ОГОЛОВОК ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННОГО ЭЛЕМЕНТА В ПРИГРЕБНЕВОЙ ЗОНЕ ГРУНТОВЫХ ПЛОТИН ДЛЯ РАЙОНОВ РАСПРОСТРАНЕНИЯ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ (ВАРИАНТЫ)

ОГОЛОВОК ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННОГО ЭЛЕМЕНТА В ПРИГРЕБНЕВОЙ ЗОНЕ ГРУНТОВЫХ ПЛОТИН ДЛЯ РАЙОНОВ РАСПРОСТРАНЕНИЯ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ (ВАРИАНТЫ)


--- Закажите полную версию данного патента ---
RU (11) 2267577 (13) C2

(51) МПК
E02B 7/06 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2006.01.10 
(21) Регистрационный номер заявки: 2003104074/03 
(22) Дата подачи заявки: 2003.02.11 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2003.02.11 
(43) Дата публикации заявки: 2004.12.20 
(45) Опубликовано: 2006.01.10 
(56) Аналоги изобретения: SU 1242566 А2, 07.07.1986.

RU 2180934 C2, 27.03.2002. 

SU 450869 A, 28.04.1975.

SU 1613531 А1, 15.12.1990. 

SU 215802 А, 26.06.1968.

SU 1120056 А, 23.10.1984. 

SU 1710656 А1, 07.02.1992.

SU 1708992 А1, 30.01.1992. 
(72) Имя изобретателя: Николаев Юрий Михайлович (RU); Цвик Аркадий Михайлович (RU) 
(73) Имя патентообладателя: ОАО "Сибирский энергетический научно-технический центр" (ОАО "Сибирский ЭНТЦ") (RU) 
(98) Адрес для переписки: 660062, г.Красноярск, пр-кт Свободный, 66А, СибНИИГ Красноярского филиала ОАО "Сибирский ЭНТЦ" 

(54) ОГОЛОВОК ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННОГО ЭЛЕМЕНТА В ПРИГРЕБНЕВОЙ ЗОНЕ ГРУНТОВЫХ ПЛОТИН ДЛЯ РАЙОНОВ РАСПРОСТРАНЕНИЯ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ (ВАРИАНТЫ)
Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано в районах распространения многолетнемерзлых грунтов. Оголовок включает диафрагму, заделанную в противофильтрационный элемент в пределах пригребневой зоны. Диафрагма выполнена из бетона и армирована арматурой на всю высоту, а также в нижней части диафрагма снабжена анкерной плитой с наростком длиной не менее 0,5 м, жестко прикрепленным к нижней поверхности плиты. Диафрагма создана путем нагнетания непучинистого раствора в предварительно оттаявшую пригребневую зону и оголовок противофильтрационного элемента. Диафрагма в пригребневой зоне плотины и оголовке противофильтрационного элемента выполнена в виде шпунта из связных грунтов, который внедрен в предварительно оттаявшие пригребневую зону и не менее чем на 0,5 м в оголовок противофильтрационного элемента, причем диафрагма прикрыта теплозащитным слоем. Диафрагма в пригребневой зоне плотины и оголовке противофильтрационного элемента создана путем их цементации, причем в качестве арматуры использованы цементационные трубки в цементационных скважинах, а в нижней части диафрагмы выполнена цементационная анкерная плита. Изобретение повышает надежность сооружения, снижает экономические затраты. 4 н.п. ф-лы, 4 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к области гидротехники для обеспечения надежной работы оголовка противофильтрационного устройства и всего грунтового сооружения, возведенного в районах распространения многолетнемерзлых грунтов. Оно может быть использовано как при реконструкции гребня плотины и оголовка противофильтрационного устройства, так и строительстве грунтовых плотин с ядром и экраном. 

Известно устройство, взятое за прототип, - диафрагма в пределах противопучинистого оголовка, заделанная в противофильтрационный элемент каменно-земляной плотины (SU 1242566 А2, 07.07.1986). 

