3.1.6. На участках откосов грунтовых плотин и дамб при вы­соком уровне фильтрационных вол в низовом клине во избежание промерзания и разрушения должен быть ус­троен дренаж или утепление.

При проектировании грунтовых плотин и дамб про­филь низового откоса выбирается таким образом, чтобы расчетное положение поверхности грунтовых вод (кри­вой депрессии) было заглублено в тело плотины на рас­стояние, превышающее глубину промерзания грунта для данного района. Однако в процессе эксплуатации ухуд­шение состояния дренажа или частичное кольматирование путей фильтрации может привести к повышению уровня грунтовых вод в низовом клине. В этом случае возникает угроза замерзания фильтрующейся воды, су­жения живого сечения фильтрационного потока и после­дующего еще большего подъема уровня грунтовых вод (рисунок 3.1.3). При соответствующих условиях вода мо­жет выйти на поверхность откоса, образовав на нем на­леди. Откос при этом может значительно увлажниться и потерять устойчивость. Под давлением воды на промерз­шую часть грунта возможны сдвиги участков откоса, ко­торые могут привести к аварии сооружения. В связи с этим не следует допускать промерзания низового откоса до уровня грунтовой воды.

1 — тело плотины; 2 — дренажная призма; 3 — зона развития кольматации; 4 — зона промерзания низового откоса; 5 — место возможного прорыва фильтрующейся воды на низовой откос; 6 - пригрузка (утепление); I — нормальное (расчетное) положе­ние кривой депрессии; II — положение кривой депрессии при кольматации путей фильтрации; Ш - положение поверхности грунтовых вод при промерзании откоса и соответствующем стес­нении живого сечения фильтрационного потока; t — глубина промерзания

Рисунок 3.1.3 - Схема повышения кривой депрессии в теле грунтовой плотины при кольматации и промерзании

В случае выявления подъема кривой депрессии в низо­вом клине плотины или дамбы необходима ревизия состо­яния дренажной системы с последующим ее ремонтом или реконструкцией с целью в первую очередь улучшения от­вода воды от дренажа. При отсутствии дренажа желатель­но его устройство. Если устройство дренажа почему-либо окажется невозможным или неэффективным, необходи­мо принять меры к утеплению откоса плотины. Для этого Путем подсыпки грунта откосу следует придать такой про­филь, чтобы глубина промерзания не достигала поверхно­сти фильтрационного потока; подсыпка выполняется из нетеплопроводного грунта, после чего ее следует сплани­ровать и укрепить.

При отсутствии фактических данных глубину промер­зания грунта следует определять на основании рекомендаций, приведенных в СНиП. При этом необходимо иметь в виду, что изменение положения кривой депрессии в теле плотины приводит к изменению напряженно-деформирован­ного состояния плотины, поэтому изменения конструкции и наращивание тела плотины за счет присыпки теплоизолиру­ющего слоя должны быть подтверждены расчетами.

3.1.7. Дренажные системы для отвода профильтровавшейся воды должны быть в исправном состоянии; они долж­ны быть снабжены водомерными устройствами.

Вода из дренажных систем должна отводиться от сооружений непрерывно. При обнаружении выноса грунта фильтрующейся водой должны быть приняты меры к его прекращению.

Стабильная, безотказная работы дренажных систем водоподпорных гидротехнических сооружений является одним из основных факторов, обеспечивающих надежность сооружения в целом. Назначение дренажных систем — перехват и понижение уровня или напора грунтовых (филь­трующихся) вод, а также организованный отвод профиль­тровавшейся воды в дренаж. Дренажи устраиваются во­доподпорных гидротехнических сооружениях всех типов: грунтовых и бетонных плотинах, дамбах, насыпных бор­тах каналов и др.; в необходимых случаях дренажи закла­дываются для разгрузки напорных водоносных пластов оснований и береговых примыканий сооружений, а так­же откосов, по которым проложены трассы туннелей, тру­бопроводов и т.д. Нормальная работа дренажных систем учитывается в расчетах устойчивости сооружений при про­ектировании. Выход из строя дренажей влечет за собой подъем уровня (или напора) грунтовых вод, а это в свою очередь приводит к местным фильтрационно-суффозионным деформациям грунта тела плотин и дамб и оснований сооружений, неорганизованному выходу фильтрационно­го потока на дневную поверхность, нарушению устойчивости участков сооружении, их основании и примыкании. Все это может перерасти в аварию.

