Надёжность грунтовых плотин с противофильтрационным элементом в виде "стены в грунте" тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.07, кандидат наук Радзинский, Александр Владимирович

• Радзинский, Александр Владимирович
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Радзинский, Александр Владимирович

Оглавление

Введение

Глава 1 Область применения и эффективность метода «стена в грунте» в строительстве грунтовых плотин с глиноцементобетонной диафрагмой

1.1 Описание метода

1.2 Классификация сооружений возводимых методом «стена в грунте» различными способами

1.3 Конструктивные особенности стенок-диафрагм, сооружаемых методом «стена в грунте» в гидротехническом строительстве

1.4 Международный опыт создания «стены в грунте» в гидротехническом строительстве

1.5 Отечественный опыт создания «стены в грунте» в гидротехническом строительстве

1.6 Анализ рассмотренных методик применительно к сооружениям

Глава 2 Исследование свойств глиноцементобетона

2.1 Использование методики планирования экспериментов

2.2 Характеристики материалов, используемых для приготовления пластичного глиноцементобетона

2.3 Прочностные и деформативные характеристиках глиноцементобетона

2.4 О прочности глиноцементобетона на растяжение при раскалывании и изгибе

2.4.1 Прочность на растяжение при изгибе

2.4.2 Прочность на растяжение при раскалывании

2.5 Прочность и деформативность глиноцементобетона в

сложнонапряжённом состоянии

Выводы по главе 2

Глава 3 Исследования напряжённо-деформированного состояния грунтовых плотин высотой 40, 60 и 100 м с глиноцементобетонной диафрагмой

3.1 Метод выполнения расчётов напряжённо-деформированного состояния плотин

3.2 Расчёт НДС грунтовой плотины высотой 40 м

3.3 Расчёт НДС грунтовой плотины высотой 60 м

3.4 Расчёт НДС грунтовых плотины высотой 100 м

Выводы по главе 3

Глава 4 Исследование конструкции диафрагмы в полевых условиях

4.1 Крупномасштабный опытный полигон Гоцатлинской ГЭС

4.1.1 Опытно-производственные работы

4.1.2 Контрольные работы

4.2 Опыт применения глиноцементобетона на перемычке Нижне-Бурейской ГЭС

4.2.1 Проект перемычки

4.2.2 Производство работ

4.2.3 Контрольные работы

Выводы по главе 4

Общие выводы и рекомендации

Библиографический список

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Надёжность грунтовых плотин с противофильтрационным элементом в виде "стены в грунте"»

Введение

Большое строительство ГЭС в США и Европе привело к тому, что в этих странах исчерпаны экономически доступные гидроэнергетические ресурсы. Эти экономически доступные ресурсы в США составили 60%, а в Европе~70% и эти ресурсы освоены [6]. В Норвегии освоено практически 99% всех ресурсов. Освоение этого количества гидроэнергетических ресурсов создало во многих странах устойчивые динамические системы. Видимо, только в США не ✓ хватало гидроэнергетических ресурсов, чтобы создать такую легкоуправляемую энергетическую систему, т.к. полная выработка в США 3 трл. кВтхч, а ГЭС вырабатывают 350 млрд.кВтхчас при общей мощности N=250 млн. кВт.

Для устойчивой работы энергетической сети государства по данным П.С. Непорожнего в системе динамической мощности страны должно быть ~23% от полной мощности, но если динамической мощности не хватает, тоэтот -дефицит динамической мощности покрывается другими источниками.

В России к 2000 году вырабатывалось~840 млрд.кВтхч электроэнергии. Из них на ГЭС вырабатывается только 190-200 млрд.кВтхч. В настоящие время вырабатывается больше 1 триллиона кВтхч, а количество гидроэлектроэнергии около 200 млрд. кВтхч, т.е. ~20% но это тоже маловато. Для восполнения этого недостатка сейчас строятся ГАЭС.

Во многих странах Европы освоено 70% гидроэнергоресурсов, но был момент когда ГЭС покрывали 90% потребностей Италии в электроэнергии.

По планам 2000-го года сценарий развития энергетики России представлен в таблице.

Сценарий развития энергетики в России

Сценарий, млрд.кВтхч Годы

1999 2005 2010 2015

высокий 832,1 970 1210 1460

базовый 832,1 930 1110 1310

низкий 832,1 890 1010 1160

Европа без России вырабатывает ~1 трл. кВтхч электроэнергии за счёт ГЭС, весь мир вырабатывает 8 трл. кВтхч за счёт ГЭС, что составляет всего 25% от полной выработки (мировая мощность ГЭС 2200 млн. кВтхч).

В США выработка на 1 человека составляет 10 тыс. кВтхч/год, в Европе ~5 тыс. кВтхч/год на чел. В России вместе с ТЭС (для отопления) порядка 7100 кВтхч/год на чел.

Огромными темпами развивается гидроэнергетика в КНР и Латинской Америке (в первую очередь в Бразилии).

В России ГЭС используется от 4000 до 5000 час/год. В Европе считают, что выгодно ГЭС использовать даже 1500 час/год, а в США ГЭС Коуэм Форд мощностью 350 тыс. кВт работает в среднем всего 440 час/год и это тоже для них выгодно.

На сегодня использовали только 8,9% от общих гидроресурсов России. У гидроэнергетиков огромное поле деятельности. При этом надо учитывать, что производительность труда на ГЭС в 8 раз выше, чем на ТЭС без учёта добычи угля, а себестоимость одного кВтхч в 4+5 раз ниже, чем на ТЭС.

