1.Cechy charakteryzujące przydatność gr. do budowy zapór:

Podstawowym warunkiem bud. z. ziemnej lun narzutowej jest możliwość wykorzystania miejscowych mat., położonych w bliskim miejscu bud. materiały te powinny cechować się wł. gwarantującymi możliwość bezpiecznego spiętrzenia wody przez zaporę, a więc zachowania jej stateczności oraz dostatecznej szczelności. Charakteryzujące się dużymi wartościami kąta tarcia wew. A wiec gwarantujące stateczność grunty niespoiste(P,Ż) oraz narzut kamienny duża przepuszczalność nie mogą wiec zapewnić dostatecznej szczelności zapory natomiast gr. spoiste o dużej szczelności maja zwłaszcza w stanie nawodnionym niska wytrzymałość na ścinanie a wiec malo korzystne właściwości na stateczność zapory. Jako mat. do bud. zapor lub innych elementow stosowac można w zasadzie wszystkie grunty przy czym należy unikac gr. zawierajacyuch czesci organiczne w ilości przekraczające 3%(wagowo).Gr. przekraczające wiecej niż 5% czesci wyplukiwanuch (rozpuszczalnych).Gr. kamienistych i kamieni ulęgających rozkładówki poddziałaniem czynnikow atmosferycznr. Lessowych zastosowanie wymienionych mat. jest możliwe jedynie wyjatkowo i wymaga specjalnych opartych o szczegółowe badania rozwiązań projektowych. Do bud. zapory należy w miare możliwości wykorzystywać zloza mat. znajdujących się na obszarze czaszy zbiornika a to w celu unikniecia dodatkowych wywłaszczeń oraz w konieczności pozniejszego zagospodarowania terenow wyekspolautowanych zloz.

Grunty nie spoiste przepuszczalne (P,Ż) stosowane SA do bud. korpusu zapor wszelkich typow , w przypadku zapor bez odrębnych elementow uszczelniających stosowanie takich gr. ograniczone jest do przypadku, gdy straty filtracyjne mieszcza się w granicach dopuszczalnych. Dla zapor bedz odrębnych elementow uszczelniających stosuje się na ogol gr. o stosunkowo nie dużej przeposzczalnosci (Pg,Gp), Zaleca się aby czesc odpowietrzna korpusu była wykonana z gr. niespoistych (P,Ż).Gruntowe (plastyczne ) elementy uszczelnienia wykonywane sa ze slabo przeposzcalnych gr. (Pg,Gp,G,I). Gr. żwirowe i otoczkowe maga być stosowane zarówno jako na korpus jak i na uszczelnienie. Wskaźnik różnorodności takich gr. powinien spełniać warunek:U60 = d60/d10 > 15 co gwarantuje latwa zageszczalnosc.

2.Typowe konstrukcje zapor ziemnych. Zapory ziemne i narzutowe zwane często zaporowymi z mat. Miejscowych bud. SA ze znajdujących się w pobliżu miejsc budowy mat. Ziemnych lub kamiennych

2.1 ze względu na mat. Uzytu d bud.

-zapory ziemne ze wszystkich rodzajow gr. Od żwirów do ilow, -zapory narzutowe (z narzutu kamiennego) , -zapory ziemno narzutowe

2.2 ze względu na konstrukcje a - zapory bez odrębnych elementow uszczelniajacych , -zapory jednorodne -zapory strefowe, wykonane z kilku rodzajow gr.

b - zapory z elementem uszczelnijacym -zapory z rdzeniem , -zapory z ekranem pochylym znajdującym się w bezpośredniej bliskości skarpy odwodnej , -z skarpowym elementem uszczelnijacym na skarpie odwodnej - z rdeniem pochylym znajdujący polozenie pośrednie miedzy ekranem z rdzeniem pionowym

2.3 ze względu na mat. z jakiego wykonane sa elementu uszczelniające - zapory z elementami gruntowymi z malo przepuszczalnych gr. Spoistych - zapory z elementami elementami innych mat. (beton, żelbet, asfaltobeton)

2.4 ze względu na sposób uszczelniana podloza pod zapora

a - zapory bez uszczelnienia podloza na podłożu nieprzeposzczalym

b- zapory z elementami uszczelniającymi , przeposzczal;ne podloze - z przeslona uszczelniajaca siegajaca do warstwy nieprzepuszczalnej, -z fartuchwm

2.5 zw względu na sposób wykonania

- zapory sypane w których korpus zapory układany jest w kolejnych warstwach i zagęszczany jest mechanicznie, -zapory namywane ( hydrauliczne) - zapory częściowo namywane, a częściowo sypane , - zapory wykonywane za pomaca wybuchow kierowanych na zboczach doliny

Przy wyborze typu zapory bierzemy pod uwage - istnienie zasobow zloz mat. Miejscowych, - właściwości fizyczno mechaniczne tych mat.

- warunki geologiczne oraz właściwości fiz-mech podloza, - czas trwania bud., - możliwości technologiczne przedsiebierst wykonawczych

4. Uszczelnienie korpusu i podłoża zapór:Uszczelnienie podłoża zapory

Zapora wraz z podłożem powinna stanowić na tyle szczelny układ aby spełniać warunki: - przesiąki nie mogą spowodować naruszenia zasad gospodarki wodnej zbiornika, a gradienty ciśnienia powinny zostać zmniejszone do wartości nie grożącym naruszaniu stateczności i struktury gruntu nasypu i podłoża.W przypadku posadowienia zapory na podłożu przepuszczalnym o dużej miąższości uszczelnienie tylko korpusu nasypu prawie wcale nie zmniejsza przepływu filtracyjnego przez korpus ani nie zmniejsza ciśnienia piezometrycznego stąd też jeśli wymagane jest znaczne ograniczenie strat filtracyjnych a w podłożu zalegają grunty mieszane lub skały o jednakowej wodochłonności μ ≥ 0,01 - 0,09 l/min⋅mm należy liczyć się z koniecznością całkowitego lub częściowego uszczelnienia podłoża. Całkowite uszczelnienie podłoża stanowi ciągła przesłona łącząca konstrukcję uszczelnienia zapory z warstwa suchą zalegającą głębiej w podłożu

Częściowe uszczelnienie może stanowić fartuch lub przesłona zawieszona, które wydłużają drogę filtracji w stopniu niezbędnym dla ograniczonego przecieku oraz dla zredukowania sił grawitacyjnych.

Podłoża przepuszczalne nie muszą być uszczelniane tylko w przypadku posadowienia na nich zapór bez uszczelnienia. W zaporach takich korpus projektujemy w taki sposób aby zapewnić przedłużenie drogi filtracji odpowiednio do dopuszczalnych strat wody i odporności gruntu na działanie sił filtracyjnych. Miejsce wypływu wody zabezpieczamy odpowiednim drenażem. Rozwiązania takie mogą być stosowane w zaporach niskich . Należy mieć na uwadze że „k” podłoża wpływa na ilość filtrującej wody a nie na rozkład ciśnienia i siły filtracyjnej i wielkości tych wymiarów.

Uszczelnienie podłoża skalnego wykonanego w formie pionowej przesłony zastrzykowej którą stanowi wąska i głęboka strefa skały, której spękania i szczeliny zostały wypełnione materiałem wtłoczonym w otwory wiertnicze.

Uszczelnienie pionowe podłoża przesłoną zastrzykową.

Przesłona składa się z jednego lub kilku otworów wiertniczych do których wprowadza się pod ciśnieniem materiał przeznaczony do uszczelnienia podłoża. Przesłony łączy się ze stopą uszczelnienia korpusu zapory bezpośrednio lub poprzez galerię zastrzykowo - kontrolną. Głębokość przesłony powinna osiągać skałę nie zwietrzałą i mało spękaną, której wodochłonność odpowiada jednostką Lugeona q = 0,01 - 0,03 l/min⋅mm. Odstęp między otworami w rzędzie ustala się na podstawie próbnej cementacji kilku kolejnych zastrzykiwanych otworów rozmieszczonych w kilku odstępach. Na podstawie pomiarów wodochłonności przed i po cementacji w otworach cementacyjnych i rozmieszczonych między nimi otworach kontrolnych określa się promień rozchodu roztworu w szczelinach skały i zakres skutecznego uszczelnienia korpusu z jednego otworu. Rozstaw otworów przyjmuje się w granicach 1,6 - 1,8K.

W praktyce rozstawy wynoszą najczęściej 1,5 - 6,0 m, przy czym rozstaw może być większy im większa jest wodochłonność skały. Grubość przesłony można sprawdzać na dopuszczalny gradient filtracji w obrębie przesłony i =
( rys 2)

Wartość dopuszczalnego gradientu zależna jest od rodzaju materiału użytego do zastrzyku.

Dla zawiesin cementowych i zapraw cementowo - piaskowych przyjmuje się i = 20 - 25, roztworów cementowo - iłowych i = 10 - 15. W miejscu połączenia przesłony z podstawą rdzenia zapory gradient nie powinien być mniejszy od smukłości rdzenia lub przesłona powinna być oddzielona od rdzenia blokami betonowymi. Przesłony zastrzykowe wykonuje się zwykle jako pionowe. W pewnych warunkach np. przy nachyleniu stromym, konieczne jest wykonanie przesłon nachylonych Średnica otworów wierceń zastrzykowych powinna być najmniejsza aby zapewnić określoną prędkość przepływu roztworu. Zastrzyk wykonuje się metodą zastępczą tj. od góry lub od dołu. Metoda od góry pozwala na stosowania większych ciśnień a zatem większych rozstaw, a metoda od dołu jest stosowana w skałach bardziej spękanych przy większych ciśnieniach roztwór może obejść uszczelkę i zacementować otwór. Metoda ta jest tańsza i szybsza i pozwala na oddzielenie robót wiertniczych od robót zastrzykowych. Strefy zastrzykowe w skale wynoszą zazwyczaj 3 - 5 m.

