Гидросооружения 2/2009

Подождите немного. Документ загружается.

ГИДРОТЕХНИКАГидросооружения 2/2009

ных вагонеток и барабанной бето-

номешалки на рельсовом ходу к мес-

ту работ было доставлено порядка

14 500 м

свежего бетона. Уплотнение

происходит с помошью поверхност-

ных вибраторов общим количест-

вом 78 шт., отдельно активируемых,

приводимых в действие с помощью

сжатого воздуха.

Уже через 3 часа торцовая опа-

лубка демонируется, и через 12 ча-

сов вся опалубочная платформа пе-

редвигается к следующему участку

бетонирования. Для последующей

обработки бетонируемые участки

отгораживаются и увлажняются.

Скорость бетонирования 24-мет-

рового участка составляет от 28 до

32 часов.

Монтаж трубопровода DN 500

и бетонной подошвы

В феврале 2007 г., через 6 месяцев

после начала бетонирования внут-

ренней обделки туннеля, началось

строительство трубопровода DN 500

GGG (ðèñ. 2). Прокладка трубопро-

вода происходит на предварительно

смонтированных в качестве предо-

хранительных сооружений скобах

с помощью передвигающегося на

свободном участке внутри туннеля

самодвижущегося крана для уклад-

ки труб. После монтажа арматуры

участок трубопровода бетонирует-

ся. Арматурная сетка и бетон подво-

зятся к месту монтажа по уже забе-

тонированной подошве с помощью

транспортировочной вагонетки .

Производительность на данный

момент составляет примерно 180 м

омоноличенного трубопровода в не-

делю. Завершение работ – при со-

хранении темпов проведения работ

– запланировано на июль 2007 г., то

есть примерно через 2 недели после

окончания работ по бетонированию

внутренней облицовки туннеля. В

сентябре 2007 г. начались работы по

сооружению водозаборных и водо-

отводящих сооружений, включая

монтаж металлоконструкций гидро-

технических сооружений.

4.2 Контрольно-смотровая галерея

Подземные работы

С 2006 г. фирмой Fa. Alfred Kunz

Untertagebau GmbH в плотине осу-

ществлялась проходка 210-метрово-

го контрольно-смотровой галереи и

четырех входов общей длиной 40 м.

Проходка сечения шириной 2 м и

высотой 2,9 м (ðèñ. 3) была произве-

дена буро-взрывным методом с рас-

стоянием между точками закладки

в один метр. Взрывные работы про-

ходили в условиях режима наполне-

ния и полного функционирования

плотины, наблюдение за подвиж-

ками и сотрясениями осуществля-

лось с помощью восьми геофонов.

Фирмой была разработана концеп-

ция проведения взрывных работ с

образцом взрыва. Для сопровожде-

ния взрывных работ был привлечен

независимый эксперт.

Опираясь на опыт проходок в

других плотинах из каменной клад-

ки, выполненных с применением

взрывных работ, и согласно выра-

ботанному плану для обеспечения

качества, были определены норма-

тивные условия проведения взрыв-

ных работ. Важным при этом было

соблюдение максимально допусти-

мой частоты колебаний в 200 мм/с с

интервалом в 1 м и 100 мм/с и отста-

ванием 2 м ко лбу забоя.

Обнаруженное после проведе-

ния трех пробных взрывов хорошее

состояние сцепления кладки по-

требовало наряду с подгонкой об-

разца взрыва увеличения коли-

чества взрывчатого вещества на

уровень. В результате поиска опти-

мального решения был выбран шаб-

лон взрыва, включавший в себя 55

шпуров, 20 уровней и больших про-

буренных скважин с параллельным

врубом. Взрывы в непосредствен-

ной близости к верховой грани вы-

полнены с асимметричным врубом

в воздушную сторону.

Осуществление контроля за

проведением строительных работ

До начала выполнения взрывных

работ были заложены две скважи-

ны диаметром 220 мм с обсадными

трубами типа PVC-U DN 150 для

пьезометров. Была произведена их

гидроизоляция. Также были соору-

жены необходимые измерительные

ниши. По окончании работ в конт-

рольно-смотровой галерее монти-

руются автоматические измери-

тельные устройства.

После бетонирования подошвы

галереи и лестничных подъемов

производится проходка колонко-

вых скважин DN 100 для установки

двенадцати точек измерения давле-

ния воды на подошву (ðèñ. 3), они

закрепляются стальными обсадны-

ми трубами DN 65 и оборудуются

соответствующими измерительны-

ми устройствами.

5 Перспективы

Окончание строительных работ по

сооружению системы замещаю-

щего водоснабжения запланирова-

но на третий квартал 2008 г. После

успешного проведения пробного

наполнения резервного водохра-

нилища и пробной эксплуатации

в течение трех месяцев туннелей

паводкового водосброса и системы

переброса на конец 2008 г. намечено

опорожнение головного водохрани-

лища. Завершиться все ремонтные

работы должны в конце 2011 г.

[1] [1] Humbsch, M. : Komplexe Instand-

setzung der Talsperre Klingenberg. In:

Dresdner Wasserbauliche Mitteilungen

(2005), Heft 29, S. 225 – 234.

[2] Thorwarth, J.; Sevis, I.; Humbsch, M.; Hei-

land, I.; Koengeter, J.: Instandsetzung

der Talsperre Klingenberg, Optimierung

und Kosteneinsparungen durch Mo-

dellversuche. In: Berichte des Lehrstuhls

und der Versuchsanstalt fuer Wasserbau

und Wasserwirtschaft der TU Muenchen

(2007), Heft 115.

