Способ возведения плотины

(51)7 02 7/06 ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(72) Унайбаев Булат Жарылгапович Жаров Сергей Васильевич Нугужинов Жумагул Смагулович Алибекова Нургуль Толеубаевна(73) Республиканское государственное казенное предприятие Карагандинский государственный технический университет(57) Изобретение относится к области гидротехники,в частности, к технологии возведения плотин, дамб и перемычек с использованием местных материалов. Техническим результатом является повышение водонепроницаемости и устойчивости плотины. Это достигается тем, что в способе возведения плотины, при котором сооружают переходную зону,затем дренажный элемент, верховую и низовую призмы, выполненные из местных материалов и промышленных отходов, при сооружении переходной зоны используют нефтебитуминозные породы,при сооружении дренажного элемента используют отвальные горные породы, а верховую и низовую призмы насыпают соответственно из глинистых и супесчаных грунтов, причем углы откосов переходной зоны к основанию плотины принимают равными углу внутреннего трения нефтебитуминозных пород. При этом перед укладкой в тело плотины нефтебитуминозные породы могут подогреваться до температуры 71-120 С при содержании битума в породах менее 14,5 и до температуры 35-70 С при содержании битума 14,5 и более. Благодаря оптимизации сочетания состава и свойств используемых материалов обеспечивается повышение водонепроницаемости и устойчивости плотины, что ведет к увеличению ее надежности и долговечности. 11211 Изобретение относится к области гидротехники и, в частности, к технологи возведения плотин, дамб и перемычек с использованием местных материалов. Известен способ возведения плотины, включающий операции по устройству переходной зоны, дренажного элемента, верховой и низовой призм, выполняемых из местных или привозных грунтовых материалов (а. с. СССР 1167257, кл. Е 02 В 7/06,1965). Несмотря на широкое распространение такого способа возведения плотин, последние не отличаются высокими гидротехническими и эксплуатационными характеристиками, что обусловливается водопроницаемостью материала переходной зоны и малым сцеплением частиц грунта на границах контакта составных частей сооружения. Кроме того, при устройстве плотины известным способом необходимы затраты на разработку местных грунтовых материалов либо доставку привозных материалов. Известен способ возведения плотины, включающий операции по устройству переходной зоны, дренажного элемента, верховой и низовой призм, выполняемых из местных грунтовых материалов и промышленных золошлаковых отходов (а. с. СССР 1137144, кл. Е 02 В 7/06, 1985). Известный способ также нашел широкое применение, однако, входящие в состав построенной по нему плотины эолошлаковые отходы предприятий энергетики подвержены механической и химической суффозии, что приводит к постепенному нарушению целостности составляющих частей сооружения,ухудшению его прочностных свойств и уменьшению долговечности. Использование же местных грунтовых материалов осложняется необходимостью их разработки с помощью карьеров либо доставки из других районов. Задачей изобретения является повышение гидротехнический и эксплуатационных качеств плотины путем увеличения ее водонепроницаемости и устойчивости. Это достигается тем, что в способе возведения плотины, включающем операции по устройству переходной зоны, дренажного элемента, верховой и низовой призм, выполненных из местных грунтовых материалов и промышленных отходов, при сооружении переходной зоны используют нефтебитуминозные породы, при сооружении дренажного элемента используют отвальные горные породы, а верховую и низовую призмы насыпают соответственно из глинистых и супесчаных грунтовых материалов,причем углы откосов переходной зоны к основанию плотины принимают равными углу внутреннего трения нефтебитуминозных пород. Кроме того, перед укладкой в тело плотины нефтебитуминозные породы подогревают до температуры 7-120 С при содержании в породах битума менее 14,5 и до температуры 35-70 С при содержании битума 14,5 и более. Описанная технология позволяет за счет рационального сочетания состава и свойств применяемых для устройства составных частей плотины материа 2 лов улучшить показатели устойчивости, водонепроницаемости, надежности и долговечности сооружения при одновременном снижении затрат на его возведение. Схема возведения плотины по предлагаемому способу приведена на фигуре. В начальный период возведения плотины после уплотнения грунтов основания ружают переходную зону 1 из нефтебитуминозных пород и дренажный элемент 2 в комплексе с дренажным тюфяком 3 и дренажной призмой 4, выполняемых из отвальных горных пород. Затем укладывают слои верховой 5 призмы из суглинистых грунтовых материалов и отсыпают низовую 6 призму из супесчаных грунтовых материалов. Предлагаемые в качестве компонентов заполнения плотины материалы в избытке имеются в большинстве регионов Республики Казахстан, в том числе в Западном и Центральном Казахстане, где развернуто их промышленное освоение, налажено складирование в отвалы и широкое использование во многих отраслях экономики. Нефтебитуминозные породы (НБП) характеризуются высокими прочностными и изоляционными свойствами, а также устойчивостью против агрессивного воздействия внешней среды. Содержание битума в НБП при этом в зависимости от их класса изменяется в пределах от 6 до 98 . Отвальные горные породы (ОГП) обладают повышенной пористостью и фильтруемостью. В то же время ОГП наряду с НБП представляют определенную опасность для окружающей среды, их размещение в горных выработках и на земной поверхности дорого и связано с необходимостью проведения трудоемких природозащитных мероприятий. Суглинки и супеси относятся к грунтовым материалам (ГМ), являющимися