W utworach aluwialnych zastrzyki wykonuje się z otworów zarurowanych.

Do zastrzyków w aluwiach stosujemy rury z wentylami mankietowymi z kauczuku, które wprowadza się do otworów wiertniczych

Substancje stosowane do zastrzyków

Roztwory cementowo- wodne ( zawiesiny nietrwałe )

Stosowane w stosunku
, wymagają one stale dużych ciśnień, które wpływają na rozwarcie szczeliny ułatwia penetrację danej zawiesiny. Gęstość zawiesiny stopniowo się zwiększa do zlikwidowania chłonności strefy.

Zastrzyki cementowe są nie przydatne do stref aluwialnych, już przy ziarnach mniejszych niż 0,2 mm - cement nie dostaje się do porów, przy grubych - cement obejmuje bliskość otworów - niewielki zasięg uszczelnienia strefy

W zawiesinach stabilizowanych nie występuje sedymentacja materiałów więc mają one lepszą przenikalność, wielkość ciśnienia odgrywa mniejszą rolę nawet przy spękaniach, duże ciśnienia mogą być niekorzystne.

Zawiesiny stabilizowane nadają się do zastrzyków z piasków i żwirów, ich wytrzymałość mechaniczna podobnie jak bentonitu jest wyższa od wytrzymałości emulsji bitumicznych.

Żywice organiczne są materiałem o lepkości bardzo małej, a więc niezwykle przenikliwymi - ich lepkość do momentu polimeryzacji jest tylko 1,5 - 2 razy większa od lepkości wody.

Można przyjąć, że przenikają przez każdy ośrodek przez który przenika woda, a więc mogą być stosowane do uszczelnień najdrobniejszych szczelin.

W podłożu mają powstawać wtórne próżnie na skutek sedymentacji zawiesin nietrwałych wskutek skurczu podczas wiązania. W celu ich wyeliminowania stosujemy niekiedy zawiesiny ekspansywne, które uzyskuje się przez dodanie do cementu gipsu, pyłu dymicowego, piasków aluwialnych. Mała domieszka tego materiału eliminuje wpływ skurczu, przy większej domieszce można uzyskać w podłożu określona naprężenia efektywne. Działanie domieszki gipsu i popiołu daje słabsze wyniki, lepsze wyniki dają aluwia lub mieszanina siarczanu glinu i wapnia

Przykład:

1.Zpora w Tresnej

Przesłona jednorzędowa wykonana w warstwach godulskich fliszów karpackich o spękanych piaskowcu

2.Zapora Serre - Poncon

Przesłona wielorzędowa wykonana w aluwiach rzeki Purance. Przesłona w wykopach pod osłoną zawiesiny tiksotropowej ( porów w zaporze Głębinów) W przypadku zapór niskich na podłożu skalnym bardzo silnie przepuszczalnym uszczelnienie zastrzykowe jest bardzo trudne i kosztowne. Można stosować uszczelnienie powierzchni w postaci pomru wykonanego z gliny, asfaltu lub folii. Uszczelnienie takie może być stosowane jeżeli charakter szczelin i położonych wód gruntowych wskazuje wyłącznie na ruch laminarny wody w podłożu. W przypadku występowania kawern, dużych spękań, kanałów np. krasu należy po niezbędnym rozeznaniu zlikwidować spękania przez zabetonowanie powierzchni stref wlotów lub zabetonować strefy podziemne betonem wprowadzanym pod ciśnieniem. Uszczelnienie gruntu ścian wykonujemy przy zastosowaniu stalowych ścian, szczelnych przesłon betonowych lub z glinocementu wykonywany w wąskich wykopach pod osłoną zawiesin tiksotropowych, a także zastrzyk. Przesłony szczelne powinny mieć zapewnioną ciągłość projektową .

Uszczelnienie poziome podłoża - fartuchy szczelne

Jeżeli podłoże szczelne występuje na bardzo dużej głębokości lub gdy budowa i właściwości filtracyjne podłoża uniemożliwiają wykonanie przesłon pionowych stosuje się uszczelnienie poziome dna zbiornika.

Zakres takich uszczelnień jest uzależniony od warunków geologicznych i wymaganego stopnia uszczelnienia - w krańcowych przypadkach uszczelnia się całkowicie dno zbiornika. Turgue w Ibicy - powierzchnia 600 ha i głębokość do 35 m - jako uszczelnienie zastosowano folię polietylenową o grubości 0,2 mm układaną paskami o szerokości 430 cm i zgrzewano na stykach. Folia została zabezpieczona warstwą ochronną gruntu grubości 0,5 m. Zapora Ultinape w Turcji, której podłoże zbudowane jest z aluwiów o miąższości 30 cm zalegających na zwietrzałych i skrasowiałych wapieniach. Wykonano tam uszczelnienie poziome z gliny na długości 700 m powyżej zapory. Grubość fartucha wynosi 1 m przy piętrzeniu 25 m, na zboczach zastosowano uszczelnienie betonem na płytko występującej skale. Uszczelnienie poziome w większości przypadków jest tylko częściowe i jego zadaniem jest zmniejszenie gradientu ciśnień filtracyjnych w obrębie korpusu zapory o 40 - 60 % i odpowiednie zmniejszenie strat filtracyjnych ze zbiornika. Szerokość uszczelnienia fartucha która zapewnia uzyskanie takiego wyniku w przypadku jednorodnego materiału powinna wynosić 3 - 5K gdzie K - wysokość piętrzenia. W Polsce zastosowano fartuch z gliny o ograniczone szerokości przy zaporze w Przeczycach na Przemszy, Czańcu na Sole przy obwałowaniach bocznych zbiornik w Tresnej : Grubość fartuch z gliny wynosi 1/15 - 1/25 ciśnienia wody lecz nie mniej niż 0,5 m Fartuchy muszą być zabezpieczone przed uszkodzeniami mechanicznymi, przesychaniem, przemarzaniem.

Zabezpieczenia wykonuje się w formie gruntowej w warstwie ochronnej grubości 0,5 - 1,0 m. Sposób ten nie może być zastosowany w przypadku zbyt płytkiego zalegania silnie spękanego podłoża skalnego w którym występują wody szczelinowe.

Ponadto w szczelinach może następować wymywanie i przemieszczanie materiału wypełniającego w efekcie istnieje niebezpieczeństwo wystąpienia źródeł i przebić hydraulicznych podłoża w dolnym stanowisku zapory co jest trudne do zlikwidowania i bardzo niebezpieczne dla stateczności zapory.

Uszczelnienie zapory powinno spełniać następujące warunki:

— przepływ filtracy nie może przekraczać ilości dopuszczalnej ze względów eksploatacyjnych zbiornika i nie może powodować wystąpienia sił hydrodynamicznych w korpusie zapory w stopniu mogqcym naruszyć jej stateczność,

— konstrukcja i rodzaj materjalu uszczelnienia nie moga wplywąc na statecznoś zapQry, w stopniu obniżającym współczynniki bezpieczeństwa poniżej wartości dopuszczalnych,

— odkształcenia konsolidacyjne i wywołane obciązeniem zewnętrznym nie powinny powodowac naruszenia ciągłości uszczelnienia

— uszczelnienie musi być odporne na dzialanie wód filtracyjnych,

— uszczelnienie powinno być zabezpieczone. przed„uszkodzeniami_spowodowanymi działaniem mrozu lub nasIonecznieniem, działaniem mechanicznym lub zmianą właściwości wskutek starzenia się materiału, a zapora powinna być zabezpieczona przed skutkami tych uszkodzeń.

Rdzenie uszczelniające z gruntów spoistych Rdzenie z gruntów spoistych są uważane za najbezpieczniejsze i z tego względu są najczęściej stosowane. Charakterystyczne rozwiązanie uszczelnienia gliną stanowi rdzeń zapory w^Tresnej (rys. 8-10), wykonany z glin deluwjalnych. na uszczelnionym podłożu. Materiał ten zawierał do 10% okruchów zwietrzałego piaskowca o wymiarach dochodzących do 100 mm. Smukłość rdzenia czyli stosunek •wysokości piętrzenia do szerokości rdzenia przy podstawie

na poziomie zwierciadła dolnej wody, wynosi 3,2. Rdzeń zabezpieczony jest z obu stron przejściowymi warstwami filtracyjnymi. Połączenie rdzenia z uszczelnionym podłożem jest rozszerzone i obejmuje_galene_zą strzyjkowo-kontrolną. Glinę dowożono samochodami bezpośrednio ze złoża, rozgarniano i zagęszczano spycharkami w warstwach grubości ok. 25 cm. Prace te prowadzono przy pogodzie bezdeszczowej.Innym typem rdzeni wykonanych z gliny są rdzenie pochyłe, mniej korzystne, pod względem statycznym, jednak znacznie ułatwiające organizację robót ziemnych.

Na rdzenie z gruntów spoistych wskazane jest stosować -grunty_o uziarnieniu micszczqcym się w granicach podanych na rys. 8-12. Można również stosować rumosze gliniaste o zawartości kamieni do 50% masy gruntu [23), przy czym średnica maksymalnego ziarna w niektórych przypadkach dochodziła do 250mm Wymiary rdzenia wykonanego z gruntów o współczynniku filtracji k = lO-4 do lO-5 należy sprawdzać ze względu na dopuszczalne siraty filtracji. Rdzenie z gruntów praktycznie nieprzepuszczalnych (k=10-6 cm/s) wymiaruje się ze względu na odpornosc filtracyjną lub konstrukcyTnie.

Na konstrukcję rdzenia może mieć wpływ ilość różnych rodzajów mumateriałó\v_ziemnych przeznaczonych na budowę zapory. Jeżeli w pobliżii budowy występują duże złoża glin. a jednocześnie brak jest materiałów na nasyp statyczny, część szczelna zapory zostaje rozbudowana znacznie ponad potrzeby wynikające z warunków ograniczenia filtracji. W przy-

padkach krańcowych, cały zasadniczy nasyp zapory wykonuje się z gruntów gliniastych, stosując jedynie odpowiednie ubezpieczenie skarp i drenaż. Jako przykład może służyć zapora Lukacowice na Morawach, ukończona w 1930 r.