Литература

Авторы

Dipl.-Ing. Michael Humbsch

Dipl.-Ing. Roland Maennel

Landestalsperrenverwaltung

des Freistaates Sachsen,

Referat Wasserbau

Postfach 100234

01796 Pirma

michael.humbsch@ltv.smul.sachsen.de

Dr.-Ing. Uwe Mueller

Saechsisches Landesamt fuer Umwelt,

Landwirtschaft und Geologie

Abteilung 4

Pillnitzer Platz 3

01326 Dresden-Pillnitz

Uwe.Mueller@smul.sachsen.de

ГИДРОТЕХНИКА Гидросооружения 2/2009

Теодор Штробль, Роланд Хоепффнер и Тобиас Хафнер

Плотины в карстовых горах Иордании

Выбрать новое идеальное место для строительства плотины – это редкость в настоящее время.

Чтобы определить возможные места для возведения высоких плотин, делается попытка на осно-

вании новейших знаний приспособить конструкцию плотин к сложным окружающим условиям. В

данной статье рассматриваются проблемы, часто возникающие в основании плотин на примере

находящейся в настоящий момент в стадии строительства плотины Аль Веда – гравитационной

плотины из укатанного бетона (RCC) высотой 80 м. Кроме того, излагаются проблемы ликвидации

фильтрации на комбинированной плотине Муджиб высотой 60 м, состоящей из гравитационной

плотины из укатанного бетона и каменно-набросной дамбы. Проблемы, о которых пойдет речь,

возникли после первого наполнения водохранилища.

1 Строительство высоких

плотин в Иордании

На большей территории Иорда-

нии, занимающей площадь около

90 000 км

, господствует континен-

Рис. 1: Схемы к расчету устойчивости секций плотины: a – традиционная

схема; b — не горизонтальное основание; c – расчетная схема для секций, ле-

жащих на крутых склонах; d – расчетная схема для секций со швами замко-

вого типа (shear lock)

тальный климат пустынь. Лишь

5% от всей площади можно исполь-

зовать для сельскохозяйственных

нужд, причем большей частью пред-

посылкой для этого является интен-

сивное орошение. Соответственно,

существует большая потребность в

обеспечении населения численнос-

тью 5,3 млн человек и продуктами

питания, и питьевой водой. Залега-

ющие близко к поверхности подзем-

ные бассейны грунтовых вод из-за

эксцессивного использования с це-

лью орошения и обеспечения пить-

евой водой почти истощены или за-

солены [1]. По этим причинам с 70-х

годов было построено 22 новых водо-

хранилища с общим объемом акку-

мулирования около 252,5 млн м

[2].

Гравитационная плотина Аль-Веда,

выполненная из укатанного бетона

(RCC), высотой 80 м и аккумулирую-

щим объемом в 110 млн м

находится

как раз в стадии строительства.

2 Гравитационные плотины

в условиях крутых склонов

долин

2.1 Запас устойчивости

гравитационной плотины

при крутых склонах долин

При расчетах устойчивости грави-

тационных плотин на сдвиг обычно

берут, согласно учебникам, попереч-

ное сечение в середине плотины и

горизонтальную поверхность осно-

вания, учитывают удерживающие

силы, то есть силу трения и, соот-

ветственно, также силу сцепления

по отношению к горизонтально при-

ГИДРОТЕХНИКАГидросооружения 2/2009

ложенной гидростатической нагруз-

ке в качестве поступательной на-

грузки и получают доказательства,

что имеется еще довольно большой

запас устойчивости (ðèñ. 1a).

Ситуация, однако, меняется,

если примыкание к основанию

или основание сооружения, «пред-

полагаемое авторами учебников и

почитателями норм по умолчанию

как горизонтальное», [3] образует с

горизонталью угол α (рис. 1b). Воз-

действующая по законам гидравли-

ки сила давления воды на основание

S получает большую площадь воз-

действия и увеличивается в 1/cos(α)

раз. Сила собственного веса соору-

жения G, напротив, уменьшается,

т. к. в расчете учитывается только

нормальная к основанию сооруже-

ния проекция. С увеличением угла

α растет также давление воды (S) на

основание и снижается доля воз-

действия силы собственного веса

сооружения на основание. Если эту

ситуацию перенести на блок, уста-

новленный на склоне долины (рис.

1 c), то выясняется, что, используя

этот метод классической «стати-

ки» плотины, даже при небольших

уклонах склонов нельзя более кон-

статировать устойчивое равнове-

сие. Запас устойчивости, таким

образом, должен быть установлен

в комплексе сцепления бетона с ар-

матурой. Блоки на склонах долины

закрепляются за соседние блоки.

Блоки в центральной части долины

должны дополнительно принимать

на себя действие горизонтальных

сил, воздействующих со стороны

склонов долины (рис. 1 d).

Классическое двухмерное рас-

смотрение схемы устойчивости на

сдвиг секции в русловой части в

соответствии с данным положени-

ем представляет для секций, рас-

положенных на крутых склонах,

слишком оптимистичный прогноз

в отношении запаса устойчивости,

так как здесь не учитываются силы,

действующие со стороны склонов.

Ломбарди [4] выдвигает тезис о

том, что недостающие удерживаю-

щие силы секций, находящихся на

склонах, последовательно переда-

ются соседним секциям вплоть до

середины плотины. На основе этого

примера он эффективно показыва-

ет, как снижается устойчивость на

сдвиг в сравнении с классическим

рассмотрением вопроса. В своих

разработках Ломбарди далее кон-

статирует, что запас устойчивос-

ти при расчетах на сдвиг зависит

от ширины центральной секции.