Недостатком указанного устройства является отсутствие анкерных элементов и способов, обеспечивающих устойчивость диафрагмы, а также совместность работы всей конструкции плотины в районах распространения многолетнемерзлых грунтов на период, соответствующий классу капитальности сооружения.

Наиболее близким к предлагаемому оголовку противофильтрационного устройства по вар. №№ 1, 3 является противофильтрационный элемент в гребне грунтовой плотины, при способе его возведения, согласно патенту RU 2180934 С2, 27.03.2002, который располагается в пределах заданной толщины специально сформированного мерзлого слоя из несвязных грунтов. Связным грунтом в конце морозного и/или в начале безморозного периодов заполняют траншею, разрабатываемую землеройной машиной, на толщину созданного слоя несвязных грунтов, который предварительно увлажняется и замораживается в зимний период.

Принципиальными отличиями предлагаемого оголовка с диафрагмой (пять ее вариантов) являются: 

- обязательное заглубление диафрагмы в оголовок противофильтрационного устройства грунтовой плотины;

- для вариантов №№ 2, 4 - обеспечение устойчивости диафрагмы и совместность работы всей плотины достигается применением анкерного устройства;

- для исключения действия сил пучения при промерзании-оттаивании оголовка противофильтрационного устройства диафрагма в вар. № 3 располагается в зоне перелетка (мерзлая зона). При образовании трещин в теле диафрагмы будет происходить их самозалечивание материалом обратного фильтра, расположенного со стороны верхнего бьефа.

Опыт эксплуатации каменно-земляных плотин (Вилюйская ГЭС-1-2, Усть-Хантайская, Колымская и Курейская ГЭС), возведенных в районах распространения многолетнемерзлых грунтов, показал образование многолетней мерзлоты в оголовке противофильтрационного устройства (выше кривой депрессии) до деятельного слоя (перелеток) в гребне плотины (Пехтин В.А., Серов А.А., Суслопаров В.А. О конструкции гребней каменно-земляных плотин в северной строительно-климатической зоне// Гидротехническое строительство, 2002, № 4. - С.18÷20). Ежегодное весенне-летнее оттаивание перелетка со стороны дневной поверхности и его промерзание в период осенне-зимнего охлаждения приводит к возникновению криогенных процессов в деятельном слое с выпучиванием связного грунта противофильтрационного устройства. Недостатком ранее разработанных конструкций (Пехтин В.А., Серов А.А., Суслопаров В.А. О конструкции гребней каменно-земляных плотин в северной строительно-климатической зоне// Гидротехническое строительство, 2002, № 4 - С.18÷20; Малышев Л.И., Шишов И.Н., Кудрин К.П., Бардюков В.Г. Технические решения и результаты первоочередных работ по сооружению противофильтрационной "стены в грунте" в ядре и основании плотины Курейской ГЭС// Гидротехническое строительство, 2001, № 3. - С.31÷36; Патент RU 2180934 С2/ Ягин В.П., Давыдов И.А., опубл. 27.03.2002) является отсутствие в них противопучинных анкерных устройств, обеспечивающих их совместную работу с противофильтрационным устройством и другими элементами плотины в любых климатических и геокриологических условиях.