Ekrany żelbetowe

Jeżeli wykonanie uszczelnienia z gruntów spoistych jest trudne z uwagi na brak materiałów bardzo kosztowne lub niekorzystne z punktu widzenia organizacji robót (na 'przykjad warunki klimatyczne pozwalają naprowadzenie budowy tylko przez pnrę miesięcy w roku), wówczas najczęściej odpowiednim rozwiązaniem okazuje się nie gruntowy ekran

uszczelniający na skarpie od wodnej. Ekran taki jest tym bardziej ekonomiczny, że .stanowi jednocześnie niezbędne umocnienie skarpy. Na ekrany stosowano rózne materiały materiały: beton żelbet masy asfaltowe metal folie z

materiałów syntetycznych. Najpowszechniej stosuje się płyty żelbetoe i asfaltobeton. Ekrany betonowe pękają przy nierównomiernym osiadaniu podłoża oraz ulegają szybszemu niszczeniu w strefie spękań skutkiem przemarzania. filtracji, falowania wody itp. Technika budowy ekranów niegruntowych rozwinęła się głównie przy wykonywaniu zapór

narzutowych i ziemno-narzutowych^ których stosunkowo wąskie przekroje poprzeczne wymagały wykorzystania całej masy korpusu zapory do uzyskania ogólnej stateczności nasypu.

Ekrany obwałowań bocznych mają jeszcze prostszą konstrukcję. Stosowano w nich płyty grubości 12—15 cm, zbrojone w osi przekroju siatką z prętów. Dylatacja_uszczelmona-jest dgska_pozQ^tawinną między płytami podczas betonowania, dochodzącą do poziomu zbrojenia, tj. do połowy grubości płyty. Górną część szczeliny zalewa się |jbitumemJ3?ak proste

rozwiązanie o ograniczonej trwałości można dopuścić w braku odpowiedniejszych materiałów uszczelniających i w braku specjalistycznego sprzętu, w przypadkach nasypów o bardzo niskim piętrzeniu. Dotychczasowe doświadczenia krajowe wskazują, że bitum jest szybko niszczony w strefie zasięg falowania, natomiast uszczelnienia taśmą PCW nie ulegały uszko-

dzeniom. Bardziej skomplikowaną konstrukcję dwuwarstwowego ekranu żelbetowego wykonano na innej z zapór (rys. 8-15). Ekran ułożono na warstwie drenażowej odwadnianej poprzez galerię kontrolną. Wyloty drenażu skonstruowane sa w sposób umożliwiajacy dokonywanie pomiaru ciśnienia wody pod ekranem.

Inne sposoby uszczelniania korpusu zapory.

1.Rdzenie sztywne z betonu lub żelbetonu.

Stosuje się przy nie wysokich piętrzeniach do 30 m w zaporach na podłożu skalnym, mało odkształcalnym- duże odkształcenia podłoża mogą spowodować spękanie rdzenia.Rdzenie sztuczne buduje się w miarę postępu robót ziemnych z wypiętrzeniem ich na wys. 3 - 4 m, znane są również przypadki wykonania całego rdzenia przed rozpoczęciem nasypu postęp robót ziemnych przy formowaniu nasypu powinien być jednakowy po obu stronach rdzenia. Podstawa rdzenia powinna być zakotwiona w podłożu skalnym. W obrębie podstawy rdzenia wykonuje się zazwyczaj galerię kontrolno - zastrzykową. Rdzeń dzieli się pionowymi dylatacjami w odstępach 10 m z uwagi na znaczną różnicę osiadań gruntu i betonu co utrudniało by współpracę materiału oraz na możliwość ścięcia rdzenia przez duże obciążenia spowodowane parciem gruntu i wody. Rdzenie tego typu są nie zbyt pewne.

2.Uszczelnienie z folii z tworzyw sztucznych

Np. zapora ziemno - narzutowa Mossion w Kanadzie - wys. 61 m z ekranem z gliny, który uległ deformacji wskutek odkształceń zapory i uszkodzenia warstw przejściowych. Celem jego zabezpieczenia było - na skarpie odwodnej o nachyleniu 1 : 3,8 ułożono uszczelnienie z folii PCW grubości 0,76 mm i przykryto warstwami ochronnymi - kolejno gliny, piasku i żwiru o łącznej grubości 2,0 m

Wykonano również zapory, w których folia została wykorzystana jako uszczelnienie podstawowe ( przykład zapora Contrada - Sabetta we Włoszech o wysokości 25 m. ) Ma ona ekran z folii o grubości 2 mm . Arkusze folii ułożono na warstwie betonu porowatego o grubości 10 cm podbudowanych na płytach betonowych o wymiarach 7,0×7,0×0,25 m. Warstwę ochronną nad folią wykonano z płyt żelbetowych o wymiarach 2,0×2,0×0,2

Zaletą uszczelnienia z folii jest niski koszt i łatwość wykonania, dla spowolnienia procesów starzeni się folii dodaje się stabilizatory. Ocenia się że przy zastosowaniu polietylenu lub PCW do zapory o wysokości do 50 m okres trwałości wynosi ok. 30 lat. Folia zabezpiecza przed dużymi zmianami temperatury i bezpośrednim napromieniowaniem promieniami słonecznymi.

5.Podloze i jego wpływ na zapore.

Zapory ziemne i narzutowe mogą być posadowione na prawie wszystkich gruntow i skal. Rodzaj podloza w dużym stopnu wpływa na konstrukcje zapory. Na podłożu skalnym można posadowic zapory wszystkich typow, przy czym kształt zapory będzie zależał od właściwości mat. użytego do bud. zapory. W przypadku podloza gr. Nie spoistych należy tu raczej stosoawac gruntowe elementy uszczelniające. W razie braku odpowiednich gr. Slabo przepuszczalnych należy wybrac rozwiązanie z uszczelnieniem nie gruntowym (plyty betonowe lub żelbetowe, asfaltobeton), którego konstrukcja powinna zlewnic szczelność przy spodziewanych osiadaniach zapory i podloza. Podloze ze sl;abych gr. - namolow gr. Organicznych torfow - uniemożliwiają posadowienie wysokich zapor. Zaleznie od cech tych gr. Stosuje się rozne rozwiązania jak: usowanie gr, słabych, przyspieszenie konsolidacji.Torfy w podlozy można zastosowac tylko przy niskich zaporach i przy wysokim ponad 50% stopniu rozłożenia torfu. Od charakteru podloza zależeć będzie konieczność jego uszczelnienia. Jako uszczelnienie podloza przewiduje się za pomoca przeslon.

6. Technologia budowy zapór ziemnych:

Korpus zapory ziemnej można zbudować metodą sypania lub metodą hydrauliczną. W niektórych przypadkach stosuje się obydwie metody jednocześnie, część zapory wykonywana jest jedną, a część — drugą metodą.

Metoda sypania polega, najogólniej biorąc, na układaniu gruntu poziomymi warstwami o określonej grubości. Grunt jest dowożony na korpus zapory i następnie rozgarniany tak, aby tworzył mniej więcej warstwy jednakowej grubości, z których każda przed położeniem, następnej jest zagęszczana mechanicznie, np. walcami wibracyjnymi, aż do uzyskania wymaganego stopnia zagęszczenia^ Odstępstwo od podanej technologii budowy może mieć miejsce tylko w szczególnych przypadkach, np. wtedy, gdy do budowy stosowany jest grunt kamienisty;

Metoda hydrauliczna, zwana niekiedy metodą namywania, namulania lub napławiania, polega na odspajaniu,transportowaniu i układaniu gruntu w zaporze za pomocą strumienia wody." W niektórych przypadkach wodę stosuje się tylko do transportu i układania gruntu w zaporze. Pompy pobierają ze złoża grunt zmieszany z wodą i tłoczą mieszaninę rurociągiem na korpus budowanej zapory. Na miejscu wbudowania mieszanina wody i gruntu odpowiednio kierowana rozpływa się, cząstki gruntu

osadzają się tworząc korpus zapory, a woda odpływa, przesączając się przez korpus w kierunku podłoża

Powszechniej stosowana jest do budowy zapór metoda sypania. Praktycznie biorąc można według tej metody budować zapory prawie zawsze, podczas gdy metoda hydrauliczna może być stosowana, gdy spełnione są specjalne warunki

Budowa zapory obejmuje trzy składniki technologiczne: pobór gruntu ze złoża, transport i wbudowanie. Bezpośredni wpływ na jakość gruntu wbudowanego w zaporę ma sposób poboru gruntu ze złoża oraz wbudowania. Z tego względu składniki te omówiono w niniejszym rozdziale,pominięto zaś zagadnienie transportu, który choć ważny z ekonomicznego punktu widzenia — ma jednak mniejsze znaczenie dla zapory ziemnej jako konstrukcji.

Metoda sypania

Pobór gruntu ze złoża Sposób eksploatacji złoża zależy od jego geologicznej budowy,- rodzaju pobieranego gruntu oraz warunków hydrogeologicznych.Na ogół warstwa gruntu przeznaczonego na zaporę zalega pod warstwą gruntu, który nie został zakwalifikowany do wbudowania. Określenie miąższości warstwy przykrywającej, tzw. nadkładu lub skrywki, ma istot-

ne znaczenie dla oceny przydatności złoża i organizacji prac wykopowych na złożu. W przypadkach gdy warstwa nadkładu jest znaczna, eksploatacja złoża może okazać się nieekonomiczna. W praktyce przyjmuje się, że złoże może być eksploatowane, gdy miąższość nadkładu hn jest mniejsza od połowy miąższości warstwy przeznaczonej do eksploatacji hm, czyli gdy hn < 0,5 hw.

