Грунтовая плотина с мерзлотной завесой в теле и в основании

 

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к возведению грунтовых плотин с мерзлотной завесой в теле и основании. Плотина включает боковые, верховую и низовую призмы, бетонную диафрагму, выполненную с вентилируемой полостью и опертую в основании на бетонную галерею, потолок которой отделяет полость галереи от полости диафрагмы, и замораживающие колонки, заполненные жидким носителем тепла из основания в наружный теплообменник, расположенный за пределами плотины. Теплообменник посредством коллекторной и распределительной труб, расположенных в пределах плотины в полости галереи, гидравлически сообщен с замораживающими колонками. В потолке галереи выполнены вертикальные прямолинейные каналы, каждый в виде трубы, сообщающей полость галереи с полостью диафрагмы. Каждая труба выполнена с возможностью ее перекрытия крышкой, ее продольная ось совмещена с продольной осью одной из замораживающих колонок, а внутренний диаметр поперечного сечения трубы превышает наружный диаметр замораживающей колонки. Размещение замораживающих колонок в теле и в основании плотины повышает надежность ее в работе. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к возведению грунтовых плотин с мерзлотной завесой в теле и в основании.

Известна грунтовая плотина с мерзлотной завесой в теле и в основании, включающая верховую и низовую боковые призмы, галерею в основании плотины и замораживающие колонки, выполненные по высоте в два яруса, верхний из которых расположен над галереей в теле плотины, а нижний расположен под галереей в основании плотины (см. Биянов Г.Ф. Плотина на вечной мерзлоте. Изд. 2 М.: Энергоатомиздат, 1983, с. 40-41, рис.3.2.б).

Недостатком известной плотины является сложность ее возведения из-за того, что смыкание свода (потолка) галереи, а следовательно и возведение тела плотины, возможно только после выполнения нижнего яруса замораживающих колонок, а также ее недостаточная ремонтопригодность из-за ограниченной высоты галереи, что затрудняет ремонт замораживающих колонок нижнего яруса, особенно их дополнительную установку в случае возникновения такой необходимости.

Известна также грунтовая плотина с мерзлотной завесой в теле и в основании, включающая верховую и низовую боковые призмы, бетонную диафрагму с вентилируемой полостью и замораживающие колонки, расположенные в основании плотины и заполненные жидким носителем тепла из основания в их наружные теплообменники, расположенные в вентилируемой полости (см. RU патент N 2007512, E 03 B 7/06, 1994).

Недостатком такой плотины, наружные теплообменники замораживающих колонок которой размещены в вентилируемой полости бетонной диафрагмы, является ее недостаточная надежность из-за того, что создание мерзлотной завесы как в теле плотины, так и в ее основании осуществляется только за счет холодного воздуха, вентилирующего полость диафрагмы, температура которого в полости всегда выше наружной температуры. Это снижает эффективность работы прежде всего замораживающих колонок, создающих наиболее ответственную мерзлотную завесу в основания плотины, а в случае образования в полости диафрагмы чрезмерных наледей замораживающие колонки могут частично или полностью выйти из строя.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении надежности плотины за счет повышения эффективности и надежности работы замораживающих колонок образующих мерзлотную завесу в основании плотины, вследствие полной независимости работы замораживающих колонок от состояния вентилируемой полости диафрагмы и температурного режима в ней.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в грунтовой плотине с мерзлотной завесой в теле и в основании, включающей верховую и низовую боковые призмы, бетонную диафрагму с вентилируемой полостью и замораживающие колонки, расположенные в основании плотины и заполненные жидким носителем тепла из основания в наружный теплообменник, в основании бетонная диафрагма оперта на фундамент, выполненный в виде бетонной галереи, потолок которой отделяет полость галереи от полости диафрагмы, а наружный теплообменник расположен за пределами плотины и посредством коллекторной и распределительной труб гидравлически сообщен с замораживающими колонками, причем коллекторная и распределительная трубы в пределах плотины расположены в полости галереи, а в потолке галерея выполнены прямолинейные каналы, сообщающие полость галереи с полостью диафрагмы, при этом каждый канал выполнен с возможностью его перекрытия элементом, продольная ось канала совмещена с продольной осью одной из замораживающих колонок, а диаметр поперечного сечения канала превышает наружный диаметр замораживающей колонки. Дополнительно между диафрагмой и галереей выполнен шов скольжения, при этом каждый прямолинейный канал выполнен в виде полой трубы со свободно размещенным над галереей ее верхним концом.