Последняя в условиях узких долин

имеет слишком малые резервы для

компенсации отсутствующих удер-

живающих сил секций, лежащих на

склонах. Ясно лишь, что классичес-

кое доказательство устойчивости

центральной части долины отража-

ет завышенный запас прочности, и

вопрос о надежности сооружения

при возрастающей гидростатичес-

кой нагрузке на подошву в услови-

ях крутых склонов долины в связи

с большей поверхностью воздейс-

твия приобретает особое значение.

Данная тема непосредственно

касается плотины Аль-Веда в Иор-

дании, которая, с одной стороны,

находится на водопроницаемом

карстовом основании, а с другой

стороны, расположена в узкой до-

лине с крутыми склонами. Перенос

непоглощаемых горизонтальных

сдвигающих сил с секций, находя-

щихся на склонах, на секции в рус-

ловой части плотины производится

посредством швов замкового типа

(shear lock, рис. 1d). В зависимости

от различных геологических и то-

пографических условий расстояние

между межсекционными швами со-

ставляет от 15 до 30 м.

2.2 Случаи выхода из строя

плотин, построенных на

крутых склонах долин

Далее будут описаны два из наибо-

лее крупных аварийных случаев с

гравитационными плотинами, при-

чиной возникновения которых ста-

ли проблемы, связанные с крутыми

склонами долин в местах располо-

жения створа.

Плотина Сент-Френсис,

США (St.-Francis-Mauer, USA)

12 марта 1928 г., вскоре первого пол-

ного наполнения произошло обру-

Talsperren im Karstgebirge Jordaniens

Um moegliche Standorte fuer Talsperren zu erschliessen, versucht man unter Zugrundele-

gung neuester Erkenntnisse die Talsperren oftmals schwierigen Verhaeltnissen anzupassen.

In diesem Beitrag werden Gruendungsprobleme am Beispiel der momentan im Bau befind-

lichen Al-Wehda-RCC-Mauer von 80 m Hoehe und die Probleme bei der Abdichtung des

Gebirges nach dem ersten Einstau der Mujib-Talsperre, eines aus RCC-Mauer und Stein-

schuettdamm bestehenden Kombibauwerkes mit 60 m Hoehe, behandelt.

Dams in the Karst Mountains of Jordan

New locations for dams are rare. Therefore dams have to be customized in a way to meet the

most recent standards of dam technology in difficult given environments. This article deals

with foundation problems shown exemplarily for the 80 m high Al-Wehda RCC dam which

is being built at the moment and the sealing problems that occurred after the first impound-

ment of Mujib dam, a combination of RCC and earth fill dam with a height of 60 m.

Рис. 2: Плотины Камара (слева) и Сент-Френсис (справа)

ГИДРОТЕХНИКА Гидросооружения 2/2009

шение 59-метровой гравитационной

плотины Сент-Френсис, сооружен-

ной недалеко от Лос-Анджелеса в

штате Калифорния [5]. Как отчет-

ливо видно на ðèñ. 2, центральная

часть плотины лишь немного смес-

тилась и осталась стоять, в то вре-

мя как секции на склонах смыты

на сотни метров в сторону долины.

Причины аварии были окончатель-

но установлены лишь десятилетия

спустя после катастрофы [6].

В числе первоочередных причин

называется тогда еще чрезвычай-

но скромный уровень знаний от-

носительно строительства бетон-

ных плотин из бетона (трещины,

обусловленные температурными

напряжениями, отсутствие конт-

рольного прохода, недостаточная

гидроизоляция основания, недо-

статочность проведенных геологи-

ческих изысканий, незапланиро-

ванные изменения в конструкции,

игнорирование воздействия дав-

ления воды на основание и т. д.).

Наряду с недостаточным запасом

устойчивости к опрокидыванию и,

как следствие, возникшие разрывы

в швах центральных секций пло-

тины, были названы в качестве су-

щественных причин аварии крутые

склоны долины и их геологические

характеристики. Так, левая часть

плотины была заложена на преж-

нем оползневом откосе, состояв-

шем из дробленого сланца. Возмож-

но, обрушение произошло также

вследствие слишком высокого про-

тиводавления воды на основание;

так как отсутствовала дренажная

штольня, противодавление воды на

основание сооружения в условиях

стесненной долины нельзя было

не компенсировать и не контроли-

ровать. Эта проблема была соот-

несена с плотиной Сент-Фрэнсис

лишь после аварии арочной плоти-

ны Мальпассе во Франции в 1959 г.

При первом наполнении в результа-

те гидростатического воздействия

произошел выпор основания под

левым береговым устоем плотины,

что привело к полному обрушению

арочной плотины. Хотя причины

аварии нельзя объяснить только

неверной оценкой геологии скло-

нов долины, тем не менее, это были

самые уязвимые участки.

Плотина Камара,

Бразилия

50-метровая плотина Камара из

укатанного бетона в штате Параи-

ба в Бразилии, построенная лишь в

2002 г., казалось, была возведена по

всем правилам техники.

Тем не менее, уже при первом на-

полнении 17 июня 2004 г. произош-

ла авария. В левом борту долины в

области основания образовалось

огромное отверстие, что несколь-

ко часов спустя привело к обруше-

нию дамбы (ðèñ. 2). Считается, что

причиной аварии является не опи-

санная подробно ошибка в конс-

трукции. К настоящему моменту

расследование еще не завершено.

Возможно также, что причиной ста-

ли нарушения технологии возведе-

ния плотин из укатанного бетона,

сквозная фильтрация в сочетании с

высоким гидростатическим давле-

нием на основание.