Często złoże składa się z dwóch warstw, np. warstwy piasków i warstwy żwirów. W tym. przypadku może okazać się korzystne równoczesne kopanie obydwu warstw w sposób zapewniający wymieszanie tych gruntów; sposób ten daje w wyniku materiał korzystniejszy, np. łatwiej zagęszczalny niż grunt pochodzący z poszczególnych warstw. Złoża gruntów sypkich nie wymagają na ogół dodatkowych zabiegów podczas eksploatacji, np. odwodnienia. Ukop materiału może odbywać się zarówno nad, jak i pod poziomem wody. W tym ostatnim przypadku może okazać się niekiedy celowe usypywanie gruntu w hałdy w celu odsączenia. Dotyczy to szczególnie drobnych piasków, żwirów i pospółek

zawierających domieszki pylaste. W przypadku jeśli grunt sypki ma być wbudowany w warstwy przejściowe lub filtry, może okazać się konieczne przesianie go lub przemycie.Złoża gruntów spoistych są na ogół eksploatowane w sposób uwzględ-

niający specjalne wymagania, wynikające przede wszystkim z potrzeby utrzymania właściwej wilgotności, gdyż grunty spoi.ste mogą być dobrze zagęszczone w zaporze tylko przy odpowiedniej wilgotności.

Grunty spoiste zbyt suche podczas zagęszczania kruszą się i tworzą niejednolitą, pełną szczelin masę, co wydatnie obniża wartość wykonane go w ten sposób uszczelnienia gruntowego. Z tych względów złoża gruntów spoistych powinny być zabezpieczone zarówno przed nadmiernym zawilgoceniem, jak również przed przesuszeniem. Wilgotność gruntu spo-

istego podczas eksploatacji złoża może być:

a) zawarta w wymaganych granicach,

b) wyższa od wymaganej,

c) niższa od wymaganej.

Metoda hydrauliczna

Wiadomości ogólne: Hydrauliczna metoda wykonywania korpusów zapór ziemnych została zapoczątkowana w ubiegłym stuleciu. Pierwsze zapory budowano metodą hydrauliczną dla potrzeb kopalni złota w Kalifornii.W latach dwudziestych i trzydziestych obecnego stulecia wzniesiono w USA metodą hydrauliczną kilkadziesiąt zapór. Jednakże szybkie tempo

wznoszenia i brak odpowiednich kryteriów doboru przekroju zapór w zależności od rodzaju gruntu były przyczyną szeregu osuwisk, powstających w okresie budowy, a ściślej w jej końcowej fazie. W końcowym okresie budowy na korpus zapory działa niekorzystny układ sił wywoływany rozporem części środkowej (rdzenia), będącej w niektórych przy-

padkach w stanie płynnym.Niepokojąca liczba katastrof budowlanych doprowadziła w latach trzy-

dziestych do zmniejszenia stosowania tej metody w USA. Wkrótce rozwinięta i ulepszona w wyniku prac R. R. Proctora [16] metoda sypania oraz rozwój ciężkiego, ekonomicznego sprzętu zagęszczającego i wodzideł wyparły prawie całkowicie metodę hydrauliczną z tego kraju. Mniej więcej w tym okresie, gdy w USA zaprzestano stosowania metody hydraulicznej, metoda ta zyskała szczególnie szerokie zastosowanie w ZSRR. Jednakże inżynierowie radzieccy przyjęli inną koncepcję kon-

strukcji zapór ziemnych wykonywanych hydraulicznie. Zapory mają tam łagodne jkarpy o małym nachyleniu 1:4, l : 6, a niekiedy i mniejsze, oraz wykonywane są z gruntów o niewielkim wskaźniku różnozianistości lub w sposób niedopusz czający do wytwarzania się nieprzepuszczalnego rdzenia. W zaporach bez rdzenia lub z rdzeniem o przepuszczalności

nieznacznie mniejszej od przepuszczalności części skarpowych niebezpieczeństwo zsuwu skarp wskutek parcia bocznego jest znacznie mniejsze,a w związku z tym większe może być tempo budowy. W zaporach z rdzeniem postęp robót nie powinien być większy od 0,1—0,2 m/dobę, w zaporach bez rdzenia wartość tę można zwiększyć do 0,5—0,6 m/dobę. W pewnych przypadkach, przy znacznej przepuszczalności korpusu oraz podłoża, postęp robót dochodzi do l m/dobę. Metodą hydrauliczną wybudowano w ZSRR większość wielkich nizinnych zapór ziemnych w latach'50 (Cymiańska, Wołgogradzka, Kujbyszewska, Kachowska).W Polsce metodą hydrauliczną wykonano dotychczas zapory w Koro-

nowie na Brdzie i w Przeczycach na Czarnej Przemszy oraz częściowo zapory: w Goczałkowicach na Małej Wiśle, w Dębem na Narwi i we Włocławku na Wiśle. W Koronowie i w Przeczycach grunt odspajany był hydromonitorami, a w Dębem i Włocławku — pogłębiarkami. Metoda hydrauliczna może mieć zastosowanie w Polsce przede wszystkim przy budowie zapór, a także obwałowań większych rzek nizinnych, np. na dolnej i środkowej Wiśle oraz jej dopływach.

Metoda ta może być stosowana, jeżeli:

— nie ma ograniczeń w zużyciu wody,

— jest łatwe doprowadzenie sprzętu pogłębiarskiego,

— występują grunty łatwe do odspojenia i nadające się na nasyp (różnego rodzaju piaski) i stosunkowo duża kubatura robót uzasadniająca ekonomiczne zastosowanie tej metody.

Budowa korpusu zapory

Proces wykonywania korpusu zapory obejmuje trzy składniki: rozprowadzanie mieszaniny wodno-.gr.u.ntowej, osadzanie się ziaren gruntu i odprowadzenie wody z wykonywanego korpusu. Mieszanina wody i gruntu doprowadzona jest na korpus zapory rurociągiem, ułożonym najczęściej przy skarpach zapory na niskich drewnianych stojakach (kobyłkach — rys. 4-17). Mieszanina wypływająca z rurociągu spływa w kierunku środka zapory, pozostawiając na tworzącej się w ten sposób „plaży" cząstki gruntu: na początkowym odcinku,przy skarpie osadzają się cząstki grubsze, a dalej — w miarę oddalania się od miejsca wypływu — cząstki drobniejsze. Niskie obwałowanie wykonane z gruntu wcześniej wbudowanego za pomocą spycharki, koparki lub ręcznie uniemożliwia spływ pulpy na skarpę zapory. Rurociągi układane są na ogół przy dwóch skarpach zapory, co zapewnia odkładanie frakcji najdrobniejszych w środkowej części zapory, stanowiącej rdzeń o mniejszej przepuszczalności od przepuszczalności części zewnętrznych. Grunt w rdzeniu zapory ma tym mniejszą przepuszczalność, im więcej jest w nim drobnych frakcji i im dłużej mieszanina wodno-gruntowa pozostaje w wytworzonym w środkowej części zapory osadniku. Czas utrzymywania zawiesiny w osadniku regulowany jest przez studnię zrzutową (odwadniającą). Wykonywane były także zapory nie mające praktycznie rdzenia. Można do nich zaliczyć na przykład zaporę w Przeczycach. Najprostszy sposób rozprowadzania pulpy polega na bezpośrednim wypływie mieszaniny z k'0'ńcpwego odcinka" rurociągu, do chwili uzyskania założonej wysokości warstwy (od 0,2 do 1,0 m) w danym miejscu. Do budowy zapór metodą hydrauliczną stosowane były różne rodzaje gruntów o bardzo różniącym, się uziarnieniu, od pospółek ze znaczną domieszką, kamieni do glin.

7. Poligony doświadczalne.

Próbne nasypy

Nasypy próbne stosowane są w ostatnich latach coraz częściej i traktowane są jako ważna faza projektowania zapory. Pozwalają one wybrać najdogodniejszy sposób wbudowywania gruntu i sprawdzić, czy, cechy gruntu przyjęte w projekcie mogą być uzyskane w technologicznym procesie wbudowywania. Nasypy próbne pozwalają ustalić:

— optymalny rodzaj maszyny zagęszczającej dla danego rodzaju gruntu,

— konieczną liczbę jej przejść po jednym śladzie,

— największą możliwą grubość zagęszczanej warstwy, optymalną wilgotność i maksymalny, możliwy do uzyskania na budowie, ciężar objętościowy szkieletu gruntowego.

Nasyp próbny powinien być wykonany z tego samego gruntu, z którego przewiduje się budowę zapory, najdogodniej w miejscu lokalizacji zapory, tak aby mógł stanowić część jej korpusu. Podłoże, na który buduje się nasyp próbny, powinno być wyrównane i zagęszczone. Aby ustalić wpływ grubości warstwy na zagęszczenie, wykonuje się nasyp próbny zwykle o zmiennej grubości. W badanych przekrojach grubość warstw .powinna być równa:

— 10—40 cm przy lekkim sprzęcie zagęszczającym,

— 20—60 cm przy średnim sprzęcie zagęszczającym,

— 60—150 cm przy ciężkim sprzęcie zagęszczającym. ^

Nachylenie powierzchni nasypu nie powinno przekraczać 4%. W przypadku niektórych maszyn zagęszczających, np. walców ogumionych, wskazane jest wykonać nasyp o poziomej powierzchni, co jest związane z przygotowaniem podłoża z odpowiednim spadkiem. Przekroje badawcze na nasypie rozmieszcza się równomiernie, np. co 5 m, w każdym z nich ustala się dwa lub trzy piony badawcze. Po każdej serii przejść maszyny zagęszczającej wykonuje się w poszcze-

gólnych pionach badania na 'kilku poziomach w odstępach co 10—20 cm. Aby otrzymać próbki z nasypu o nienaruszonej strukturze przez poprzednie badanie, każde następne badanie wykonywane jest w pionie przesuniętym w stosunku do poprzedniego położenia o kilkadziesiąt centymetrów. Sposób przeprowadzania zagęszczenia na nasypie próbnym powinien

być taki sam, jak sposób zagęszczania zapory.