Сущность технического решения заключается в том, что замораживающая система, создающая мерзлотную завесу в основании плотины посредством замораживающих колонок, в результате устройства в основании диафрагмы галереи и выполнения наружного теплообменника за пределами плотины и общим для всех замораживающих колонок, полностью отделена от вентилируемой полости диафрагмы, создающей мерзлотную завесу в теле плотины, что повышает надежность плотины. Одновременно с этим выполнение в потолке галереи каналов предотвращает усложнение работ по созданию и ремонту замораживающих колонок.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена плотина, поперечный разрез; на фиг. 2 - принципиальная схема расположения оборудования, обеспечивающего циркуляцию жидкостного теплоносителя в замораживающей колонке.

Грунтовая плотина с мерзлотной завесой в теле и в основании включает боковые призмы: верховую 1 и низовую 2, бетонную диафрагму 3, выполненную с вентилируемой полостью 4 и опертую в основании на фундамент в виде бетонной галереи 5, потолок 6 которой отделяет полость 7 галереи 5 от полости 4 диафрагмы 3, и замораживающие колонки 8, заполненные жидким носителем тепла из основания 9 в наружный теплообменник 10 (фиг. 2), расположенный за пределами плотины и выполненный общим для всех замораживающих колонок 8 или на их группу. Наружный теплообменник 10 посредством коллекторной 11 и распределительной 12 труб, расположенных в пределах плотины в полости 7 галереи 5, гидравлически сообщен с замораживающими колонками 8. В потолке 6 галереи 5 выполнены вертикальные прямолинейные каналы, каждый в виде полой трубы 13, сообщающей полость 7 галереи 5 с полостью 4 диафрагмы 3. Каждая труба 13 выполнена с возможностью ее перекрытия элементом, например, в виде крышки 14, продольная ось 15 трубы 13 совмещена с продольной осью 16 одной из замораживающих колонок 8, а внутренний диаметр поперечного сечения трубы 13 превышает наружный диаметр замораживающей колонки 8. Между днищем 17 диафрагмы 3 и потолком 6 галереи 5 выполнен шов скольжения 18 с уплотняющим элементом 19, а каждая труба 13 выполнена со свободно размещенным выше шва скольжения 18 ее верхним концом в отверстии 20 днища 17 диафрагмы 3.

Замораживающие колонки 8 расположены вертикально в два ряда с расчетным шагом вдоль плотины, их верхние концы размещены в полости 7 галереи 5, а в поперечном сечении каждая замораживающая колонка 8 состоит из внешней трубы 21 и коаксиально расположенной в ней с кольцевым зазором внутренней трубы 22.

Оборудование, обеспечивающее принудительную циркуляцию жидкостного теплоносителя в замораживающих колонках 8, образует вместе с колонками 8 замкнутую гидравлическую систему и состоит (фиг. 2 ) из коллекторной трубы 11, наружного теплообменника 10, сливного бака 23, насоса 24, расходомера 25, распределительной трубы 12, соединительных труб и рукавов и запорной арматуры. В качестве жидкостного теплоносителя использован, например керосин.

Полая железобетонная диафрагма 3 выполнена с распорками 26, расположенными между стенками диафрагмы верховой 27 и низовой 28 вертикальными рядами с образованием между рядами над замораживающими колонками 8 вертикальных проемов. Верховая стенка 27 выполнена в виде противофильтрационной диафрагмы с водонепроницаемыми швами, а часть верховой призмы 1, непосредственно примыкающей к верховой стенке 27 выполнена из связного, обычно некондиционного и с включением мерзлых комьев грунта 29. У гребня 30 плотины полость 4 диафрагмы 3 перекрыта теплоизолирующими 31 и несущими 32 съемными элементами.

В низкой плотине шов скольжения 18 не устраивается, а галерея 5 и диафрагма 3 выполняются как единая двухполостная по высоте стенка-диафрагма.

Плотина возводится и эксплуатируется следующим образом.