отходами строительного производства. Они образуются при разработке различного рода котлованов, рвов, траншей, канав и выемок в грунте, которые проводятся при строительстве зданий и сооружений, промышленных площадок, транспортных коммуникаций и инженерных сетей. ГМ так же, как НБП и ОГП, нуждаются в безопасном с экологической точки зрения складировании и рациональной утилизации. Сооружение плотины связано, таким образом, с подготовкой исходного строительного сырья, в качестве которого предлагаются только местные сыпучие материалы, причем в основном отходы производства. НБП являются так называемыми ресурсосберегающими видами природного сырья. Так,например, на территории Западного Казахстана разведано 133 месторождения и проявления этих пород,которые относятся к весьма перспективным для промышленного использования, особенно в гидротехнике и дорожном строительстве, однако широкого применения в большинстве отраслей экономики страны до настоящего времени они еще не получили. Заявляемый способ предназначен для возведения плотин или других видов гидротехнических соору 11211 жений с поэтапным устройством в перечисленной выше последовательности всех составляющих частей плотины. ГМ, состоящие из суглинков или компонентов, имеющие схожие в отношении плотности и водонепроницаемости свойства, применяются при этом для заполнения верховой 5 и низовой 6 призм. Супесчаные, песчаные и аналогичные по составу грунты, в том числе и весьма распространенные на территории Казахстана засоленные, суффозионно неустойчивые грунты рекомендуются для засыпки только низовой 6 призмы плотины. Применение НБП для возведения переходной зоны 1, а ОГП дренажного элемента 2, дренажного тюфяка 3 и дренажной призмы 4 позволяет исключить проявление солевой суффозии в теле плотины. Нефтебитуминозные породы относятся к природным материалам и вторичному сырью, которые представлены преимущественно пылеватыми и мелкозернистыми песками, пропитанными битумной составляющей различной вязкости, либо глинистыми грунтами, подверженными структурной перестройке в результате промышленной разработки нефтеносных месторождений полезных ископаемых. Высокая гидрофобность, прочность, влагоустойчивость и сопротивляемость НБЦ агрессивному воздействию среды позволяет сохранять устойчивость и герметичность переходной зоны 1 на весь период эксплуатации плотины. Отвальные горные породы являются отходами промышленной разработки рудных и угольных залежей либо продуктами разделения минерального сырья в процессе его переработки. Для многих видов ОГП характерны высокая механическая прочность и химическая стойкость, развитость пор и хорошая фильтруемость. При крупности частиц от 0,5 до 250 мм эти материалы являются высококачественным заполнителем дренажной части плотины. Укладка НБП в тело плотины с сохранением угла естественного откоса этого материала обусловливает упрощение процесса возведения сооружения, повышение его местной и общей устойчивости, надежности и долговечности, а также уменьшение капитальных затрат и эксплуатационных расходов. Использование НБП для устройства переходной зоны, то есть ядра плотины может осуществляться по двум вариантам без подогрева и с подогревом пород. Первый вариант предпочтителен для южных климатических зон и условий строительства в летнее время. В остальных случаях желателен второй вариант. Причем в ходе экспериментальных исследований было установлено, что при содержании битума в НБП выше 14,5 подогревание материала перед укладкой в тело плотины до температур 35-70 С(каждый температурный показатель этого интервала соответствовал составу и свойствам определенного класса пород) не позволяет достичь границ перехода в жидкотекучее состояние. В то же время перегрев выше указанных температур приводит к ухудшению прочностных и изоляционных качеств НБП, а также условий их контактирования с материалом соседних составных частей плотины. Оптимальный интервал температур подогрева пород, содержание битума в которых было менее 14,5 , составлял при этом 71120 . Относительно высокая фильтруемость ОГП и супесчаных ГМ в совокупности с гидрофобностью,прочностью и водонепроницаемостью НБП и суглинистых ГМ позволяет улучшить гидротехнические и эксплуатационные качества возводимой по предлагаемому способу плотины. Описанной технологией предусматривается сокращение путей и темпов фильтрации воды через сооружение из верхнего бьефа в нижний, а также достаточно эффективные перехват и отведение влаги в случае ее появления в теле плотины. Применение заявляемого способа обусловливает также улучшение экологической обстановки в районе строительства, уменьшение площадей, необходимых для размещения отходов промышленности и строительного производства, сокращение затрат на рекультивацию и разработку сырьевых строительных материалов, повышение надежности и долговечности гидротехнических сооружений и сокращение затрат на их возведение и эксплуатацию. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ возведения плотины, при котором сооружают переходную зону, затем дренажный элемент, верховую и низовую призмы, выполненные из местных материалов и промышленных отходов, отличающийся тем, что при сооружении переходной зоны используют нефтебитуминозные породы, при сооружении дренажного элемента используют отвальные горные породы, а верховую и низовую призмы насыпают соответственно из глинистых и супесчаных грунтов, причем углы откосов переходной зоны к основанию плотины принимают равными углу внутреннего трения нефтебитуминозных пород. 2. Способ возведения плотины по п. 1, отличающийся тем, что перед укладкой в тело плотины нефтебитуминозные породы подогревают до температуры 71-120 С при содержании в породах битума менее 14,5 и до температуры 35-70 С при содержании битума 14,5 и более.