8.Wplyw zageszczenia na srukture i właściwości mechnicze gr.

Odzielne rozpatrywanie w gr. Spoistych i sypkich.

W gr. Sypkich pozbawionych czastek ilastych szkielet gruntowy tworz stykające się bezpośrednio ziarna gr. Im bardziej gr jest zagęszczony tym szczelniej SA ulozonam ziarna i tym mnijesz ulozona SA pory i tym samym mniejszy jest wskaźnik porowatości e. Wskaźnik porowatości który jest w pewnym stopniu wskaźnikiem struktury g. Sypkiego charakteryzowac może jego zageszczenie. W praktyce zageszczenie gr, sypkiego wyrazona jest przez ciezar objętościowy szkieletu γ_d=
. w miare wzrostu zageszczenia gr. Lub w miare zmniejszanie jego wskaźnika porowatosi e zmniejszaja się jego mech. Cech gr. Następująco

- wzrasta wytrzymałość na scinanie, - maleje ściśliwość, - maleje wsp.filtracji

jeżeli gr. W zapoze nie jest dostatecznie zagęszczony wówczas ma duza porowatość, mogę powstawac niebezpieczne dla zapory skutki

1. nadmierne osiadanie kopusu zapory po spietrzeniu zbiornika, w czasie ustalania się położenia krzywej depresji w zaporze

2. sufozje lub inne zjawiska filtracyjne

3. splyw skarp jako efekt upłynnienia

Wynika wiec ze im lepiej gr, sypki jest zagęszczany im mniejsza jest jego porowatość, tym mniejsze jest prawdopodobieństwo wystapienia jednego ze skutkow. Minimalny dop. stopien zageszcenia wyniosi na ogol 0.7 - 0,85 zaleznie od znaczenia zapory i elementu w którym gr. ma być wbudowany. nieco inny jest wpływ zageszczenia w gr spoistych. Gdyz ich struktura rozni się od gr. Sypkich. Gr. Spoiste zawieraja szczatki ilaste. W gr. Spoistych o malejn zawartości czastek ilastych czastki te tworza cienkie, bardzo zagęszczone blonki rozdzielające niektóre ziarna piasku lub pylu lub wypełniają w stanie mniej zagęszczonym niektóre pory. W gr. O większej zawartości czastek ilastych liczba bezpośrednich kontaktow ziarn gr maleje. Struktura gr spoistego zalwzy od wilgotniosci przy ktorj przeprowadzone jest zageszczenie w gr spoistych zageszconych przy W<W_opt spiste czastki gr. ułożone sa roznych kierunkach, kierunkach gr. zageszczonych przy W>W_opt czastki gr. ułożone sa w rownoleglych kierunkach.

Lambe opisuje to zjawisko w następujący sposób.

Podczas procesu zagęszczania czastki ilaste które maja kształt spłaszczony wykazuja charakterystyczna orientacje zalezna od zawartości

- w gr. o W>Wopt znaczna liczba czastek układa się prostopadle do kierunku zageszcenia

- w gr. W<Wopt struktura gr. po zageszceniu struktura gr. jest agregatowa nie upozadkowana.

- przy W zbliżonym do Wopt układ czastek gr. Jest częściowo upozadkowany, blonki wody otaczające czastki SA wówczas najcieńsze, a dl. pomiedzy czastakami najmniejsza

9. Kontrola jakości gruntu wbudowanego w zaporę (bieżąca i powykonawcza).

Cel i zakres badań kontrolnych

Przy realizacji zapory trzy podstawowe cechy mechaniczne materiału: wytrzymałość na ścinanie, ściśliwość i przepuszczalność powinny być utrzymane w granicach wartości przewidzianych projektem.^ Znaczenie tych cech jest od dawna inżynierom znane: Coulomb przed dwoma wiekami wprowadził pojęcie wytrzymałości na ścinanie, ściśliwość po raz

pierwszy opisał matematycznie przed pięćdziesięciu laty Terzaghi, a pojęcie przepuszczalności podał przed około stu laty Darcy. Jednakże jeszcze dotychczas nie możemy z wystarczającą dokładnością, a przede wszystkim w szybki i jednoznaczny sposób mierzyć i kontrolować wymienionych trzech parametrów gruntu. Określenie ich wymaga precyzyjnej aparatury laboratoryjnej i niejednokrotnie jest długotrwałe i pracochłonne. Z tego względu w przypadku konieczności szybkiej oceny jakości wbudowywanego w zaporę gruntu i potwierdzenia, że grunt spełnia wymagania i że można układać warstwę następną, nie kontroluje się cech mechanicznych, lecz cechy wskaźnikowe^. określające jakość gruntu w sposób pośredni. Wiadomo bowiem, że istnieją zależności między cechami mechanicznymi J cechami wskaźnikowymi, łatwiejszymi do oznaczenia. Bada się przede wszystkim ciężar objętościowy i wilgotność wbudowanego w zaporę gruntu, a więc te cechy, które łatwo i szybko można wyznaczyć w laboratorium polowym. Poró\v_nuJac_ję__z wynikami próby zagęszczania, przeprowadzonej w laboratorium na tym samym gruncie otrzymuje się wskaźnik zagąszczenia, który pozwala spraw-

dzić, czy otrzymano wymagane zagęszczenie wbudowanego gruntu w związku z tym, czy własności mechaniczne gruntu w zaporze są zgodne z własnościami 'przyjętymi w projekcie. .Do projektu bowiem przyjmuje się cechy mechaniczne odpowiadające wymaganemu stopniowi zagęszczenia, możliwemu do uzyskania z technicznego i ekonomicznego punktu

widzenia.

Systematyczne badania kontrolne jakości gruntu w zaporze ograniczyć można zatem do oznaczenia ciężaru objętościowego i wilgotności oraz laboratoryjnej próby zagęszczenia. Wyznaczanie innych cech wskaźnikowych, np.'granic konsystencji, uziamienia, stanowi badanie uzupełniające w razie potrzeby. Badania kontrolne „własności mechanicznych gruntów

należy przeprowadzać tylko w specjalnych przypadkach, jeżeli np. pod czas eksploatacji złoża natrafiono na grunt o nieco innych cechach wskaźnikowych, które mogłyby wskazywać, że ma on gorsze niż założone parametry, lub jeśli wskutek braku sprzętu nie można uzyskać wymaganego zagęszczenia.

Częstotliwość przeprowadzenia standardowych pomiarów zagęszczenia jest różna, zależy od rodzaju gruntu, od kubatury i organizacji robót ziemnych oraz od ogólnej jakości robót i sprawności przedsiębiorstwa wykonującego zaporę. W wielu krajach częstotliwość wykonywania badań kontrolnych regulują przepisy. W Polsce wydane przez CUGW ,,Warunki techniczne wykonywania i odbioru robót ziemnych", w skrócie WTWO-Hl [30], podają następującą częstotliwość przeprowadzania badań kontrolnych:

- co najmniej l próbka na 2500 m3 wbudowanych gruntów sypkich,

- co najmniej l próbka na 250 m3 gruntów spoistych wbudowywanych w elementy uszczelniające.

Dodatkowo WTWO-Hl wymagają, aby wykonać przynajmniej jedno badanie na każdą wbudowaną warstwę oraz zalecają dodatkowe badania przy zmianie pogody, mogącej mieć wpływ na jakość zagęszczenia. Nie zależnie od badań regularnych przeprowadzanych według ustalonego programu powinny być wykonywane badania kontrolne we wszystkich

przypadkach budzących obawy, niedostatecznego zagęszczenia. Kontroli jakości robót nie należy ograniczać do badań zagęszczenia po zakończeniu procesu wbudowania, lecz prowadzić ją na bieżąco, zarówno podczas przygotowania gruntu do zagęszczania, jak i w czasie zagęszczania. Celowe będzie w tym miejscu podkreślić, że w czasie trwania robót

ziemnych na zaporze powinien być obecny personel nadzoru technicznego. Kontrola bieżącą obejmuje:

— ocenę rozłożonej i przygotowanej do zagęszczania warstwy gruntu, przede wszystkim jej grubości i jednolitości,

— obserwacje zachowywania sdę powierzchni zagęszczanej warstwy gruntu pod obciążeniem maszynami zagęszczającymi lub transportującymi grunt.

Grubość zagęszczanych warstw ma istotny wpływ na jakość zagęszczania. Zbyt" grubej warstwy nie można dostatecznie

zagęścić, jednakże przedsiębiorstwu budującemu zaporę zależy, aby były one jak najgrubsze, gdyż uzyskuje się wówczas szybszy postęp robót i obniżenie kosztów. W związku z tym utrzymanie grubości wymaganej przez warunki wykonania jest szczególnie ważne i wymaga systematycznej kontroli. Przeprowadzać ją można albo niwelując powierzchnię co. 'kilka

wbudowanych warstw (uzyskując wówczas średnią grubość), albo mierząc grubość każdej rozłożonej warstwy w stosunku do łaty wbitej w warstwę poprzednią. Jednolitość przygotowanej do zagęszczania warstwy powinna być sprawdzona makroskopowo, np. przez wałeczkowanie, najlepiej już w czasie rozładunku z maszyn transportowych. Praktycznym sposobem sprawdzenia, czy zagęszczany grunt spoisty ma odpowiednią wilgotność i czy uzyskiwane zagęszczenie jest bliskie właściwego przy. zastosowanej maszynie zagęszczającej, jest obserwacja zachowania się powierzchni zagęszczanej warstwy. Jeśli- walec okołkowany po kilku przejściach nie przestaje się zagłębiać, a ciężki walec

ogumiony pozostawia wyraźne głębokie ślady, to znaczy że wilgotność gruntu dla danego rodzaju walca jest za duża. Oznaką zbyt małej wilgotności dla uzyskania wymaganego zagęszczenia jest brak zagłębiania

się kołków walców okołkowanych już w początkowej fazie zagęszczania (po 1—3 przejściach) lub pozostawianie gładkiej powierzchni (brak śladów) po przejściu walca ogumionego.