Наиболее близка к предлагаемому оголовку конструкция гребня каменно-земляной плотины (подтип фунтовых плотин), противофильтрационное устройство которой усилено диафрагмой ("стена в грунте"), выполненной в виде секущих свай из глинобетона или цементного раствора (Малышев Л.И., Шишов И.Н., Кудрин К.П., Бардюков В.Г. Технические решения и результаты первоочередных работ по сооружению противофильтрационной "стены в грунте" в ядре и основании плотины Курейской ГЭС// Гидротехническое строительство, 2001, № 3. - С.31÷36; Патент RU 2180934 С2/ Ягин В.П., Давыдов И.А., опубл. 27.03.2002). Однако такая конструкция не обеспечивает надежность и безопасность сооружения в районах сурового климата, где сохраняется в летние месяцы перелеток, а по контуру дневной поверхности плотины формируется деятельной слой, при осенне-зимнем промерзании которого в зависимости от типа грунта возникают силы пучения, что способствует развитию деформаций и перемещений внедряемых в оголовок противофильтрационного устройства тел (бетон, дерево, глинобетон, металл, всех типов полиэтиленовые пленки) и нарушению их сплошности, поэтому долгосрочная безопасность такой плотины не гарантируется.

Цель изобретения - конструкция оголовка противофильтрационного устройства и гребня грунтовой плотины с диафрагмой, обеспечивающая совместность работы противофильтрационного устройства со всеми ее элементами, повышающая надежность и безопасность сооружения на весь предусмотренный период его эксплуатации, что достигается:

- увеличением собственного веса (длины) диафрагмы из бетона любой марки по сравнению с силами пучения, а также, при необходимости, армированием арматурой на всю ее высоту;

- устройством анкерной плиты с наростком в нижней части железобетонной диафрагмы;

- использованием диафрагмы из связных грунтов или пленки в гребне плотины с заглублением в оголовок противофильтрационного устройства после предварительного оттаивания грунтов пригребневой зоны;

- нагнетанием непучинистого раствора в предварительно оттаявшие гребень и оголовок противофильтрационного устройства или цементацией с внедрением арматуры, а также использованием в качестве ее самих цементационных "трубок", и устройства цементационной анкерной плиты в оголовке противофильтрационного устройства.

Глубина заделки и геометрические размеры диафрагмы вышеуказанных вариантов определяются расчетом на основании напряженно-деформированного состояния (НДС) температурного и фильтрационного режимов, их конструктивных особенностей, а также инженерно-геологических и геокриологических условий региона.

Предлагаемое устройство может быть использовано при проектировании новых, а также реконструкции и ремонте грунтовых плотин как в районах распространения многолетнемерзлых грунтов, так и в районах умеренного климата.

Оно позволяет улучшить технологию производства работ, уменьшить затраты на механическую разработку грунтов, а также несколько снизить требования к качеству и составу грунтов, укладываемых в гребне плотины и оголовке противофильтрационного устройства при его реконструкции или ремонтно-восстановительных работах, не уменьшая общей фильтрационной устойчивости сооружения.

Верхняя пригребневая часть грунтовой плотины, которая состоит из верховой 2, низовой 6 призм, противофильтрационного элемента - ядра 7, обратных фильтров 3, теплозащитного слоя 4, дорожного покрытия 5 и железобетонной диафрагмы 9 (вар. №1) с армированием 10, обеспечивающим ее устойчивость при действии сил пучения, возникающих при промерзании связного грунта оголовка противофильтрационного устройства, показана на фиг.1.

Максимальная величина силы пучения (Wп), действующей на один погонный метр длины диафрагмы вдоль плотины, при промерзании деятельного слоя, в общем случае, определяется как (см. фиг.1):



где Рбок(у) - сумма длин боковых поверхностей диафрагмы, соприкасающихся с грунтом противофильтрационного устройства на один погонный метр вдоль плотины;

см(G, t, y) - предельно допустимое сопротивление мерзлых грунтов в деятельном слое по координате у в зависимости от степени водонасыщения (G), температуры (t, °С), кгс/м2 ;

hdc - максимальная величина деятельного слоя в гребне плотины, м;

Pгр - плотность материала диафрагмы, кг/м3;

Fс(y) - площадь поперечного сечения диафрагмы, м2.

