Грунтовая плотина на многолетнемерзлом основании и способ ее создания

Грунтовая плотина на многолетнемерзлом основании и способ ее создания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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

Известна «ПЛОТИНА ИЗ МЕСТНЫХ МАТЕРИАЛОВ» SU 331150 [2], возводимая на вечномерзлом основании, включающая промороженное ядро, сопряженное с основанием при помощи зуба, верховую и низовую призмы. На теплый период года для исключения конвективного теплообмена низовой откос покрывают экраном из теплоизолирующих материалов, например полиэтиленовой пленки.

Недостатком известной конструкции является трудоемкость и материалозатратность эксплуатации, обусловленная необходимостью ежевесенней замены теплоизолирующего покрытия.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является «ГРУНТОВАЯ ПЛОТИНА НА МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛОМ ОСНОВАНИИ"» RU 2076277 [1], выполненная от основания плотины до ее гребня из грунта, содержащая верховую и низовую призмы с откосами и противофильтрационную мерзлотную завесу в теле и основании, созданную с помощью вертикально установленных замораживающих устройств.

Недостатком способа [1] является понижение уровня верхней поверхности противофильтрационной мерзлотной завесы в летнее время вследствие сезонного протаивания грунтов тела плотины, вызывающего необходимость возведения плотины повышенной высоты, что приводит к значительному увеличению объема земляных работ.

Техническим результатом предлагаемого способа является поддержание в теплое время года верхней поверхности противофильтрационной мерзлотной завесы на более высоком уровне и уменьшение в результате этого высоты плотины и расхода строительного грунта.

Технический результат достигается тем, что грунтовая плотина на многолетнемерзлом основании, выполненная от основания плотины до ее гребня из грунта, содержащая верховую и низовую призмы с откосами и противофильтрационную мерзлотную завесу в теле и основании, созданную с помощью вертикально установленных замораживающих устройств, характеризуется тем, что на внешней поверхности низовой и верховой призм (откосов) плотины до уреза воды укладывается теплоизоляционный материал.

Способ создания грунтовой плотины по п. 1 характеризуется тем, что на поверхности гребня, низового и верхового откосов плотины до уреза воды укладывают теплоизоляционный материал, причем укладку теплоизоляционного материала производят после замораживания талых слоев грунта тела и основания плотины и максимального их охлаждения с помощью замораживающих устройств и теплообмена поверхности плотины с холодным наружным воздухом в конце первой зимы после возведения плотины.

Указанная последовательность операций позволит приступить к эксплуатации плотины после первой зимы после возведения.

Теплоизоляционный материал можно засыпать слоем грунта или закреплять анкерами. Фиксация теплоизоляционного материала позволит повысить его долговечность.

Замораживающие устройства можно устанавливать в предварительно пробуренные скважины, заглубленные в мерзлоту на глубину не менее 1,0-1,5 м, с шагом, обеспечивающим смыкание льдогрунтовых цилиндров, образованных отдельными устройствами. Указанные параметры обеспечивают надежное функционирование плотины при относительно небольших затратах.

Разрез плотины поперек гребня показан на Фиг. 1, разрез вдоль гребня показан на Фиг. 2, где:

1 - вода;

2 - гребень;

3 - верховая призма;

4 - низовая призма;

5 - замораживающие устройства;

6 - теплоизоляционное покрытие;

7 - граница сезонного протаивания;

8 - высота плотины h;

9 - глубина установки замораживающих устройств ;

10 - шаг установки замораживающих устройств.

Устройство действует следующим образом: в конце зимы первого года эксплуатации плотины из насыпного грунта высотой h (поз. 8) над уровнем основы после промораживания и максимального охлаждения талого слоя грунта тела и основания плотины с помощью вертикально установленных сезоннодействующих замораживающих устройств (колонок) 5 и теплообмена ее с холодным наружным воздухом на поверхность гребня 2, низового и верхового откосов, расположенных над верховой призмой 3 и низовой призмой 4, до уреза воды укладывается теплоизоляционное покрытие 6, уменьшающее глубину сезонного протаивания под покрытием. Глубина сезонного протаивания показана поз.7. Замораживающие устройства 5 устанавливаются в предварительно пробуренные скважины, заглубленные в мерзлоту на глубину не менее (поз. 9), равную 1,0-1,5 м, с шагом (поз. 10), обеспечивающим смыкание льдогрунтовых цилиндров, образованных отдельными колонками. Теплоизоляционный материал укладывается на поверхность гребня, низового и верхового откосов до уреза воды в конце первой зимы после возведения плотины, когда талый слой грунта тела и основания плотины полностью промерзает и максимально охлаждается. В результате этого уменьшается сезонное протаивание грунта под покрытием из теплоизоляционного материала, увеличивая тем самым высоту не протаивающей противофильтрационной завесы и обеспечивая более высокий уровень воды в водоеме.

Технический результат - поддержание в теплое время года верхней поверхности противофильтрационной мерзлотной завесы на более высоком уровне и уменьшение в результате этого высоты плотины и расхода строительного грунта достигается тем, что на внешней поверхности низовой и верховой призм откосов плотины до уреза воды укладывается теплоизоляционный материал.

Промышленное применение.

Испытания способа создания противофильтрационной мерзлотной завесы в грунтовых сооружениях были проведены на ограждающей дамбе о. Круглое в г. Якутске, показали эффективность способа.

1. Грунтовая плотина на многолетнемерзлом основании, выполненная от основания плотины до ее гребня из грунта, содержащая верховую и низовую призмы с откосами и противофильтрационную мерзлотную завесу в теле и основании, созданную с помощью вертикально установленных замораживающих устройств, отличающаяся тем, что на внешней поверхности гребня, низовой и верховой призм плотины до уреза воды укладывается теплоизоляционный материал.

2. Способ создания грунтовой плотины по п.1, отличающийся тем, что на поверхности гребня, низового и верхового откосов плотины до уреза воды укладывают теплоизоляционный материал, причем укладку теплоизоляционного материала производят после замораживания талых слоев грунта тела и основания плотины и максимального их охлаждения с помощью замораживающих устройств и теплообмена поверхности плотины с холодным наружным воздухом в конце первой зимы после возведения плотины.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что теплоизоляционный материал засыпают слоем грунта или закрепляют анкерами.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что замораживающие устройства устанавливают в предварительно пробуренные скважины, заглубленные в мерзлоту на глубину не менее h1, равную 1,0-1,5 м, с шагом, обеспечивающим смыкание льдогрунтовых цилиндров, образованных отдельными устройствами.