CC BY
72
УДК 627.8.065
А.В. Радзинский, Л.Н. Рассказов*, М.П. Саинов*
ООО «Гидроспецпроект», *ФГБОУВПО «МГСУ»
ПЛОТИНА СТОМЕТРОВОЙ ВЫСОТЫ С ГЛИНОЦЕМЕНТОБЕТОННОЙ ДИАФРАГМОЙ ПО ТИПУ «СТЕНА В ГРУНТЕ»
Дана оценка возможности строительства высокой (высотой 100 м) каменной плотины методом буросекущихся свай (методом «стена в грунте»), в которой про-тивофильтрационным элементом является диафрагма, выполненная из глиноце-ментобетона. Численные исследования напряженно-деформированного состояния плотины показали, что в диафрагме могут возникнуть значительные сжимающие напряжения, в 3...4 раза превышающие прочность глиноцементобетона на сжатие. Однако необходимо учитывать, что диафрагма столь высокой плотины будет обжата горизонтальными напряжениями, т.е. глиноцементобетон будет работать в состоянии трехосного сжатия. В этих условиях прочность глиноцементобетона будет существенно выше, поэтому надежность диафрагмы может быть обеспечена с запасом.
Ключевые слова: диафрагма, глиноцементобетон, напряженно-деформированное состояние, прочность диафрагмы, устойчивость, верхний бьеф, нижний бьеф, коэффициент надежности, прочность на растяжение.
Строительство грунтовых плотин с глиноцементобетонной (ГЦБ) диафрагмой привлекает внимание и проектировщиков и исследователей [1—3], так как позволяет быстро ввести плотину в эксплуатацию и удешевить строительство. На этом пути имеются еще невыясненные вопросы, которые необходимо разрешить: 1) принцип выбора состава ГЦБ — на практике встречаются самые различные составы: от почти глины до железобетона [4]; 2) сравнительно сложная работа диафрагмы под нагрузкой при изменяющихся свойствах материала — от тяжелой жидкости до высокой прочности и малой деформируемости; 3) сопряжение между собой очередей диафрагмы по высоте. Вопросы изменения свойств ГЦБ в зависимости от состава были рассмотрены в [5—7].
Сравнительно сложная работа диафрагмы под нагрузкой уже частично рассматривалась в [8]. В данной работе рассмотрим более высокую плотину (100 м), строящуюся в три яруса. Особенностям ее работы под нагрузкой главным образом и посвящена эта статья.
На рис. 1 показана плотина высотой H = 100 м. В качестве противофиль-трационного устройства используется ГЦБ диафрагма, выполненная в песча-но-галечниковом грунте (D < 50...60 мм), а основной объем призм выполнен из гравийно-галечникового грунта, прикрытого вдоль откосов рваным камнем (как антисейсмическое мероприятие).
Опыт создания «стен в грунте» как в основании, так и в теле плотины [9—13] показал, что при проходке траншеи или погружении буросекущихся свай они могут отклоняться от вертикали, причем достаточно существенно (десятки см), что приводит к появлению «окон» в диафрагме и тогда требуются
дополнительные скважины или участки траншей, чтобы «закрыть» эти «окна». Перебур скважин или траншей может достигать 20 % и более, поэтому в данной работе используется очередность возведения плотины высотой не более 40 м. В [8] было показано, что такая высота очереди приемлема. При ремонтных работах на Курейской ГЭС «стена в грунте» была также ~37 м.
Рис. 1. Сетка МКЭ поперечного сечения плотины: 1 — гравийно-галечниковый грунт; 2 — рваный камень (крепление откосов); 3 — скальное основание; 4 — смотровые потерны; 5 — переходные зоны; 6 — стена в грунте из ГЦБ. Очередность возведения плотины: I — первая очередь; II — вторая очередь; III — третья очередь
Как видим на рис. 1 в теле плотины предусмотрены три потерны, которые должны обеспечить надежный контакт между очередями диафрагмы и возможность проведения ремонтных работ инъекциями в диафрагму, если таковые потребуются. Ремонтоспособность плотины — одно из основных качеств, которое должно быть присуще любому сооружению, а плотине — обязательно.
