Грунтовая плотина талого типа на вечномерзлом основании

Авторы патента:

E02B7/06 - земляные плотины; плотины из каменной наброски

Владельцы патента RU 2785656:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" (RU)

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может найти применение при возведении грунтовых плотин талого типа в криолитозоне при наличии в верхнем слое основания плотины льдонасыщенных термопросадочных грунтов. Предлагается выполнять предпостроечную подготовку такого основания 2 путем фильтрационно-дренажного оттаивания на полную глубину льдистого слоя 3; для этого выполняются глубокие дренажные прорези 5 в бортах водохранилища, в них нагнетается вода, подаваемая из природного водотока 7, одновременно выполняющего функции дренажа; термофильтрационные деформации протекают в строительный период; в эксплуатационный период какие-либо деформации сооружения отсутствуют. Технический результат изобретения - создание более эффективной системы предпостроечной фильтрационно-дренажной тепловой подготовки льдонасыщенного основания плотины талого типа с использованием естественных источников тепла; такими источниками могут быть подрусловые талики, сохранение которых в створах мерзлых плотин становится бесперспективным или вообще невозможным. Весь процесс тепловой и фильтрационной подготовки основания плотины в предлагаемом способе может быть сокращен до минимума. 2 ил.

На большей части строящихся северных гидроузлов и отдельных сооружений до настоящего времени отдается предпочтение мерзлому типу плотин (Биянов Г.Ф. Плотины на вечной мерзлоте. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1983 - с. 35-41), тогда как мерзлотно-геологические условия все чаще предрасполагают к выбору сооружений талого типа, особенно если учитывать участившиеся случаи аварийных ситуаций на мерзлых плотинах и надвигающуюся остроту проблемы глобального потепления, особенно актуальную в криолитозоне. Поэтому в ближайшей перспективе строительство здесь талых плотин становится более предпочтительным.

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано при возведении грунтовых плотин и дамб талого типа на термопросадочных льдонасыщенных вечномерзлых основаниях в криолитозоне (зоне вечной мерзлоты).

Известно техническое решение песчаных свай-дрен, прорезающих поверхностную зону льдонасыщенных пород основания плотины и рассматриваемое в качестве аналога. Наряду с технологическими трудностями (бурение многочисленных скважин и оборудование в них песчаных свай) не исключены и не ограничены значительная осадка и другие деформации полностью построенной плотины в течение длительного эксплуатационного периода. Данное решение использовалось в зарубежной практике (Биянов Г.Ф. Плотины на вечной мерзлоте. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1983 - с. 52, рис. 4.1) и пока не нашло применения в отечественном плотиностроении.

Известна система дренирования оттаивающего мерзлого основания плотины (дамбы) в криолитозоне (Патент 2528700 Российская Федерация, МПК⁵¹ Е02 В7/06. Грунтовая плотина / Кузнецов Г.И., Балацкая Н.В.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет» (СФУ) - №2013114868/13; заявл. 02.04.2013; опубл. 20.09.2014). В этом техническом решении по внешнему контуру верхового и низового откосов в основании плотины устраиваются заполняемые песком (или другим дренирующим грунтом) питающая и отводящая дренажные прорези на глубину льдонасыщенного поверхностного слоя, а на дно отводящей прорези укладывается трубчатая дрена. По этой прорези отводится вода, выдавливаемая из основания по мере его оттаивания и консолидации грунта под весом постепенно наращиваемой насыпи. Питающая прорезь используется для фильтрационного питания системы с целью ускорения процесса оттаивания на этапе строительства. После завершения процесса оттаивания эту прорезь используют для продолжения процессов дренирования и консолидации в оттаянном слое.

