§ 6.3. Противофильтрационные элементы грунтовых плотин

Грунтовые и особенно каменнонабросные плотины нуждаются в гидроизоляции для уменьшения фильтрации воды через них. Противофильтрационные элементы таких плотин устраиваются в виде суглинистых ядер и экранов, экранов и диафрагм из металла, железобетона и асфальта, а в последние годы еще в виде инъекционных завес и из новых полимерных материалов [13, 35, 55]. Очень остро стоит вопрос о противофильтрационном экранировании каменнонабросных плотин, для которых обязательны такие элементы, ибо они характеризуются повышенными осадочными деформациями (табл. 6.13).

Таблица 6.13

Как видим, значительные осадки и их скорости, особенно в первый год после возведения плотины и наполнения водохранилища, создают большие трудности для работы экрана на верховом ее откосе. Например, особенно большие осадки тела плотины Сан-Габриэл (США), вызванные катастрофическим ливнем, с максимальной величиной до 1 м и скоростями до 5—10 см/с, привели к расстройству железобетонного экрана; поэтому такие экраны стали усиливать асфальтобетонными прослойками (см. табл. 6.4) или устраивать гибкие уплотнения из профильных резиновых лент либо латунных листов-компенсаторов. Все это очень усложняет и удорожает конструкции противофильтрационных экранов, вынуждая заменять их более экономичными асфальтобетонными.

Примерно такое же положение создалось и с металлическими экранами. В Советском Союзе построена лишь одна плотина с таким экраном — Храмская (1946 г.); он работает удовлетворительно, но нуждается в постоянном уходе и возобновлении антикоррозионного покрытия. Поэтому и за рубежом не строятся плотины с металлическими экранами — можно назвать только одну плотину Агуада Бланка (Перу) высотой 45 м, у которой в 1970 г. был сделан экран из стальных листов толщиной 5 мм с антикоррозионным покрытием, температурными компенсационными швами через 10 м и периметральным швом, уплотненными мастичным герметикой, причем весь экран уложен на водонепроницаемую асфальтовую подготовку; он работает удовлетворительно [35].

Следует подчеркнуть, что сочетание жестких железобетонных плит с асфальтобетонной прослойкой ухудшает ее работу, а иногда делает необходимым ремонт экрана. Мы уже приводили данные о ремонте железобетонных плит на плотине Эль-Гриб в Алжире. Точно так же на одновременно построенной плотине Боу-Ханифия при осадках и смещении гребня плотины всего на 40 см железобетонные плиты постоянно растрескиваются, что потребовало ремонтов уже трижды — в 1938, 1964 и 1970 гг.

На плотине Кри Вильденштейн (Франция) из-за расстройства поверхностных железобетонных плит образовались трещины и в асфальтобетоне, в связи с чем в 1975 г. экран был перекрыт новым слоем асфальтобетона толщиной 10 см.

Аналогичное положение возникло при устройстве асфальтобетонного экрана на плотине Варцихской ГЭС (Грузия) — выполненная ранее бетонная подготовка со швами через 10 м вызвала растрескивание асфальтобетона над ними. Подобное явление наблюдается при попытках перекрыть бетонное покрытие дорог и аэродромов асфальтобетонным покрытием — бетонное покрытие накапливает температурные деформации и сосредоточивает их в швах между плитами, что и приводит к растрескиванию асфальтобетона над швами. Учитывая это, американские инженеры при строительстве бассейна ГАЭС Лудингтон пошли на дробление бетонной подготовки мощными катками, чтобы избежать больших сосредоточенных деформаций в швах.

Гораздо рациональнее решен данный вопрос на алжирской плотине Эль-Гриб (рис. 6.11, а), где асфальтобетонный экран заключен между железобетонными плитами, но имеет слой литого асфальта для самозалечивания образующихся трещин, а в местах сосредоточения деформаций усилен, кроме того, армирующими прокладками (рис. 6.11, б). Действительно, при наполнении водохранилища в экране образовались трещины, но они быстро затампонировались литым асфальтом, и фильтрация прекратилась [35, 55].

В мировой практике плотиностроения утвердились асфальтобетонные экраны и диафрагмы (рис. 6.11, в и г) как наиболее прогрессивные и экономичные. Количество грунтовых плотин с асфальтобетонными противофильтрационными элементами все время возрастает (рис. 6.11, д); лишь за последние годы построены 44 крупные плотины с асфальтобетонными экранами и 22 плотины с асфальтобетонными диафрагмами (табл. 6.14), причем все они служат безукоризненно.

Таблица 6.14

Для Советского Союза такие конструкции относительно новы и часто встречают возражения, поэтому остановимся на них более подробно. С подобным же отношением встретились и австрийские инженеры при проектировании в 1970—1972 гг. уникальных плотин Ошеникзее с асфальтобетонным экраном высотой 106 м и Финстерталь высотой 149 м с асфальтобетонной диафрагмой.

Поэтому на XI Конгрессе по большим плотинам в Мадриде ими была предложена сравнительная оценка [35] противофильтрационных элементов, приведенная в табл. 6.15 (Матер. XI Конгресса, т. III, вопрос 42, доклад 34), которая убедительно иллюстрирует преимущества асфальтобетонных экранов по надежности, долговечности и технологичности перед грунтовыми.

Таблица 6.15