Очередность и поэтапность возведения показаны на рис. 1. Первая очередь (I) состоит из 8 этапов возведения и 3 этапов подъема воды до отм. 26,0 м. Вторая очередь (II) — из 7 этапов строительства и 7 же этапов подъема уровня воды до отм. 66,6 м. Третья очередь (III) — завершение строительства плотины — состоит из 9 этапов возведения и 6 этапов подъема уровня воды до отм. 95,0 м.
Расчеты проводились методом конечных элементов (МКЭ) с помощью вычислительной программы NDS-N, разработанной на кафедре гидротехнических сооружений МГСУ [14]. В программе используется модель грунта, предложенная Л.Н. Рассказовым [15]. Это позволяет учесть нелинейность деформирования грунта под нагрузкой, что особенно важно, когда тело плотины выполнено из крупнообломочных грунтов [16]. Расчеты велись для условий плоской деформации.
При разбивке конструкции на элементы использовались конечные элементы с квадратичной аппроксимацией перемещений внутри элемента [17], и контактные элементы для моделирования поведения контактов негрунтовых конструкции между собой и с грунтами. Общее количество степеней свободы составило 4428.
Расчеты проводились с учетом последовательности возведения плотины и наполнения водохранилища (в три очереди). Материалом диафрагмы принимался глиноцементобетон, содержащий 100 кг цемента и 100 кг бентонита. Его модуль деформации принимался равным 100 МПа.
На рис. 2, а показаны эпюры вертикальных перемещений (осадок) в упорных призмах по этапам и очередям возведения. Максимальных значений осадки достигают на момент окончания строительства в верховой призме на середине высоты плотины — 65,8 см.
ВЕСТНИК
МГСУ-
9/2014
гориаантальнал вертикальная шкала (см) шкала (см)
о 30 60 0 10 60
шкала (СИ} О 35 50
а б
Рис. 2. Эпюры вертикальных перемещений (осадок) для этапов возведения и на-гружения: а — в упорных призмах; б — в «стене в грунте»
В низовой упорной призме у диафрагмы имеем осадку 50,9 см (смотри эпюры вдоль горизонтали).
При возведении третьей очереди осадки в середине верхней трети плотины достигают ~29,2 см. Осадки вдоль откосов не велики. На отм. 81,0 м в верховой призме осадка составляет 9,6 см, а в низовой — 8,7 см. На середине высоты со стороны верхового откоса осадка 4 см, а на низовом откосе — 6,8 см.
Главный вопрос — это работа диафрагмы, здесь есть технологические особенности. «Стена в грунте» возводится захватками по 4.. .10 м длиной. Если диафрагма создается из буросекущихся свай, то бурятся три скважины через 1 м между границами скважин, это потребует примерно одни сутки. Затем в эти скважины заливается ГЦБ (он работает как тяжелая жидкость с у = 1,95 т/м3). Как только начнется его схватывание, между тремя сваями, замыкая их, бурятся и создаются еще две сваи. Таким образом, создается кусок диафрагмы по фронту до 5,8 м, но если ограничиться участком из трех свай, то получится кусок напорного фронта до ~4 м.
В случае траншейного метода, если ограничиться по схеме возведения тремя участками по длине 2,5 м (средний участок 2 м), получим 7 м по фронту, если пять участков — то 11,5 м.
Выбор схемы возведения зависит от очень многих факторов, в т.ч. от производительности бетонного хозяйства.
Рассмотрим осадки в возведенной таким образом диафрагме (см. рис. 2, б). Первая очередь от отм. 0,0 м до отм. 32,7 м. После заполнения диафрагмы смесью осадка первой очереди ~2,5 см.
После подъема уровня воды до отм. 26,6 м осадка уже схватившейся диафрагмы за счет давления воды и «выдавливания» диафрагмы уменьшилась на ~3,0 см. Дальнейший рост плотины за счет второй очереди вызывает осадки. Вес грунта второй очереди вызывает осадки в первой очереди, включая диафрагму первой очереди. Затем начинается цикл создания диафрагмы второй очереди по аналогии с первой очередью.
В результате строительства второй очереди осадка диафрагмы, включая осадку первой очереди, достигла 46,1 см, а при учете подъема воды до отм. 66,6 м осадка стала 51,1 см, а в первой очереди — 44,1 см. На рис. 3, б легко проследить, как росли осадки в диафрагме по ее высоте.