Зависимость (1) позволяет сформулировать условие равновесия диафрагмы, установленной в гребне грунтовых плотин. Предположим, что силы пучения равны удерживающим силам ниже деятельного слоя. Не конкретизируя величину этих сил, условие равновесия диафрагмы в данном случае можно определить как:



где Wрас - сила растяжения диафрагмы в поперечном ее сечении при y=hdc, кгс;

- нормативно допустимое растягивающее напряжение материала диафрагмы, кгс/м2;

Fc(y=hdc) - площадь поперечного сечения диафрагмы при y=hdc, м2 .

Используя зависимость (2), с учетом знака силы см(G, t, y), которая всегда направлена к дневной поверхности плотины, т.е. имеет знак "-", устойчивость диафрагмы в теле оголовка противофильтрационного устройства определяется следующими условиями:

1. Wрас0 - диафрагма устойчива, данная конструкция обеспечивает ее надежную работу в период эксплуатации. Длина диафрагмы определяется функциональной пригодностью из условия фильтрационной устойчивости пригребневой зоны плотины;

2. Wрас<0 - в поперечном сечении диафрагмы на глубине y=hdc возникает сила растяжения, которая может компенсироваться при данной конструкции только увеличением площади поперечного сечения диафрагмы, что не всегда экономически оправдано, поэтому диафрагму следует армировать, площадь поперечного сечения арматуры (Fap) определяется по формуле:



где Wрас - максимальная сила растяжения диафрагмы за счет пучения в грунтах оголовка противофильтрационного устройства, кгс;

- допустимое растягивающее напряжение в арматуре, кгс/см 2;

Fap - необходимая площадь поперечного сечения арматуры, см2.

Армирование диафрагмы исключает образование в ней поперечных трещин и гарантирует ее функциональную надежность, но не обеспечивает устойчивого положения в теле плотины. Необходимая ее длина для данной конструкции определяется по зависимости:



где L - длина диафрагмы, м; остальные обозначения аналогичны указанным выше. Например, при Fc(y)=Fc·const 



Величина L должна удовлетворять также условиям фильтрационной устойчивости, она определяется по зависимости (14), приведенной в источнике [8]. Толщина диафрагмы (, м) определяется с учетом напряженного состояния и минимизации экономических затрат.

Если полученная длина (L) такой диафрагмы и ее устройство не удовлетворяют по экономическим затратам, то целесообразно применить железобетонную диафрагму с анкерной плитой 10 и наростком 11, заглубленными в оголовок противофильтрационного устройства для обеспечения ее устойчивости против действия сил пучения, фиг.2. Элементы 1-8 аналогичны приведенным на фиг.1. 

Толщина диафрагмы 9, ее длина (hоб), ширина плиты В', высота наростка (hн) определяются расчетом из условия фильтрационной и статической устойчивости всей конструкции. Преимущество этой диафрагмы - возможность ее изготовления в заводских условиях и монтажа на гребне плотины - в специально пройденной согласно проекту траншее.

Существенным недостатком данной конструкции является необходимость полного демонтажа пригребневой зоны оголовка грунтовых плотин, что может привести к резкому увеличению стоимости строительно-монтажных работ.

Альтернативная конструкция гребня плотины - с диафрагмой из связных грунтов 9 в теплозащитном слое 4 и оголовке противофильтрационного устройства 7, фиг.3. Элементы 1÷8 аналогичны приведенным выше (фиг.1, 2).

В связи с тем что связный грунт подвержен ежегодному морозному пучению, которое необходимо исключить устройством тепло- и гидроизоляционного слоя 10 шириной '+2h ст, а толщиной (hиз) равной:



где - толщина диафрагмы, м;

hст - мощность сезонно-талого слоя грунта шпунта (диафрагмы) на открытой местности м;

ст - коэффициент теплопроводности грунта шпунта (диафрагмы), Дж/(м·час·К);

из - коэффициент теплопроводности теплоизолирующего слоя, Дж/(м·час·К).

Гидроизоляция сохраняет гигроскопичность теплоизолирующего слоя 10, толщина определяется по формуле (6). Гидроизоляция прикрывается слоем песчано-гравийной смеси до отметки низа дорожного покрытия.