Грунтовая часть плотины (боковая призмы 1 и 2, связный грунт 29) возводятся после устройства галереи 5 при опережающем по высоте создании железобетонной диафрагмы 3. Одновременно с этим из полости 7 галереи 5 осуществляется бурение скважин в основании 9, после чего в эти скважины с гребня возведенной части плотины через полости труб 13 осуществляется установка замораживающих колонок 8 в собранном виде. Одновременно устанавливается оборудование принудительной циркуляции жидкостного теплоносителя в замораживающих колонках 8. Задействованием этого оборудования в зимнее время в талой части основания 9 плотины создается мерзлотная завеса 33, смыкающаяся с вечной мерзлотой 34.

При необходимости до задействования замораживающих колодок 8 из полости 7 галерея 5 выполняется цементация талой части основания 9.

После возведения плотины на полную высоту и после закрытия у гребня 30 плотины полости 4 диафрагмы 3 элементами 31 и 32 в зимнее время осуществляется вентилирование полости 4 холодным воздухом (оборудование для вентилирования полости на чертеже не показано), в результате чего по обе стороны от диафрагмы 3 создается мерзлотная завеса 35.

Подъем воды перед плотиной до расчетного уровня 36 осуществляется после создания мерзлотных завес 35 в теле плотины и 33 в ее основании. Под действием гидростатического давления воды на мерзлотную завесу 35 со стороны верхнего бьефа железобетонная диафрагма 3 может сместиться по шву скольжения 18 в сторону нижнего бьефа, однако величина такого смещения обычно исчисляется несколькими сантиметрами, поэтому отверстия 20 предотвращают взаимодействие труб 13 с днищем 17 диафрагмы 3, чем и предотвращается повреждение труб 13.

Замораживающие колонки 8, их наружный теплообменник 10 и оборудование, обеспечивающее циркуляцию теплоносителя в колонках 10, отделены от полости 4 диафрагмы и никак с нею не взаимодействуют, поэтому эффективность и надежность работы замораживающих колонок 8 никак не зависит от состояния вентилируемой полости 4 диафрагмы и от температурного режима в ней. При необходимости эффективность работы замораживающих колонок 8 может быть повышена обдуванием наружного теплообменника 11 холодным воздухом посредством вентиляторов (не показаны).

Ремонт замораживающих колонок 8, а также установка при необходимости дополнительных колонок, осуществляется с применением грузоподъемного оборудования, устанавливаемого на гребне 30 плотины, после снятия соответствующих элементов 31 и 32, закрывающих полость 4. При этом трубы колонок 8 пропускаются через полости труб 13, а бурение скважин под дополнительные колонки осуществляется из полости 4 через днище 17 диафрагмы и потолок 6 галереи.

В случае возникновения нестандартной ситуации в полости 4, например за счет образования чрезмерных наледей в полости 4, трубы 13 своевременно перекрываются крышками 14, а эксплуатация замораживающих колонок 8 осуществляется только из полости 7 галереи.

Использование изобретения позволяет повысить надежность плотины за счет повышения эффективности и надежности работы замораживающих колонок, образующих мерзлотную завесу в основании плотины, вследствие полной независимости работы замораживающих колонок от состояния вентилируемой полости диафрагмы плотины и от температурного режима в этой полости.

Формула изобретения

1. Грунтовая плотина с мерзлотной завесой в теле и в основании, включающая верховую и низовую боковые призмы, бетонную диафрагму с вентилируемой полостью и замораживающие колонки, расположенные в основании плотины и заполненные жидким носителем тепла из основания в наружный теплообменник, отличающаяся тем, что в основании бетонная диафрагма оперта на фундамент, выполненный в виде бетонной галереи, потолок которой отделяет полость галереи от полости диафрагмы, а наружный теплообменник расположен за пределами плотины и посредством коллекторной и распределительной труб гидравлически сообщен с замораживающими колонками, причем коллекторная и распределительная трубы в пределах плотины расположены в полости галереи, а в потолке галереи выполнены прямолинейные каналы, сообщающие полость галереи с полостью диафрагмы, при этом каждый канал выполнен с возможностью его перекрытия элементом, продольная ось канала совмещена с продольной осью одной из замораживающих колонок, а диаметр поперечного сечения канала превышает наружный диаметр замораживающей колонки.

2. Грунтовая плотина по п.1, отличающаяся тем, что между диафрагмой и галереей выполнен шов скольжения, при этом каждый прямолинейный канал выполнен в виде полой трубы со свободно размещенным над галереей ее верхним концом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2