Третья очередь строительства соответствует наращиванию плотины до отм. 100 м и подъему уровня воды (верхний бьеф — ВБ) до отм. 96,0 м, вызывает существенное «выдавливание» материала диафрагмы. По аналогии со второй очередью наполнение ВБ приводит к подъему верха диафрагмы до ~3,0 см.
Горизонтальные смещения в плотине и диафрагме существенно ниже, чем осадки (рис. 3). В верховой призме максимальные горизонтальные смещения в сторону ВБ наблюдаются на середине высоты по вертикали (до отм. 66,6 м) и достигают 25,2 см. В низовой призме смещения направлены в сторону нижнего бьефа (НБ). Они достигают 15,6 см.
Рис. 3. Эпюры горизонтальных перемещений: а — упорных призм плотины; б — верховой грани «стены в грунте»
Наиболее важным вопросом исследований плотины с ГЦБ диафрагмой, выполненной по типу «стена в грунте», является ее напряженно-деформированное состояние (НДС). Смещения диафрагмы неравномерно распределены по ее высоте, наблюдается изгиб диафрагмы. Наибольший изгиб диафрагмы наблюдается в пределах второй очереди. При наполнении ВБ до отм. 66 м прогиб в диафрагме второй очереди составляет 10,7 см, как и разница смещений (см. рис. 3, б) верха диафрагмы (сместился в ВБ на 3,0 см) и ее низа (в сторону НБ на ~6,0 см). После наполнения водохранилища до отм. 96,0 м максимальный прогиб диафрагмы имеет место в диафрагме первой очереди (10,9 см): внизу диафрагма смещается в сторону НБ на 2,6 см, а вверху — на 13,5 см.
В наиболее благоприятных условиях находится третья очередь: после завершения строительства изгибы диафрагмы третьей очереди определялись только деформациями вмещающих диафрагму призм от веса материала диафрагмы как тяжелой жидкости — смещение было и в ВБ, и в НБ. После подъема воды ВБ до отм. 96,0 м нижняя часть диафрагмы третьей очереди сместилась в НБ на 9,1 см, а верхняя — на 6,4 см, прогиб составил 2,7 см.
Для того, чтобы изгибы диафрагмы были минимально возможными, нужно создать условия возможных деформаций при условии минимальных усилий. Необходимо обеспечить свободное смещение в горизонтальном направлении низа и верха диафрагмы каждой очереди строительства.
Для этого можно представить конструкцию следующим образом:
1) сопряжение с основанием и между очередями лучше всего осуществлять через железобетонные галереи, но несколько измененной конструкции (рис. 4). Ширину потерны внутри желательно иметь до 3,5...4,0 м. Верх галереи должен иметь ограждения высотой до 1,5 м — если в образовавшееся «корыто» укладывать глинистый грунт, или высотой ~1,0 м — если укладывать литой асфальтобетон. Ширина образовавшегося «корыта» должна быть до 2,50 секущихся свай или 2,2 I ( — толщина диафрагмы, выполненной траншейным методом). Запасы по ширине «корыта» нужны в случае необходимости дополнительного бурения для закрытия возможных «окон» между сваями или между, участками траншей. Собственно потерны нужны в эксплуатационный
ВЕСТНИК
МГСУ-
9/2014
период для проведения инъекционных работ в случае образования ходов фильтрации в диафрагме, в т.ч. для вывода контрольно-измерительной аппаратуры. Нижняя часть галереи также должна иметь «корыто» с наполнением глинистым грунтом или асфальтобетоном, чтобы верх нижней очереди диафрагмы имел возможность относительной (так как и глинистый грунт, и асфальтобетон имеют некоторый модуль деформации) свободы смещения. При этом могут иметься некоторые технологические сложности, вызванные необходимостью очищать шнек или фрезу от асфальтобетона. Исходя из этого, лучше использовать глинистый грунт, но с точки зрения надежности, предпочтительнее рис 4 возможная конструк-
асфальтобетон. ция сопряжения диафрагмы по
На рис. 5, а показаны эпюры напряже- очередям возведения: 1 — ось стены
ний о в призмах плотины. Максимальное в грунте, ось потерны; 2 — потерна; напряжение в низовой призме достигает 3 — жружжщий грунт, переждаые
2 МПа и несколько более 1 МПа в верховой зоны; 4 — диафРагма очереди (п - 1);
5 — ГЦБ; 6—геотекстиль или мембра-
призме (меньше за счет взвешивания). Все на; 7 — корыто; 8 — глина или асфаль-эти результаты в целом общеизвестны, но тобетон; 9 — диафрагма очереди п; НДС в диафрагме (рис. 5, б) требует рассмо- 10 — бетон потерны трения. Напряжения оу в участках диафрагмы каждой очереди почти постоянны по высоте. В диафрагме первой очереди ау по высоте колеблются от 1,76 (у основания третьей очереди) до 1,90... 1,97 МПа. Во второй очереди — от 1,0 МПа в основании второй очереди до 1,23 МПа с колебаниями между этапами значений до 1,1... 1,14 МПа.
