Вузол сполучення грунтової греблі з бетонним спорудою

Власники патенту RU 2418133:

Ягін Василь Петрович (RU)

Винахід відноситься до області гідротехнічного будівництва та може бути використано для сполучення грунтовій і бетонної гребель переважно в північній будівельно-кліматичній зоні. Вузол сполучення грунтової греблі з бетонним спорудою включає сполучається устої. Поверхня сполучення підвалини з водоутримуючої частиною грунтової греблі покрита бентонітових матом, що містить шари тканого і нетканого геотекстилю, між якими розташовані гранули натрієвого бентоніту. Бентонітовий мат шаром тканого геотекстилю примикає до сопрягающей встою, а шаром нетканого геотекстилю звернений в сторону грунтової греблі. Підвищується фільтраційна міцність вузла сполучення грунтової греблі з бетонним спорудою за рахунок зменшення можливості утворення тріщин в області сполучення бетонного підвалини з грунтової греблею, запобігання розмиву грунтового матеріалу водою, що рухається безпосередньо по контакту сполучення, і забезпечення контролю кількості цієї води. 6 з.п. ф-ли, 4 іл.

Відомий вузол сполучення грунтової греблі з бетонним спорудою, що включає сполучається устої і, щонайменше, одну вертикально розташовану, доведену вниз до водоупора металеву Протифільтраційні діафрагму, один бічний торець якої водонепроникно з'єднаний з сполучаються підвалиною, а інший - віддалений від нього і розташований в тілі греблі або в її ґрунтовому протифільтраційному елементі (ядрі). При цьому уздовж бічного торця діафрагми, віддаленого від сопрягающего підвалини, розташована металева труба, яка водонепроникно приєднана до діафрагми і містить порожнину з розміщеним в ній джерелом вібрації. Це джерело забезпечує доуплотненіе грунтового матеріалу, покладеного навколо діафрагми [1].

Такий вузол сполучення надійно працює в помірних кліматичних умовах, коли глибина сезонного промерзання зазвичай не перевищує 2 м. У суворих же кліматичних умовах в тілі грунтової греблі можливо утворення тріщин внаслідок примерзання гребньовій частини грунтової греблі до поверхні сопрягающего підвалини і протифільтраційному діафрагми. В результаті цього примерзання (те саме: смерзания) гребневая частина грунтової греблі відривається від осідає нижньої талої її частини. Утворюється при цьому наскрізна тріщина є осередком зосередженої фільтрації, зазвичай супроводжується інтенсивної суфозія грунтового матеріалу, що зумовлює низьку фільтраційну міцність грунтової греблі.

Відомий вузол сполучення грунтової греблі з бетонним спорудою, що включає сполучається устої, в якому поверхня сполучення з грунтової греблею в межах її можливого промораживания покрита виконаної з поліетилену і прикріпленою до сопрягающей встою геомембрану [2].

Недолік такого вузла сполучення полягає в його недостатньої фільтраційної міцності, отже, і його надійності. Дійсно, в холодний період року з вологого грунту греблі під дією температурних градієнтів вода з тіла грунтового споруди безперешкодно мігрує до фронту промерзання, тобто безпосередньо до водонепроникної мембрані, де з неминучістю з цієї води утворюється суцільна прошарок льоду, чому сприяють температурні деформації грунтової греблі та бетонної споруди. У теплий період року в результаті танення цього прошарку льоду утворюється щелеобразнимі канал, по якому може зосереджено рухатися напірна вода, виробляючи розмив грунтового матеріалу греблі. При цьому гладкість поверхні геомембрани обумовлює збільшення пір грунту на контакті, що також знижує суфозійний стійкість ґрунту.

Відомий вузол сполучення грунтової греблі з бетонним спорудою, що включає сполучається устої, в якому поверхня сполучення підвалини з водоутримуючої частиною грунтової греблею покрита полімеросодержащім шаром з откритопорістую поверхнею, зверненої в бік грунтової греблі. При цьому полімеросодержащій шар являє собою еластичний губчастий полімер, до якого вимога водонепроникності не пред'являється [3].

Такий вузол сполучення прийнятий за прототип. Його надійність забезпечується тим, що, по-перше, грунт греблі відділений від відносно гладкої поверхні сопрягающего підвалини полімеросодержащім, отже, міцним і несуффозіонним шаром, по-друге, тим, що грунт заповнює відкриті пори полімеросодержащего шару, набуваючи, таким чином, підвищену проти фільтраційного стійкість в вузлі сполучення. Однак полімеросодержащій шар в недостатній мірі перешкоджає примерзання ґрунту до сопрягающей встою, не забезпечує значне зменшення сил тертя матеріалу грунтової греблі об поверхню сопрягающего підвалини і в недостатній мірі перешкоджає утворенню на поверхні сопрягающего підвалини прошарку льоду в холодний період року. Тому таке технічне рішення не виключає можливості утворення тріщини в області сполучення грунтової греблі з бетонним спорудою і розкриття тріщини по контакту при таненні прошарку льоду, що є його основним недоліком.

