RU2145372C1

RU2145372C1 - Method of earth dam construction

Info

Publication number: RU2145372C1
Application number: RU98112423/13A
Authority: RU
Inventors: В.П. Ягин; И.А. Давыдов
Original assignee: Открытое акционерное общество Красноярский проектно-изыскательский институт "Гидропроект"
Priority date: 1998-06-24
Filing date: 1998-06-24
Publication date: 2000-02-10

Abstract

FIELD: hydraulic engineering; applicable at final stage of construction of dam with earth impervious member. SUBSTANCE: first, dam is constructed with temporary head in the form of practically uniform layer from noncohesive or low-cohesive nonswelling earth of limited water permeability. Upon elapse of preset initial period of dam operation under head when dam settlement is the most intensive and impervious member overhangs over side prisms, dam head is completed to its final state. For which purpose, made in uniform layer of head from cohesive earth is wall in earth by special dry rules: trench excavated by earth-moving machine is strengthened by movable structure and earlier made part of impervious member is subjected to ramming by heavy ram through trench bottom. Then, trench is filled with cohesive earth with its compaction and dam is completed to preset level. EFFECT: simplified work and higher reliability of dam at final stage of its construction, or in reconstruction of dam head. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть применено при возведении плотины с грунтовым противофильтрационным элементом, преимущественно, на завершающем этапе ее возведения или реконструкции ее оголовка. The invention relates to hydraulic engineering and can be used in the construction of a dam with a soil antifiltration element, mainly at the final stage of its construction or reconstruction of its head.

Известен способ возведения грунтовой плотины, включающий одновременное послойное и с уплотнением выполнение из связного грунта противофильтрационного элемента на всю его высоту и из несвязного грунта боковых призм (Производство гидротехнических работ: учеб. для вузов /А.И.Чураков, Б.А.Волнин, П.Д.Степанов, В.Я.Шайтанов; Под общ. ред. А.И.Чуракова. - М: Стройиздат, 1985, с. 207 - 213). A known method of erecting a soil dam, including the simultaneous layer-by-layer and with compaction, performing from a cohesive soil an anti-filter element to its entire height and from incoherent soil of side prisms (Production of hydraulic works: textbook for universities / A.I. Churakov, B.A. Volnov, P.D. Stepanov, V.Ya. Shaitanov; Under the general editorship of A.I. Churakov. - M: Stroyizdat, 1985, p. 207 - 213).

Недостатком известного способа возведения плотины, проявляющимся на завершающем этапе возведения, является сложность одновременного ведения работ по выполнению противофильтрационного элемента и боковых призм вследствие сужения поперечного сечения плотины и недостаточная надежность плотины вследствие укладки слоев елочкой при выполнении наиболее тонкой и наиболее зависаемой на боковых призмах (переходных зонах) верхней части противофильтрационного элемента, недостаточно защищенной при возведении плотины от промораживания, и низкой точности определения конечной величины осадки плотины, влияющей на строительную высоту плотины и ее противофильтрационного элемента. The disadvantage of the known method of dam construction, which manifests itself at the final stage of construction, is the difficulty of simultaneously performing work on the anti-filter element and side prisms due to narrowing of the cross section of the dam and insufficient reliability of the dam due to the laying of layers with a herringbone when performing the thinnest and most dependent on the side prisms (transition zones ) the upper part of the anti-filter element, not sufficiently protected during the construction of the dam from freezing, and the bottom oh accuracy of determining the final value of the dam precipitation affecting the construction height of the dam and its impervious element.