Основным преимуществом фунтовой диафрагмы является возможность самозалечивания возникающих в ней трещин материалом обратных фильтров 4 при ее оттаивании и возникновении усиленной фильтрации. Поэтому диафрагма из связных грунтов со стороны верхнего и нижнего бьефов должна быть защищена обратными фильтрами 4, одновременно обладающими и теплозащитными свойствами.

Предлагаемая конструкция отличается от наиболее близкой по патенту (RU 2180934 С2) тем, что шпунт из связных грунтов должен располагаться только в пределах перелетка, т.е. ниже деятельного слоя, с заглублением в оголовок противофильтрационного устройства плотины. Предпочтительное ее расположение - в сторону нижнего бьефа от оси противофильтрационного устройства.

На фиг.4 показана пригребневая часть грунтовой плотины с устройством диафрагмы 9 (вар. № 4) путем цементации грунта оголовка вдоль плотины с шагом (S) между скважинами на определяемую глубину (hоб), где в качестве арматуры оставляется цементационная скважина 10, при расчете эквивалентной площади поперечного сечения которой необходимо учитывать ее уменьшение за счет устройства щелей (отверстий) для проведения цементации. В случае необходимости для повышения устойчивости такой диафрагмы следует предусмотреть в нижней ее части цементационную "анкерную плиту" 11. Устройство цементационной диафрагмы выполняется после предварительного оттаивания перелетка и может быть доведено до отметки поверхности гребня плотины.

Верхняя отметка диафрагмы (фиг.1-4) должна быть равна (ФПУ+), где - величина запаса, определяемая СНиП-2-06-05-84, или больше - при дополнительном обосновании.

Источники информации

1. СНиП 2.06.05-84. Плотины из грунтовых материалов. - М.: Госстрой, 1985, 31 с.

2. Бардюков В.Г., Изотов В.Н., Гришин В.А., Радченко В.Г., Шишов И.Н. Ремонт плотины Курейской ГЭС// Известия ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева, том 238, 2000. Надежность гидротехнических сооружений. - С.92÷96.

3. Патент SU № 1242566. Каменно-земляная плотина/ Мухетдинов Н.А., Зальцман О.М., Бережнев С.И., опубл. 07.07.1986 г.

4. Пехтин В.А., Серов А.А., Суслопаров В.А. О конструкции гребней каменно-земляных плотин в северной строительно-климатической зоне// Гидротехническое строительство, 2002, № 4. - С.18÷20. 

5. Малышев Л.И., Шишов И.Н., Кудрин К.П., Бардюков В.Г. Технические решения и результаты первоочередных работ по сооружению противофильтрационной "стены в грунте" в ядре и основании плотины Курейской ГЭС// Гидротехническое строительство, 2001, № 3. - С.31÷36.

6. Патент RU 2180934 С2/ Ягин В.П., Давыдов И.А., опубл. 27.03.2002 г.

7. Ягин В.П., Давыдов И.А. Оголовок грунтовой плотины, возводимой в северной строительно-климатической зоне// Гидротехническое строительство, 2002, №4. - С.18÷20. 

8. Мухетдинов Н.А., Кузьмина С.А. Фильтрационный расчет проницаемого оголовка каменно-земляных плотин, возводимых в районах Крайнего Севера// Известия ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева, т.209. Фильтрационные исследования и расчеты. - С.20÷27.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Оголовок противофильтрационного элемента в пригребневой зоне грунтовых плотин для районов распространения многолетнемерзлых грунтов, включающий диафрагму, заделанную в противофильтрационный элемент в пределах пригребневой зоны, отличающийся тем, что диафрагма выполнена из бетона и армирована арматурой на всю высоту, а также в нижней части диафрагма снабжена анкерной плитой с наростком длиной не менее 0,5 м, жестко прикрепленным к нижней поверхности плиты.