Дренажи гидротехнических сооружений разнообразны по конструкциям: в земляных сооружениях распростра­нены упорные или наслонные многослойные каменные призмы, применяются трубчатые горизонтальные конст­рукции; в бетонных сооружениях в зависимости от типа основания применяются горизонтальные дренажи-фильт­ры и вертикальные трубчатые дренажи; для дренирования оснований и береговых массивов применяются глубинные дренажи-скважины.

В процессе эксплуатации необходим ответственный надзор за работой дренажных систем. Этот надзор в пер­вую очередь требует обеспечения отвода воды от дрена­жей по каналам, кюветам, трубчатым водоводам: отводя­щие сооружения должны содержаться в чистоте и ис­правности. Необходим контроль за расходом воды, по­ступающей в дренаж (отводящейся от дренажа). Отводя­щие магистрали (коллекторы) должны быть снабжены во­домерными устройствами (вертушечными, пьезо­метрическими — на трубах, мерными водосливами — на каналах и т.п.). Если фильтрационный расход непредви­денно резко изменится (увеличится или уменьшится), необходимо принять меры к выяснению причин этого из­менения. При обнаружении выноса грунта в дренаж так­же следует выяснить причины этого явления и предотв­ратить развитие суффозии (так, при нарушении обрат­ного фильтра требуется его разборка и укладка заново с соблюдением нормативных соотношений крупности за­полнителя в соседних слоях). Целесообразен контроль за напором в напорных дренажах разгрузочных систем, на­ряду с расходом воды этот показатель также может слу­жить критерием стабильного состояния дренажа и со­оружения в целом.

Периодичность фильтрационных наблюдений опреде­ляется местной инструкцией: в обычных условиях они проводятся не реже 1 раза в 10 дней.

На отдельных электростанциях отмечались случаи, когда для различных целей персонал производил откачку воды из дренажных систем. Такая откачка должна быть катего­рически запрещена, так как при этом нарушается нормаль­ный режим грунтовых вод, увеличиваются градиенты и скорости фильтрации, создаются условия для фильтрационно-суффозионных деформаций, которые приводят к выходу дренажа из строя и могут вызвать аварию соору­жения.

Отмечались также случаи, когда персонал перекрывал дренажные выпуски и выключал дренажные системы из работы. В этом случае следует ожидать подъема уровня (напора) грунтовых вод. Для того чтобы быть уверенным в том, что это не вызовет нарушений в состоянии сооруже­ния (не повлияет на его фильтрационную прочность), не­обходимы специальные исследования и расчеты. Поэтому даже временное выключение из работы дренажа допуска­ется только при крайней необходимости.

3.1.8. Грунтовые плотины мерзлого типа, их основания и со­пряжения с берегами и встроенными в плотину соору­жениями (водосбросы, туннельные водоводы, водопри­емники и др.) должны постоянно поддерживаться в мер­злом состоянии. При наличии специальных установок ре­жимы их работы определяются местной инструкцией.

В северной строительно-климатической зоне (Крайний Север, Восточная Сибирь и часть Дальнего Востока) при значительных многолетних минусовых среднегодовых тем­пературах наружного воздуха и коротком безморозном периоде получили распространение мерзлые грунтовые плотины, выполненные, как правило, из талых пород с пос­ледующим замерзанием. Такие плотины имеют определен­ные преимущества, но сложны в эксплуатации, ибо назва­ние «мерзлый тип» лишь частично характеризует режим эксплуатации. Напорная грань плотины, работающая в контакте с водой, находится в талом состоянии, а цент­ральная и низовая грань — в мерзлом. Режим эксплуатации такой плотины должен быть направлен на сохранение в мерзлом состоянии центральной водоупорной части, так как фильтрация может привести к растеплению грунта на путях фильтрации, появлению повышенных градиентов скорости, суффозии и, в конечном итоге, к разрушению плотины. Сказанное относится также к основанию и бе­реговым примыканиям.

Надежность работы таких плотин определяется проек­том на основе прочностных и теплофизических расчетов. Основная задача эксплуатации — аккумуляция холода в зимний период в таких объемах и размерах, чтобы его хватило на период летнего растепления.

На высоких плотинах необходимо применять искусст­венное охлаждение тела плотины, основания и берегов за счет подачи холода с помощью специальных сезонно-действующих замораживающих устройств как с естествен­ной циркуляцией хладоносителя, так и с принудительной. Режим работы таких установок определяется расчетами с учетом всех местных особенностей (конструкций, тепло-физических характеристик грунта, метеорологических и гидрологических факторов), уточняется в пусконаладочный период и фиксируется в местной инструкции.

Режим работы таких установок часто определяет на­дежность и безопасность плотины.