Технический результат от использования изобретения, проявляющийся на завершающемся этапе возведения плотины, заключается в упрощении работ за счет предотвращения в сужившемся поперечном сечении плотины одновременности ведения работ по выполнению противофильтрационного элемента и боковых призм (переходных зон) и в повышении надежности плотины за счет предотвращения укладки слоев елочкой при выполнении наиболее тонкой и наиболее зависаемой на боковых призмах (переходных зонах) верхней части противофильтрационного элемента, более полной защищенности противофильтрационного элемента от промораживания при возведении плотины и повышения точности определения конечной величины осадки плотины, а следовательно, и отметок гребня плотины и ее противофильтрационного элемента. The technical result from the use of the invention, which manifests itself at the final stage of the construction of the dam, is to simplify the work by preventing simultaneous work on the anti-filter element and side prisms (transition zones) in the tapered cross section of the dam and to increase the reliability of the dam by preventing the laying of layers of the herringbone when performing the thinnest and most dependent on the lateral prisms (transition zones) of the upper part of the antifiltration element, more full protection of the antifiltration element from freezing during the construction of the dam and increasing the accuracy of determining the final value of the sediment of the dam, and consequently, the marks of the dam crest and its antifiltration element.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе возведения грунтовой плотины, включающем одновременное послойное и с уплотнением выполнение из связного грунта противофильтрационного элемента и из несвязного грунта боковых призм, согласно изобретению по меньшей мере верхнюю часть противофильтрационного элемента с заданного промежуточного уровня выполняют путем заполнения связным грунтом траншеи по мере ее разработки землеройной машиной на всю толщину слоя грунта, сформированного над выполненными частями противофильтрационного элемента и боковых призм. Землеройную машину снабжают траншейным креплением, передвигающимся в траншее вслед за разрабатываемым забоем, при этом под защитой траншейного крепления в донной части траншеи выполняют работы по подготовке траншеи к заполнению связным грунтом. Промежуточный уровень в противофильтрационном элементе задают с учетом послестроительных осадок плотины и выше нормального уровня воды перед плотиной, а формирование над выполненными частями противофильтрационного элемента и боковых призм слоя осуществляют из грунта с коэффициентом фильтрации менее 10 в сутки, при этом грунт, получаемый при разработке траншеи, размещают над верхней частью противофильтрационного элемента. Целесообразно верхнюю часть противофильтрационного элемента выполнять через промежуток времени после его выполнения до заданного промежуточного уровня, а на выполненную часть противофильтрационного элемента через дно траншеи ударно воздействовать тяжелой трамбовкой при подготовке закрепленного участка траншеи к заполнению связным грунтом и/или при уплотнении этого связного грунта. The specified technical result is achieved by the fact that in the known method of erecting a soil dam, including simultaneously layer-by-layer and with compaction, performing from the cohesive soil of the anti-filter element and from the disconnected soil of the side prisms, according to the invention, at least the upper part of the anti-filter element from a predetermined intermediate level is performed by filling the connected the soil of the trench as it is developed by the digging machine over the entire thickness of the soil layer formed over the completed parts of rotifiltration element and side prisms. The digging machine is equipped with a trench mount moving into the trench after the slaughter being developed, while under the protection of the trench mount in the bottom of the trench, work is carried out to prepare the trench for filling with cohesive soil. An intermediate level in the antifiltration element is set taking into account post-construction sediments of the dam and above the normal water level in front of the dam, and the formation above the completed parts of the antifiltration element and side prisms of the layer is carried out from the soil with a filtration coefficient of less than 10 per day, while the soil obtained during the development of the trench, placed over the top of the anti-filter element. It is advisable to carry out the upper part of the anti-filtration element after a period of time after its completion to a predetermined intermediate level, and impact the heavy part of the anti-filtration element through the bottom of the trench with a heavy tamper when preparing the fixed section of the trench for filling with cohesive soil and / or compaction of this cohesive soil.

Сущность изобретения заключается в том, что плотину возводят сначала с временным оголовком в виде практически однородного слоя из несвязного или малосвязного непучинистого грунта ограниченной водопроницаемости. После же истечения заданного начального периода эксплуатации плотины под напором, в течение которого наиболее интенсивно происходит осадка плотины и формируется зависание противофильтрационного элемента (ядра) на боковых призмах (переходных зонах), а ядро временным оголовком защищается от промораживания, осуществляют досоздание оголовка плотины до его постоянного исполнения. Для чего в однородном лежалом слое оголовка из связного грунта выполняют "стенду в грунте" по особым "сухим" (без применения глинистого раствора) правилам: разрабатываемую землеройной машиной траншею у забоя укрепляют подвижной конструкцией, а на ранее выполненную часть противофильтрационного элемента через дно траншеи ударно воздействую тяжелой трамбовкой, после чего траншею заполняют связным грунтом с уплотнением, а плотину довозводят до уточненного уровня. The essence of the invention lies in the fact that the dam is erected first with a temporary head in the form of a practically uniform layer of incoherent or loosely coupled non-porous soil of limited permeability. After the specified initial period of operation of the dam expires under pressure, during which the dam settles most intensively and the anti-filter element (core) hangs on the side prisms (transition zones), and the core is temporarily protected from freezing, the dam head is re-established to its constant execution. For this purpose, a “stand in the ground” is carried out in a homogeneous lying layer of the head of the cohesive soil according to special “dry” (without the use of clay mud) rules: the trench developed by the digger at the bottom is reinforced with a movable structure, and the shock-absorbing element made earlier through the bottom of the trench is impacted I work with a heavy tamper, after which the trench is filled with cohesive soil with compaction, and the dam is brought back to the specified level.