Президент и правительство РФ создают приоритет развития дальнего Востока России. В области гидроэнергетики построена Бурейская ГЭС, строятся Нижне-Бурейская ГЭС, будут строиться ГЭС в Южной Якутии, на р. Зея (Нижне-Зейская ГЭС) и т.д.

Для строительства надёжных плотин и дамб (для борьбы с наводнениями), дешёвых и технологичных плотин необходимо внедрять новые технологии и механизмы. Ранее внедрение способа гидронамыва песка позволило создать прорыв в строительстве ГЭС.

В настоящее время таким технологическим новшеством в плотиностроении стал метод «стена в грунте» и сопутствующие ему механизмы. Представленная кандидатская диссертация посвящена выбору состава глиноцементобетона для диафрагмы выполненной способом «стена в ^

грунте», анализу работы плотины с диафрагмой из глиноцементобетона (ГЦБ) и проверке работоспособности диафрагмы в натурных условиях на созданном полигоне Гоцатлинской ГЭС.

Краткое содержание диссертации по главам. В главе 1 сделан краткий обзор существующего метода «стена в грунте», который позволил найти пути дальнейших исследований и сформулировать основные положения работы: цели и задачи, научную новизну, достоверность результатов исследований.

В главе 2 приводятся исследования прочностных и деформационных характеристик свойств ГЦБ различного состава при различных методиках испытаний для получения некоторых зависимостей прочности и деформируемости материала. Для этого применялась методика определения кубиковой прочности на сжатие, призматической прочности и деформируемости ГЦБ при сжатии, прочность на растяжение при изгибе балок, прочность на растяжение путём раскалывания образцов ГЦБ. Все эти работы выполнены на основе теории планирования экспериментов и номографированы, что позволяет прогнозировать свойства при выборе состава ГЦБ, но естественно не исключает поверочных экспериментов.

В главе 3 рассматривается работоспособность диафрагм и оценивается возможность строительства грунтовых плотин высотой 40, 60 и 100 м, в которых противофильтрационная диафрагма выполнена из глиноцементобетона методом буросекущихся свай (методом «стена в грунте»). Численные исследования напряжённо-деформированного состояния плотин показали, что в диафрагме могут возникнуть значительные сжимающие напряжения, которые в 3-4 раза превышают прочность глиноцементобетона на сжатие. Однако, необходимо учитывать, что диафрагма плотины будет обжата горизонтальными напряжениями, т.е. глиноцементобетон будет работать в сложном напряжённо-деформированном состоянии сжатия. В этих условиях, забегая, вперёд отметим, что прочность глиноцементобетона будет существенно выше, поэтому надёжность диафрагмы может быть обеспечена с запасом. Также на основе

имеющегося опыта приводятся рекомендации по высоте возможной очереди возведения и смены состава материала диафрагмы по очередям возведения.

В четвертой главе приводятся результаты проведённых в полевых условиях экспериментов на производственном полигоне Гоцатлинской ГЭС. Эксперименты позволили проверить результаты разработок по выбору состава ГЦБ в лабораторных условиях.

Далее следуют выводы и рекомендации.

Диссертационная работа выполнена на кафедре Гидротехнических сооружений Московского Государственного Строительного Университета. Работа выполнена под научным руководством Заслуженного деятеля науки РФ, профессора, доктора технических наук Леонид Николаевича Рассказова. Автор выражает большую благодарность Леониду Николаевичу за огромную помощь в постановке задач и в научно-исследовательской работе.

Свою признательность автор выражает кандидату технических наук М.П. Саинову и другим сотрудникам кафедры за помощь в работе, а также заведующему строительной испытательной лабораторией

ООО «Гидроспецпроект» В.М. Королёву и заведующему лабораторией НОЦ МГСУ, кандидату технических наук А.З. Тер-Мартиросяну за помощь в организации проведения экспериментов.

Глава 1 Область применения и эффективность метода «стена в грунте» в строительстве грунтовых плотин с глиноцементобетонной диафрагмой

1.1 Описание метода

Метод «стена в грунте» известен более 60 лет. Он активно начал применяться в промышленно-гражданском строительстве: в устройствах различного рода подземных сооружений, промышленных, энергетических и гражданских зданий [1, 37].

Основной принцип сооружения «стены в грунте» заключается в разработке в грунте выемок, траншей или скважин, которые в последствии заполняются материалами, обеспечивающими малую водонепроницаемость и прочность конструкций. В зависимости от заглублённых сооружений и их конструкций применяются следующие материалы: смесь глины с галечниковым грунтом, бетон, глиноцементный раствор, глиноцементобетон и даже железобетон.

Чаще всего «стена в грунте» применялась для создания противофильтрационных элементов в основании плотин в сильнопроницаемых аллювиальных грунтах, образуя намного более надёжную преграду фильтрации, чем инъекционная завеса. При этом материалы используются самые разнообразные и, в соответствии с этим, разные методы создания. Раньше (на ранней стадии использования) траншею проходили «драглайном» под защитой раствора из бентонитовой глины, а затем заполняли смесью вынутого сильнопроницаемого грунта с глинистым грунтом (пропорции глины определялись специальными исследованиями). Впоследствии (фирмами Касагранде (Италия), Бауэр (Германия), Като (Япония), Солетанш (Франция)) были созданы специальные машины для создания стены в грунте и разработаны технологии их использования. Материал заполнения «стены в грунте» может быть самый разнообразный в зависимости от назначения конструкции и её глубины. Например, «стена в грунте» в основании плотины

Сяоланди на р. Хуанхе (Китай) имеет глубину 70 м и выполнена из железобетона, так как над ней была построена плотина высотой -154 м.