Откосам и склонам долин в ство-

рах возведения плотин, по оценке

авторов, часто уделяется слишком

мало внимания, их значение недо-

оценивается. Так статические рас-

четы запаса устойчивости против

сдвига и опрокидывания всех пло-

тин проводятся исключительно в

отношении центральных секций

плотин, хотя при трехмерном рас-

смотрении распределения нагру-

зок на отдельных участках в облас-

ти склонов, в связи с воздействием

гидростатического давления на ос-

нование под углом, имеют место го-

раздо большие значения сдвигаю-

щих или опрокидывающих сил.

3 Гидроизоляция основания

в карстовых горах

В Германии пробное наполнение

водохранилищ производится по

тщательно разработанному плану

запуска воды с фазами выдержки.

После возведения 60-метровой пло-

тины Муджиб полное наполнение

согласно графику было произведе-

но в два этапа.

На втором этапе пробного на-

полнения повышение уровня воды

в связи с паводком составило 25 м в

течение двух дней и, таким образом,

был достигнут проектный напор на

сооружении. Одновременно с этим

увеличивался спешно замерявший-

ся расход фильтрующейся воды

на правом склоне долины – от не-

скольких литров до 200 л/с и более.

Количество фильтрующейся

воды само по себе не является при-

чиной для беспокойства. В месте

сопряжения каменно-набросной

плотины с центральной секцией из

укатанного бетона на относитель-

но крутом склоне нельзя было ис-

ключить опасности возникновения

набухания глинистых грунтов ядра

плотины (ðèñ. 3). В связи с появле-

нием пространственного набухания

стандартные напряжения в ядре

плотины могут упасть ниже давле-

ния воды; в этом случае возникла

бы опасность «гидравлического

разрыва». Оценка показаний датчи-

ков давления грунта и порового дав-

ления, встроенных в ядро, подтвер-

Рис. 1: Трехмерное набухание и вспучивание грунтов в ядре плотины в месте

примыкания бетонных секций плотины Муджиб

Плотина из

укатанного

бетона

Каменно-наброс-

ная плотина

Каракские известняки

Правая каменно-

набросная плотина

Данные, полученные пье-

зометром, установленном

в основании плотины из

укатанного бетона в ка-

ракских известняках

Возможность облицовки

ГИДРОТЕХНИКАГидросооружения 2/2009

дили опасения. Тем не менее, при

перепроверке установки датчиков

давления грунта проявились обсто-

ятельства, которые делают оценку

давления грунта практически бес-

полезной; датчики были установле-

ны в выемке на почти метровой глу-

бине, что привело к значительному

отклонению в показаниях приборов

при замерах имевшегося, вероятно,

в действительности вертикального

давления грунта. Так как фильтру-

ющаяся вода была чистой, то после

тщательного исследования пришли

к выводу, что речь могла идти толь-

ко об обходной фильтрации и/или

протечек, вызванных некачествен-

ным цементированием скальных

грунтов основания и бортов.

В представленном случае речь

идет об основании плотины, распо-

ложенной на трещиноватом извес-

тняке, укрепленном цементацией.

Последующая оценка протокола

нагнетания, однако, показала, что

местами объем поглощаемого це-

мента уменьшался в направлении

от скважин первой очереди к сква-

жинам второй очереди, а скважины

третьей очереди, расставленные с

шагом в 1,5 м, тем не менее, четко

показывали больший объем погло-

щения раствора. Далее перепровер-

ка расстояний между скважинами

показала, что на некоторых участ-

ках, там где предполагалось нали-

чие плотной скальной породы, из-за

экономии имелись отклонения от

принятого шага бурения скважин и

последующего приближения сква-

жин второй и третей очередей це-

ментации.

Данные о процессе нагнетания,

когда в скважинах третьей очереди

вновь возросло поглощение инъ-

екционного раствора, являются

четким доказательством того, что в

скале имелись полые пространства.

В случае наличия полых простанств

в скале их непременно необходимо

отыскать и, соответственно, полно-

стью заполнить, применяя высокое

давление нагнетания.

Вода через не укрепленную в

полной мере скалу, незаполненные

большие трещины и полые про-

странства после наполнения водо-

хранилища очень быстро нашла себе

дорогу и промыла другие трещины.

Это предположение подтвержда-

ется также большим поглощением

массы раствора при последующей

дополнительной цементации. Было

выявлено, что на участке между

2,5 м и 4 м под контрольной галере-

ей длиной около 50 м было закача-

но до 3140 кг цемента на метр сква-

жины. Всего в уже существующую

инъекционную завесу было допол-

нительно закачано еще 240 000 кг

цемента, что соответствует объему

240 м

. К сожалению, данных о со-

отношении поглощения раствора в

л/мин и соответствующего этому

давления, посредством которых

можно было бы произвести разгра-

ничение по нагнетанию цемента в

трещины и в полые пространства,

не представлены. Сравнительно

высокие расходы инъекционного

раствора можно, вероятно, объяс-

нить тем, что большие трещины и,

как предполагается, пустоты воз-

никали при наполненном водохра-

нилище. И, вероятно, под воздейс-

твием гидростатического давления

инъекционный раствор, несомнен-

но, переносился намного дальше,

собственно, инъекционной завесы.

Большая толщина уплотненного

основания является, тем не менее,

дополнительной гарантией в отно-

шении дальнейшего вымывания.

После завершения второй фазы

работ по цементации значения

фильтрационных расходов вновь

вернулись к значениям в несколь-

ко литров в секунду. Плотина вот

уже 2 года практически полностью

наполнена, и объем фильтрующей-

ся воды не увеличился. Таким об-

разом, появилась возможность ис-

ключить версию «гидравлический

разрыв». Было, однако, предложено

смонтировать соответствующую

измерительную аппаратуру, чтобы

можно было быстро установить ве-

роятный фильтрационный расход

и положение кривой депрессии в

ядре каменно-набросной плотины.

