Результат интеллектуальной деятельности: ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННАЯ ДИАФРАГМА НИЗКОНАПОРНЫХ ПЛОТИН И ДАМБ ИЗ ГРУНТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано для устранения фильтрации через тело низконапорных плотин водохранилищ, дамб русел рек и каналов высотой до 10 м, выполненных из грунтовых материалов.

Известна противофильтрационная диафрагма плотины из местных материалов (RU Патент №2265693, Е02В 3/16 от 10.12.2005 г.), которая выполнена в виде расположенной вдоль продольной оси плотины стенки, содержащей внутренний и наружный слои. Наружный слой стенки образован сборными блоками, выполненными из пластичного асфальтобетона, размещенными вертикально по высоте диафрагмы, а внутренний слой стенки выполнен из литого асфальтобетона, при этом межблочные швы наружного слоя стенки не омоноличены.

Недостатками данной конструкции диафрагмы являются: трудоемкость ее выполнения в связи с тем, что она состоит из двух слоев и требует поэтапного устройства каждого слоя, кроме того, слои выполнены из разного по физико-механическим свойствам асфальтобетона, в результате чего под действием фильтрационных вод наружный слой диафрагмы, выполненный из блоков с неомоноличенными швами, может перемещаться и вызывать нежелательные деформации в теле плотины.

Известна железобетонная диафрагма грунтовой плотины (RU Патент №1801153, Е02В 3/16, Е02В 7/06 от 07.03.1993 г.), которая выполнена из плоских панелей с двойной арматурой в продольном и поперечном направлениях, разделенных вертикальными и горизонтальными швами. По всему периметру панели установлен уплотняющий металлический лист, приваренный к рабочей арматуре.

Недостатками данной диафрагмы являются достаточно высокая материалоемкость и трудоемкость выполнения данной конструкции, кроме того, данная конструкция диафрагмы может быть выполнена только при одновременном ее монтаже и отсыпке упорных призм.

Известна грунтовая дамба с противофильтрационным ядром (SU Авторское свидетельство №1168653, Е02В 7/06 от 23.07.1985 г.), включающая водопроницаемое грунтовое тело и расширяющееся книзу центральное противофильтрационное ядро, отличающееся тем, что противофильтрационное ядро выполнено из грунта, заполняющего тело дамбы, и ограничено двумя пленочными диафрагмами, каждая из которых состоит из отдельных соединенных нахлестом и сдвинутых по высоте к центру противофильтрационного ядра вертикальных пленочных секций, при этом верхняя секция является общей для обеих диафрагм.

Недостатком данного устройства является то, что под действием фильтрационного потока, проходящего через водопроницаемую диафрагму, может происходить вынос мелкодисперсных частиц грунта низового откоса дамбы, что может привести к появлению опасных деформаций в первые годы эксплуатации дамбы. К тому же исполнение данной конструкции диафрагмы достаточно трудоемко ввиду особого расположения ее пленочных секций.

Наиболее близким является устройство для защиты откосов гидротехнических сооружений (SU Авторское свидетельство №1161626, Е02В 3/12), содержащее противофильтрационную завесу, выполненную из эластичного материала, которая расположена в траншее на откосе гидротехнического сооружения, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства и повышения надежности, продольная траншея расположена посередине откоса, а противофильтрационная завеса помещена в продольную траншею на глубину (0,5-0,6)Н, где Н - напор грунтовых вод на откос гидротехнического сооружения.

Недостатками данного устройства являются: применение в качестве эластичного материала полиэтилена, что ненадежно, так как в процессе выполнения данного устройства неизбежны повреждения этого материала, в местах сопряжения полиэтилена с грунтом будет наблюдаться увеличение скорости фильтрационного потока, что может привести к ослаблению основания. Кроме того, использование данного устройства предотвращает разрушение только верхового откоса плотины или дамбы сооружения, а устройство траншеи на откосе плотины или дамбы достаточно трудоемко.