При сооружении различного вида конструкций методом «стена в грунте» повышается интенсивность строительства до 20%, снижается сметная стоимость строительства для подземных сооружений до 25%, для подпорных стен и ограждений - до 40 - 50%, для противофильтрационных завес - до 60% [28, 30, 36, 54].

1.2 Классификация сооружений возводимых методом «стена в грунте» различными способами

Признаки, классифицирующие сооружения, возводимые методом «стена в грунте»: назначение сооружения, конструктивное решение и применяемые материалы.

Способ «стена в грунте» активно применяется при сооружении подземных конструкций в различных областях строительства[63, 38];

-промышленного - туннели мелкого заложения, фундаменты промышленных зданий, хвостохранилища (шламонакопители), заглублённые ёмкостные сооружения и много др.

-гражданского - подземные гаражи, фундаменты, подпорные стенки; -транспортного - переходы и развязки на автомобильных дорогах, опоры мостов, туннели метро, подземные магистрали, железнодорожные туннели;

-гидротехнического - противофильтрационные диафрагмы в теле и основании плотин, оросительные каналы, отсечные стенки для защиты территорий от подтопления, водозаборы, заглублённые насосные станции для водопроводов и многие другие конструкции в зависимости от назначения специальных сооружений [69].

Способ «стена в грунте» эффективен при использовании в различных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях и во многих случаях

позволяет отказаться от устройства шпунтовых стен, различного рода креплений, водопонижения и замораживания.

Этот способ выполняет три основные функции: несущие элементы основания, подпорные стенки и противофильтрационные завесы. Несущие и подпорные стены обычно армируются. Противофильтрационные конструкции выполняются без арматуры. Часто «стена в грунте» совмещает несколько функций одновременно.

1.3 Конструктивные особенности стенок-диафрагм, сооружаемых методом «стена в грунте» в гидротехническом строительстве

г 1

По конфигурации сооружения «стена в грунте» разделяются [62] на: -линейные, состоят только из одного протяженного элемента «стены в грунте» (ленточные фундаменты, ограждающие стены котлованов, противофильтрацонные);

-линейно-протяжённые, ограждающие конструкции из двух стенок, параллельных друг другу (примером можгут служить транспортные развязки на Ленинградском проспекте в г. Москве, коллекторы для инженерных сетей и многое др.);

-колодезного типа, круглые, прямоугольные и многоугольные в плане (вентиляционные и рабочие стволы метрополитена, ямы бункерного типа, цокольные этажи зданий).

По отношению к водоупору сооружения «стена в грунте» делятся на совершенные (заглублённые в водоупор) и несовершенные (недоведённые до водоупора).

По конструкции сооружения «стена в грунте» могут быть: -свайные - образованные из сплошного ряда вертикальных буронабивных свай. Скважины буронабивных свай бурятся под защитой обсадной металлической трубы, на конце которой установлен буровой наконечник;

-траншейные - образованные сплошной стеной (рис. 1.1).

©ООО ©ООО (238Э300

' / ЩI

5

СП) СП) СП) СПП)

«I») шшшшшт

б

(Ш) с1ШЮ

сшшжшшшю

е

& Заполнение Разработка

штт-

ж

Рисунок 1.1. Схема образования стен в грунте

а - секущиеся сваи; б - касающиеся сваи; в - секущиеся секции стен в коротких траншеях; г - то же, касающиеся; д - секции, образуемые в непрерывно разрабатываемой траншее; е - непрерывная траншея с секционным заполнением; ж-то же, с непрерывным заполнением.

Параметры противофильтрационных стенок-диафрагм выбираются в зависимости от поставленных задач и действующей нормативной

документации [55, 56].

В устройство «стены в грунте» траншейным способом входит: 1. Устройство форшахты; 2. Рытьё траншеи под защитой бентонитового раствора; 3. Бетонирование методом вертикально

перемещающейся трубы (ВПТ) [16].

Технология проходки «стенок» может осуществляться тремя способами

в зависимости от свойств грунта и его влажности (уровня грунтовых вод):

двумя «мокрыми» способами и одним «сухим».

Мокрый способ 1. Траншею в процессе её разработки сразу заполняют конечным материалом, который при проходке служит стабилизирующим материалом.

Мокрый способ 2. Траншея проходится под защитой бентонитового раствора (иногда используют просто глинистый раствор или даже суглинистый,

Л

но плотность раствора доходит до 1,15 т/м ). После отрывки на полную глубину бентонитовый раствор постепенно замещается конечным материалом-заполнителем, в качестве которого может использоваться пластичный глиноцементобетон (ГЦБ), жесткий бетон или железобетон [41].

Сухой способ. Траншея отрывается ярусами в маловлажных устойчивых грунтах. При этом способе не требуется бентонитовый раствор, и поэтому он называется сухим. Также сухой способ используется при создании «стены в грунте» методом секущихся свай с использованием обсадных труб [53].