Далее посредством пьезометров

постоянно контролируется паде-

ние кривой депрессии. Как и пре-

жде, четко определяется снижение

противодавления за инъекционной

завесой. При этом бросается в глаза

тот факт, что снижение давления в

сильно водопроницаемых извест-

няках в регионе Карак в среднем на

50–75% значительнее, чем в менее

водопроницаемых глинистых слан-

цах Фухаиса (25%).

4 Выводы и перспективы

Данные примеры четко показывают,

что каждая плотина, в конце концов,

является «штучным изделием на за-

каз», и некритическое перенесение

опыта из других регионов может

привести к возникновению больших

проблем, касающихся как надеж-

ности сооружения, так и финансо-

вых затрат. Последующее финанси-

рование дополнительных мер после

постройки плотин осуществляется

фондами из третьих стран, что было

чрезвычайно трудно, поэтому узнать

о наличии проблем можно лишь во

время наполнения, а это риск и сни-

жение безопасности.

[1] Aufleger, M.; Strobl, Th.; Hoepffner,

R. Technical Aspects of Groundwater Re-

charge. In: Proceedings of the Internatio-

nal Workshop, Water – a Crucial Object

in the Middle East and North Africa, 28.

– 30.11.2004, Irbid, Jordanien.

[2] Checchi & Company Consulting, DevTech

Systems: Evaluation of USAID/Jordan’s

strategic Objective 2: Improved Water

Resources Management, final report

prepared for USAID (2003).

[3] Mueller-Salzburg, L.: Der Felsbau – Zwei-

ter Band, Teil A: Felsbau ueber Tage, 2.

Teil: Gruendungen, Wasserkraftanlagen.

Stuttgart: Ferdinand Enke Verlag, 1992.

[4] Lombardi, G.: 3-D analysis of gravity

dams. In: Hydropower & Dams (2007),

Heft 1, S. 98 – 102.

[5] Jansen, R. B.: Advanced dam engineering

for design, construction, and rehabilita-

tion. Springer-Verlag, 1988.

[6] Rogers, J. D.: Lessons Learned from the

St. Francis Dam Failure. In: Geo-Strata,

Maerz / April 2006, S. 14 – 17.

Литература

Авторы

Prof. Dr.-Ing. Theodor Strobl

Joseph-Haas-Weg 35, 80290 Muenchen

th.strobl@bv.tum.de

Dipl.-Ing. Roland Hoepffner

Dipl.-Ing. Tobias Hafner

ГИДРОТЕХНИКА Гидросооружения 2/2009

Райнхард Шмид и Райнхард Фронауер

Асфальтобетонное крепление откосов

водохранилища под Бенгази

Проект «Великая рукотворная река» (Great-Man-Made-River) использует многочисленные древние

резервуары грунтовых вод в Ливийской пустыне для снабжения свежей водой густонаселенного и

плодородного прибрежного региона на севере страны. Вода по трубопроводам транспортируется

на расстояние до 1600 км в искусственные бассейны, находящиеся в областях назначения, откуда

уже распределяется в города для обеспечения их питьевой водой или для орошения сельскохо-

зяйственных угодий. Под Бенгази заканчивается строительство самого большого искусственного

резервуара для питьевой воды вместимостью до 24 млн м

с общей площадью асфальтобетонной

облицовки более 1 млн м

. Для производства работ по облицовке откосов и дна асфальтобетон-

ным креплением было разработано и затем применено специальное оборудование. Работы за-

вершили в марте 2007 г.

1 Введение

Так называемый проект «Великая

рукотворная река» в Ливии – это

известный во всем мире гидротех-

нический проект. Первые меропри-

ятия по реализации этого «проекта

столетия» начались еще в 1983 г.

Целью проекта является извлече-

ние природных подземных вод в

ливийской пустыне с последующей

переброской по трубопроводам к

густозаселенным и плодородным

равнинам, расположенным на побе-

режье Средиземного моря. Важные

этапы проекта к настоящему време-

ни уже завершены. Такие крупные

города, как Триполи, Сирт и Бенгази

уже снабжаются питьевой водой из

пустыни (ðèñ. 1). Наиболее важны-

ми с точки зрения технологии стро-

ительства объектами являются 5

крупнейших полей с более 1000 ар-

тезианских скважин, добывающих

воду с глубины до 800 м, а также во-

доводы, состоящие из труб диамет-

ром 4 м из предварительного напря-

женного бетона. Многочисленные

насосные станции обеспечивают

подачу воды вплоть до конечных

водохранилищ в регионах назна-

чения. Самое крупное по емкости

аккумулирующее водохранилище,

носящее имя Омара Мухтара, было

сдано в эксплуатацию в марте этого

года и к настоящему времени уже в

первый раз заполнено.

2 Водохранилище

Гранд-Омар-Мухтар

Прибрежный город Бенгази уже

сегодня ежедневно получает более

200 000 м

питьевой воды из артези-

анских скважин, расположенных

в 1600 км южнее. С вводом в экс-

плуатацию нового водохранилища

сельское хозяйство получает допол-

нительную воду для освоения боль-

ших плодородных равнин вдоль вос-

точного побережья залива Сирт.