Данному техническому решению, рассматриваемому в качестве прототипа, также свойственны определенные недостатки, ограничивающие возможную сферу его применения. В частности, оттаивание льдистого слоя, дренирование и уплотнение оттаявшего грунта под действием веса сооружения продолжаются в течение ряда лет и растягиваются на весь период строительства и даже включают начальный этап эксплуатационного периода. Интенсивность оттаивания, дренирования и консолидации оттаявших грунтов зависит от температуры и заметно усложняется в зимний период. Сложно решается вопрос незамерзающего отвода воды, отжимаемой из оттаиваемого слоя, и, что наиболее важно, происходят деформации уже построенной части сооружения.

В предлагаемом техническом решении питающие дренажные прорези располагаются вдоль водного потока и, соответственно, вдоль подруслового талика на обоих склонах долины реки (ручья), используемой для создания водохранилища. Функции же отводящей дрены выполняются подрусловым таликом, заполненным естественными водопроницаемыми отложениями -песком, песчано-гравийной смесью, гравием, щебнем и т.п.

В конце строительного периода в пределах фильтрующего талика выполняется локальное противофильтрационное устройство (инъекционная завеса, бетонная стенка и др.), сопрягающееся с водоупорными и слабопроницаемыми коренными породами в береговых склонах и в подошве талика. Создание этого устройства не требует предпостроечного оттаивания и может быть выполнено известными способами.

Вода, необходимая для организации, фильтрационно-тепловых потоков в береговых склонах создаваемого водохранилища (включая подошву тела плотины и располагаемые в ней противофильтрационные или дренажные устройства) подается в питающие дренажные прорези из сохраняемого в строительный период руслового потока по временным строительным водоводам. В дальнейшем русловой сток используется для заполнения водохранилища и поглощается общим фильтрационным потоком.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание более эффективной системы предпостроечной фильтрационно-дренажной тепловой подготовки льдонасыщенного основания плотины талого типа с использованием естественных источников тепла; такими источниками могут быть подрусловые талики, сохранение которых в створах мерзлых плотин становится бесперспективным или вообще невозможным.

В предлагаемом способе весь процесс тепловой и фильтрационной подготовки основания плотины может быть сокращен до минимума.

Сущность предлагаемого технического решения заключается прежде всего в том, что предпостроечное оттаивание основания плотины талого типа и льдонасыщенных грунтов береговых склонов водохранилища выполняется непременно в строительный период и не включает в себя начальный этап эксплуатационного периода. Процесс оттаивания не затрагивает работу полностью готового сооружения, не влияет на эксплуатацию водохранилища и не становится отрицательным фактором в отношении устойчивости плотины и бортов водохранилища. Энергозатраты, неизбежные при подаче воды в питающие дренажные прорези, также прекращаются с окончанием строительного периода.

Изобретение поясняется чертежами, на которых схематично изображены план (фиг.1) и поперечный разрез (фиг.2) плотины и фильтрационно-дренажной системы; сплошными линиями обозначено готовое сооружение, пунктирными - технологические детали, выполняющиеся в строительный период.

Сооружение включает тело плотины 1, выполненное из карьерного грунта, размещенное на основании 2, верхний слой 3 которого сложен льдонасыщенными термопросадочными грунтами, подлежащими предпостроечному оттаиванию, а нижний слой 4 сложен малольдистыми породами.

На бортах водохранилища расположены питающие дренажные прорези 5, заполненные водопроницаемыми (дренирующими) грунтами и прорезающие слой 3 на всю его глубину. После завершения фильтрационно-тепловой предпостроечной подготовки основания плотины фильтрующий грунт из питающих прорезей 5 удаляется, и они заполняются нефильтрующим грунтом или заделываются иным способом (например, при локальной инъекции подземного контура плотины).

По поверхности бортов будущего водохранилища прокладываются временные водоводы 6, подающие воду из руслового водотока 7 в питающие прорези и отводящие ее из них после завершения процедуры оттаивания. В русле водотока оборудуется временный (строительный) водозабор 8. Границы подруслового талика обозначены позицией 9. Отметка гребня плотины на Фиг. 2 обозначена позицией 10.