В третьей очереди напряжения ау меняются от 0,28 МПа до 0 на гребне. Из этого можно сделать вывод, что в высокой плотине состав ГЦБ можно менять по очередям, если это окажется экономически выгодным.
шкала (МПа) о 1 2
а б
Рис. 5. Распределение напряжений о\ а — в теле грунтовой плотины; б — по граням «стены в грунте» со стороны верхнего и нижнего бьефов
На рис. 6, б показано распределение напряжений ох в диафрагме по очередям возведения. Если напряжения оу можно было считать постоянными в нижних очередях строительства, то ох меняется по высоте практически по линейному закону от основания до гребня. Из рис. 6, б видно, что в пределах первой очереди
о уменьшается с -1,14 МПа у основания до -0,65 МПа на отм. 32,7 м, во второй очереди — от -0,67 до -0,36 МПа на отм. 66,6 м и в пределах третьей очереди — от -0,31 до 0,0 МПа на гребне. Кроме указанных значений на рис. 6, б показаны напряжения о не только на момент окончания строительства, но и на другие моменты нагружения. Поскольку приведенные напряжения о и о в диафрагме
У х
близки к главным напряжениям о} и о, в диафрагме, то полученные результаты позволяют оценить надежность материала диафрагмы, используя таблицу.
шкала (МПа)
all
а б
Рис. 6. Распределение напряжений с : а — в теле грунтовой плотины; б — по граням «стены в грунте» со стороны верхнего и нижнего бьефов
Изменение прочности ГЦБ на сжатие (кубиков и призм), на растяжение при изгибе и раскалывании, МПа, в возрасте 28 сут
Прочность № состава ГЦБ
ГЦБ, МПа 1 2 3 4 5 6 7 8 9
R сж -0,94 -0,67 -0,99 -1,17 -1,57 -1,82 -2,63 -1,57 -1,41
R -0,82 -0,49 -0,56 -0,90 -1,39 -1,13 -2,53 -1,39 -1,13
R изг 0,31 0,17 0,77 0,53 0,81 0,65 1,5 0,86 0,61
R р 0,13 0,06 0,24 0,32 0,35 0,29 0,79 0,32 0,28
Сравнивая полученные значения напряжений < с прочностью ГЦБ на одноосное сжатие состава № 2 (кубиковая прочность 0,67 МПа), видим, что прочность на сжатие выполняется только в диафрагме третьей очереди. В нижней же части (диафрагма первой очереди) напряжения < (до 2 МПа) существенно превосходят прочность на сжатие. Однако надо учитывать, что здесь ГЦБ находится в состоянии трехосного сжатия, поэтому его прочность повышается. В соответствии с Г71 с учетом обжатия напряжениями с ~ с и величиной
-1 ^ г ШШ X
не менее 0,66 МПа, прочность ГЦБ в диафрагме первой очереди составит Яоб = Я +2,5сх = 0,67 + 2,5 • 0,66 = 2,3 МПа. Таким образом, коэффициент надежности составит 1,16.
Чтобы еще повысить надежность диафрагмы, можно в первой очереди применить ГЦБ другого состава.
Максимальной прочностью в этой таблице обладает состав № 7: цемент — 200 кг/м3, бентонит — 40 кг/м3, водоцементное отношение В/(Ц+Б) = 1,2 и содержание полимерной фибры 1 кг/м3. Этот состав обладает объемным весом 2,2 т/м3. Его кубиковая прочность Ясж = -2,63 МПа, призмен-ная прочность Япр = -2,53 МПа. В этом случае коэффициент надежности по условию кубиковой прочности будет иметь К ^ = 1,33. Если использовать призматическую прочность, то К пр = 1,28.
