Плотина из грунтовых материалов

Авторы патента:

 


Владельцы патента RU 2465395:

Ягин Василий Петрович (RU)

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано при возведении и эксплуатации плотин из грунтовых материалов в северной строительно-климатической зоне. Плотина содержит противофильтрационный элемент в виде ядра из глинистого грунта, верховую и низовую боковые призмы из крупнообломочных грунтов, оголовок из непучинистого грунта и дорожное покрытие проезжей части гребня плотины. Материал, по меньшей мере, дорожного покрытия имеет коэффициент поглощения солнечной радиации не менее 0,9. Дорожное покрытие проезжей части гребня плотины выполнено из асфальтобетона. Повышается надежность плотины за счет предотвращения промерзания верхней части ее ядра. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано при возведении и эксплуатации плотин из грунтовых материалов в северной строительно-климатической зоне.

Общеизвестна плотина из грунтовых материалов, которая содержит противофильтрационный элемент в виде ядра из глинистого грунта, верховую и низовую боковые призмы из крупнообломочных грунтов, оголовок из непучинистого грунта (то же: защитный слой) и дорожное покрытие проезжей части гребня плотины [1].

Недостатком такой плотины является ее недостаточная надежность в северной строительно-климатической зоне. При отрицательных среднегодовых температурах наружного воздуха на местности в верхней части ядра может развиться многолетняя мерзлота, часто слоистой текстуры. Так, верхние части плотин с ядром, построенных в северной строительно-климатической зоне, уже проморожены до 8 м и более, т.е. значительно ниже НПУ, с образованием в верхней части ядра мерзлого «перекрытия», опертого на слабодеформируемые боковые призмы плотины. Все это обуславливает образование трещин и разуплотненных зон в этой части ядра плотины [2].

Основные конструктивно-технологические особенности известных технических решений (как реализованных, так и нереализованных), направленных на устранение указанного недостатка общеизвестной плотины, заключаются в следующем [3]:

- высота оголовка (защитного слоя) достаточна для предотвращения промерзания ядра сверху (экономически оправдано при среднегодовой температуре наружного воздуха не ниже минус 2-3°C);

- ядро выше НПУ выполнено из слабопучинистого мерзлого грунта;

- оголовок плотины содержит жесткую или гибкую противофильтрационную диафрагму;

- верхняя часть ядра снабжена пленкой, препятствующей миграции воды снизу в промерзающий оголовок;

- верхняя часть ядра обогревается водою или электрическим током;

- верхняя часть ядра содержит траншею, заполненную сыпучим или кольматирующим материалом;

- ядро выше НПУ создают путем заполнения связным грунтом траншеи, выполненной в оголовке;

- верхняя часть ядра содержит траншею, заполненную тугопластичным гелеобразным материалом - криофилактиком с низкой температурой замерзания [4];

- в оголовке над ядром выполнена ремонтно-смотровая обогреваемая галерея [5].

Общий недостаток этих известных технических решений (средств) заключается в том, что, во-первых, их реализация на находящейся в эксплуатации плотине связана со сложными и затратными работами по реконструкции оголовка плотины, во-вторых, при среднегодовой температуре наружного воздуха ниже минус 7°C работоспособность плотины с реконструированным оголовком может оказаться недостаточной (кроме последнего наиболее затратного оголовка [5]). При этом возможность комбинации двух или более этих технических решений в одной плотине не просматривается.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении надежности плотины и экономии средств на ее возведение и эксплуатацию в северной строительно-климатической зоне за счет упрощения и удешевления работ, направленных на предотвращение промерзания верхней части ядра плотины, а также за счет способности предлагаемого технического средства работать совместно с известными техническими решениями.

Задача решается тем, что плотина из грунтовых материалов, содержащая противофильтрационный элемент в виде ядра из глинистого грунта, верховую и низовую боковые призмы из крупнообломочных грунтов, оголовок из непучинистого грунта и дорожное покрытие проезжей части гребня плотины, согласно изобретению материал, по меньшей мере, дорожного покрытия проезжей части гребня плотины имеет коэффициент поглощения солнечной радиации не менее 0,9.

Дополнительно:

- непроезжая часть гребня плотины содержит тонкослойное покрытие, которое увеличивает коэффициент поглощения солнечной радиации на непроезжей части гребня плотины до величины не менее 0,7;

- плотина содержит тонкослойное покрытие, которое расположено на откосе плотины от гребня до заданного уровня и увеличивает на откосе коэффициент поглощения солнечной радиации до величины не менее 0,7;

- дорожное покрытие проезжей части гребня плотины выполнено из асфальтобетона;

- тонкослойное покрытие выполнено из битумного или лакокрасочного материала темного цвета.

