М.28 В северной строительно-климатической зоне расчет напряженно-деформированного состояния плотины необходимо выполнять с учетом изменения ее температурно-влажностного состояния в ходе строительства.
Замораживание грунтов тела и основания плотины и сохранение их мерзлого состояния в северной строительно-климатической зоне
М.29 Замораживание талых грунтов противофильтрационного устройства плотины и его основания, сохранение их в мерзлом состоянии при эксплуатации плотины, а также сохранение или усиление естественного мерзлого состояния грунтов основания противофильтрационного устройства и низового клина плотины при ее эксплуатации следует выполнять с помощью СОУ воздушного, жидкостного или парожидкостного вида (рисунок М.2).
М.30 Кроме основных типов СОУ могут использоваться жидкостные с принудительной циркуляцией теплоносителя (рисунок М.2, в), а также рассольные замораживающие системы с охлаждением рассола в наружном теплообменнике.
 | |
| 651 × 285 пикс. Открыть в новом окне | |
а – воздушное с принудительной циркуляцией воздуха; б – жидкостное с естественной конвекцией теплоносителя; в – жидкостное с принудительной циркуляцией теплоносителя; г – парожидкостное; Hgr – глубина СОУ; Hout – высота наземной части СОУ
Рисунок М.2 – Схемы основных типов СОУ
М.31 Применение рассольных замораживающих систем на базе холодильных машин и жидкостных СОУ с принудительной циркуляцией теплоносителя допускается при надлежащем технико-экономическом обосновании
М.32 Использование жидкого азота для замораживания грунта допускается в целях предупреждения или ликвидации аварийной ситуации при эксплуатации плотины.
При проектировании воздушной замораживающей системы, состоящей из воздушных СОУ, объединенных подводящим и (или) отводящим коллектором, следует предусматривать:
герметизацию системы на теплый период года;
автоматическое отключение системы при снегопаде, повышении температуры наружного воздуха выше значения, установленного проектом, и включение при снижении температуры ниже проектного значения;
возможность очистки системы от льда или инея.
М.33 Работу воздушных замораживающих систем следует считать целесообразной при температуре воздуха ниже минус 15ºС (в первый сезон замораживания грунта).
М.34 При проектировании замораживающих систем, состоящих из автономных жидкостных или парожидкостных СОУ, необходимо предусматривать герметизацию устройств и вертикальность установки СОУ. Применение внешней трубы грунтовых теплообменников устройств диаметром более 180 мм нерационально.
М.35 Бурение скважин, установку СОУ и устройство замораживающих систем следует проводить после возведения плотины.
М.36 В случае необходимости для плотин высотой более 25 м допускается применять двухъярусное замораживание: грунтов основания из потерны и грунтов противофильтрационного устройства плотины – с гребня.
М.37 При строительстве низконапорных плотин водохозяйственного назначения эффективным является сочетание СОУ в центральной части плотины с теплоизоляцией гребня и низового откоса. В качестве теплоизоляционного материала рекомендуется пенопласт типа ПХВ-1 толщиной 6-10 см. Теплоизоляционный слой необходимо защищать от механических повреждений грунтом толщиной 15-20 см.
М.38 При строительстве плотин в северной строительно-климатической зоне необходимо дополнительно осуществлять контроль за температурным состоянием грунтов тела и основания плотины, а также за температурным состоянием грунтов в карьерах, буртах зимнего хранения, при транспортировании и укладке.
М.39 В северной строительно-климатической зоне верхнюю промерзающую часть плотины (выше НПУ) следует возводить из уплотненных непучинистых или слабопучинистых грунтов.
М.40 При строительстве талых плотин в северной строительно-климатической зоне, при необходимости, дополнительно следует предусматривать обогрев контактного слоя грунта противофильтрационного устройства плотины с основанием.
Приложение Н (рекомендуемое) Геофизические методы диагностики грунтовых плотин и их оснований
Н.1 Исходной информацией для выбора комплекса методов и методик диагностики грунтовых плотин являются:
- сведения об объекте исследований, его строения, составе грунтов и их состоянии; эта информация позволяет построить априорную геофизическую модель объекта;
- задачи диагностики с оценкой ожидаемой величины аномалии;
- конкретные условия выполнения наблюдений (климатические условия, сезонность работ, транспортные схемы, наличие и результативность систем КИА и др.);
- информативность каждого из возможных методов решения поставленных задач; производительность, трудозатраты и стоимостные показатели этих методов;
- возможные экономические рамки (финансовые ограничения) на выполнение исследований;
- простота и реальность выполнения работ в конкретных условиях изучаемого объекта;
- возможность решения каждым из планируемых геофизических методов не одной, а нескольких задач диагностики; иными словами, в общем случае предпочтение не должно отдаваться узкоспециализированному методу, ориентированному на решение лишь одной задачи;
- наличие (или возможность приобретения) аппаратуры, средств обработки (программы, компьютеры); обеспеченность кадрами с различной геофизической специализацией;
- результаты ранее примененных геофизических методов (одного или комплекса) как обоснование задач следующего этапа исследований.