Oznaką skutecznego zagęszczenia jest zmniejszające .się pogrążanie kołków walca, występujące po 7—9 przejściach lub wyraźny, lecz płytki ślad pneumatyków walca ogumionego. Dodatkową oznaką odpowiedniej wilgotności może być pojawienie się kropel wody na śladach za maszyną zagęszczającą. Natomiast nie może być oznaką zbyt małej lub zbyt

dużej wilgotności powstawanie fal na powierzchni .gruntu w sąsiedztwie ciężkiego sprzętu zagęszczającego. Zjawisko to w dużym stopniu zależy od rodzaju gruntu. W gruntach sypkich wpływ wilgo tności na zgęszczenie jest znacznie mniejszy, a w gruntach bez cząstek pylastych i ilastych nie ma wilgotności optymalnej, przy której uzyskuje się największe zagęszczenie.

Grunty tego rodzaju najlepiej zagęszczają się przy nadmiarze wody, przy równoczesnym zastosowaniu wibracji. Z tego powodu przy kontroli bieżącej wykonywania nasypów z gruntów sypkich należy ocenić makroskopowo rodzaj gruntu oraz sprawdzić, czy na zagęszczaną warstwę dostarczana jest woda.

10. Metody sprawdzania stateczności zapór.

1. Zasady ogólne

Stateczność zapory wraz z podłożem powinna być zachowana we wszystkich możliwych przypadkach pracy tj.

• budowlany

• obciążenia wodą przy pierwszym napełnianiu zbiornika

• eksploatacji

W okresie budowy analizuje się warunki stateczności skarpy odpowietrznej i odwodnej zapór większych od 15 m oraz zapór namywanych i zapór posadowionych na słabych gruntach nie zależnie od ich wielkości.

W okresie pierwszego napełniania zbiornika analizuje się stateczność skarpy odwodnej warstw ochronnych elementu uszczelniającego i podłoża ze szczególnym uwzględnieniu osiadań. Wzrastające obciążenie powoduje osiadania i przemieszczenia poziome gruntu prowadzące do lokalnych deformacji, stąd też prędkość podnoszenia wody w zbiorniku jest uzależniona od warunków stateczności zapory, a obciążenie od wody uwzględniane jest w obliczeniach jako zmienne.

W okresie eksploatacji uwzględnia się normalne i nadzwyczajne warunki pracy. W normalnych warunkach oblicza się tylko stateczność skarpy odpowietrznej z uwzględnieniem ciśnienia filtracyjnego. W schemacie stateczności obciążenie przyjmuje się przy napełnieniu zbiornika do rzędnej normalnego piętrzenia dna poziomu wody dolnej odpowiadającej średniemu z niskich przepływów.

W nadzwyczajnych warunkach pracy w schemacie statycznym zwierciadło wody w zbiorniku przyjmuje się na rzędnej dopuszczalnego piętrzenia, natomiast poziom wody dolnej odpowiada przepływowi miarodajnemu. Obliczenie stateczności obejmuje skarpy odpowietrzną i odwodną oraz element uszczelniający przy uwzględnieniu ciśnienia filtracyjnego, przy czym dla skarpy odwodnej zakłada się szybkie obniżenie poziomu wody w zbiorniku.

Obliczenie stateczności wykonuje się dla charakterystycznego przekroju zapory, który osiąga największą wysokość, dla odcinków w łuku, o odmiennej budowie geologicznej podłoża.

Założenie obliczenia opiera się na teorii sprężystości lub w warunkach równowagi granicznej przy czym w tym II przypadku zakłada się, że jeżeli obciążenie przekroczy nośność gruntu to ścięcie następuje jednocześnie wzdłuż całej powierzchni poślizgu.

Parametry obliczeniowe określa się albo z badań terenowych prowadzonych bezpośrednio na placach budowy albo z badań laboratoryjnych prób gruntu których ilość i sposób pobrania określa się w zależności od warunków geologiczno - inżynierskich. Do obliczeń przyjmuje się wartości średnie

Z wykonanej serii I typu określa się wartości graniczne dodając lub odejmując od średniej arytmetycznej z wszystkich wyników ± 50% jej wartości. Główne badania dotyczą parametrów mechanicznych gruntu tj. c i ϕ.

Wyznacza się je ze ścinania prób gruntu w aparacie trójosiowym, które może być przeprowadzone w różny sposób przy czym rozróżnia się 3 sposoby badania:

1. Szybkie ścinanie nieodwodnionej próby, wyniki uzyskane z badań tego typu przyjmuje się przy obliczaniu stateczności skarpy odwodnej dla przypadku nagłego obniżenia się wody w zbiorniku

2. Szybkie ścinanie próby wcześniej skonsolidowanej, wyniki ścinania wg tego typu badań przyjmuje się do obliczenia stateczności elementów szczelnych w zaporze oraz skarp wykopów w gruntach ilastych i gliniastych dla przypadku budowlanego a także pierwszego napełniania zbiornika wodą

3. Powolne ścinanie z konsolidacją w czasie ścinania. Wyniki uzyskane z badań tego typu wykorzystywane są w obliczeniu stateczności gruntów przepuszczalnych dobrze zagęszczonych.

Zapory ziemne posadawiane są na gruntach mineralnych dlatego w obliczaniu stateczności należy uwzględnić ich współpracę z podłożem, grunt podłoża może ulec ścięciu, co powoduje odkształcenia podłoża a wraz z nim zsuw skarpy.

Deformacje mogą się ograniczyć do korpusu zapory odkształcenie podłoża może być spowodowane zapadnięciem się warstwy lub sufozją jako skutku działania sił powstających po wzniesieniu zapory i spiętrzeniu wody w zbiorniku.

Utrata stateczności skarpy może nastąpić na skutek hydraulicznego zarwania gruntu lub może być wywołane przez erozję wsteczną w wyniku wyciekania wód filtracyjnych na skarpę może to również wystąpić na skutek wzrostu ciśnienia w porach gruntu z którego wykonano rdzeń oraz w wyniku konsolidacji.

Obciążenia działające na zapory ziemne i podłoże

dzielą się na:

1. statyczne, do których zaliczamy: ciężar właściwy korpusu zapory, parcie spiętrzonej wody, osadów (namułów ), parcie fal, wypór pod stopą, parcie lodu, podsiąk kapilarny

2. dynamiczne, do których zaliczamy: uderzenia fal, uderzenia kry lodowej, obciążenia od środków transportu, ciśnienie filtracyjne i wstrząsy sejsmiczne

Obciążenia wywołują naprężenia i odkształcenia w zaporze jej elementach i obiektach w niej zbudowanych.

Do obliczeń statycznych przyjmuje się różne układy obciążeń dla różnych okresów budowy, eksploatacji i remontu, a mianowicie: podstawowe, dodatkowe i wyjątkowe.

Ogólne zasady doboru układu obciążeń są następujące:

1. W każdym układzie uwzględnia się tylko te obciążenia, które mogą działać równocześnie na budowę jej lub elementów przy czym nie należy uwzględniać obciążeń, które w przypadku wystąpienia poprawią warunki stateczności i zmniejszą naprężenia.

Dopuszcza się nie uwzględnienia w obliczeniach obciążeń, których sumaryczny udział w całkowitym wypadku obciążeń nie przekracza 5%

2. W układzie podstawowym uwzględnia się obciążenia stałe i zmienne długotrwałe oraz jedno z możliwych obciążeń krótkotrwałych, które w rozpatrywanym okresie wywiera najbardziej niekorzystny wpływ na stateczność budowli lub stan naprężeń lub w całej konstrukcji.

3. W układzie dodatkowym uwzględnia się obciążenia: stałe, zmienne długotrwałe oraz równocześnie działające obciążenia zmienne krótkotrwałe.

4. W układzie wyjątkowym należy uwzględniać obciążenia: stałe, zmienne długotrwałe i krótkotrwałe oraz jedno z obciążeń wyjątkowych tzn. występujących w wyjątkowych warunkach.

Do obciążeń stałych zaliczą się te których wartości, kierunki działań i punkt przyłożenia nie ulegają zmianą tj:

a) ciężar gruntu w zaporach ziemnych lub elementy konstrukcji budowlanych

b) ciężar konstrukcji budowlanych oraz urządzeń i elementów stałych.

Do obciążeń zmiennych długotrwałych zalicza się obciążenia do przeniesienia których budowla jest projektowana lub które wynikają ze sposobu użytkowania, a mianowicie:

• parcie hydrostatyczne i hydrodynamiczne przy normalnym poziomie piętrzenia lub przy przepływie wód miarodajnych.

• parcie wód filtracyjnych przy prawidłowo działających drenażach, normalnym poziomie piętrzenia wody górnej i najniższym obliczonym poziomie wody dolnej.

• parcie gruntów i osadów ( namułów )

• obciążenie falą przy normalnym poziomie piętrzenia lub przepływem dorocznym wielkich wód, uwzględnia się je przy projektowaniu skarp i falochronów

• statyczne i dynamiczne obciążenie badanych konstrukcji polowych, filarów i innych konstrukcji podobnego typu

• obciążenia wywołane przez zmiany temperatur i skurcz

• obciążenia wywołane pracującymi dźwigami i środkami transportu

• obciążenia wywołane tłumem ludzi

• obciążenia składowanymi materiałami.

