10476

11

рых являются надмерзлотные воды, стекающие со склонов, и атмосферные осадки. Под влиянием переноса тепла речными и надмерзлотными водами на поймах и на надпойменных террасах образуются устойчивые талики.

Межмерзлотные грунтовые воды встречаются главным образом в речных долинах. Межмерзлотные воды сквозных таликов залегают как в четвертичных отложениях, так и в трещинах коренных пород различного состава и возраста.

Значение межмерзлотных водоносных таликов заключается в том, что по ним осуществляется связь между надмерзлотными и подмерзлотными водами.

К подмерзлотным грунтовым водам относятся все подземные воды, зале-

гающие на различных глубинах ниже вечномерзлой толщи. Почти всюду под-

мерзлотные воды обладают напором, и иногда они изливаются.

2.6. Гидрологический режим рек

Гидрологический режим рек и ручьев, используемых для создания водо-

хранилищ на Крайнем Севере, отличается следующими особенностями: пре-

имущественно поверхностным питанием с бурными паводками; промерзанием до дна рек и ручьев, часто сопровождающимся перемерзанием подруслового талика; значительными потерями объема водохранилища на льдообразование в период наибольшего дефицита воды (толщина льда достигает 2 м).

2.7. Типы оснований гидросооружений

По инженерно-мерзлотно-геологическим особенностям строения и чув-

ствительности к изменениям природного температурно-влажностного режима в зоне теплового влияния водохранилища можно выделить следующие типы ос-

нований: а) прочные скальные основания, талые или мерзлые (нарушение пер-

вичного криогенного строения мерзлой скалы и происходящих в ней природ-

ных мерзлотных процессов не оказывает существенного влияния на прочност-

ные, деформационные и фильтрационные свойства оттаивающего основания);

б) непросадочные нескальные основания (нескальные талые грунты в пределах подруслового талика, сквозного или замкнутого, окруженного плотными, не-

12

распученными льдом, недеформирующимися при оттаивании водоупорными мерзлыми породами); в) просадочные льдистые скальные основания (мерзлые скальные основания, характеризующиеся значительной трещиноватостью,

льдонасыщенностью и пониженной прочностью в верхней выветренной зоне;

изменение естественного температурного режима и криогенного строения ска-

лы сопровождается осадкой и увеличением водопроницаемости при оттаива-

нии); г) мерзлые рыхлые, высокольдистые отложения ограниченной мощности

(по сравнению с высотой плотины), подстилаемые водоупорными при оттаива-

нии непросадочными породами; д) мерзлые рыхлые, льдонасыщенные отложе-

ния значительной мощности (часто с крупными включениями подземного льда), характеризующиеся существенной величиной осадки при оттаивании в сочетании с термокарстовыми процессами в зоне теплового влияния водохра-

нилища при резком снижении прочности и несущей способности оттаивающих грунтов.

14

Рисунок 3.2 - Плотина Вилюйских ГЭС-1, 2:

1 – наклонное суглинистое ядро; 2 – переходные зоны; 3 – низовая призма; 4 – цементацион- ная потерна

15

4.ПЛОТИНЫ В УСЛОВИЯХ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ

4.1.Принципы строительства на вечной мерзлоте

При проектировании гидротехнических сооружений и их оснований необходимо принимать один из следующих принципов строительства [3]:

принцип I - вечномерзлые грунты в основании сохраняются в процессе строительства и в течение всего заданного периода эксплуатации, а талые грун-

ты промораживаются, обеспечивая водонепроницаемость и фильтрационную прочность противофильтрационного устройства сооружения, основания и его контакта с сооружением;

принцип II - допускается оттаивание вечномерзлых грунтов в процессе строительства и эксплуатации либо предусматривается их искусственное отта-

ивание на заданную глубину до начала или в процессе возведения сооружений.

При этом на разных по длине участках одного сооружения и для разных сооружений одного гидроузла допускается использование обоих принципов.

Окончательный выбор принципа строительства должен быть установлен техни-

ко-экономическим сопоставлением вариантов.