Додатково, відсутня можливість контролю кількості води, що рухається безпосередньо по контакту сполучення грунтової греблі з бетонним спорудою. Ця обставина не забезпечує своєчасне здійснення технічних заходів щодо підвищення фільтраційної міцності вузла сполучення в разі перевищення фільтрує водою допустимої з умови безпеки величини.

Завданням, на вирішення якої спрямовано заявляється винахід, є підвищення фільтраційної міцності вузла сполучення грунтової греблі з бетонним спорудою, отже, підвищення надійності цього вузла сполучення.

Технічний результат від використання винаходу полягає в наступному:

- відвернена міграція води з тіла грунтової греблі до контакту сполучення грунтової греблі з бетонним спорудою;

- зменшена сила примерзання матеріалу грунтової греблі до поверхні сопрягающего підвалини бетонної споруди і сила тертя між ними, отже, зменшена можливість утворення тріщин в грунтовій греблі в області вузла сполучення;

- забезпечений контроль кількості води, що рухається безпосередньо по контакту сполучення грунтової греблі з бетонним спорудою.

Зазначена задача вирішується, а технічний результат досягається тим, що вузол сполучення грунтової греблі з бетонним спорудою містить сполучається устої, в якому поверхня сполучення підвалини з водоутримуючої частиною грунтової греблі покрита полімеросодержащім шаром з откритопорістую поверхнею, зверненої в бік грунтової греблі, відповідно до винаходу поверхню сполучення підвалини з водоутримуючої частиною грунтової греблі (тіло, ядро, екран) покрита бентонітових матом, що містить шари тканого і нетканого геотекстилю, ежду якими розташовані гранули натрієвого бентоніту. При цьому бентонітовий мат шаром тканого геотекстилю примикає до сопрягающей встою, а шаром нетканого геотекстилю звернений в сторону грунтової греблі.

- поверхню сопрягающего підвалини, щонайменше, в межах можливого промораживания покрита геомембрану, яка виконана з поліетилену, розташована між бентонітових матом і сполучаються підвалиною і прикріплена до сопрягающей встою;

- у низовий межі водоутримуючої частини грунтової греблі розташований збірний каналу, який приймає систему фільтрів по вузлу сполучення воду і зосереджено направляє її за межі грунтової греблі;

- геомембрана виконана з поліетилену, що містить пластифікатор в кількості, що забезпечує отримання «жирної» низькоенергетичної поверхні геомембрани;

- збірний канал утворений в поперечному перерізі напівтруби, виконаної з поліетилену і водонепроникне прикріпленою до геомембрану;

- всередині збірного каналу розташований гріючий кабель;

- збірний канал направляє воду за межі грунтової греблі за допомогою відвідної труби і колодязя, який обладнаний водомірним пристроєм.

Досягнення раніше зазначеного технічного результату, перш за все, стало можливим завдяки тому, що полімерсодержащіе шар виконаний з бентонітової мату. Набряклий бентоніт запобігає міграції води з грунтової греблі до поверхні сопрягающего підвалини, змащує поверхню підвалини і зберігає у поверхні підвалини пластичність в холодний період року. При цьому технічний результат в найбільшій мірі досягається тоді, коли поверхня сопрягающего підвалини покрита геомембрану з «жирної» поверхнею, а обігрівається збірний канал, прикріплений до геомембрану, забезпечує відведення профільтрувалась через вузол сполучення води і контроль над її кількістю.

На фіг.1 зображений вузол сполучення, план; на фіг.2 - розріз А-А на фіг.1; на Фіг.3 - ділянку напівтруби збірного каналу, вид з боку грунтової греблі; на фіг.4 - розріз Б-Б на Фіг.3.

Приклад. Вузол сполучення грунтової греблі 1 з бетонної водозливної греблею 2 містить виконаний з бетону сполучається устої 3. Ґрунтова гребля як проти фільтраційного елементу містить ядро 4 (фіг.2), виконане з зв'язного грунту, а сполучається устої складається зі стінок: поздовжньої 5, верхової 6 і низовий 7.