Существует множество причин

для того, чтобы выбрать асфальто-

бетонное покрытие в качестве про-

тивофильтрационного герметизи-

рующего элемента для насыпной

плотины. Надежность, небольшие

затраты на поддержание в исправ-

ном состоянии и экономичность

технологии изготовления способс-

твуют успеху этого надежного

метода крепления. На водохрани-

лище Гранд-Омар-Мухтар общая

площадь асфальтобетонного пок-

рытия составляет 800 000 м

осно-

вания и 270 000 м

площади откосов.

ГИДРОТЕХНИКАГидросооружения 2/2009

Рис. 1: Система водоснабжения Ливии с водохранилищем Гранд-Омар-Мух-

тар недалеко от Бенгази.

Таким образом, создается страте-

гическая емкость водохранили-

ща объемом 24 млн м

, используе-

мая для орошения более 18 000 га

сельскохозяйственных угодий.

Уже сейчас планируется расшире-

ние этих площадей.

3 Общая информация

по проекту

Водохранилище образовано округ-

лой дамбой длиной 3600 м, мате-

риалом для изготовления которой

послужил дробленый известняк.

Внутри имеется система шахтного

дренажа из мелкого дюнного пес-

ка. Крепление откосов нижнего

бьефа – каменная наброска, а для

откосов с напорной грани предус-

мотрена фильтрующая зона, состо-

ящая из дробленого и просеянного

известняка. Наряду с необходимы-

ми дренажными свойствами она

должна была также обладать до-

статочной устойчивостью для того,

чтобы гарантировать надежную

проходимость откосов при рабо-

те строительных машин. Другим

важным аспектом была эрозионная

устойчивость еще не покрытой по-

верхности откоса в случае осадков.

Свойство, которое во время иногда

довольно сильных дождей, идущих

в зимние месяцы, зарекомендова-

ло себя с положительной сторо-

ны. Фильтрующую зону сделали

двухслойной, каждый слой имеет

толщину минимум 15 см. Таким об-

разом, для укладки асфальта было

получено ровное земляное полотно

с точным профилем.

Ложе водохранилища, лежащее

на известняках, было углублено

примерно на 5 м. Полученный скаль-

ный материал был временно склади-

рован на промежуточных площад-

ках и затем использован вместе с

другими материалами для отсыпки

дамбы. Дополнительно поставлялся

материал из расположенных при-

мерно в 20 км каменных карьеров.

Для корректировки небольших не-

ровностей скального основания и в

качестве переходного слоя к асфаль-

товому покрытию был использован

выравнивающий слой из минераль-

ных грунтов толщиной 20 см.

Водовпускное сооружение для

наполнения водохранилища донно-

го типа с семью стальными водово-

дами, позволяющими осуществлять

точную подачу воды в водохранили-

ще в соответствии с требованиями

момента. Водозаборное сооружение

расположено напротив водовпуск-

ного – для обеспечения циркуля-

ции воды в водохранилище. Водо-

приемник находится в основании

дамбы. От водоприемника вода по

горизонтальному стальному водо-

воду поступает в систему водоснаб-

жения, расход воды регулируется с

помощью расположенного за коль-

цевой дамбой затвора.

4 Проект асфальтобетонного

покрытия

Наружное асфальтобетонное гер-

метизирующее покрытие состоит

из связующего слоя толщиной 8

см и герметизирующего слоя тол-

щиной 6 см. Решающими для ус-

пешной эксплуатации водохрани-

лища являются места сопряжения

асфальтобетона с расположенны-

ми в водохранилище массивным

конструкциям. Для водохранили-

ща Гранд-Омар-Мухтар это глу-

боко посаженные водовпускные

и водозаборные сооружения. Для

подобного рода примыканий были

разработаны конструкции швов,

которые учитывали, с одной сто-

роны, характеристики упруго-

го асфальта и, с другой стороны,

жесткого бетона. Таким образом,

различные возможные деформа-

ции и смещения между асфальто-

вым креплением и бетонным со-

оружением не должны привести

к нарушению герметичности шва

примыкания. Основным элемен-

том конструкции шва является

шпонка из медного листа. Конс-

трукция шпонки типовая, с петлей,

препятствующей разрыву при от-

крытии шва. Материал заполнения

шва – асфальтовый мат и битум-

ная мастика. Такая конструкция

шва гарантирует герметизацию

на этом критическом участке даже

при неблагоприятных условиях.

Все использованные материалы

– материал заполнения шва, лис-

Сельскохозяйс-

твенный район

Джифара

Тунис

Тобрук

Алжир

ЕгипетСудан

Триполи

Сурт

Бенгази

Адждабия

Средиземное море

Оазис Не Ме-

бель Хассуна

Гадамес

Оазис Е Мебель

Хассуна

Сельскохозяйс-

твенный район

Эль-Каддахия

Насосная

станция

Брега

Оазис Серир

Тазербо

Оазис Тазербо

Насосная

станция

Серир

Куфра

Джагбуб

Сельскохо-

зяйствен-

ный район

Бенгази

Водохра-

нилише

Гранд-Омар-

Мухтар

ГИДРОТЕХНИКА Гидросооружения 2/2009

товая медь и т. д. – соответствуют

высоким требованиям качества

и успешно применялись в других

проектах.

У гребня дамбы асфальтобетон-

ное крепление примыкает к защит-

ному парапету – волноотбойнику.

Это примыкание расположено

выше уровня воды и, таким обра-

зом, не подвергается постоянному

воздействию давления воды, поэ-

тому отпадает необходимость в ус-

тройстве затратного шва примыка-

ния со шпонкой. Шов был заполнен

только упругой заливочной массой

на основе битума.