1.4 Международный опыт создания «стены в грунте» в гидротехническом строительстве

В СИГБ зарегистрировано более 50 тыс. больших плотин, построенных по всему миру, из них количество грунтовых плотин примерно 83%. В современных конструкциях грунтовых плотин активно используется метод «стена в грунте» [40].

Одним из современных опытов может служить пример [74] строительства плотины Хинзе в Австралии.

Плотина Хинзе представляет собой каменно-набросную плотину на р. Неранг в 30 километрах от Золотого побережья. Этап 1 плотины был осуществлен в середине 70-х годов с максимальной высотой плотины 47,5 м. Этап 2-ой предусматривал увеличение высоты плотины на 16 м в конце 1980-х годов. В настоящее время осуществлён 3-й этап строительства, увеличивающий высоту плотины еще на 15 м. Общая высота плотины достигнет 78,5 м.

Основание правого берегового устоя плотины Хинзе имеет сложное геологическое строение. Средние и нижние слои основания покоятся на сильно выветрелых песчаниках мощностью до 25 м.

Из-за возможных протечек через основание плотины при выполнении 3-его этапа строительства было принято решение перекрыть слой песчаника противофильтрационной «стеной в грунте», выполненной траншейным способом. Успешная работа по созданию противофильтрационного элемента (ПФЭ) была реализована Австрийским отделением фирмы Bauer в 2008-2009 гг. Длина «стены в грунте» по фронту составила 220 м, глубина 53 м. Всего было проработано 13 вариантов составов с различным содержанием цемента, бентонитовой глины и инертных материалов. Прочность состава «стены в грунте» на одноосное сжатие в возрасте 28 суток составила от 2 до 4 МПа, коэффициент фильтрации менее 1* 10 "7м/сут.

В бюллетене №51 Международной комиссии по большим плотинам (ICOLD 1985) перечислены характеристики пластичных бетонов (ГЦБ) и представлены многочисленные примеры использования «стен в грунте» в плотиностроении.

Строительство плотины на р. Керхе (ИРИ) включало в себя создание «стены в грунте» в основании плотины высотой 120 м в гравийно-галечниковом конгломерате с глинистым цементом. Выполнялась стена траншейным методом. Толщина стены 1 м. Строительство выполнялось под защитой

3 3

бентонитового раствора (у*1,05 т/м ), количество цемента 220 кг/м ,

о

бентонитовой глины 30 кг/м . Подача раствора в траншею осуществлялась по бетонолитной трубе 0200 мм. Производительность станком Бауер достигалась 7 м/час. Появление «окон» между участками «стены в грунте» не наблюдалось. В КНР на р. Хуанхе (плотина Сялонди) «стена в грунте» также выполнялась траншейным методом.

Однако, применение стенок-диафрагм в теле грунтовых плотин в качестве ПФЭ не получило широкого распространения при строительстве

плотин, и приведенные данные в табл. 1.1.-1.3. являются примерами создания ПФЭ в основании грунтовых плотин и единичными случаями ремонта противофильтрационного ядра плотины [71, 72].

Таблица 1.1

Противофильтрационные завесы, выполненные на объектах гидроэнергетики за рубежом

Название плотины Размер плотины Размеры «стены в грунте» Заглубление

высота, м длина гребня, м макс, глубина, м длина, м площадь, м2 толщина, м в скальную породу, м В ядро, м

Дхаулиганга (Индия) 56 265 700 -200 7500 1,0

Армину (Кипр) 42 200 13 38 400 0,8 >1,0 1,5

Ист Сайд (США) 114 2530 40 735 14875 0,8 0,6-3,0 4,6

Сяоланди (Китай) 154 1700 -70 -450 1,2 14

Колбун (Чили) 116 1935 68 335 12800 1,20

Конвенто Вьехо 38 730 55 540 16412 0,8

Кливленд (Канада) 91 23 306 0,8

Твин Бьютте (США) 40,8 13200 -30 6440 130000 0,76 >0,75

Бром бах (Германия) 37,3 1700 35 -1700 40000 0,6 Смотровая галерея

Тадами (Япония) 18 582,5 23 220 0,8 1,5 1,5

Мероу (Судан) 63 885 63 397 15310 1,2 -4,0 42

Главная плотина Перибонка 80 775 116 310 12000 1,2/1,5 >0,5 6,0

Верней (Франция) 41,5 50 13000 1,2 1,0 -

Таблица 1.2

Состав пластичного бетона для стен в грунте. Прочностные характеристики _

Название плотины Состав смесей Макс, размер частицы, мм Прочность в возрасте 28 дней, МПа

цемент, кг/м3 бентонит или 'З глина, кг/м мелкий заполнитель, кг/м3 крупный заполнитель, кг/м3 вода, кг/м3

1 2 3 4 5 6 7 8

Дхаулиганга (Индия) 150 20 817 813 318 - 1,5+0,5

Армину (Кипр) 162 23 854 741 348 32 1,195

Ист Сайд (США) 178 11,9 605 931 344 12,7 1,7-3,0

Сяолянди (Китай) 150 100 1567 305 - >2

Колбун (Чили) 75 140 (глина 121) 1483 423 - 1,982 (90 дней)