На фиг. 1 изображена плотина с временным оголовком, поперечный разрез; на фиг. 2 - то же с постоянным оголовком после завершения послестроительных осадок; на фиг. 3 - призабойный участок траншеи, продольной разрез; на фиг. 4 -разрез по А-А на фиг. 3. In FIG. 1 shows a dam with a temporary head, a transverse section; in FIG. 2 - the same with a constant tip after completion of post-construction rainfall; in FIG. 3 - bottomhole section of the trench, a longitudinal section; in FIG. 4 is a section along AA in FIG. 3.

Все элементы грунтовой плотины: ядро 1 из связного грунта, фильтры (переходные зоны) верховые 2 и 3 и низовые 4 и 5 из несвязного грунта и боковые призмы: верховую 6 и низовую 7 из каменной наброски до заданного промежуточного уровня 8 выполняют одновременно с укладкой слоев елочкой и с уплотнением. После чего аналогично, но уже без "елочки" от уровня 8 до уровня 9 создают во временном исполнении оголовок плотины: слой 10, верховые фильтры 2 и 3 и верховую призму 6. Промежуточный уровень 8 обычно задают с превышением над нормальным уровнем (HY) воды перед плотиной, величина которого в результате осадки плотины уменьшается от a₁ (фиг. 1) в начальный период эксплуатации плотины до a₂ (фиг. 2) при последующей эксплуатации. Уровень 9 превышает максимальный форсированный уровень (max ФУ) воды перед плотиной в начальный период эксплуатации и близок к max ФУ при последующей эксплуатации. Слой 10 толщиной от уровня 8 до уровня 9 формируют из несвязного или малосвязного преимущественно непучинистого грунта с коэффициентом фильтрации обычно менее 10 метров в сутки, допустимость которого подтверждают исследованиям, и размещают его над ядром 1, низовым фильтрами 4 и 5, низовой призмой 7 и над верховым фильтром 2.All elements of the soil dam: core 1 from cohesive soil, filters (transition zones) top 2 and 3 and bottom 4 and 5 from incoherent soil and side prisms: top 6 and bottom 7 from stone drafting to a given intermediate level 8 are performed simultaneously with laying layers herringbone and with seal. Then, similarly, but already without a “herringbone” from level 8 to level 9, a dam head is created in temporary execution: layer 10, top filters 2 and 3 and a high prism 6. Intermediate level 8 is usually set in excess of the normal level (HY) of water in front of the dam, the value of which as a result of the precipitation of the dam decreases from a ₁ (Fig. 1) in the initial period of operation of the dam to a ₂ (Fig. 2) during subsequent operation. Level 9 exceeds the maximum forced level (max FU) of water in front of the dam in the initial period of operation and is close to max FU during subsequent operation. Layer 10 with a thickness from level 8 to level 9 is formed from incoherent or loosely connected predominantly non-porous soil with a filtration coefficient of usually less than 10 meters per day, the validity of which is confirmed by research, and placed it above core 1, bottom filters 4 and 5, bottom prism 7 and above horse filter 2.

С таким временным оголовком, защищающим ядро 1 от промораживания, плотину эксплуатируют под напором в течение двух-трех и более лет с допущением минимального и только краткосрочного превышения уровня воды перед плотиной над уровнем 8. Именно в этот период интенсивно происходит осадки плотины и формируется зависание ядра 1 на фильтрах 2 и 4, сопровождаемое опасным разуплотнением ядра, преимущественно, в его верхней зоне 11. После этого оголовок плотины довозводят до постоянного исполнения следующим образом. With this temporary head protecting the core 1 from freezing, the dam is operated under pressure for two, three or more years with the assumption of a minimal and only short-term excess of the water level in front of the dam above level 8. It is during this period that the sediments of the dam intensely occur and the core freezes 1 on filters 2 and 4, accompanied by a dangerous softening of the core, mainly in its upper zone 11. After that, the tip of the dam is brought to constant execution as follows.