5 Асфальтобетонная смесь

Благодаря высококачественной

укладке материала и специально

приготовленной смеси, в состав

который в соответствующих про-

порциях входят дробленые грубо-

зернистые добавки, песок, запол-

нители и битум, можно получить

практически водонепроницаемое

асфальтобетонное крепление. Со-

став асфальтобетона должен одно-

временно обеспечивать упругость

и устойчивость даже при экстре-

мальных колебаниях температуры

вплоть до 70°C и выше. Для обес-

печения этих высоких требований

были проведены обстоятельные

лабораторные испытания в иссле-

довательской лаборатории, находя-

щейся на участке строительства. Ее

работа поддерживалась головной

лабораторией в Кельне, принадле-

жащей фирме Strabag. При проведе-

нии лабораторных испытаний были

использованы нормативы MS-2

Американского института асфаль-

та, в которых детально разработаны

все этапы проведения таких изыс-

каний. Вслед за лабораторными ис-

следованиями последовала серия

экспериментов на опытном участке

строительства для подтверждения

результатов исследований. После

успешного проведения пробных ра-

бот в ноябре 2005 г. начали укладку

асфальта.

6 Приготовление

асфальтобетона

Чтобы изготовить высококачест-

венный асфальт, нужно было про-

вести техническую модификацию

уже имевшейся на месте смеси-

тельной установки и привести ее в

соответствие со специфическими

американскими нормами. Это ка-

салось прежде всего автоматиза-

ции установки и цифровой записи

важных параметров смеси – веса

при дозировке и температуры на

различных участках процесса про-

изводства.

Технически подготовленная

установка была оборудована сис-

темой точной дозации, что обеспе-

чивало постоянный состав смеси, и

отклонения, например, в содержа-

нии битума, были ниже 0,1%. Про-

изводственная мощность установ-

ки составила около 140 т в час для

асфальтового биндера и примерно

120 т в час – для герметизирующе-

го слоя асфальта, что было вполне

достаточно, чтобы сделать работы

по укладке смеси с помощью ас-

фальтоукладчика непрерывными.

Рис. 2: Работы по укладке асфальта на откосах дамбы

Die Asphaltdichtung eines grossen Speicherbeckens bei Benghazi

Das Great-Man-Made-River-Projekt nutzt die fossilen Wasservor raete aus der libyschen

Wueste zur Versorgung der dicht besiedelten Kuestengebiete im Norden des Landes. Ueber

Betonpipelines wird das Wasser bis zu 1 600 km in die in den Zielgebieten errichteten Re-

servoirs transportiert, von wo es zur Trinkwasserversorgung der Staedte oder zur Bewaesse-

rung landwirtschaftlicher Anbaugebiete verteilt wird. Das groesste Speicherbecken, das

Grand-Omar-Mukhtar-Reservoir bei Benghazi, erhielt eine Asphaltdichtung, bestehend aus

je einer Binder- und Dichtungslage. Hierzu wurde ein speziell fuer den Boeschungseinbau

entwickeltes Geraet eingesetzt, das von fahrbaren Winden gehalten wird. Die Abdichtungs-

arbeiten wurden im Maerz 2007 abgeschlossen.

The Asphalt Lining of a Large Water Reservoir near Benghazi

The Great Man-Made River Project utilizes Libya’s vast fossil groundwater reserves in the

desert in order to supply fresh water to the populated and fertile Mediterranean coast.

Pipelines are trans ferring the water to artificial reservoirs in the target areas. Near Benghazi,

the largest reservoir with a capacity of twenty-four million cubic meters has recently been

completed and sealed by an asphalt lining of more than one million square meters. Special

equipment designed for hydraulic asphalt has been used to place the lining on the steep

slopes and on the reservoir floor.

ГИДРОТЕХНИКАГидросооружения 2/2009

Для крепления всей площади

размером более 1 млн м

в период

с ноября 2005 г. по январь 2007 г.

было произведено 370 000 т асфаль-

та. Все заполнители добывались в

расположенном в 25 км каменном

карьере. В рамках наблюдения за

контролем качества все компонен-

ты смеси проверялись в лаборато-

рии на месте строительства в соот-

ветствие с четко определенными

интервалами времени.

7 Укладка асфальта

На откосах дамбы уложили зону об-

ратных фильтров из минеральных

грунтов, а уже поверх нее – слой

асфальтового крепления с помо-

щью специальных агрегатов. Все

работающие на склонах дамбы ме-

ханизмы удерживались или пере-

мещались с помощью передвижных

лебедок, находившихся на гребне

дамбы (ðèñ. 2). Оборудованный

платформой с высоким коэффици-

ентом сжатия асфальтоукладчик

производил укладку полосы шири-

ной 5,5 м снизу вверх. Чтобы обес-

печить непрерывность укладки,

асфальтоукладчику с помощью за-

грузочной вагонетки с гребня насы-

пи постоянно поставлялась смесь.

Дополнительное уплотнение осу-

ществлялось двумя виброкатками,

которые удерживались с помощью

отдельных лебедок.

Таким образом, сначала осу-

ществляется проливка биндера, а

затем укладка герметизирующего

слоя асфальта. После отбора проб

для контроля качества асфальтовой

смеси для повышения гидроизоля-

ционных свойств на асфальтовое

полотно наносится горячая масти-

ка толщиной в 1,5–2 мм. Мастика

состоит примерно на 30% из битума

и на 70% из наполнителя (филлера)

с крупностью зерен 0–0,09 мм. Во

избежание оползания и текучести

асфальтового покрытия, вызывае-

мого высокой температурой повер-

хности из-за сильного солнечно-

го воздействия, в основу мастики

добавляются присадки. Этот слой

мастики на протяжении десятиле-

тий также будет защищать гермети-

зирующий слой асфальтобетона от

старения, вызываемого негативным

влиянием ультрафиолетового излу-

чения солнца.