Do obciążeń zmiennych krótkotrwałych zalicza się te które występują w rzadko powtarzających się okresach i działają krótko, a mianowicie:

• obciążenia falą wywołane przez porywisty wiatr

• parcie filtracyjne tzw. spływowe przy nagłym obniżeniu spiętrzenia

• parcie wody w rurach i sztolniach przy uderzeniach hydraulicznych

• obciążenia wiatrem

• obciążenia występujące w czasie transportu i montażu konstrukcji budowlanych.

Do obciążeń wyjątkowych zalicza się te które występują rzadko w wyjątkowych warunkach pracy lub stanach budowy, a mianowicie:

• parcie hydrostatyczne i hydrodynamiczne przy przepływach nadzwyczajnych tj kontrolnych

• obciążenia wywołane przez falę przy przepływie kontrolnym

• parcie wód filtracyjnych przy nieprawidłowo działającym drenażu lub uszczelnieniu i przy normalnym poziomie piętrzenia wody górnej oraz najmniejszym obliczeniowym poziomie wody dolnej.]

Metody obliczeń stateczności skarp można podzielić na 4 grupy w zależności od charakteru przyjętej powierzchni poślizgu:

1. Wyznaczona jest ona z równań na podstawie teorii równowagi granicznej

2. Przyjmowana jako płaska powierzchnia poślizgu

3. Stanowi odcinek walca kołowego

4. Ma kształt zmienny zależny od rodzaju i ułożenia warstw gruntu.

Płaska powierzchnia poślizgu

Analizując skarpę nasypu z gruntu jednorodnego o nieograniczonej wysokości przyjmuje się, że powierzchnia poślizgu jest płaska i równoległa do skarpy

Rozważamy wycinek nasypu A B C D o jednostkowej szerokości a = 1, głębokości b -= 1 ( prostopadle do płaszczyzny poprzecznego przekroju ) i dowolnej wysokości h.

Siły wynikające z ciężaru wycinka G = γ ⋅ h ⋅ cosα można rozłożyć na dwie składowe czyli styczne do powierzchni poślizgu, równoległe do skarpy T = G ⋅ cosα = γ ⋅ h ⋅ cos²α, która zostaje przeniesiona przez reakcję ( odpór gruntu )

Przesunięciu przeciwstawia się siła tarcia na powierzchni poślizgu N ⋅ tgφ aby zachowana była równowaga wycinka gruntu, siła ta musi być większa lub co najmniej równa składowej stycznej T zatem współczynnik pewności można określić

F =
=

Wynika stąd, że stateczność skarpy z jednorodnego gruntu niespoistego jest zachowana jeżeli kąt nachylenia α jest mniejszy, a w granicznym przypadku równym kątowi tarcia wewnętrznego. Stąd też warunek ten pozwala wyznaczyć graniczne nachylenie skarpy lub stateczność nieskończenie długiej skarpy.

W przypadku skarpy gruntu niespoistego nasyconego wodą nachylenie jej jest mniejsze ze względu na występowanie dodatkowych sił naruszających równowagę gruntu ( ciśnienie spływowe ). Współczynnik F może być wyznaczony ze wzoru

F =

γ' -ciężar objętościowy gruntu pod wodą z uwzględnieniem wyporu

γ_sr - ciężar objętościowy gruntu nasyconego wodą wraz z ciężarem wody w porach

γ_w - ciężar właściwy wody

α - kąt nachylenia skarpy do poziomu

ϕ - kąt tarcia wewnętrznego gruntu

β - kąt między linią prądu i skarpą

W przypadku gdy linie prądu są równoległe do skarpy ( β = 0 ) jak najczęściej przyjmuje się w praktyce. Powyższy wzór uprości się do postaci

F =

Jeżeli linie prądu są poziome ( β = α )kąt nachylenia

F =

Wpływ ciśnienia spływowego na dopuszczalny kąt nachylenia skarpy można wykonać na przykładzie:

ϕ = 35^o

γ = 1,7 t/m³

otrzymujemy α < 16^o

Skarpa z gruntów spoistych to do sił utrzymujących bryłę gruntu w równowadze należy dodać spójność

( c ), w tym przypadku stateczność skarpy będzie zachowana gdy:

γ ⋅ h ⋅ cos ²α tgα +c > γ ⋅ h ⋅ cosα ⋅ sinα

tgϕ > tgα -

Rozpatrując ostatni wzór można zauważyć, że stateczność skarpy z gruntów spoistych jest zachowana nie tytko wtedy gdy kąt nachylenia α jest mniejszy od kąta ϕ lecz także w przypadkach gdy α > ϕ pod warunkiem nie przekroczenia wysokości granicznej którą można obliczyć przekształcając ten wzór:

h_max =

Jeżeli wysokość nasypu lub wykopu jest mniejsza od wysokości wyliczane z powyższego wzoru( H < h_max ) to skarpa z gruntów spoistych po nachyleniu większym od ϕ będzie także stateczna.

Graniczne nachylenie skarpy we wszystkich przypadkach zapór niezależnie od innych metod obejmujących analizę stateczności na głęboki zsuw.

Współczynniki pewności zależą od pracy budowli i rodzaju obciążeń przy czym sprawdza się możliwość utraty stateczności przy poślizgu lub obrocie razem z częścią podłoża.

Minimalne dopuszczalne wartości współczynnika pewności różnią się w poszczególnych krajach w zależności od zalecanych metod obliczeniowych i są one zazwyczaj określone przepisami. W Polsce stosuje się wartość F do metody Falleniusa, wartość te są minimalne, która jest najczęściej stosowana.

W pewnych przypadkach może wystąpić możliwość wypłynięcia budowli i dlatego musi być zachowany współczynnik na wypłynięcie, wartość jego nie powinna być mniejsza od 1,1 przy obciążeniach zasadniczych i 1,05 przy obciążeniach wyjątkowych.

Wpływ nagłego obniżenia zwierciadła wody w zbiorniku na stateczność skarpy odwodnej.

W normalnych warunkach pracy zbiornika woda filtruje przez korpus zapory, który porusza się ruchem laminarnym przy czym krzywa depresji stanowi swobodne strugi. Przepływ ustalony odbywa się od wody górnej do dolnej czyli od miejsca o większym ciśnieniu piezometrycznym do miejsca o większym ciśnieniu . W ruchu laminarnym i układzie płaskim wartość parcia hydrodynamicznego działającego na jednostkę objętości gruntu wynosi.

S = γ_w ⋅ i_śr ⋅ F [ kG ]

Gdzie:

γ_w - ciężar wody kg/m³

i_śr - średni gradient hydrauliczny

F - powierzchnia strugi filtracyjnej w przekroju pionowym rozpatrywanej bryły poślizgu

Kierunek działania siły przyjmuje się najczęściej jako równoległy do średniego nachylenia krzywej depresji na odcinku założonego poślizgu

Jeżeli zwierciadło w zbiorniku obniża się a korpus zapory zbudowany jest z przepuszczalnego gruntu to również krzywa depresji się obniża. Jeżeli natomiast grunty zapory są słabo przepuszczalne, a poziom wody w zbiorniku w krótkim czasie znacznie opadnie to przez pewien czas krzywa depresji będzie zalegała powyżej zwierciadła wody w zbiorniku a kierunek filtracji wody zostanie powrócony ku skarpie odwodnej natomiast wywołane nią parcie hydrodynamiczne ( filtracyjne, spływowe ) może naruszyć równowagę skarpy. Parcie oddziałuje jako siła zewnętrzna w dolną część powierzchni poślizgu i dąży do wywołania zsuwu.

Analiza stateczności skarpy odwodnej prowadzi do określenia krytycznej wartości ciśnienia hydrodynamicznego odpowiadającemu różnicy wysokości między krzywą depresji, a poziomem wody w zbiorniku przy którym zachowana jest stateczność skarpy.

Znając tę wartość określa się dopuszczalne prędkości obniżenia wody w zbiorniku bezpieczne dla skarpy odwodnej.

Wpływ podłużnych pęknięć wzdłuż korony zapory

Na skutek nierównomiernego osiadania podłoża lub samego korpusu zapory mogą wystąpić pęknięcia wzdłuż korony, ze względu na to, że wytrzymałość gruntu na ścinanie w obrębie pęknięć jest równe 0 zmieniają się warunki statecznej pracy zapory.

W analizie stateczności można uwzględnić szczeliny zakładając wartość φ gruntu i c = 0 na odcinku powyżej poślizgu, który odpowiada przeciętnej głębokości szczeliny.

Głębokość przyjmowana jest w granicach 0,25 - 0,35 wysokości zapory.

Jeżeli szczelina może być wypełniona woda ( np. grunty spoiste ) uwzględnia się dodatkowe parcie wody na jej ściany. Poziom wody w szczelinie powinien być ograniczony wielkością odporu gruntu który przeciwstawia się sile parcia wody, ponieważ w przeciwny przypadku wyparcie klina odłamu nastąpiło by przed ewentualnym poślizgiem skarpy. Obliczenia zapory projektowanej z uwzględnieniem szczelin wymaga uzasadnienia, ponieważ przyjęte konstrukcje zapory oraz sposób jej wykonania powinna wykluczać możliwość wystąpienia szczelin.

Stateczność w układzie przestrzennym

Przedstawione wcześniej zagadnienia analizy warunku stateczności w płaszczyźnie nie uwzględniają natomiast wzajemnego oddziaływania sąsiednich odcinków ale długość skarpy która ulega ewentualnemu poślizgowi.

Analiza przestrzennej pacy zapory może być przeprowadzona na dwa sposoby:

1. Przyjmując że poślizg skarpy nastąpi na pewnym określonym odcinku i uwzględnia się opór ścinania na jego końcach. Powierzchnia poślizgu może mieć kształt czasy kulistej lub eliptycznej albo będzie ograniczona pionowymi płaszczyznami poprzecznymi

W obydwu przypadkach efekt pracy przestrzennej maleje stosunkowo szybko wraz ze zwiększaniem długości rozpatrywanych odcinków. Określenie tej długości jest praktycznie niemożliwe i dlatego pomija się tak wiele powierzchni poślizgu.

