными, супесчаными, илистыми грунтами. При разработке глин, а тем более глин с валунами (мореные грунты), производительность установок гидромеханизации снижается во много раз по сравнению с разработкой песчаных грунтов, и даже может быть вообще невозможной. А илистые грунты непригодны для возведения плотин.

Учитывая опыт возведения намывных и полунамывных плотин в США и России, пригодными для намыва плотин следует считать те грунты, у которых кривые гранулометрического состава находятся между крайними кривыми, показанными на рис. 11.2.1. [12].

Примечание: Пунктиром показаны рекомендуемые границы гранулометрического состава карьерных грунтов для однородных плотин, сплошными линиями — то же в отношении грунтов ядер намывных плотин.

Рис. 11.2.1. Контрольные кривые гранулометрического состава грунтов карьеров, пригодных для намыва плотин и ядер плотин.

На рис. 11.2.1. приведены кривые гранулометрического состава карьеров намывных плотин России и некоторых зарубежных. Из него видно, что в большинстве случаев, материалом для намыва плотин в России служили супеси, пески и песчано-гравийные грунты. [2].

2. Намыв плотины выполняется обычно без дренажа, который закладывают уже после окончания намыва и обезвоживания намытого тела плотины. Это приводит к уменьшению устойчивости откосов плотины в процессе намыва, особенно при водонепроницаемом основании, когда вода из прудка карты намыва и водонасыщенного тела фильтруется только через откосы плотины. Условия фильтрации при производстве намыва коренным образом отличаются от эксплуатационного расчетного случая, и они являются критическими для устойчивости откосов, суффозии и последующего оползания грунтов откоса, особенно на водонепроницаемом основании. Многие ученые и практики считают, что критический случай устойчивости откосов плотины возникает при его намыве, а не при эксплуатации готового сооружения, на который производится расчет устойчивости и проектирование плотины.

Рис. 11.2.2. Кривые гранулометрического состава грунтов карьеров намывных плотин: 1 — Угличская; 2 — Сестринские дамбы; 3 — дамбы Волгостроя; 4 — Шекснинская; 5 — Иваньковская; 6—7 — Мингечаурская; 8 — Цимлянская; 9 — Волжская (Сталинградская); 10 — Жигулевская (Куйбышевская); 11 — Александер (США); 12. Форт-Пек (США); 13 — Плотина из суглинков (СССР).

Случаи оползания откосов при намыве наблюдались неоднократно на различных объектах.

Так, например, для прекращения суффозии и обрушения откосов при намыве Цимлянской плотины, применяли иглофильтровые установки и глубинные насосы АТН-10 и АТН-12, с помощью которых производилось откачивания воды из тела плотины и снижение выклинивания депрессионной кривой на откосе [5].

При намыве земляной плотины Куйбышевской ГЭС в сопряжении плотины с береговой частью Волги на ПК 29 произошло большое оползание низового откоса во время интенсивного намыва [6].