Именно придание по указанным правилам наружной поверхности верхней части плотины повышенной, против обычной, способности поглощать солнечную радиацию обеспечивает повышенный прогрев верхней части плотины. Это обстоятельство при соответствующей экономически обоснованной высоте оголовка может за счет повышенного запаса тепла и обогревающего воздействия фильтрующей по плотине воды предотвратить промерзание верхней части ядра в холодный период года при среднегодовой температуре наружного воздуха на местности около минус 6-7°C.

На чертеже в качестве примера схематически изображена верхняя часть плотины в поперечном разрезе.

Плотина из грунтовых материалов содержит ядро 1 из глинистого грунта, боковые призмы, верховую 2 и низовую 3, из каменной наброски, переходные слои, верховые 4 и 5 и низовые 6 и 7, оголовок 8 из гравелистого песка и дорожное покрытие 9 проезжей части гребня 10 плотины. Дорожное покрытие 9 выполнено из асфальтобетона, который имеет коэффициент поглощения солнечной радиации не менее 0,9. Обочины 11 образуют на гребне 10 непроезжую часть и содержат тонкослойное покрытие 12, которое выполнено из битумного или лакокрасочного материала темного цвета и которое увеличивает на обочине 11 коэффициент поглощения солнечной радиации, по меньшей мере, до величины не менее 0,7.

На изображенном примере солнечные лучи 13 направлены преимущественно на низовой откос 14 плотины, что является благоприятным условием использования предлагаемого изобретения. В этом случае целесообразно на низовом откосе 14 расположить также тонкослойное покрытие 12 (битум, лакокрасочный материал темного цвета), которое на откосе 14 также увеличит коэффициент поглощения солнечной радиации, по меньшей мере, до величины не менее 0,7. Тонкослойное покрытие 12 на откосе 14 располагают от гребня 10 плотины до заданного на откосе 14 уровня 15, например до точки А - уровень высачивания кривой депрессии 16 при НПУ воды в верхнем бьефе.

Суть теплотехнических расчетов плотины для конкретных природно-климатических условий, ее местонахождения и ориентации относительно сторон света заключается в том, что сначала прогнозируют границу 17 промерзания верхней части в плотине-прототипе, а затем границу 18 промерзания в предложенной плотине. После чего оценивают эффективность последней плотины.

В случае недостаточной эффективности рассматривается возможность дополнения плотины известным техническим решением, конструктивно совместимым с предложенной плотиной.

Особенность возведения плотины заключается в том, что при создании тонкослойного покрытия 12 материал на поверхность обочины 11 и откоса 14 целесообразно наносить распылителем. При этом направление сопла распылителя следует направлять с Юга на Север, т.е. по преобладающему направлению солнечных лучей 13.

Особенность работы настоящей плотины в конкретных природно-климатических условиях заключается в следующем.

Обильное поглощение верхней частью плотины тепла солнечной радиации и его накопление преимущественно в теплый период года обеспечивает предотвращение промерзания верхней части ядра 1 в холодный период года при среднегодовой температуре наружного воздуха на местности около минус 6-7°C. Это примерно на 3-4°C ниже, чем в обычной плотине-прототипе, в которой высота Ног оголовка 8, защищающего ядро 1 от промерзания, принимается в соответствии с теплотехническим расчетом и экономическим обоснованием.

Количество солнечной радиации зависит от высоты солнца, определяющей расстояние, которое должен пройти солнечный луч, перед тем как попасть на поверхность земли, времени года, прозрачности атмосферы (пыль, водяной пар, озон, атмосферное давление и т.д.). Солнечная радиация обычно измеряется по ее тепловому действию (актинометры, пиргелиометры) и выражается в калориях на единицу поверхности за единицу времени. Солнечная радиация не блокируется облаками и она сильна вблизи полюсов в период полярных дней, когда Солнце даже в полночь находится над горизонтом. На экваторе разницы между зимой и летом практически нет.

Интенсивность поглощения верхней частью плотины тепла солнечной радиации зависит от интенсивности солнечного луча 13 на местности, угла его падения на наружную поверхность плотины и коэффициента поглощения материалом этой поверхности.

Коэффициент поглощения солнечного излучения зависит от цвета поверхности и изменяется от 0,25 белой глянцевой поверхности (эмаль) до 0,9 черной поверхности (асфальтобетон). При этом наиболее распространенные горные породы каменной наброски имеют этот коэффициент поглощения около 0,6 или менее, а именно: песчаник светлосерый 0,62, гранит 0,55, известняк темный 0,5 и известняк светлый 0,35.