Поверхня поздовжньої стінки 5 з боку грунтової греблі 1 покрита полімерсодержащіе шаром, наприклад, бентонітових матом (те саме: бентомат) 8, який складається з шару тканого 9 і нетканого 10 геотекстилю, а між геотекстилем розташовані гранули натрієвого бентоніту 11. При цьому бентонітовий мат 8 примикає до поздовжньої стінці 5 шаром тканого геотекстилю 9, а до грунтової греблі 1 - шаром нетканого геотекстилю 10. Поверхня поздовжньої стінки 5 в межах можливого промораживания і на її додатково заданих ділянках 12 покрита геомембрана 13, яка виконана з поліетилену, розташована між бентонітових матом 8 і поздовжньої стінкою 5, прикріплена до стінки 5 і є її складовою частиною. У низової межі 14 ядра 4 (фіг.4) на всю висоту поздовжньої стінки 5 розташований збірний канал 15, який в поперечному перерізі утворений виконаної з поліетилену напівтруби 16. Ця напівтруби 16 прикріплена до геомембрану 13 водонепроникним безперервним звареним швом 17 з боку нижнього б'єфу, а переривчастим зварним швом 18 - з боку верхнього б'єфу з утворенням дренажних щілин 19 (фіг.3).

Необхідність покриття геомембрану 13 додаткових ділянок 12 поверхні поздовжньої стінки 5 у всій її нижній частині або тільки в місці розташування збірного каналу 15, а також поверхні низової стінки 7 всій або тільки її частини встановлюється проектом залежно від конструкції грунтової греблі 1 і місцевих умов. При цьому враховується та обставина, що міцність змерзання незв'язних грунтів (бічні призми греблі) з конструкціями істотно вище, ніж зв'язкових грунтів (ядро греблі), а релаксація напружень в незв'язних грунтах відповідно нижче [4].

Усередині збірного каналу 15 розташований гріючий кабель 20. Цей канал 15 направляє воду за межі грунтової греблі 1 за допомогою відвідної труби 21 і колодязя 22, який обладнаний водомірним пристроєм. Водомірне пристрій може бути виконано, наприклад, у вигляді патрубка 23, забезпеченого запірним пристроєм 24, і мірної рейки (рейка на кресленнях не показана) для вимірювання рівня води в колодязі.

Доцільно геомембрану 13 виконати з поліетилену, що містить пластифікатор в кількості, що забезпечує отримання «жирної» низькоенергетичної поверхні геомембрани. Збільшення в поліетилені кількості пластифікаторів проти звичайного зменшує примерзанню грунту до геомембрану 13 і зменшує силу тертя грунтового матеріалу про геомембрану 13, а також підвищує еластичність геомембрани 13. При цьому геомембрана 13 прикріплена до сопрягающей встою 3 за допомогою, наприклад, поліетиленових анкерів 25 (фіг.4 ).

На кресленнях додатково позиціями позначені:

27 - шов примикання (плити до водозливної греблі);

28 - бетонна плита (в основі ядра);

29 - низова призма грунтової греблі;

30 - поздовжня вісь грунтової греблі.

Особливість роботи пропонованого вузла сполучення полягає в наступному.

1. Бентонітовий мат 8 запобігає розмив грунту ядра 4 водою, що рухається безпосередньо по талому контакту сполучення грунтової греблі 1 з сполучаються підвалиною 3. При цьому зменшена сила примерзання матеріалу грунтової греблі 1 до поверхні сопрягающего підвалини 3, зменшена сила тертя між ними, а також підвищено якість прилягання грунту ядра 4 до сопрягающей встою 3.

2. Бентонітовий мат 8 запобігає міграції води з грунтової греблі 1 до поверхні геомембрани 13, завдяки чому попереджається тимчасове утворення на поверхні геомембрани 13 шару льоду.

3. Нетканий геотекстиль 10 пропускає воду, необхідну для утворення в процесі гідратації і набрякання з бентоніту 11 бентонітової гелю, але він непроникний для бентонітової гелю і має слабку водопроникність в своєму поздовжньому напрямку. Тканий геотекстиль 9 здатний просочитися бентонітових гелем і змастити ним поверхню геомембрани 13, додатково зменшуючи тим самим дію сил тертя.

5. В експлуатаційний період рухається по нещільного контакту грунтової греблі 1 і сопрягающего підвалини 3 вода перехоплюється збірним каналом 15, підігрівається в холодний період року, що гріє кабелем 20 і за допомогою відвідної труби 21 і колодязя 22 виводиться за межі грунтової греблі.

Періодично при закритому запірному пристрої 24 заміряють інтенсивність надходження води в колодязь 22, тобто визначають витрата води, що рухається безпосередньо по контакту сполучення грунтової греблі з бетонним спорудою. Після чого при необхідності здійснюють захід щодо зменшення витрат води, наприклад, шляхом обробки віброштангой грунту ядра 4, прилеглого до сопрягающей встою 3 і знаходиться в кінці теплого періоду року в талому стані.

4. Цитович Н.А. Механіка мерзлих грунтів. - М. Вища школа, 1973.

1 - грунтова гребля;

2 - бетонна водозливна гребля;

3 - сполучається устої;

5 - поздовжня стінка;