8 Ход и завершение

укладочных работ

Для сокращения сроков строитель-

ства в целом работы по укладке

фильтрующего слоя были начаты

тогда, когда осталось отсыпать еще

примерно 30% объема дамбы. После

успешного проведения пробной ук-

ладки работы были начаты с уклад-

ки первого слоя асфальта. Затем в

феврале 2006 г. ввели ночную смену

для производства работ по дну водо-

хранилища. Из соображений безо-

пасности укладка на откосах дамбы

производилась только в дневную

смену (ðèñ. 3).

Паузы в ходе рабочего процес-

са, вызванные дождями, состави-

ли лишь небольшие перерывы во

время зимнего периода. Пыльные и

песчаные бури мешали ходу работ

значительно чаще и в течение более

продолжительного времени. Одно-

временно продолжалась отсыпка

дамбы. Чтобы рабочие на отдельных

у частка х не мешал и друг дру гу, а та к-

же для того, чтобы предупредить и

свести простои до минимума, потре-

бовались тщательное планирование

при проведении работ и постоянное

взаимное согласование. Результатом

хорошей совместной работы может

служить тот факт, что все заплани-

рованные работы по герметизации

были завершены уже через четыре

месяца после приемки последнего

участка откосов дамбы, который со-

ставлял 30% всей площади откосов.

9 Контрольно-

измерительная аппаратура

Для перехвата возможной фильтру-

ющейся воды и ее контролируемого

отвода по периметру дамбы была

предусмотрена система дренажа,

в которую должен производиться

отвод воды из фильтрующего слоя

откоса. Локализация места возмож-

ного нарушения асфальтового креп-

ления и, соответственно, возникно-

вения очага фильтрации может быть

установлена с помощью оптоволо-

конного кабеля, уложенного поверх

дренажного слоя. Дополнительно

с помощью пьезометров, установ-

ленных от гребня дамбы и откоса

нижнего бьефа до мест вне дамбы,

с установившимся уровнем грунто-

вых вод, проводится наблюдение за

уровнем грунтовых.

10 Наполнение

Наполнение емкости водохрани-

лища началось в июле 2007 г., после

того как были введены в эксплуата-

цию подводящие трубопроводы и

насосные станции. В соответствие с

планом наполнение водохранилища

проводится в несколько этапов, так

что полностью водохранилище за-

полняется только через полгода.

Выражаем благодарность

Авторы благодарят застройщи-

ков Great Man-Made River Utilization

Authority и их консультанта

Brown and Root North Africa, а

также заказчика, компанию General

Company for Building and

Construction за успешное сотруд-

ничество в этом проекте.

Рис. 3: Панорама чаши водохрани-

лища во время проведения работ.

Авторы

Dr.-Ing. Reinhard Schmid

Dipl.-Ing Reinhard Frohnauer

Strabag International GmbH

50679 Koeln

Reinhard.Schmid@Strabag.com

ГИДРОТЕХНИКА Гидросооружения 2/2009

Гундо Клебзаттель, Клаудиа Буркхардт, Корнелиус Торкуль, Андре Фер

Ремонтные работы по восстановлению

асфальтобетонного покрытия

Эггбергского водохранилища в 2005 г.

Двухслойное асфальтобетонное покрытие Эггбергского водохранилища по истечении 40-лет-

него срока эксплуатации не соответствует более необходимым требованиям. Метеоусловия и

возникающие как следствие работы гидроаккумулирующей электростанции колебания уровней

воды, а также усадка и появляющиеся эпизодически на склонах осадочные отложения оказали

негативное влияние на облицовку. На основании выводов, полученных на испытательных пло-

щадках, фирма «Вало Бертшингер» произвела летом 2005 г. укладку нового герметирующего

слоя на песочно-мастичной основе.

1 Эггбергское

водохранилище – верхний

бьеф гидроаккумулирующей

электростанции Зэкинген

Фирма «Шлюхзееверк», основан-

ная в 1928 г., находящаяся в Лауфен-

бурге, располагает пятью гидро-

аккумулирующими электростан-

циями в Щварцвальде. Их мак-

симальная производительность

составляет 1836 МВт в турбинном

режиме и 1604 МВт в насосном

режиме. Находящаяся в эксплу-

атации с 1967 г. электростанция

Зэкинген использует перепад в

400 м между Эггбергским водо-

хранилищем в качестве верхнего

бьефа и Рейном в качестве ниж-

него бьефа. В турбинном режиме

максимальный расход через четы-

ре агрегата равен 8 м

/с. Подача

воды при помощи четырех насосов

из Рейна в Эггбергское водохра-

нилище составляет максимально

69 м

/с (ðèñ. 1).

Нормальный подпорный уро-

вень водохранилища располагается

Рис. 1: Схематичный разрез сооружений гидроаккумулирующей электро-

станции Зэккинген

на высоте 700 м над уровнем моря,

конечный уровень понижения –

на отметке 679 м. Полезный объем

2,1 млн м

достаточен для того, что-

бы турбины работали с максималь-

ной производительностью на про-

тяжении 6 часов. Кольцевая дамба

длиной 1340 м с верховой стороны

(с заложением 1:1,75) уплотняется

двухслойным асфальтобетонным

Рейн

Подводящий туннель,

расположенный ниже

уровня воды в Рейне

Подъездной

туннель

Штольня для систем

электроснабжения

Напорная

шахта

Эггбергское водохранилище

Гид рав-

лический

затвор

Туннель для

обводной системы

Подземные конструкции

гидроаккумулирующей

электростанции Зэккинген