Конвенто Вьехо (Чили) 80-84 100 (глина 92) 1670-1740 300320 - 0,43

Кливленд (Канада) 143,6 36,6 707 707 416 - 1,5

Бромбах (Германия) 200 100 (глина) 950 450 360 - -

Тадами (Япония) 125 25 792 928 279 - 2,5

Мероу (Судан) 140 35 872 580 391 19 >0,7

Франсиско Абеллан (Испания) 150 40 1170 700 372 - 1,26+0,38

Верней (Франция) 47 117 (глина) 995 663 313 - 0,6-0,7

Балдерхед (Великобритания) 195 44 1400 400 - -

Ллюэст Уэн (Великобритания) 227 24 1300 405 - -

Висенс Клауф (Великобритания) 61+300 Летучая зола 25 1050 409 - -

Нью Уоделл (США) 183+79 Летучая зола 10,5 823 908 210 - -

Анализ таблицы 1.2 показывает, что более 200 кг/м3 цемента в составе глиноцементобетона за редким исключением не используют. Чаще существенно меньше. В Великобритании иногда цемент смешивают с золой уноса: для плотина Висенс Клауф использовали 61 кг цемента и 300 кг золы уноса на м3, плотина Нью Уоделл (США) 183 кг цемента + 79 кг кг золы уноса.

В плотине Бромбах (Германия) использовали 200 кг цемента. В остальных случаях существенно меньше.

Минимальное количество цемента 47 кг использовалось на плотине Верней (Франция) и 75 кг на плотине Колбун (Чили) и Конвенто Вьехо (Чили). Во всех других случаях использовалось больше 100 кг цемента.

Бентонитовую глину иногда смешивают с обычной глиной. Количество бентонитовой глины добавляют существенно меньше 50 кг/м3, но как

л

исключение, встречаются случаи и 140 кг/м , но в этом случае - 121 кг просто глины (плотина Колбун, Чили). Для плотины Бромбах (Германия) использовали

3 3

100 кг/ м чистой глины и на плотине Верней (Франция) применялось 117 кг/м глины.

В Китае на плотине Сяоланди использовали только бентонитовую глину в

3 3

количестве 100 кг/м . В болыиенстве случаев используют от 10 до 40 кг/м бентонитовой глины, что, как будет показано ниже, резко повышает прочность и снижает деформируемость глиноцементобетона. Мелкий и крупный заполнитель берут чаще всего в равных количествах, только в некоторых случаях мелкого заполнителя берут больше.

Водоцементное отношение играет существенную роль при приготовлении бетона. Аналогичное положение и при приготовлении глиноцементобетона. Согласно таблице 1.2. варьирование воды очень мало от 318 до 416 кг/м , но встречаются случаи до 210 л/м3. Глиноцементобетон должен быть очень подвижен, особенно при траншейном методе создания «стены в грунте», т.к. в этом случае заливка материала в траншею осуществляется через бетонолитную трубу диаметром 220 мм. В целом В/Ц«2. Если учесть бентонит, который впитывает воду при набухании, то В/(Ц+Б) понизится до величины несколько

больше 1,2 (плотина Сяоланди). В других случаях понижение мало, т.к. мало бентонита. В случае использования только глины учитывать надо только цемент, т.к. глина брать на себя воду не будет.

Таким образом, при варьировании составов можно в части цемента

3 3

максимум брать 200 кг/м и минимум 100 кг/м , бентонитовой глины -

3 3

максимум 100 кг/м и минимум 40 кг/м , имея в виду возможность некоторой экстраполяции и в максимальную, и минимальную сторону.

В таблицах 1.3 и 1.4 приведены свойства пластичных бетонов в части деформируемости и водопроницаемости.

Таблица 1.3

Свойства пластичного бетона в части деформативности

Название плотины Сцепление, кПа Угол внутреннего трения, градусы Модуль де( юрмации

по методу испытания обычного бетона, МПа испытание в приборе трехосного сжатия, МПа

Дхаулиганга (Индия) - - 200-400 -

Армину (Кипр) 17 43 250-280 -

Ист Сайд (США) - - - -

Колбун (Чили) - - 294 630

Конвенто Вьехо (Чили) 490 36 77 196-363

Тадами (Япония) 387 35 - -

Углы внутреннего трения и сцепления в таблице 1.3 варьируются в диапазоне от 35° до 43°, при этом прочность глиноцементобетона на одноосное сжатие ~ 1,2^2,5 МПа, сцепление достигает 0,5 МПа. Стоит отметить, что содержание бентонитовой глины в глиноцементобетоне не превышает 45 кг/м , при довольно высоком содержании цемента ~150-К227 кг/м3.

Таблица 1.4

Проницаемость стен в грунте

Коэффициент фильтрации

Название плотины по лабораторным испытаниям, м/сут по натурным испытанием, м/сут

Армину (Кипр) 2-^-4x10"9 10 7

Ист Сайд (США) - <5x10"9, 8,2хЮ"10-4,9х10-9

Конвенто Вьехо (Чили) 3,1х10"6 0,4х(10"Мо-8)

Кливленд (канада) 1,7х10"9 (КЗ)хЮ-8

Твин Бьютте (США) - <10"8

Балдерхед (Великобритания) (0,6-2,0)х10"9 -

Ллюэст Уэн (Великобритания) Ю'МО"6 -

В плотине Армину (Кипр) при содержании бентонитовой глины 23 кг/м3и достаточно большом содержании цемента 162 кг/м3 ГЦБ имеет прочность на одноосное сжатие 1,2 МПа, модуль деформации 250-280 МПа и коэффициент фильтрации по лабораторным испытаниям (2-^4) *10"9 м/сут, а по натурным

у

данным Ах 10" м/сут. Коэффициенты фильтрации по лабораторным испытаниям отличаются с натурными испытаниями «стены в грунте».