С учетом обжатия Г71, в соответствии с с Я , = Я + 2,5 с где с ~ с ,
^ Ш1П об пр ' X X Ш1П
получим прочность Яоб = (-2,53) + 2,5(-0,66) = -4,0, то К онб = 2,0.
Таким образом, можем констатировать, что практически во всех случаях имеем надежную конструкцию в первой очереди. При таком составе 2 и 3-я очереди «стены в грунте» также будут надежными.
Одно следует иметь в виду, что с изменением состава меняется модуль деформаций материала диафрагмы и, следовательно, его НДС. С учетом этого в расчете модуль деформаций подняли в 70 раз. В результате получили рост оу с ~2 до ~13 МПа, т.е. больше чем в 6 раз. Следовательно, необходим пересчет сооружения после смены состава ГЦБ.
При изменении модуля деформации во второй очереди диафрагмы появились небольшие растягивающие напряжения (до 0,9 МПа), которые практически не воспринимаются материалом «стены в грунте» состава № 7 табл. R = 0,89 МПа), тем более, если определять растяжение по изгибу балок (R = 1,5 МПа). Однако эти результаты настораживают. Использование этой конструкции для плотины высотой близкой к 100 м требуют еще дополнительных исследований.
Выводы. 1. Строительство плотины с ГЦБ диафрагмой высотой 100 м возможно, но при сохранении следующих условий:
а) высота очереди строительства диафрагмы рекомендуется не более 40 м;
б) должна быть обеспечена сравнительная свобода смещений концов диафрагмы строящейся очереди;
в) необходимо тщательно подбирать составы ГЦБ, исследуя их деформа-тивные и прочностные характеристики, в т.ч. изменение прочности ГЦБ с учетом обжатия, так как это дает дополнительное повышение надежности.
2. Для обеспечения свободы смещений концов диафрагмы следует дополнить конструкцию потерны устройствами (см. рис. 5), которые обеспечивали бы возможность смещения диафрагмы.
3. При строительстве высоких плотин с ГЦБ диафрагмой возможно менять состав материала диафрагмы по очередям, так как верхняя очередь строительства менее нагружена. Это может оказаться экономически выгодно и в то же время обеспечить надежность диафрагмы.
Библиографический список
1. Королев В.М., Смирнов О.Е., Аргал Э.С., Радзинский А.В. Новое в создании про-тивофильтрационного элемента в теле грунтовой плотины // Гидротехническое строительство. 2013. № 8. С. 2—9.
2. Кудрин К.П., Королев В.М., Аргал Э.С., Соловьева Е.В., Смирнов О.Е., Радзинский А.В. Использование инновационных решений при создании противофильтраци-онной диафрагмы в перемычке Нижне-Бурейской ГЭС // Гидротехническое строительство. 2014. № 7. С. 22—28.
3. Радченко В.Г., ЛопатинаМ.Г., НиколайчукЕ.В., Радченко С.В. Опыт возведения противофильтрационных устройств и грунтоцементных смесей // Гидротехническое строительство. 2012. № 6. С. 46—54.
4. Гольдин А.Л., Рассказов Л.Н. Проектирование грунтовых плотин. 2-е изд., пере-раб. и доп. М. : Изд-во АСВ, 2001. 375 с.
5. Рассказов Л.Н., Радзинский А.В., Саинов М.П. Выбор состава глиноцементобетона при создании «стены в грунте» // Гидротехническое строительство. 2014. № 3. С. 16—23.
6. Рассказов Л.Н., Радзинский А.В., Саинов М.П. К прочности глиноцементобетона // Гидротехническое строительство. 2014. № 8. С. 26—28.
7. Рассказов Л.Н., Радзинский А.В., Саинов М.П. Прочность и деформативность глиноцементобетона в сложнонапряженном состоянии // Гидротехническое строительство. 2014. № 8. С. 29—33.
8. Рассказов Л.Н., Радзинский А.В., Саинов М.П. Плотины с глиноцементобетон-ной диафрагмой. Напряженно-деформированное состояние и прочность // Гидротехническое строительство. 2014. № 9. С. 37—44.
