грунтовая плотина с мерзлотной завесой в теле и в основании

Формула изобретения

1. ГРУНТОВАЯ ПЛОТИНА С МЕРЗЛОТНОЙ ЗАВЕСОЙ В ТЕЛЕ И В ОСНОВАНИИ, включающая замораживающие колонки в основании, верхние части которых расположены в вентилируемой полости, стенки которой выполнены из бетона, отличающаяся тем, что вентилируемая полость по высоте выполнена до гребня плотины, а между стенками полости расположены распорки, причем распорки расположены по высоте вертикальными рядами с образованием между рядами над замораживающими колонками вертикальных проемов, а у гребня плотины полость перекрыта съемными теплоизолирующими элементами.

2. Плотина по п. 1, отличающаяся тем, что по меньшей мере бетонная стенка полости, расположенная со стороны верхнего бьефа, выполнена в виде противофильтрационной диафрагмы с водонепроницаемыми деформационно-конструктивными швами.

3. Плотина по п. 1, отличающаяся тем, что бетонные стенки полости выполнены из поярусно расположенных сборных бетонных плит, причем каждая пара плит, расположенных в стенках напротив одна другой, распорками скреплена в единый пространственный блок.

Описание изобретения к патенту

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

На фиг. 1 показан продольный разрез по оси плотины, вид с верхнего бьефа; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сборный блок; на фиг. 4 - узел 1 на фиг. 2; на фиг. 5 - поперечный разрез вертикального шва верхней стенки.

Грунтовая плотина с мерзлотной завесой в теле и в основании включает боковые призмы: верхнюю 1 и низовую 2, замораживающие колонки 3 в основании 4 и вентилируемую полость 5, образованную у основания 4 лотком 6 из монолитного бетона и вертикальными боковыми стенками: верховой 7 и низовой 8 из сборного бетона до гребня 9 плотины, где полость 5 перекрыта несущими 10 и теплоизолирующими 11 съемными элементами. Между стенками 7 и 8 расположены распорки 12, причем распорки расположены по высоте вертикальными рядами с образованием между рядами над замораживающими колонками 3 вертикальных проемов. Верховая стенка 7 состоит из поярусно расположенных сборных железобетонных плит 13, а низовая стенка 8 - из аналогичных плит 14. Каждая пара плит 13 и 14 распорками 12 скреплена, например, сваркой в единый пространственный монтажный элемент - блок 15 (фиг. 3).

Верховая стенка 7 выполняется в виде противофильтрационной диафрагмы с водонепроницаемыми деформационно-конструктивными швами. При этом водонепроницаемость и деформативность горизонтальных швов достигается посредством асфальтовой ленты 16, помещенной между плитами 13 (фиг. 4), а водонепроницаемость и деформативность вертикальных швов - посредством заливки битумного материала 17 в вертикальные клинообразные каналы, образуемые скосами 18 на плитах 13 и временными нащельниками 19 (фиг. 5).

Замораживающие колонки 3 расположены в два ряда и каждая из них выполнена, например, в виде жидкостного термосифона с естественной конвекцией теплоносителя (керосина), состоящего из подземного теплообменника 20 и наземного теплообменника (радиатора) 21. При этом подошва подземного теплообменника 20 расположена ниже естественной нижней границы 22 талика 23, а наземный теплообменник 21 расположен в полости 5 в вертикальном проеме, образованном распорками 12, по два теплообменника в каждом проеме.

Об береговых участков плотины полость 5 отделена вертикальными торцевыми стенками 24, которые совместно с дополнительными поперечными стенками 25 образуют по торцам полости 5 воздуховодные колодцы 26. По высоте в стенке 25 устроены воздуховодные проемы 27, сечение которых увеличивается по мере их приближения к днищу полости 5. По длине полости 5 в ее верхней части к распоркам 12 периодически прикреплены пластины (жалюзи) 28, расположенные вертикально поперек полости 5 и частично ее перекрывающие.