Фильтрационно-тепловая подготовка основания 2 плотины 1 осуществляется следующим образом. На подготовительном этапе в теплый период первого года строительства выполняется планировка основания 2 и проходка траншей для устройства питающих прорезей 5. Затем оборудуются прорези 5, временные водоводы 6 и русловой водозабор 8, водоводы подключаются к водозабору, и начинается подача воды в прорези 5 (этот процесс прерывается в периоды наиболее лютых морозов и продолжается в очередной теплый сезон года). Вода из прорезей постепенно просачивается в оттаивающий грунт слоя 3, содержащиеся в нем подземные льды и мелкие ледяные включения вытаивают, и происходит тепловая просадка всего слоя 3, его дренирование и консолидация в заданных проектом пределах. Этот процесс завершается в строительный период, что предусматривается календарным графиком строительства. После завершения работ по предпостроечному оттаиванию выполняются основные работы по возведению тела плотины 1. Избыточная вода, закачанная в питающие дренажные прорези 5 и не использованная в процессе фильтрации, отводится по временным канавам или перебрасывается в другие прорези.

Способ возведения грунтовой плотины талого типа на вечномерзлом основании, включающий выполнение тела плотины из карьерного грунта, отличающийся тем, что подготовку верхнего льдонасыщенного слоя основания плотины и льдонасыщенных грунтов береговых склонов водохранилища выполняют в строительный период, при этом подземные льды и ледяные включения из верхнего льдонасыщенного слоя основания плотины и бортов водохранилища полностью удаляют путем предпостроечного фильтрационно-дренажного оттаивания, для чего в бортах водохранилища и в основании плотины устраивают дренажные прорези на всю глубину льдистого слоя и заполняют их дренирующим материалом, устраивают временные водоотводы и русловой водозабор и подают воду для фильтрационно-дренажной системы, после завершения фильтрационно-тепловой предпостроечной подготовки основания плотины из дренажных прорезей удаляют дренирующий материал и заделывают их, после завершения работ по предпостроечному оттаиванию возводят тело плотины.

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано при строительстве низконапорной грунтовой плотины на многолетнемерзлом основании, допускающей перелив через ее гребень под двусторонним напором. Грунтовая плотина содержит тело, выполненное из грунта, ледогрунтовую призму, противофильтрационные стены со стороны верхнего и нижнего бьефов, установленные на глубину ниже слоя сезонного оттаивания в слой многолетнемерзлых пород, крепление гребня и откосов каменной наброской с геотекстилем.

Способ наращивания ограждающих дамб нефтешламами // 2783024

Изобретение относится к способу складирования отходов, в частности к гидротехническому строительству и области охраны окружающей среды, в частности, при наращивании дополнительных ярусов ограждающих дамб за счет использования отходов производства. Нефтешламохранилище содержит первичную дамбу обвалования 1, размещенную на основании 2 нефтешламохранилища, выполненную из карьерного грунта и образующую его первый ярус, вторичные дамбы (дамбы наращивания) 6 из капсулированного нефтешлама, размещенные на пляже намыва 5 и образующие последующие ярусы нефтешламохранилища.

Намывное сооружение // 2776299

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано при строительстве и эксплуатации намывных хранилищ отходов. В намывном сооружении, содержащем первичную ограждающую дамбу 7 и дамбы ярусов наращивания 8 с водонепроницаемым экраном 16 на откосах и гребнях, пульповыпуски 10, секцию намыва в составе надводного откоса 11 и отстойного пруда 12, водосбросные колодцы 13 и водоотводящий коллектор 14, дренажи 5, 9 и насосную станцию 1 осветленной воды с резервуаром 2 и двумя шандорными выпусками 3, 4, отводящими воду за пределы сооружения или на насосную станцию 1, согласно изобретению низовые откосы ограждающих дамб 7 и 8 с южной, юго-восточной и восточной сторон сооружения покрыты водонепроницаемым экраном из гибких солнечных панелей 19, а низовые откосы северной и западной сторон дамб и гребни всех дамб покрыты водонепроницаемым экраном 16 для поступления атмосферных осадков по дренажным каналам 5 в резервуар 2, расположенный у низовых откосов с гибкими солнечными панелями 19, в котором перед закрытым коллектором 17 отвода воды установлен сигнализатор качества воды 20.