9. Малышев Л.И., Рассказов Л.Н., Солдатов П.В. Состояние плотины Курейской ГЭС и технические решения по ее ремонту // Гидротехническое строительство. 1999. № 1. С. 31—36.
10. O'Brien S., Dann C., Hunter G., SchwermerM. Construction of the Plastic Concrete Cut-off Wall at Hinze Dam // ANCOLD Proceedings of Technical Groups. Режим доступа: http://www.bauerdamcontractors.com/export/sites/www.bauerdamcontractors.com/en/pdf/ publications/Cutoff-Wall-Paper-09-ANC0LD-Conference—Final.pdf/. Дата обращения: 25.05.2014.
11. Федосеев В.И., Шишов И.Н., Пехтин В.А., Кривоногова Н.Ф., Каган А.А. Про-тивофильтрационные завесы гидротехнических сооружений на многолетней мерзлоте // Опыт проектирования и производства работ. Т. 2. СПб. : ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, 2009. С. 303—316.
12. Powell R.D., Morgenstern N.R. Use and Performance of Seepage Reduction Measures // Proc. Symp. Seepage and Leakage from Dams and Impoundments / R.L. Volpe, W.E. Kelly eds. American Society of Civil Engineers. Denver, CO, USA, 1985. Pp. 158—182.
13. Baltruschat M., Banzhaf P., Beutler S., Hechendorfer S. Cut-off Wall for the Strengthening of the Sylvenstein Reservoir (70 km south of Munich, Germany) : Cut-off Wall executed with BAUER cutter and grab and Plastic Concrete // BAUER Spezialtiefbau GmbH. Режим доступа: http://www.bauerdamcontractors.com/export/sites/www. bauerdamcontractors.com/en/pdf/publications/paper_HYDR0-2013_bmi_2013_08_24_ spa-bz_B_short.pdf. Дата обращения: 25.05.2014.
14. Саинов М.П. Вычислительная программа по расчету напряженно-деформированного состояния грунтовых плотин: опыт создания, методики и алгоритмы // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2013. Vol. 9. No. 4. Pp. 208—225.
15. Рассказов Л.Н., Джха Дж. Деформируемость и прочность грунта при расчете высоких грунтовых плотин // Гидротехническое строительство. 1987. № 7. C. 31—36.
16. Саинов М.П. Параметры деформируемости крупнообломочных грунтов в теле грунтовых плотин // Строительство: наука и образование. 2014. Вып. 2. Режим доступа: http://www.nso-journal.ru/public/journals/1/issues/2014/02/2_Sainov.pdf. Дата обращения: 25.05.2014.
17. Саинов М.П. Особенности численного моделирования напряженно-деформированного состояния грунтовых плотин с тонкими противофильтрационными элементами // Вестник МГСУ 2012. № 10. С. 102—108.
Поступила в редакцию в июле 2014 г.
Об авторах: Радзинский Александр Владимирович — инженер, ООО «Гидро-спецпроект», 115114, г. Москва, ул. Летниковская д. 11/10, стр. 3, [email protected];
Рассказов Леонид Николаевич — доктор технических наук, профессор, профессор кафедры гидротехнического строительства, заслуженный деятель науки РФ, Московский государственный строительный университет (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, [email protected];
Саинов Михаил Петрович — кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры гидротехнического строительства, Московский государственный строительный университет (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, [email protected].
Для цитирования: Радзинский А.В., Рассказов Л.Н., Саинов М.П. Плотина стометровой высоты с глиноцементобетонной диафрагмой по типу «стена в грунте» // Вестник МГСУ. 2014. № 9. С. 106—115.