1.5 Отечественный опыт создания «стены в грунте» в гидротехническом строительстве

В отечественной практике имеется множество примеров по созданию противофильтрационных стенок в основании гидротехнических сооружений. К таким примерам можно отнести сооружение стенки в основании Арпа-Чайской и Мармарикской плотин с напором 62 и 110 м [60, 61].

Проект противофильтрационной стенки для грунтовой плотины Курейской ГЭС. В 1992 г на участке русловой плотины произошел гидравлический разрыв ядра с резким увеличением фильтрационного расхода. В срочном порядке были выполнены укрепительные мероприятия, в том числе инъекция ядра плотины цементо-глинистыми растворами.

Исследования фильтрационной прочности и напряжённо-деформированного состояния плотины были проведены в МИСИ в 1994 г (кафедра Гидротехнических сооружений) и затем подтверждены исследованиями на плотине бурением разведочных скважин специалистами Красноярского отделения ВНИИГ [33, 35]. Исследования показали необходимость ремонта плотины. Было принято решение усилить ядро плотины противофильтрационной стенкой, обеспечивающей безопасный фильтрационный режим с применением материала для заполнения -глиноцементобетона.

Такое решение было реализовано в 1996-1999 гг., стена в грунте выполнялась методом буросекущихся свай [34]. Скважины выполнялись под защитой металлических обсадных труб, тем самым была обеспечена их устойчивость.

Последующие натурные наблюдения показали эффективность выполненных работ, потери напора составили 70-91,6 % от напора на сооружение.

На основе отечественного опыта работ, выполненных за последнее время, по созданию ПФЭ в виде «стены в грунте» (табл. 1.5), сооружаемой из буросекущихся свай можно утверждать, что этот способ:

-технологичен, поскольку для его осуществления имеется надёжное буровое оборудование - станки Bauer, Casagrande и др.;

-может использоваться в условиях значительных отрицательных температур и не препятствует качественной отсыпке материала по всей площади плотины, при этом не требуется устройство громоздких тепляков зимой и термоса летом, как при способе поярусной заливки асфальтобетона в опалубку;

-высокопроизводителен (до 45 м в сутки буросекущихся свай диаметром 1200 мм на один станок);

-материал-заполнитель свай включает экологически чистые и долговечные материалы и может изготовляться на типовом бетонном заводе;

-ПФЭ, созданный этим методом, ремонтопригоден: при необходимости можно усилить его выполнением дополнительных свай даже под напором.

Таблица 1.5

ПФЭ отечественных плотин, выполненные в виде «стены в грунте»

Объект Место Количество Диаметр Глубина

расположения ПФЭ свай свай, мм сваи, м

Курейская ГЭС Ядро плотины (ремонт) 244 1200 37

Вилюйская ГЭС Основание 540 1200 68

Гоцатлинская Основание 147 1200 35

ГЭС

Особое место занимает опытно-производственная работа, выполненная в нашей стране за последние годы. В частности, на опытном полигоне Гоцатлинской ГЭС на реке Аварское Койсу в республике Дагестан [31 ] и «стена в грунте» во временной перемычке Нижне-Бурейской ГЭС на реке Бурея [32].

1.6 Анализ рассмотренных методик применительно к сооружениям

Из вышеприведённого можно сделать вывод, что две методики строительства: секущимися сваями с обсадными трубами для заливки материала диафрагмы в ствол скважины и траншейный метод фактически равноценны. Конечно, надёжность «стены в грунте» из буросекущихся свай выше, т.к. обеспечивает во всех случаях (за счёт наличия обсадной трубы) надёжную заливку материала диафрагмы в ствол скважины.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Радзинский, Александр Владимирович, 2014 год

Библиографический список

1. Абызов А .Г. и др. Возведение сооружений методом «стена в грунте». Киев., Будивильник, 1976

2. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование экспериментов при поиске оптимальных условий. - М.: Наука, 1976.-279 с.

3. Айвазян С. А. Прикладная статистика: Основы моделирования и первичная обработка данных. Справочное изд. / С.А. Айвазян, И.С. Енюков, Л.Д. Мешалкин. - М.: Финансы и статистика, 1983. - 471 с.

4. Айвазян С.А. Прикладная статистика: Основы эконометрики. Том 2. - М.: Издательство ЮНИТИ-ДАНА, 2001. - 432 с.

5. Асатурян В. И. Теория планирования эксперимента. - М.: Радио и связь, 1983.-248 с.

6. Баринов В.А., Бушуев В.В. и др. Безопасность России. Правовые, социально-экономические аспекты. Энергетическая безопасность. (Проблемы функционирования и развития электроэнергетики).-М.:МГФ «Знание», 2001.480 с.

7. Баженов Ю.М. Технология бетонов. - М. Издательство АСВ, 2002.

8. Берг О.Я. Физические основы теории прочности бетона и железобетона. -М.: Гостройиздат, 1962. -96 с.

9. Болдырев Г.Г. Методы лабораторного определения механических свойств грунтов. -Пенза.: ПГУАС, 2008. -696 с.