С поверхности лежалого слоя 10 (уровень 9) по оси ядра 1 земляной машиной, например роторным траншейным экскаватором 12 (фиг. 3), снабженным траншейным креплением 13, разрабатывают траншею 14 на всю толщину слоя 10. По мере разработки траншеи 14 крепление 13 экскаватором 12 передвигают вслед за забоем 15, при этом под защитой крепления 13 в донной части траншеи выполняют работы по ее подготовке, после чего траншею заполняют связным грунтом с уплотнением, формируя таким образом верхнюю часть 16 ядра 1 с толщиной b меньшей, чем толщина нижерасположенной части ядра 1 и с плоским (без елочки) обычно вертикальными гранями 17 и 18. From the surface of the deposited layer 10 (level 9) along the axis of the core 1 with an earthmoving machine, for example, a rotary trench excavator 12 (Fig. 3) equipped with a trench mount 13, a trench 14 is developed for the entire thickness of the layer 10. As the trench 14 is developed, the mount 13 with an excavator 12 they move after the face 15, while under the protection of the fastening 13 in the bottom of the trench, work is carried out to prepare it, after which the trench is filled with cohesive soil with a seal, thereby forming the upper part 16 of the core 1 with a thickness b less than the thickness of the lower part and kernels 1 and with a flat (without herringbone) usually vertical faces 17 and 18.

Отвальный грунт 19, получаемый при разработке траншеи 14 в виде слоя 20, размещают над верхней частью 16 ядра 1 по всей ширине слоя 10, увеличивая его толщину до уровня 21, превышающего max ФУ в течение всего срока эксплуатации плотины. После чего завершают возведение плотины с оголовком постоянного исполнения до уровня 22, который назначают после уточнения конечной величины осадки плотины, выполненного с учетом действительных осадок плотины в начальный период ее эксплуатации. The dump soil 19, obtained in the development of the trench 14 in the form of a layer 20, is placed over the upper part 16 of the core 1 over the entire width of the layer 10, increasing its thickness to a level of 21, exceeding max FU during the entire life of the dam. After that, the construction of the dam with the head of constant execution is completed to level 22, which is assigned after clarifying the final value of the draft of the dam, taking into account the actual sediment of the dam in the initial period of operation.

Траншейное крепление 13 состоит из двух боковых панелей 23, распорками 24 и связями 25 объединенных в единую жесткую конструкцию, снабженную парой опорных лыж 26, скользящих по поверхности слоя 10 по обе стороны от траншеи 14. Пространство между панелями 23 частично перекрыто со стороны забоя 15 решетчатым ограждением 27, а на противоположном торце - шандорами 28. Посредством пары связующих элементов 29 крепление 13 присоединено к экскаватору 12, например к раме 30 рабочего оборудования 31 или в обход его к тягачу 32, и перемещается в траншее по мере перемещения экскаватора 12. Для повышения устойчивости траншеи ее стенки могут быть выполнены наклонными. Для этого рабочее оборудование 31 снабжают новыми откосниками (не показаны). The trench mount 13 consists of two side panels 23, spacers 24 and ties 25 combined into a single rigid structure, equipped with a pair of ski skis 26, sliding on the surface of the layer 10 on both sides of the trench 14. The space between the panels 23 is partially overlapped by the lattice 15 by a fence 27, and on the opposite end by shandra 28. By means of a pair of connecting elements 29, the fastener 13 is connected to an excavator 12, for example to the frame 30 of the working equipment 31 or bypassing it to the tractor 32, and moves into the trench as it moves Nia excavator 12. To increase its stability trench walls may be made inclined. For this, the working equipment 31 is equipped with new slopes (not shown).