A.V. Radzinskiy, L.N. Rasskazov, M.P. Sainov
CLAY-CEMENT CONCRETE DIAPHRAGM OF THE TYPE "SLURRY WALL" IN THE 100 METER HIGH DAM
In the article the authors estimate the possibility of building a high (100 m high) stone dam with clay-cement concrete diaphragm. This diaphragm is used as an antifiltering element and it is made of secant piles method of clay-cement concrete (method of "slurry wall"). This diaphragm should be constructed in several phases, in our example example in three stages. Numerical studies of the stress-strain state of such a dam show that considerable compressive stresses can appear in the diaphragm. These stresses can be significantly (3...4 times) greater than the strength of clay-cement concrete in compression. However it should be taken into consideration that the diaphragm of such a high dam will be crimped by horizontal stresses, i.e. clay-cement concrete will operate in the triaxial compression. Under these conditions the strength of clay-cement concrete will be significantly higher, therefore, the diaphragm reliability might be provided with a margin. For this reason, the most important issue in the engineering of a high dam with such type of diaphragm is to select the required composition of clay-cement concrete. Increasing its strength by extension of the cement fraction could increase modulus of deformation. Therefore it could lead to compressive stress increase and the strength state degradation. Hydrostatic pressure generates the areas of tensile stresses in the clay-cement concrete diaphragm due to the arising bending deformation. It threatens the formation of cracks in the clay-cement concrete, especially in the nodes interface diaphragm queues. It is recommended to match the diaphragm queues using ferroconcrete galleries. This should ensure flexibility of deformation between the gallery and the diaphragm.
Key words: diaphragm, clay-cement concrete, stress-strain state, diaphragm strength, stability, headrace, downstream, reliability coefficient, tensile strength.
References
1. Korolev V.M., Smirnov O.E., Argal E.S., Radzinskiy A.V. Novoe v sozdanii protivofil'tratsionnogo elementa v tele gruntovoy plotiny [New Things in the Creation of Antifiltering Element in the Body of a Subsurface Dam]. Gidrotekhnicheskoe stroitel'stvo [Hydraulic Engineering]. 2013, no. 8, pp. 2—9.
2. Kudrin K.P., Korolev V.M., Argal E.S., Solov'eva E.V., Smirnov O.E., Radzinskiy A.V. Ispol'zovanie innovatsionnykh resheniy pri sozdanii protivofil'tratsionnoy diafragmy v peremychke Nizhne-Bureyskoy GES [Using Innovative Solutions to Create Impervious Diaphragm in the Jumper of Lower Bureyskaya HPP]. Gidrotekhnicheskoe stroitel'stvo [Hydraulic Engineering]. 2014, no. 7, pp. 22—28.
3. Radchenko V.G., Lopatina M.G., Nikolaychuk E.V., Radchenko S.V. Opyt vozvedeniya protivofil'tratsionnykh ustroystv i gruntotsementnykh smesey [Experience in the Construction of Antifiltering Devices and Soil-cement Compositions]. Gidrotekhnicheskoe stroitel'stvo [Hydraulic Engineering]. 2012, no. 6, pp. 46—54.
4. Gol'din A.L., Rasskazov L.N. Proektirovanie gruntovykh plotin [Engineering of Soil Dams]. 2nd edition. Moscow, ASV Publ., 2001, 375 p.
5. Rasskazov L.N., Radzinskiy A.V., Sainov M.P. Vybor sostava glinotsemento-betona pri sozdanii «steny v grunte» [Choice of Clay Cement Concrete to Create "Slurry Trench" Cutoff Wall]. Gidrotekhnicheskoe stroitel'stvo [Hydraulic Engineering]. 2014, no. 3, pp. 16—23.
6. Rasskazov L.N., Radzinskiy A.V., Sainov M.P. K prochnosti glinotsementobetona [To the Problem of Clay-cement Concrete Strength]. Gidrotekhnicheskoe stroitel'stvo [Hydraulic Engineering]. 2014, no. 8, pp. 26—28.
7. Rasskazov L.N., Radzinskiy A.V., Sainov M.P. Prochnost' i deformativnost' glinotsementobetona v slozhnonapryazhennom sostoyanii [Strength and Deformability of Clay-cement Concrete in Complex Stress State]. Gidrotekhnicheskoe stroitel'stvo [Hydraulic Engineering]. 2014, no. 8, pp. 29—33.
8. Rasskazov L.N., Radzinskiy A.V., Sainov M.P. Plotiny s glinotsementobetonnoy di-afragmoy. Napryazhenno-deformirovannoe sostoyanie i prochnost' [Dams with Clay-cement Concrete Diaphragm. Stress-strain State and Strength]. Gidrotekhnicheskoe stroitel'stvo [Hydraulic Engineering]. 2014, no. 9, pp. 37—44.
9. Malyshev L.I., Rasskazov L.N., Soldatov P.V. Sostoyanie plotiny Kureyskoy GES i tekhnicheskie resheniya po ee remontu [The Condition of Kureyskaya Hydraulic Power Station Dam and Technical Solutions for its Repair]. Gidrotekhnicheskoe stroitel'stvo [Hydraulic Engineering]. 1999, no. 1, pp. 31—36.