10. Бишоп А.У, Хенкель Д.ДЖ. Определение свойств грунтов в трехосных испытаниях. -М.: Госстройиздат. 1961. С 13.

11. Берг О. Я., Смирнов Н. В. О прочности бетона при двухосном сжатии, "Бетон и железобетон". 1965, №11.- с.6-11.

12. Берг О. Я., Соломинцев Г. Г. Исследование напряженного и деформированного состояния бетона при трёхосном сжатии, "Исследование деформации, прочности и долговечности бетона транспортных сооружений", в.70,1969. -с. 70-76.

13. Берг О. Я., Щербаков E.H., Писанко Г.Н. Высокопрочный бетон. Стройиздат. М., 1971, -208 с.

14. Бриджмен П. Физика высоких давлений. НТИМ.-Л., 1935. -98 с.24.

15. Бриджмен П. Новейшие работы в области высоких давлений. "Иностраннаялитература", 1948. -106 с.

16. ВСН 261-86. Вибрационная укладка бетона под водой и глинистым раствором. -М, 1987.

17. ГОСТ 10178-85. Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия. - М.: Издательство стандартов, 1988. - 7 с.

18. ГОСТ 30515-97. Цементы. Общие технические условия. - М.: Издательство стандартов, 1997

19. ГОСТ 8267-93. Щебень и гравий из плотных пород для строительных работ. Технические условия. - М.: ГУЛ ЦПП, 2001. - 20 с.

20. ГОСТ 8267-93. Песок для строительных работ. Технические условия. -М.: Издательство стандартов, 1995. - 13 с.

21. ГОСТ 8735-88. Песок для строительных работ. Методы испытаний. - М.: Издательство стандартов, 1989.-32с.

22. ГОСТ 23732-79. Вода для бетонов и растворов. Технические условия. -М.: Издательство стандартов, 1979

23. ГОСТ 10180-2012 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам. - М.: Стандартинформ, 2013

24. ГОСТ 24452-80. Бетоны. Методы испытаний. - М.: Издательство стандартов. 1980. С 3-10.

25. ГОСТ 12248-2010. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости. - М.: Стандартинформ, 2010

26. Гольдин А.Л., Рассказов Л.Н. Проектирование грунтовых плотин. Издательство АСВ, 2001 г. -384с.

27. Жиленков В.Н. О фильтрационной прочности глинистых грунтов ядер и экранов высоких плотин. -М., Энергия, 1988.

28. Зубков Б.М., Перлей Е.М., Раюк В.Ф. и др. Подземные сооружения, возводимые способом «стена в грунте».—JL: Стройиздат, 1977.

29. Истомина B.C., Буренкова В.В., Мишурова Г.В. Филътационная прочность глинистых грунтов. -М., Стройиздат, 1975. -220с.

30. Круглицкий H.H., Мильковский С.И., Шейнблюм В.М., Траншейные стенки в грунтах. Киев, "Наукова Думка", 1973.

31. Королёв В.М., Смирнов O.E., Аргал Э.С., Радзинский A.B. Новое в создании противофильтрационного элемента в теле грунтовой плотины// Гидротехническое строительство, 2013, №8, с. 2-9.

32. Кудрин К.П., Королёв В.М., Аргал Э.С., Соловьёва Е.В., Смирнов O.E. Радзинский A.B. Использование инновационных решений при создании противофильтрационной диафрагмы в перемычке Нижне-Бурейской ГЭС// Гидротехническое строительство, 2014, №7, с. 22-28

33. Малышев JI.И. Фильтрационная прочность противофильтрационных стенок // Прогрессивные решения в проектировании и производстве специальных гидротехнических работ: Сб. научных трудов Гидропроекта. 1979.

34. Малышев Л.И., Рассказов Л.Н., Солдатов П.В. Состояние плотины Курейской ГЭС и технические решения по её ремонту // Гидротехническое строительство, 1999, №1. С 31-36.

35. Малышев Л.И., Шишов И.Н., Кудрин К.П., Бардюков В.Г. Технические решения и результаты первоочередных работ по сооружению противофильтрационной стены в грунте в ядре и основании плотины Курейской ГЭС // Гидротехническое строительство 2001, №3.

36. Мещеряков А.Н., Хейфец В.Б. Противофильтрационные и несущие стены в грунте. -М., Энергия, 1969.

37. Новая технология и оборудование для строительства подземных сооружений. Краткие тезисы докладов и сообщений на Всесоюзном совещании в г. Киеве. -Л., Ротапринт ЛНИИ АКХ, 1974 г. 152 с.

38. Носов И.Д., Федюкин В.А., Шуплик М.Н., Ресин В.И. Технология строительства подземных сооружений. Специальные способы строительства. -М„ Недра, 1992, с 32-59.

39. Паронян JI.H. Влияние добавки бентонитовой глины на основные свойства цементных растворов. -JL: ВНИИГ. 1961. Т. 67.

40. Радченко В.Г. и др. Опыт возведения противофильтрационных устройств и,грунтоцементных смесей // Гидротехническое строительство. 2012. №6. С 4654.

41. Рекомендации по расчёту стенок и подбору материалов для их заполнения. -М.:ВНИИС Гостроя СССР, 1978-51с.

42. Рассказов Л.Н., Орехов В.Г., Анискин H.A. и др. Гидротехнические сооружения (речные). -М.: Ассоциация строительных вузов, 2011. 4.1.-584 с.