При подготовке закрепленного участка траншеи к заполнению связным грунтом через проемы, образование панелями 23 и распорками 24, на дно траншеи 14 ударно воздействуют тяжелой трамбовкой 33. Связный грунт в траншее 14 уплотняют также тромбованием, ударно передающимся на дно траншеи. В результате таких трамбований в существенной мере ликвидируется разуплотнение ядра в зоне 11, которую в особо суровых климатических условиях от омоноличивания промерзанием защищают засолением. Верхнюю же часть 16 ядра 1 от промораживания при необходимости защищают, например, электрообогревом. Для чего над ядром 1 выполняют слой 34 из насыпного электропроводящего материала с электродами 35 и покрытием 36 из теплоизоляционного материала. In preparing the fixed section of the trench for filling with cohesive soil through openings, formed by panels 23 and struts 24, the bottom of the trench 14 is impacted by a heavy rammer 33. The cohesive soil in the trench 14 is also compacted by thrombosis, which is transmitted to the bottom of the trench. As a result of such tamping, the decompression of the core in zone 11 is substantially eliminated, which, in especially harsh climatic conditions, is protected by salinization from freezing through freezing. The upper part 16 of the core 1 from freezing, if necessary, is protected, for example, by electric heating. For this, a layer 34 of a bulk electrically conductive material with electrodes 35 and a coating 36 of a heat-insulating material is made over the core 1.

Слой 10 и верхняя часть 16 ядра 1 по высоте могут формироваться ярусами и, как крайний случай, таким поярусным "сухим" (без использования глинистого раствора) траншейным способом может быть возведена плотина на всю высоту с грунтовым ядром в виде "стена в грунте" с размещением нижнего яруса стены в основании плотины. Сама же траншея может разрабатываться как экскаватором непрерывного действия, так и одноковшовым экскаватором, оборудованном обратной лопатой, а крепление траншеи может быть выполнено в виде навесного бункера дреноукладчика (Авторское свидетельство СССР N 287600, кл. E 02 F 5/10, 1970) или иметь иное исполнение. The layer 10 and the upper part 16 of the core 1 in height can be formed in tiers and, as an extreme case, a full-height dam with a soil core in the form of a “wall in soil” with a trench method can be erected in such a dry trench (without using clay mud) trench method placement of the lower tier of the wall at the base of the dam. The trench itself can be developed both by a continuous excavator and a single-bucket excavator equipped with a backhoe, and the trench can be mounted in the form of a mounted hopper of a drainer (USSR Author's Certificate N 287600, class E 02 F 5/10, 1970) or have other performance.

Верхняя часть 16 ядра 1 может обогреваться иным способом, например водой, подаваемой из питательной канавки по фильтрующему слою на поверхность гребня ядра, покрытого полимерной пленкой, отводящей воду в низовую призму плотины (Заявка RU N 97105461/13 от 02.04.97). The upper part 16 of the core 1 can be heated in another way, for example, water supplied from the nutrient groove through the filter layer to the surface of the ridge of the core, covered with a polymer film that removes water to the lower prism of the dam (Application RU N 97105461/13 of 02.04.97).

Использование изобретения позволяет на завершающем этапе возведения плотины или реконструкции ее оголовка упростить работы и повысить надежность плотины. The use of the invention allows at the final stage of the construction of the dam or reconstruction of its head to simplify the work and increase the reliability of the dam.

Claims

1. A method of erecting a soil dam, including simultaneous layer-by-layer and with compaction, performing from the cohesive soil of the anti-filter element and from the incoherent soil of the side prisms, characterized in that at least the upper part of the anti-filter element from a given intermediate level is performed by filling the trenches with connected soil as it is developed by an earth-moving machine for the entire thickness of the soil layer formed over the completed parts of the anti-filtration element and side prisms, hydrochloric machine provided with fastening trench, the trench pass after slaughter being developed, the protected trench fastening at the bottom of the trench is performed for the preparation of the trench to be filled cohesive soil.

2. The method according to claim 1, characterized in that the intermediate level in the antifiltration element is set taking into account post-construction sediment of the dam and above the normal water level in front of the dam.

3. The method according to claim 1, characterized in that the formation above the completed parts of the anti-filter element and the side prisms of the layer is carried out from the soil with a filtration coefficient of less than 10 m per day, while the soil obtained during the development of the trench is placed over the upper part of the anti-filter element.

4. The method according to claim 1, characterized in that the upper part of the antifiltration element is performed after a period of time after its completion to a predetermined intermediate level, while the performed part of the antifiltration element is impacted by heavy ramming through the bottom of the trench when preparing the fixed section of the trench for filling with a cohesive soil and / or when compacting this cohesive soil.