10. O'Brien S., Dann C., Hunter G., Schwermer M. Construction of the Plastic Concrete Cut-off Wall at Hinze Dam. ANCOLD Proceedings of Technical Groups. Available at: http:// www.bauerdamcontractors.com/export/sites/www.bauerdamcontractors.com/en/pdf/publica-tions/Cutoff-Wall-Paper-09-ANCOLD-Conference—Final.pdf/. Date of access: 25.05.2014.
11. Fedoseev V.I., Shishov I.N., Pekhtin V.A., Krivonogova N.F., Kagan A.A. Protivofil'tratsionnye zavesy gidrotekhnicheskikh sooruzheniy na mnogoletney. Opyt proek-tirovaniya i proizvodstva rabot merzlote [Antifiltering Curtain of Hydraulic Structures on Permafrost. Design Experience and Production]. Vol. 2, Saint Petersburg, VNIIG im. B.E. Vede-neeva Publ., 2009, pp. 303—316.
12. Powell R.D., Morgenstern N.R. Use and Performance of Seepage Reduction Measures. Proc. Symp. Seepage and Leakage from Dams and Impoundments. American Society of Civil Engineers. Denver, CO, USA, 1985, pp. 158—182.
13. Baltruschat M., Banzhaf P., Beutler S., Hechendorfer S. Cut-off Wall for the Strengthening of the Sylvenstein Reservoir (70 km south of Munich, Germany) : Cut-off Wall executed with BAUER cutter and grab and Plastic Concrete. BAUER Spezialtiefbau GmbH. Available at: http://www.bauerdamcontractors.com/export/sites/www.bauerdamcontractors.com/en/pdf/ publications/paper_HYDR0-2013_bmi_2013_08_24_spa-bz_B_short.pdf. Date of access: 25.05.2014.
14. Sainov M.P. Vychislitel'naya programma po raschetu napryazhenno-deformirovan-nogo sostoyaniya gruntovykh plotin: opyt sozdaniya, metodiki i algoritmy [Computer Program for the Calculation of the Stress-strain State of Soil Dams: the Experience of Creation, Techniques and Algorithms]. International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2013, vol. 9, no. 4, pp. 208—225.
15. Rasskazov L.N. Dzhkha Dzh. Deformiruemost' i prochnost' grunta pri raschete vysokikh gruntovykh plotin [Deformability and Strength of the Soil in the Calculation of High Soil Dams]. Gidrotekhnicheskoe stroitel'stvo [Hydraulic Engineering]. 1987, no. 7, pp. 31—36.
16. Sainov M.P. Parametry deformiruemosti krupnooblomochnykh gruntov v tele gruntovykh plotin [Deformability Parameters of Coarse Soils in the Body of Soil Dams]. Stroitel'stvo: nauka i obrazovanie [Construction: Science and Education]. 2014, no. 2. Available at: http://www.nso-journal.ru/public/journals/1/issues/2014/02/2_Sainov.pdf. Date of access: 25.05.2014.
17. Sainov M.P. Osobennosti chislennogo modelirovaniya napryazhenno-deformirovan-nogo sostoyaniya gruntovykh plotin s tonkimi protivofil'tratsionnymi elementami [Numerical Modeling of the Stress-Strain State of Earth Dams That Have Thin Rigid Seepage Control Elements]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012, no. 10, pp. 102—108.
About the authors: Radzinskiy Aleksandr Vladimirovich — engineer, LLC "Gidros-petsproekt", 11/10-3 Letnikovskaya str., 115114, Moscow, Russian Federation; [email protected];
Rasskazov Leonid Nikolaevich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Department of Hydraulic Engineering, Honored Scientist of the Russian Federation, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected];
Sainov Mikhail Petrovich — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Hydraulic Engineering, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected].
For citation: Radzinskiy A.V., Rasskazov L.N., Sainov M.P. Plotina stometrovoy vysoty s glinotsementobetonnoy diafragmoy po tipu «stena v grunte» [Clay-cement Concrete Diaphragm of the Type "Slurry Wall" in the 100 Meter High Dam]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2014, no. 9, pp. 106—115.