Н2. Рекомендуемый комплекс методов для решения типовых задач в целях выполнения диагностики грунтовых плотин приведен в таблице Н.1.
Таблица Н.1 – Задачи диагностики грунтовых плотин и рекомендуемый комплекс геофизических и других методов
| Задачи | Основные методы комплекса | Вспомогательные методы комплекса |
| 1 Детальное картирование поверхности депрессии в низовой призме и выявление аномальных участков | 1) Метод преломленных волн (МПВ) в варианте сейсмотомографии;2) вертикальное электрическое зондирование методом сопротивлений (ВЭЗ-КС) любыми типами установок; электротомография;3) георадиолокационное зондирование (ГРЛЗ);4) площадное зондирование становлением поля от закрепленного источника (ПЗС-ЗИ);5) натурные наблюдения в пьезометрических скважинах | 1) Вертикальное электрическое зондирование методом вызванной поляризации (ВЭЗ-ВП);2) вертикальное электрическое зондирование способом бесконтактных измерений электрического поля (ВЭЗ-БИЭП) с дипольными осевыми (ДОЗ-БИЭП) и трехэлектродными установками |
| 2 Выявление и изучение путей сосредоточенной фильтрации в теле | 1) Метод естественного электрического поля (ЕП) в варианте площадных, профильных или точечных исследований;2) резистивиметрия (РЗМ) и термометрия (ТМ) в скважинах, источниках грунтовых вод и открытых водоемах;3) способ электролитической индикации с использованием технологии метода заряженного тела (МЗТ), РЗМ, электропрофилирования методом сопротивлений (ЭП-КС);4) способы радиоизотопной или химической индикации с использованием технологии наземной и скважинной радиометрии или спектрометрии, а также лабораторного изучения образцов грунта и водных проб;5) натурные гидрогеологические наблюдения (за источниками и т.п.) | 1) Методы ВЭЗ-КС, ГРЛЗ, ДОЗ-БИЭП, ПЗС-ЗИ, ЭП-КС, радиоэлектромагнитного профилирования (РЭМП), поляризационной диагностики (ПМДС) в стандартных вариантах и в варианте многократных наблюдений за динамикой движения электролитического индикатора |
| 3 Выявление мест повреждения полиэтиленовых и других экранов, дефектов шпунтованных стенок | 1) Методы, указанные в пункте 2, с учетом более жестких требований по детальности и точности полевых измерений | |
| 4 Выявление, трассирование, определение глубины развития и элементов залегания крутопадающих трещин и сопутствующих им зон разуплотнения в гребневой части плотины | 1) ГРЛЗ;2) детальное сейсмопрофилирование МПВ (в традиционном варианте);3) электропрофилирование способом двух составляющих (ЭП-МДС) и с использованием других специальных установок (дивергентных и т.п.) | 1) ЭП-КС, ВЭЗ-КС, ВЭЗ-МДС (с использованием дипольно-осевых, трехэлектродных и комбинированных установок) |
| 5 Определение глубины сезонного промерзания (оттаивания) грунтов | 1) ВЭЗ-КС (любыми типами микроустановок);2) ГРЛЗ;3) ПЗС-ЗИ;4) термометрия в скважинах | |
| 6 Оценка степени неоднородности грунтовых слоев в теле плотины по составу и состоянию | 1) ВЭЗ-КС, ВЭЗ-МДС, ДОЗ-БИЭП;2) ЭП-КС, ЭП-МДС;3) МПВ в варианте сейсмотомографии;4) ГРЛЗ;5) ПЗС-ЗИ, ПМДС, РВМП, РВМ | 1) Сейсмопросвечивание с обработкой по методу томографии;2) ВЭЗ-ВП, ЭП-ВП |
| 7 Оценка качества сопряжения отдельных грунтовых и негрунтовых элементов плотины | 1) ВЭЗ-КС, ЭП-КС – грунтовые элементы;2) сейсмопросвечивание с томографической обработкой – сопряжение грунтовых элементов с бетонными;3) ГРЛЗ (специальные модификации) – сопряжение грунтовых элементов с бетонными | 1) Метод динамического отклика |
| 8 Определение плотности, пористости грунтов элементов плотин | 1) Радиоизотопные методы (ГГК, НГК и др.);2) МПВ в варианте сейсмотомографии;3) сейсмокаротаж и сейсмопросвечивание;4) лабораторные исследования для «калибровки» геофизических характеристик | 1) Электрокаротаж;2) электроразведка (ВЭЗ и др.) |
| 9 Определение действительной скорости фильтрации и коэффициента фильтрации | 1) Способ электролитической индикации с использованием технологии МЗТ и РЗМ;2) способы радиоизотопной и химической индикации с использованием технологии радиометрии и спектрометрии;3) расходометрия (РМ) при наливах и откачках воды из скважин;4) опытно-фильтрационные работы | 1) Термометрия скважин и источников с оценкой динамики сезонных изменений по характеру «тепловой волны»;2) способ электролитической индикации с использованием технологии ЭП-КС, ПМДС и т.п.;3) метод ВЭЗ при откачках (наливах) воды из скважин |