Применительно плотин Курейской ГЭС, находящихся в эксплуатации за Полярным кругом, использование настоящего изобретения может заключаться в следующем. Покрытие проезжей части гребня плотины выполняют из асфальтобетона, а тонкослойное покрытие непроезжей части и откосов верхней части плотины из приготовленного на месте жидкого материала. Этот материал может состоять из имеющегося в отвалах на ГЭС некондиционного графита и/или угля, смешенного после помола с жидким вяжущим составом. Такой слой обеспечит величину коэффициента поглощения солнечной радиации наружной поверхностью плотины около 0,8.

Обозначения

1 - ядро

2 - верховая боковая призма

3 - низовая боковая призма

4 и 5 - верховые переходные слои

6 и 7 - низовые переходные слои

8 - оголовок

9 - дорожное покрытие

10 - гребень (плотины)

11 - обочина (непроезжая часть)

12 - тонкослойное покрытие

13 - солнечный луч

14 - откос

15 - уровень точки А

16 - кривая депрессии

17 - граница промерзания в плотине-прототипе

18 - граница промерзания в предложенной плотине.

А - точка высачивания

Ног - высота оголовка.

Источники информации

1. СНИП 2.06.05-84* Плотины из грунтовых материалов, пп.2.1*, 2.14, 2.15.

2. Ягин В.П. Плотины из грунтовых материалов, возводимые в северной строительно-климатической зоне. // Гидротехническое строительство, 1997, №3.

3. Ягин В.П. Оголовок грунтовой плотины, возводимой в северной строительно-климатической зоне. // Гидротехническое строительство, 2002, №4.

4. Пат. Российской Федерации №2418132, опубл. 10.05.2011.

5. Пат. Российской Федерации №2207428, опубл. 27.06.2003.

1. Плотина из грунтовых материалов, содержащая противофильтрационный элемент в виде ядра из глинистого грунта, верховую и низовую боковые призмы из крупнообломочных грунтов, оголовок из непучинистого грунта и дорожное покрытие проезжей части гребня плотины, отличающаяся тем, что материал, по меньшей мере, дорожного покрытия проезжей части гребня плотины имеет коэффициент поглощения солнечной радиации не менее 0,9.

2. Плотина по п.1, отличающаяся тем, что непроезжая часть гребня плотины содержит тонкослойное покрытие, которое увеличивает на непроезжей части гребня плотины коэффициент поглощения солнечной радиации до величины не менее 0,7.

3. Плотина по п.1, отличающаяся тем, что она содержит тонкослойное покрытие, которое расположено на откосе плотины от гребня до заданного уровня и увеличивает на откосе коэффициент поглощения солнечной радиации до величины не менее 0,7.

4. Плотина по п.1, отличающаяся тем, что дорожное покрытие проезжей части гребня плотины выполнено из асфальтобетона.

5. Плотина по п.2 или 3, отличающаяся тем, что тонкослойное покрытие выполнено из битумного или лакокрасочного материала темного цвета.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может применяться для возведения высоких каменно-насыпных плотин. .

Изобретение относится к области гидротехнического строительства, преимущественно в районах распространения многолетнемерзлых грунтов, служащих основанием гидротехнических сооружений.

Изобретение относится к гидротехнике, в частности к технологиям возведения плотин, дамб и перемычек с использованием местных материалов, и предназначено для регулирования движения потоков воды в гидротехнических сооружениях.

Изобретение относится к строительству защитных дамб от затопления прибрежных территорий, разрушения гидротехнических сооружений, береговых откосов штормами, подвижками льда в арктических морях.

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при намыве хвостохранилищ обогатительных фабрик. .

Изобретение относится к области водохозяйственного и гидротехнического строительства. .

Изобретение относится к гидротехническому строительству, в частности к золоотвалам, и может быть использовано при складировании отходов промышленных предприятий преимущественно в условиях вечной мерзлоты.

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано при сопряжении грунтовой плотины с бетонной водосливной плотиной преимущественно в северной строительно-климатической зоне.

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть применено при эксплуатации накопителей жидких отходов, преимущественно способных самостоятельно твердеть и образовывать трещины деформации.

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть применено при создании шламонакопителей, хвостохранилищ и золоотвалов для складирования отходов, способных твердеть и образовывать трещины деформации.