Часть верховой призмы 1, непосредственно примыкающей к верховой стенке 7, выполнена из связного грунта 29.

На береговых участках, за пределами полости 5, плотина содержит одноярусные замораживающие колонки 31, установленные также в два раза.

Плотина возводится и эксплуатируется следующим образом.

После возведения монолитного лотка 6 устанавливаются и задействуются самонастраивающиеся замораживающие колонки 3. После чего в зимнее время начинается промораживание основания 4, при этом наземные теплообменники 21 охлаждаются естественным путем. С опережающим по высоте наращивания стенок 7 и 8 полости 5 возводятся грунтовые элементы тела плотины на полную (или промежуточную) высоту. Сверху полость 5 закрывается съемными элементами 10 и 11, а над одним из двух воздушных колодцев 26 устанавливается вентиляционное оборудование (не показано), задействованием которого в зимний период осуществляется вентилирование полости 5 холодным воздухом. При этом посредством воздуховодных проемов 26 и жалюзей 28 по высоте полости 5 устанавливается заданный режим движения холодного воздуха, обеспечивающего преимущественное охлаждение наземных теплообменников 21. Таким вентилированием полости 5 возобновляется промораживание основания 4, а также одновременно осуществляется промораживание грунтов, прилегающих к стенкам полости 5. При этом промораживанием связного грунта 29 обеспечивается создание водонепроницаемой мерзлотной завесы в плотине с верховой стороны плотности 5 до подъема 30 воды перед плотиной. Эффективность промораживания верховой стенки 7, а следовательно, и грунта 29, может быть повышена за счет теплоизоляции полости 5 со стороны нижнего бьефа (не показана). Одновременно с этим задействуются замораживающие колонки 31 на береговых участках плотины. В результате по всей длине плотины в ее теле и в основании создается качественная мерзлотная завеса в границах 32.

При эксплуатации плотины периодически изменяют направление вентилирования полости 5, а воздуховодные колодцы 26 на летний период закрываются.

Доступ в основание полости 5 обеспечивается посредством лифта 33, а заправка колонок 3 теплоносителем осуществляется с трапа 34.

Ремонт замораживающих колонок 3, а также установка при необходимости дополнительных колонок осуществляется с применением грузоподъемного оборудования, устанавливаемого на гребне 9 плотины после снятия с полости 5 соответствующих элементов 10 и 11, закрывающих полость.

Полость 5 может быть выполнена шириною, позволяющей устанавливать в основании колонки 3 более чем в два ряда. Это повышает водонепроницаемость завесы и уменьшает деформативность основания под наиболее ответственной центральной частью тела плотины, существенно облегченной за счет полости 5. При необходимости в летнее время полость 5 может дополнительно охлаждаться путем помещения в нее углекислоты в твердом состоянии - "сухого" льда.

В случае назначения такой плотины для создания хранилища гидравлически складируемых отходов, плотина наращивается очередями по мере заполнения хранилища. При этом стенки 7 и 8 полости 5 возводятся с опережением тела плотины и с периодической перестановкой по высоте элементов 10 и 11, закрывающих полость 5, а наращивание верховой призмы 1 осуществляется с использованием в ее теле зернистых отходов, например, путем их намыва по схеме "от плотины". В этом случае верховая стенка 7 используется в качестве эстакады под пульповод.

В процессе качественной эксплуатации границы 32 мерзлотной завесы существенно, особенно при многорядном расположении колонок 3, удаляются от оси плотины - в наибольшей степени в сторону нижнего бьефа. При этом возможные ограниченные деформации в теле плотины и в ее основании не могут существенно повлиять на надежность плотины. (56) 1. Биянов Г. Ф. Плотины на вечной мерзлоте. Изд. 2. М. : Энергоатомиздат, 1983, с. 64.

2. То же, с. 40-41, рис. 3.2. б.