4.2.Типы плотин

Врайонах распространения вечной мерзлоты возможно применять сле-

дующие типы плотин: талые, технология возведения которых основана на ис-

пользовании в теле и основании непросадочных и непучинистых грунтов, с

применением водонепроницаемых устройств — грунтовых ядер и экранов;

мерзлые с промораживанием всего поперечного профиля в процессе укладки грунта; мерзлые, в которых укладывают грунтовое ядро, с последующим искус-

ственным промораживанием его и поддержанием в этом состоянии в течение всего эксплуатационного времени [2].

Талые плотины. Их выполняют чаще из каменной наброски, а водоне-

проницаемое устройство — из маловодопроницаемых грунтов в виде ядер или экранов. В качестве противофильтрационных устройств допускается использо-

18

Во время эксплуатации поперечный профиль мерзлой плотины и основа-

ние будут иметь зоны талого и мерзлого грунта. Со стороны верхового откоса,

после заполнения водохранилища водой, в результате теплового воздействия воды образуется зона талого грунта А. Границу этой зоны (см. рис. 4.3, линия а—в) определяют на основе теплотехнических расчетов.

Во втором типе мерзлых плотин используют грунтовое ядро, укладывае-

мое из талых грунтов с последующим искусственным промораживанием его.

Для этого применяют систему охлаждения в виде морозильных колонок, по ко-

торым циркулирует теплоноситель— жидкость (рассол) или воздух.

Рисунок 4.4 - Схема мерзлой плотины с замораживающей установкой:

1 – морозильная колонка; 2 – ядро; 3 – упорные призмы; 4 – контакт установки с основанием; 5 – нулевая изотерма

Варианты конструкций мерзлых плотин представлены на рис. 4.4, 4.5, 4.6.

Рисунок 4.5 - Сечение плотины на р. Ирелях:

1 – замораживающая колонка; 2, 3, 4 – температурные скважины; 5 – суглинок; 6 – полус- кальные породы; 7 – крепление откоса камнем; 8 – мохоторфяной слой; 9 – нижняя и 10 – вертикальная границы сечения

19

Рисунок 4.6 – Рекомендуемые конструкции мерзлых грунтовых плотин

Мерзлый противофильтрационный элемент создается замораживанием влаги, содержащейся в грунте. Целесообразность такого решения возникает в случае наличия в бортах и основании зон вечной мерзлоты и отсутствии в рай-

оне строительства необходимых качественных материалов для устройства обычных грунтовых противофильтрационных устройств по талому варианту.

Для активного управления температурным режимом грунтов в системе

«плотина-основание» применяются специальные сезонно-действующие охла-

ждающие устройства (СОУ) различного типа.

20

В гидротехническом строительстве нашли применение следующие четы-

ре типа СОУ [9]:

•воздушные с вынужденной конвекцией (циркуляцией) воздуха (ВВК СОУ) (рис. 4.7, 4.8);

•жидкостные с естественной конвекцией хладоносителя-керосина (ЖЕК СОУ) (рис. 4,8);

•жидкостные с вынужденной конвекцией хладоносителя (ЖВК СОУ) (рис. 4,8);

•парожидкостные или двухфазные (ПЖ СОУ) (рис. 4.8).

Воздушные установки с вынужденной конвекцией (ВВК СОУ) представ-

ляют собой теплообменник типа «труба в трубе». Наружный воздух вентилято-

ром подается во внутреннюю трубу (или отсасывается из кольцевого зазора).

При движении по кольцевому зазору воздух воспринимает тепло грунта и нагревается, частично нагревая и поток холодного воздуха во внутренней тру-

бе. Обычно один вентилятор обслуживает группу колонок, поэтому системы ВВК СОУ оборудуются и наружными воздуховодами-коллекторами.

Рисунок 4.7 – Схема воздушной замораживающей системы:

1- воздуховоды; 2 – внутренняя труба колонки; 3 – внешняя труба колонки; 4 – гребень пло- тины