2. Оголовок противофильтрационного элемента в пригребневой зоне грунтовых плотин для районов распространения многолетнемерзлых грунтов, включающий диафрагму, заделанную в противофильтрационный элемент в пределах пригребневой зоны, отличающийся тем, что диафрагма создана путем нагнетания непучинистого раствора в предварительно оттаявшую пригребневую зону и оголовок противофильтрационного элемента.

3. Оголовок противофильтрационного элемента в пригребневой зоне грунтовых плотин для районов распространения многолетнемерзлых грунтов, включающий диафрагму, заделанную в противофильтрационный элемент в пределах пригребневой зоны, отличающийся тем, что диафрагма в пригребневой зоне плотины и оголовке противофильтрационного элемента выполнена в виде шпунта из связных грунтов, который внедрен в предварительно оттаявшие пригребневую зону и не менее чем на 0,5 м в оголовок противофильтрационного элемента, причем диафрагма прикрыта теплозащитным слоем.

4. Оголовок противофильтрационного элемента в пригребневой зоне грунтовых плотин для районов распространения многолетнемерзлых грунтов, включающий диафрагму, заделанную в противофильтрационный элемент в пределах пригребневой зоны, отличающийся тем, что диафрагма в пригребневой зоне плотины и оголовке противофильтрационного элемента создана путем их цементации, причем в качестве арматуры использованы цементационные трубки в цементационных скважинах, а в нижней части диафрагмы выполнена цементационная анкерная плита.





ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к СТРОЙИНДУСТРИИ: строительные составы, смеси и композиции для производства строительных материалов и ведения строительных работ, бетон, специальный бетон, добавки для бетона, влияющие на его физические и химические свойства, специальные строительные составы, смеси и композиции обладающие гидроизолирующими, теплозащитными, звукоизоляционными, антикоррозийными, герметизирующими, радиационно-защитными свойствами и способы их получения, лакокрасочные, клеевые составы и композиции, строительные изделия, окна и двери. шторы и жалюзи. фурнитура, гарнитура и комплектующие, устройство кровли, крыш зданий и сооружений кровельные материалы и изделия. приспособления и устройства, устройство покрытий полов. наливные полы. смеси и композиции, строительство и ремонт гидротехнических сооружений, технологии строительства и ремонтно-строительные работы при возведении объектов промышленного и гражданского назначения, новые технологии и способы ведения ремонтно-строительных работ, строительная техника и оборудование для производства строительных материалов и ведения строительных работ.



Новые технологии и изобретения в стройиндустрии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "силикатный кирпич" будет найдено словосочетание "силикатный кирпич". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("силикатный" или "кирпич").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+силикатный -кирпич".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "кирпич" будут найдены слова "кирпич", "кирпичи" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "кирпич!".


Строительные составы, смеси и композиции для производства строительных материалов и ведения строительных работ | Специальные строительные составы, смеси и композиции обладающие гидроизолирующими, теплозащитными, звукоизоляционными, антикоррозийными, герметизирующими, радиационно-защитными свойствами и способы их получения | Лакокрасочные, клеевые составы и композиции | Строительные изделия | Новые технологии и способы ведения ремонтно-строительных работ | Окна и двери. Шторы и жалюзи. Фурнитура, гарнитура и комплектующие | Устройство кровли, крыш зданий и сооружений кровельные материалы и изделия. Приспособления и устройства | Бетон. Добавки для бетона, влияющие на его физические и химические свойства | Устройство покрытий полов. Наливные полы. Смеси и композиции | Строительство и ремонт гидротехнических сооружений | Технологии строительства и ремонтно-строительные работы при возведении объектов промышленного и гражданского назначения | Строительная техника и оборудование для производства строительных материалов и ведения строительных работ | Способы производства строительных материалов из древесины и отходов деревообработки


Рейтинг@Mail.ru