| 10 Изучение тенденций изменения состояния и свойств грунтов под влиянием сезонных, долговременных и экстраординарных техноприродных воздействий | Режимные и дискретные наблюдения методами:1) ВЭЗ-КС и ЭП-КС, ДОЗ-БИЭП;2) МПВ в варианте сейсмотомографии;3) ГРЛЗ;4) ПЗС-ЗИ, ПМДС, РВМП, РВМ и др. | Режимные и дискретные наблюдения методами:1) ЕП;2) ГГК и НГК;3) термометрия и резистивиметрия в скважинах и в источниках |
Приложение П (рекомендуемое) Плотины из цементируемых материалов
Практически все существующие плотины построены либо из грунтовых материалов (их подавляющее большинство), либо из бетона. При одинаковой проектной надежности выбор типа плотины обычно основывается на результатах технико-экономического сравнения вариантов, когда основным аргументом является меньшая стоимость.
Существует вариант плотины, объединившей, в определенной степени, лучшие стороны двух известных типов, - плотина из цементируемых материалов (CMD). В зависимости от использования разных грунтов выделяют плотины с твердым наполнением и плотины из цемента, песка и гравия (CSG).
Принципиальная конструкция поперечного сечения новой плотины представлена на рисунке П.1. Плотина имеет трапецеидальной профиль, в котором центральная часть состоит из слоев грунто-цементной смеси толщиной порядка 25 см, уложенных с помощью виброуплотнения. Внешние грани плотины защищены оболочкой из прочного бетона повышенной водонепроницаемости толщиной 1,5-2,0 м. Допускается применение покрытий из асфальтобетона и полимерных материалов.
В процессе разработки конструкции новой плотины в нее были заложены следующие основные конструктивно-технологические принципы.
Материал, в основном песчано-гравийно-галечные грунты, желательно получать практически без какой-либо обработки (рассева, промывки и т.д.) в непосредственной близости от створа сооружения.
Количество вяжущих на 1 м3 материала смеси (цемента, золы-уноса и др.) должно быть существенно меньше, чем для обычных бетонных плотин, примерно 60-80 кг и более.
По сравнению с грунтовой плотиной тело плотины CMD обладает повышенной устойчивостью, в том числе при сейсмических воздействиях и при переливе через гребень. В ее теле отсутствуют возможности возникновения оползневых участков и очагов нарушения фильтрационной прочности. Применение технологии укладки смеси одновременно несколькими слоями с виброуплотнением существенно ускоряет процесс строительства.
В целом, все примененные конструктивно-технологические решения позволили существенно снизить затраты на возведение и сделать рассматриваемый тип плотины экономически более выгодным по сравнению с другими.
 | |
| 449 × 276 пикс. Открыть в новом окне | |
- грунтоцементная смесь; 2 – бетонный блок; 3 – защитный слой бетона; 4 – галерея; 5 – бетон повышенной водонепроницаемости; 6 - смесь CSG с повышенным содержанием цемента; 7 – дренаж; 8 – площадная цементация; 9 – цементационная завеса; 10 – грунт основания
Рисунок П.1 – Плотина из цементируемых материалов
Основная задача при строительстве плотин CMD состоит в обеспечении прочности грунто-цементного материала выше некоторого определенного значения, необходимого для надежной эксплуатации всего сооружения. Проверка и определение минимально допустимой прочности грунто-цемента осуществляются с помощью лабораторных исследований, в которых должно быть показано, что прочность всего объема грунтоцементного материала в плотине отвечает заданному значению. Для этого проводят исследования со смесями, где используют грунты самого крупного и самого мелкого гранулометрического состава, находящиеся в процессе исследований в определенном диапазоне влажности (от минимального до максимального, кг/м3, рисунок П.2).
 | |
| 412 × 248 пикс. Открыть в новом окне | |
1 – смесь с наиболее крупным гранулометрическим составом; 2 – смесь с наименее крупным гранулометрическим составом; 3 – рабочая область смеси CMD, превышающая заданную проектную прочность; 4 – значение проектной прочности CMD; 5 – диапазон удельного содержания воды, гарантирующей заданную прочность; 6 – область показателей прочности при недостатке воды; 7 – область показателей прочности при избытке воды