Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 [ 99 ] 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148

Первый тип плотин (нефильтрующих) может проектироваться в двух вариантах: 1) с сохранением мерзлого состояния грунтов в основании и теле плотины и 2) с учетом оттаивания вечномерзлых грунтов в процессе строительства и эксплуатации плотины.

В первом случае («мерзлый вариант») плотина может возводиться практически из любых грунтов, было бы сохранено мерзлое состояние, 2i следовательно, и прочность и водонепроницаемость льдонасыщенных мерзлых грунтов. Во втором случае («талый вариант») земляные и каменнонабросные плотины, а также и бетонные могут возводиться только на прочных скальных породах или на малосжимаемых крупно-скелетных груягал: с обязательным устройством водонепроницаемого глиняного ядра*.

Каклример можно привести плотину металлургического завода в Петровске-Забайкальском высотой 9,5 м, распластанного профиля, построенную в 1792 г. в зимнее время с промораживанием укладываемого грунта и просуществоевавшей безаварийно до 1929 г., когда при ремонте деревянного водоспуска был нарушен температурный режим мерзлых грунтов, вплоть до их оттаивания в основании и в теле плотины, что потребовало срочного ремонта и подсыпки грунта. Однако так как тело плотины было заложено на малосжимаемых песчано-галечиых отложениях (мощностью 2-5 м), подстилаемых рассланцоваиным диоритом, плотина продолжает функционировать до сего времени после перестройки ее и ремонта в 1939-1945 гг. в талом варианте.

Вторым примером достаточно долго существующей плотины в условиях вечномерзлых грунтов можно привести плотину на р. Долгой в Норильске (рис. 130), построенную по мерзлому варианту в 1943 г. (высотой 10 и длиной 130 м). Для замораживания тела плотины и подруслового талика применялось искусственное охлаждение с помощью скважин (на расстоянии 2,5 м) с циркуляцией охлажденного раствора хлористого кальция; в дальнейшем трубы были оставлены в резерв для зимнего воздушного охлаждения. Интересно отметить, что для ликвидации нагрева низового откоса солнцем был устроен навес и ледяная галерея типа ледяных складов М. М. Крылова, что оказалось достаточно эффективным. В настоящее время плотина функционирует без добавочного искусственного охлаждения (хотя резерв зимнего воздушного охлаждения оставлен) .

Таким образом, даже описанные здесь невысокие земляные плотины, построенные в области распространения вечномерзлых грунтов, потребовали дополнительных устройств для сохранения их в устойчивом состоянии.

Можно привести примеры успешного строительства в районах распространения вечномерзлых грунтов и более высоких плотин, но все они возводились или с применением периодически действующего

*П. А. Богословский, А. В. Стоценко[и др.]. Плотины в области распространения вечномерзлых грунтов. «Доклады на международной конференции по мерзлотоведению». Изд-во АН СССР, 1963.

искусственного промораживание грунтов при помощи постоянно охлаждающей установки (Иреляхская плотина высотой 20,7 м, шириной по низу 115 и по верху 8 м с одним рядом замораживающих колонок в ядре из суглинка) или строились на малосжимаемых скальных породах (Вилюйская плотина высотой 75 Му рис. 131 и др.).

60 г

55 50

10 20 30 0

50 60 а

70 80 90 100 110 т

20 20 10 О 10 20 J0 0 50 60 6

Рис. 1Э0. Плотина на р. Долгой с показанием изотерм грунта:, а -в продольном; б -в поперечном разрезах

УМ0610

63.0

Рис. 131. Вилюйская плотина: / - каменная наброска; 2 - слои фильтра; 5 -экран; 4 - пригрузка из камня; 5 - цементационная завеса

Следует отметить, что особо высоких плотин, построенных из местных строительных материалов с использованием замороженных зон в качестве противофильтрационных элементов, в области распространения вечномерзлых грунтов в настоящее время не имеется.

Последнее объясняется следующими соображениями. Согласно уравнениям для интенсивности изменений температурного поля грунтов на застраиваемых территориях при среднеинтегральной температуре поверхности выше температуры вечномерзлой толщи грунтов (температуры на глубине нулевых годовых амплитуд), что всег-

да имеет место в водохранилищах (где вода имеет постоянно положительную, хотя и невысокую, температуру), всегда будет формироваться чаша протаивания, а если ширина водохранилища равна или близка к мощности толщи вечномерзлых грунтов, то под водохранилищем будет возникать сплошной талик. При меньшей ширине водохранилища, как показывают решения плоской и пространственной задач теплофизики, вследствие наличия боковых теплопотерь в грунте, может и не иметь места сплошное протаивание. Это обстоятельство, весьма важное для плотин на грунтовом основании, не является столь существенным для плотин на малотрещиноватых скальных породах.

Следует также напомнить, что естественное охлаждение грунтов (например, на низовом откосе плотины) будет происходить лишь на глубину порядка 10 м или несколько большую (если откос будет оголяться от снега), поэтому при большей толще грунтов в откосах плотины потребуется добавочное искусственное охлаждение (с помощью потерн, ряда замораживающих скважин н т. п.).

Исходя из изложенного, плотины средней высоты (более 10 м) и особенно высокие (п(5рядка нескольких десятков метров) при строительстве их по холодному варианту (с сохранением грунтов в мерзлом состоянии) всегда должны иметь в водонепроницаемом ядре плотины замораживающую установку, соответственно рассчитанную на поддержание ядра плотины в мерзлом состоянии.

Что же (Касается фильтрующих плотин, возводимых в области распространения вечномерзлых грунтов, то они могут строиться только по теплому варианту, преимущественно на скальных и крупнообломочных породах, но с обязательным учетом осадок мерзлых пород при оттаивании.

2. Расчет температурной устойчивости плотин, обеспечивающий их длительное безаварийное существование, является главным при возведении плотин из местных материалов на вечномерзлых грунтах.

При изучении температурной устойчивости плотин из местных материалав, возводимых в условиях вечномерзлых грунтов, следует рассмотреть:

1) установившееся температурное поле, как предельное температурное состояние плотины из замороженных грунтов, к которому через длительное время приведут температурные изменения в теле плотины и ее основании, вызванные строительным нарушением природной обстановки;

2) неустановившееся температурное поле, прогноз которого даст возможность судить о температурной устойчивости плотины с момента ее возведения и в любое время эксплуатационного периода (через 1; 5; 10; 20 лет и т. д.) после окончания строительства.

Поставленные задачи являются сложнейшими плоскими и пространственными задачами теплофизики промерзающих и протаивающих грунтов (особые трудности здесь обусловлены, главным образом, необходимостью учета изменений фазового состава воды в мерзлых грунтах на подвижных границах раздела мерзлых и талых зон), основные направления решений которых и некоторые общие их