При применении данного технического решения в процессе эксплуатации может происходить вынос грунта фильтрационным потоком на границе соприкосновения краев эластичного материала с грунтом из-за недостаточного уплотнения грунта в траншее.

Сущность изобретения заключается в повышении эксплуатационной надежности низконапорных плотин и дамб из грунтовых материалов и снижении строительной стоимости противофильтрационной диафрагмы.

Противофильтрационная диафрагма состоит из плит двух типов А и Б, изготовленных из отходов полиолефинов, снабженных внутренними и наружными полуцилиндрическими выступами и каналами, плотно соприкасающимися между собой, препятствующими их сдвигу в процессе эксплуатации и проникновению фильтрационных вод в нижний бьеф. Соединенные посредством полуцилиндрических выступов и каналов плиты помещаются в траншею на гребне плотины или дамбы на глубину, необходимую для отсечения фильтрационного потока, при этом в плитах предусматриваются продольные цилиндрические полости, снабженные фильтрационными отверстиями, выполненными со стороны верхнего бьефа и предназначенными для определения уровня воды в теле плотины или дамбы. Для предотвращения выноса грунта фильтрационным потоком по контуру противофильтрационной диафрагмы выполняется обратный фильтр из нетканого геотекстиля.

Технический результат достигается применением противофильтрационной диафрагмы из плит, выполненных из отходов полиолефинов, снабженных продольной цилиндрической полостью, предназначенной для определения уровня воды и устраиваемой в гребне низконапорной плотины или дамбы из грунтовых материалов.

Предлагаемое устройство обеспечивает повышение надежности низконапорных плотин и дамб из грунтовых материалов высотой до 10 м за счет обеспечения водонепроницаемости противофильтрационного устройства и доступности проведения наблюдений за уровнем грунтовых вод в теле плотины, применение предлагаемой противофильтрационной диафрагмы способствует снижению строительной стоимости и материалоемкости с одновременной утилизацией отходов полиолефинов.

Повышение эксплуатационной надежности низконапорных плотин и дамб из грунтовых материалов высотой до 10 м достигается следующим образом.

При выявлении очагов фильтрационных деформаций на низовом откосе низконапорной плотины или дамбы в виде грифонов и ключей определяют положение выхода кривой депрессии фильтрационного потока. Затем осуществляют устройство противофильтрационной диафрагмы в траншее на гребне плотины или дамбы на глубину, равную S=h+а, где h - расстояние по вертикали от отметки гребня плотины до места проявления очага фильтрационных деформаций на низовом откосе, а - величина заглубления диафрагмы, принимаемая от 1,0 до 1,5 м в зависимости от высоты сооружения. Траншею под диафрагму выполняют на глубину S, шириной 0,2-0,3 м, работы производят с помощью экскаватора, обеспечивающего необходимую глубину разработки грунта.

Устройство противофильтрационной диафрагмы на глубину S=h+а позволит значительно снизить высоту выхода депрессионной кривой на низовой откос с величины h₁, до и уменьшить выходные градиенты фильтрационного потока до безопасного значения, исключающего образование фильтрационных деформаций (суффозии, грифонов и ключей). Устройство противофильтрационной диафрагмы на глубину более S=h+а нецелесообразно, так как при этом устройство траншеи для противофильтрационной диафрагмы усложняется, а эффект защиты низового откоса не увеличивается.

Плиты, изготовленные в заводских условиях из отходов полиолефинов, имеют следующие параметры: толщина - 0,1 м, ширина - 1,5 м, длина - 8,0 м, снабжены полуцилиндрическими выступами и каналами. Плиты типа А снабжены наружными полуцилиндрическими выступами, имеющими округлую форму, а также имеют продольную цилиндрическую полость диаметром 0,08 м, центр которой расположен на расстоянии 0,5 м от кромки плиты, при этом продольная цилиндрическая полость имеет на одной из стенок отверстия диаметром 0,03 м, расположенные с расстоянием между центрами 0,5 м. Для предотвращения попадания в продольную цилиндрическую полость грунта отверстия закрыты фильтром из нетканого геотекстиля плотностью 200 г/м². Плиты типа Б снабжены внутренними полуцилиндрическими каналами.