43. Рассказов Л.Н., Радзинский A.B., Саинов М.П. Выбор состава глиноцементобетона при создании «стены в грунте» // Гидротехническое строительство. 2014. №3. С. 16-24.

44. Разрушение: Сборник. Т. 7. 4.1. - М.: МИР, 1976.

45. Рассказов Л.Н., Радзинский A.B., Саинов М.П. К прочности глиноцементобетона//Гидротехническое строительство. 2014. №8. С. 26-28.

46. Рекомендации по определению деформационных характеристик крупнообломочных материалов плотин. Испытание на приборе ПТ-300. П-742-1981. Гидропроект. -М.1981 -25с.

47. Руководство по эксплуатации. КАМЕРА ТРЕХОСНОГО СЖАТИЯ ТИПА А. http://www.npp-geotek.ru/documents/documentation/

48. Рассказов Л.Н., Радзинский A.B., Саинов М.П. Прочность и деформативность глиноцементобетона в сложном напряженном состоянии // Гидротехническое строительство. 2014. №8. С. 29-33.

49. Рассказов Л.Н. Грунт как материал тела плотины // Гидротехеническое строительство. 1973. №8. С.40-43.

50. Рассказов JI.H. Условие прочности грунтов // Труды ин-та ВОДГЕО. 1969. №5. С. 115-125.

51. Рассказов Л.Н. Джха Дж. Деформируемость и прочность грунта при расчёте высоких грунтовых плотин //Гидротехническое строительство, 1987, №7, с. 31-36.

52. Рассказов Л.Н., Бестужева A.C., Саинов М.П. Бетонная диафрагма как элемент реконструкции грунтовой плотины // Гидротехническое строительство. 1999. №4. С.10-16.

53. Смородинов М.И., Фёдоров B.C. Устройство сооружений и фундаментов способом "стена в грунте". М., Стройиздат, 1986.-216 с.

54. Собколов П.Ф. Траншейные стенки в гидротехническом строительстве / сост. -М., 1981-51с.-№2.

55. СП 23.13330.2011 Основания гидротехнических сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.02-85

56. СП 39.13330.2012 Плотины из грунтовых материалов. Актуализированная редакция СНиП 2.06.05-84*

57. Сидняев Н.И., Вилисова Н.Т. Введение в теорию планирования эксперимента. - М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. -463с.

58. Саинов М.П. Вычислительная программа по расчету напряжённо-деформированного состояния грунтовых плотин: опыт создания, методики и алгоритмы // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering, 2013, Volume 9, Issue 4, pp.208-225.

59. Саинов М.П. Параметры деформируемости крупнообломочных грунтов в теле грунтовых плотин [Электронный ресурс] // Строительство: наука и образование. 2014. Вып. 2. Ст. 2. Режим доступа: http://www.nso-journal.ru.

60. В.И. Федосеев, И.Н. Шишов, В.А. Пехтин, Н.Ф. Кривоногова, A.A. Каган. Противофильтрационные завесы гидротехнических сооружений на многолетней мерзлоте. Опыт проектирования и производства работ" - С-Пб: ОАО "ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева", 2009 г. Том 1. С 121-135

\

■ 1

/

61. В.И. Федосеев, И.Н. Шишов, В.А. Пехтин, Н.Ф. Кривоногова, A.A. Каган. Противофильтрационные завесы гидротехнических сооружений на многолетней мерзлоте. Опыт проектирования и производства работ" - С-Пб: ОАО "ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева", 2009 г. Том 2. С 303-316

62. Фёдоров Б.С., Смородинов М.И. "Стена в грунте"- прогрессивный способ строительства, М.: Стройиздат, 1975.

63. Филахтов A.JI., Лубенец Г.К. и др. Опыт возведения сооружений и фундаментов способом «стена в грунте».-М.: Стройиздат, 1986.

64. Федоров В.В. Теория оптимального эксперимента. -М.: Наука, 1971. 312 с.

65. Фёппль А., Фёппль Л. Сила и деформация, т.1, ОНТИ, 1936. -58 с.

66. Хованский Г.С. Основы номографии. - М.:Наука, 1976.

67. Черноусько Ф.Л. Метод локальных вариаций для численного решения вариационных задач // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1965. Т.5. №4. С. 749-754.

68. Черноусько Ф.Л., Боничук Н.В. Вариационные задачи механики и управления.-М.: Наука, 1973. 256 с.

69. Ярошеня И.Ф., Ахрап С.К. Водонепроницаемые диафрагмы из пластичного бетона в гидротехническом сооружениях. -М., 1973.

70. Ямада М. Тада К. Экспериментальные исследования прочности бетона под влиянием комбинированных воздействий. Конгресс РИЛЕМ, окт.1972, г. Канны (пер.с англ. Торгово-промышленная палата. Московское отделение, бюро переводов, перевод №-3306/1). - 6 с.

71. ICOLD. Filling materials for watertight cut off walls // Bulletin 51.1985

72. ICOLD. Cutoffs for Dams // Bulletin 150.

73. Richart F., Brown A., Brandraeg A. A Study of failure of Concrete under compressive Stresses. University Illinois, Eng. Exper. Station. Bull. N 185. 1928.

74. Steve O Brien, Christopher Dann, Gavan Hunter, Mike Schwermer // Construction of the Plastic Concrete Cut-off Wall at Hinze Dam. ICOLD Proceedings of Technical Groups.