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано при возведении и эксплуатации плотин из грунтовых материалов в северной строительно-климатической зоне

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может применяться для возведения высоких каменно-насыпных плотин

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано при возведении каменно-земляных плотин в северной строительно-климатической зоне

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано при возведении каменно-земляных плотин в северной строительно-климатической зоне

Изобретение относится к области гидротехнического строительства, а именно к эксплуатации сооружений в условиях северной строительно-климатической зоны

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при возведении гидроотвалов для складирования отходов, например золоотвалов, хвостохранилищ и шламонакопителей обогатительных фабрик

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано для обеспечения безопасного пропуска чрезвычайного паводкового расхода в условиях угрозы перелива воды через гребень грунтовой плотины. Резервный водосброс грунтовой плотины представляет собой искусственный проран трапецеидального сечения, устроенный в гребне плотины, глубиной до отметки расчетного уровня перелива воды, в ложе которого уложено защитное покрытие из полимерного материала в виде геомембраны, закрепленное в приямках со стороны верхнего бьефа и на бровках откосов пригрузами. На низовом откосе плотины по ширине искусственного прорана устроен водопроводящий лоток, переходящий в водобойную часть водосброса. Дно водопроводящей и водобойной частей выполнено из двойного полотнища геомембраны с несовпадающими отверстиями, предназначенными для свободного отвода фильтрационного потока. Стенки водопропускного лотка и водобойной части и гасители энергии водного потока сформированы из гибких оболочек, заполненных песком. Двойное полотнище геомембраны крепят к защитному покрытию искусственного прорана с выполнением сварного шва. Обеспечивается безопасный пропуск чрезвычайного паводка, не допускающий разрушение плотины и затопление нижележащей территории, во избежание экологического и материального ущерба. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при возведении гидроотвалов для складирования отходов, например золоотвалов, хвостохранилищ и шламонакопителей обогатительных фабрик. Способ возведения намывной ограждающей дамбы заключается в отсыпке и поярусном наращивании ограждающей дамбы 1, прокладке магистрального и распределительного пульпопровода 2, поярусном рассредоточенном намыве хвостов на пляж 3 с помощью двух технологических выпусков 4 и 5 пульпопровода 2. Намыв хвостов на пляж осуществляют, разделяя их по гранулометрическому составу. Для намыва участка мелкой фракции открывают верхний выпуск 4 пульпопровода 2, а для намыва крупной фракции открывают нижний выпуск 5. Способ позволяет упростить процесс намыва дамбы и контролировать распределение гранулометрического состава хвостов по пляжу для получения сооружения с заданными параметрами прочности. 1 ил.

Изобретение относится к области мелиоративного и водохозяйственного строительства. Способ возведения узкопрофильных дамб осуществляется подачей пульпы в намываемое сооружение одновременно из основного и двух распределительных пульпопроводов. Распределительные пульповоды расположены параллельно с двух сторон основного пульпопровода для намыва боковых призм из крупных фракций намываемого грунта и средней части, являющейся ядром дамбы, из мелких фракций, намываемых из торца основного пульпопровода. Выпускные отверстия в распределительных пульпопроводах выполнены в их нижней части и смещены на 20…30° от вертикальной оси в сторону основного пульпопровода, отстоящими друг от друга на расстоянии l=dосн, где dосн - диаметр основного пульпопровода, и диаметром dв=1/3dp, где dp - диаметр распределительного пульпопровода, обеспечивающими намыв грунта по длине боковых призм. Подачу пульпы из торца основного пульпопровода для намыва ядра дамбы осуществляют через гаситель, выполненный в виде продольных стальных стержней диаметром 10…14 мм из гладкой арматурной стали, жестко закрепленных одной стороной по верхней наружной поверхности в концевой части основного пульпопровода с расположением стержней параллельно оси потока, с расстоянием между стержнями, равным 1…2 диаметра стержней, и выполненных с выносом на величину l,5…2dосн и изгибом концевого участка до полного перекрытия вертикальной проекции торца основного пульпопровода. Соединение распределительных пульпопроводов с основным выполнено в виде раструба, сопряженного с основным пульпопроводом, по линии, образующейся при пересечении двух цилиндров одинакового диаметра, равного dосн, а с распределительными пульпопроводами в виде овала, имеющего размер по большой оси, равный dосн, по малой - dp. Входное отверстие раструба защищено внутренней решеткой, выполненной в виде продольных стержней из гладкой арматурной стали диаметром 10…14 мм, жестко закрепленных только с напорной стороны с расположением стержней друг от друга на расстоянии 0,75dв. Изобретение позволяет возводить защитные дамбы с одновременной расчисткой русел рек от донных отложений и предотвратить затопление прилегающих территорий, что улучшает экологическую ситуацию в целом. 4 ил.

Изобретение относится к гидротехническому строительству, в частности к возведению гидроотвалов промышленных отходов. Гидроотвал включает ограждающую дамбу, утепляющую дренажную пригрузку на низовом откосе дамбы и расположенные под пригрузкой дренаж и дренажный выпуск. Непосредственно над дренажом и дренажным выпуском размещен пульпопровод гидротранспортной системы для подачи на гидроотвал гидросмеси. Гидросмесь имеет положительную температуру промышленных отходов - пульпы. Обеспечивается повышение работоспособности и возможность функционирования гидроотвала при отрицательных температурах. 4 ил.
Наверх