Грунтовая плотина с замком // 2772874

Грунтовая плотина с замком относится к области водохозяйственного строительства, а именно к водоподпорным сооружениям, и может быть применена при создании грунтовых плотин на сильнопроницаемых основаниях ограниченной мощности. Изобретение включает тело плотины 1 из малопроницаемого глинистого грунта, расположенное на сильнопроницаемом гравийно-песчаном основании 2 мощностью до 6-8 м, подстилаемом водоупором 3 в виде скальных или полускальных пород, замок 4 из грунта тела плотины, выполненный в виде перевернутой трапеции ABCD, сопрягающейся верхним основанием BC с подошвой плотины 1, нижним основанием AD подошвы замка 4 с водоупором 3 и уложенной своей низовой гранью DC 5 на откос выемки грунта сильнопроницаемого основания 2, а также уровни воды верхнего бьефа 6 плотины с подпорным горизонтом и нижнего бьефа 7 в зоне основания 2 плотины, в котором в теле замка 4 устроена вертикальная непроницаемая диафрагма DE 8, герметично соединенная с водоупором 3 в месте сопряжения последнего с низовой гранью 5 замка 4.

Способ возведения намывного сооружения // 2769435

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано при строительстве и эксплуатации намывных хранилищ отходов. Способ возведения намывного сооружения включает устройство ограждающих дамб первичных 1 и дамб ярусов наращивания 2, пульповыпусков 3, секции намыва в составе надводного откоса 4 и отстойного пруда 5, водосбросных колодцев 6 и 7.

Дренажная система грунтовой плотины // 2768715

Изобретение относится к области гидротехнического строительства, а именно к дренажным системам, обеспечивающим организованный отвод фильтрационных вод из грунтовых плотин. Заявляемое изобретение позволяет решить проблему отказа дренажных систем грунтовых плотин в условиях длительного воздействия отрицательных температур наружного воздуха.

Способ восстановления геофизической устойчивости аварийной грунтовой дамбы на слабом основании // 2763752

Изобретение относится к области водохозяйственного строительства и предупреждения опасных гидрологических явлений и может быть использовано при восстановлении геофизической устойчивости аварийных грунтовых дамб на слабых водонасыщенных основаниях для снижения рисков возникновения техногенных паводков и наводнений при прорывах водохранилищ, ограждаемых грунтовыми дамбами.

Грунтовая плотина с фильтрующим водосбросом // 2758619

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к гидроузлам с грунтовыми плотинами и водосбросами. Сущность изобретения - создание более экономичного фильтрующего водосброса на грунтовой плотине с экраном.

Способ попеременно-двухстороннего намыва штабеля нерудных строительных материалов // 2755064

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано при гидромеханизированных земляных работах, при намыве грунта в сооружении преимущественно в штабель для складирования нерудных строительных материалов из карьеров, а также может быть использовано в области технологии производства работ средствами гидромеханизации, преимущественно применяется для намыва насыпей грунтовых дорог и промышленных площадок.

Грунтовая плотина на многолетнемерзлом основании с противофильтрационной бермой // 2752948

Изобретение относится к области гидротехнического строительства, в частности к способам повышения устойчивости низконапорных грунтовых плотин на многолетнемерзлом основании. Грунтовая плотина содержит тело, выполненное из грунта, с ледогрунтовой призмой, противофильтрационное устройство в виде грунтовой бермы в верхнем бьефе, расположенное выше нормального подпорного уровня, с установленными на ней термостабилизаторами грунта.