Далее плиты разрезаются на секции длиной S, из полученных секций формируют противофильтрационную диафрагму путем соединения внутренних и наружных коннекторов. Длина противофильтрационной диафрагмы определяется по формуле L_П.Д.=L_Т-1,0, где L_Т - длина траншеи, 1,0 м - запас.

Затем производят раскройку геотекстиля на полотнища размером: шириной - 0,6 м, длиной, равной глубине траншеи S, полученные полотнища прикрепляют к боковым граням диафрагмы с нахлестом 0,1 м путем нагрева поверхности плиты.

Далее противофильтрационную диафрагму вручную или с помощью автокрана опускают в траншею, устроенную на гребне плотины, при этом отверстия в плитах типа А направлены в сторону верхового откоса. Засыпку траншеи производят вручную.

В процессе эксплуатации водоподпорного сооружения возможно проведение периодических наблюдений за уровнем грунтовых вод в теле сооружения, при этом уровень грунтовых вод измеряют в продольных цилиндрических полостях уровнемером скважинным, например УСП-Л-50. Данные наблюдений позволят прогнозировать изменение показателей надежности сооружения.

Изобретение поясняется чертежами: фиг.1 - противофильтрационная диафрагма в теле водоподпорного сооружения (общий вид), фиг.2 - противофильтрационная диафрагма в теле водоподпорного сооружения (вид сверху), фиг.3 - противофильтрационная диафрагма в теле водоподпорного сооружения (разрез А-А), фиг.4 - плита тип А, фиг.5 - плита тип А (разрез Б-Б), фиг.6 - плита тип Б.

Противофильтрационную диафрагму плотин и дамб из грунтовых материалов выполняют следующим образом: (фиг.1, 2, 3) в теле водоподпорного сооружения 1 (низконапорная плотина или дамба высотой до 10 м) формируют траншею 2 (фиг.4, 5, 6), из плит типа А и плит типа Б собирают противофильтрационную диафрагму 3 путем соединения наружных полуцидиндрических выступов 4 и внутренних полуцилиндрических каналов 5, к противофильтрационной диафрагме прикрепляют полотна нетканого геотекстиля, выполняющего роль обратного фильтра 6, затем диафрагму опускают в траншею 2, ориентируя отверстия 7, защищенные фильтром из геотекстиля 8, в сторону верхнего бьефа. Далее производится засыпка траншеи 2. В процессе эксплуатации специалистами эксплуатирующей организации могут проводиться наблюдения за положением уровня грунтовых вод в теле водоподпорного сооружения путем замера уровня воды в продольной цилиндрической полости 9.

При появлении на низовом откосе низконапорной плотины или дамбы очага фильтрационных деформаций 10 в ее теле выполняют противофильтрационную диафрагму 3. Противофильтрационная диафрагма работает следующим образом. Фильтрационный поток, встречая на своем пути противофильтрационную диафрагму 3, гасит значительную часть фильтрационного напора, в результате чего происходит значительное понижение кривой депрессии 11 до положения 12, вследствие чего снижаются выходные градиенты фильтрационного потока до безопасных значений, исключая дальнейшее появление фильтрационных деформаций.

Предлагаемая противофильтрационная диафрагма плотин и дамб из грунтовых материалов позволит устранить фильтрацию через тело водоподпорного сооружения, выполнение противофильтрационной диафрагмы из плит, изготовленных из отходов полиолефинов, способствует удешевлению конструкции и вторичной переработке отходов полимеров, наличие обратного фильтра из геотекстиля исключит вероятность выноса грунта по контуру противофильтрационной диафрагмы. Наличие в плитах продольных цилиндрических полостей позволит производить наблюдения за уровнем грунтовых вод в теле водоподпорного сооружения, что позволит своевременно определить и прогнозировать изменения его технического состояния. Кроме того, изготовление плит длиной 8,0 м и возможность их разрезки на секции необходимой длины делают предлагаемое устройство универсальным.