2. Drugi sposób dotyczy przypadku wąskiej doliny gdzie poślizg obejmuje całą długość

skarpy i dlatego można uwzględnić współpracę poszczególnych odcinków zapory na których współczynnik stateczności jest różny. Odcinki zapory położone bliżej przyczółków gdzie jest niższa wysokość mają zwykle większe współczynniki pewności. Uwzględniając przestrzenną pracę zapory można „przekazać” część sił powodujących poślizg ze strefy środkowej na strefy przyczółków i brzegi doliny.

Obliczanie stateczności może być następujące

Zaporę dzieli się wzdłuż korony na szereg różnych odcinków

Dla każdego odcinka wyznacza się najbardziej niekorzystny kształt powierzchni poślizgu

Wyznacza się siły powodujące zsuw i przeciwstawiające w każdym przekroju i następnie sumuje się

Oblicza się współczynnik F na podstawie otrzymanych sum.

Jeżeli obliczenia wykonywane są metodą w której nie są wyznaczane siły utrzymujące i przesuwające współczynnik F określa się w każdym przekroju a następnie wyznacza się środek warstwy w zależności od powierzchni objętej zsuwem.

Metoda ta daje wyniki zbliżone do poprzedniego sposobu w przypadku jeżeli wpływ spójności jest nieznany.

Drugi sposób obliczania może być stosowany w praktyce jeżeli stosunek długości zapory do jej wysokości jest niewiele większy od 1

Wpływ drgań sejsmicznych na stateczność zapór

W Polsce można wydzielić mikroregion sejsmiczny który obejmuje górne i środkowe dorzecze Sanu i Dunajca.

Drgania są jednak nieznaczne i nie zachodzi konieczność uwzględniania wpływów sejsmicznych na projektowanie zapór. Praktyka wykazała że mogą występować wstrząsy powstające w wyniku eksploatacji górniczej, które wywołują drgania sejsmiczne o okresie T oraz przyspieszenie sejsmiczne τ wskutek tego zwiększa się parcie wody o wartość dynamiczną obliczaną ze wzoru:

W_s = 55 ⋅ 10^-6 ⋅ τ ⋅ γ_w ⋅ h² [ kg ]

Rozkład tego parcia przyjmuje się jako eliptyczny punkt zaczepionej siły W_s leży nad dnem na wysokości :

h_s = 0,425h [ m ]

Przy obliczaniu wysokości spiętrzenia w zbiorniku nie uwzględnia się wysokości fali wywołanej wstrząsem podłoża:

2h_f = 75 ⋅ 10^-4 ⋅ h^2/3 [ m ]

W wyniku wstrząsów podłoża masa gruntów korpusu zapory podlegająca w warunkach normalnych sile ciężkości jest poddawana dodatkowemu przyspieszeniu sejsmicznemu.

Najbardziej niebezpieczny dla zapory jest stan w którym siły bezwładności P_s wywołane w zaporze przez wstrząsy podłoża zaczepione w środku ciężkości zapory są skierowane jednocześnie pionowo do góry i poziomo zgodnie z kierunkiem parcia wody:

P_s = 0,001 ⋅ τ ⋅ a ⋅ G [ kG ]

Gdzie:

τ - przyśpieszenie sejsmiczne [ mm/s² ]

a - współczynnik uwzględniający wpływ rodzaju podłoża przyjmowany z tabeli

G - ciężar zapory wyrażony w [ kG ]

Częstotliwość drgań sejsmicznych należy porównać z częstotliwością drgań zapory ponieważ drgania sejsmiczne mogą wywołać rezonans zagrażający stateczności zapory.

Przy obliczania współczynników stateczności zapory moment dźwigający wywołany siłą P_s wprowadzony jest do mianownika dlatego dopuszcza się mniejsze wartości współczynnika do 1,05

W wyniku drgań podłoża mogą wystąpić pęknięcia i przesunięcia warstw

12. Konstrukcja i rola drenażu w zaporach:

Drenaże w zaporach i podłożach.

Celem drenażu jest ujęcie i odprowadzenie wód przesiąkających przez korpus i podłoże, co powoduje obniżenie ciśnienia wody w porach, a przez to polepszenie warunków stateczności zapory i podłoża oraz przyspieszenie konsolidacji w trakcie budowy.

W czasie eksploatacji zapory tj. w warunkach filtracji ustalonej zmniejszenie ciśnienia wody powinno zapewnić położenie linii depresji na głębokości 1,5 m pod powierzchnią skarp.

Drenaż ma również za zadanie niedopuszczenie wody do niektórych części korpusu, gdzie grunty są zbyt mało przepuszczalne lub po nawodnieniu mało nośne.

Drenaż jest stosowany zawsze, a więc stanowi stały element konstrukcji zapory. Występuje on w różnej formie w zależności od konkretnego przypadku. Drenaż stosujemy najczęściej przy stopie skarpy odpowietrznej.

Pomija się go tylko gdy istnieje drenaż naturalny, dotyczy przypadku gdy podłoże jest bardziej przepuszczalne niż korpus gdy część odpowietrzna korpusu wykonana jest z gruntu gruboziarnistego lub gdy przesiąki są tak nieznaczne, że uznaje się je za nieszkodliwe.

Drenaż może być wykonany w każdym miejscu korpusu i podłoża zarówno od strony odpowietrznej jak i odwodnej.

Rodzaje drenaży

1. Powierzchniowy wykonany jest w celu zabezpieczenia skarpy odpowietrznej przed uszkodzeniami wynikającymi z przesiąkającej wody jak również ujęcia tych wód i odprowadzenia ich do rowu, kanału a niekiedy poza teren.

Należy podkreślić, że drenaż ten nie obniża linii depresji, nie poprawia warunków stateczności ani nie chroni przed zamarzaniem wody w porach. Dlatego nie należy go stosować wtedy gdy przewiduje się stosować go w warunkach zimowych. Jeżeli jednak w wyjątkowych przypadkach został zastosowany przykrywa się go matami słomowymi, śniegiem w celu ochrony przed zamarzaniem.

Drenaż powierzchniowy jako narzuty kamienne lub żwirowe o grubości warstwy 0,3 - 0,5 m na filtrach odwrotnych, górna krawędź drenażu powinna sięgać co najmniej 0,5 m powyżej obliczeniowej rzędnej wtłaczania się fali oraz do najwyższego możliwego wytaczania się wody tj. przecięcia linii depresji ze skarpą.

Ponieważ wyniki obliczeniowe położenia krzywej depresji obarczone są dość dużym błędem zaleca się stosowanie zapasów wysokości drenażu rzędu 1,0 m.

2. Drenaż w postaci pryzmy kamiennej stosunkowo najpewniejszy typ odwodnienia skarpy odpowietrznej stosowany gdy mamy do dyspozycji taki kamień z wyłomów lub gdy zastosowanie tej konstrukcji wynika z przyjętego sposobu budowli.

Występuje wtedy gdy wykorzystano jako pryzmę drenażową nasyp kamienny stanowiący element przegrodzenia koryta rzeki.

Drenaż ten jest wykonany w przypadku gdy skarpa odwodna narażona jest na długotrwałe podtopienia i falowania od strony dolnego stanowiska.

Pryzma kamienna umożliwia obniżenie linii depresji przy czym wielkość obniżenia zależy od wymiarów i położenia pryzmy. Pryzma stanowi element podpierający zaporę, a więc polepsza jej warunki stateczności. W drenaż kamienny mogą być wbudowane przewody rurowe.

Pryzmy kamienne wykonuje się z trwałego kamienia, dla oszczędzenia materiału są one układane. Jednak gdy wymagają tego warunki wykonania są one jako sypane np. nasyp podwodny, chroni się je od strony korpusu i podłoża filtrem kamiennym

Pod drenażem filtry nie muszą być wykonane na całej szerokości pryzmy kamiennej,

wystarczy dać je na odcinku gdzie występują duże gradienty wyjściowe.

W zaporach małych tj. o wysokości do kilku metrów rolę drenażu spełniać może nasyp ze żwiru, tłucznia,

pospółki, piasku.

1. Drenaż powierzchniowy z pryzmą kamienną

Stosowany jest w przypadkach gdy mamy znaczne wahania zwierciadła wody w dolnym stanowisku i to wymagałoby stosowania pryzmy kamiennej o bardzo dużych rozmiarach a więc stosunkowo drogiej.

2. Drenaż płaski poziomy na styku korpusu i podłoża.

Stosowany jest głównie w celu znacznego odsunięcia krzywej depresji od skarpy odpowietrznej, dotyczy to przypadków gdy stosowanie drenażu rurowego nie jest wskazane ze względu na dużą jego głębokość lub możliwość wystąpienia znacznych nierównych osiadań. Drenaż ten stosowany jest wtedy gdy należy odwodnić powierzchniową warstwę podłoża i poprawić warunki konsolidacji nasypu. Nie należy go stosować wtedy gdy drenaż może być zatopiony tj. przy występowaniu stanów wody dolnej powyżej terenu. Odmiana płaska drenażu poziomego ( 1e ) stosowana jest gdy odwodnienie podłoża i przyspieszenie konsolidacji nie jest konieczne a dopływy do drenażu są nieduże.

Drenaż płaski wykonany jest z kamienia układanego w warstwie o grubości 0,5 - 1,0 m, a w zaporach niskich o grubości 0,3 m chronionej filtrem odwrotnym w przypadku gdy w zaporze i podłożu występują grunty spoiste drenaż ten może być wykonany z warstwy piasku średniego Pg o miąższości 0,3 - 0,5 m.

3. Drenaż stanowiący połączenie pryzmy kamiennej z drenażem płaskim i powierzchniowym

Ma on zastosowanie gdy występują znaczne wahania stanu wody dolnej a w warunkach normalnej eksploatacji wskazane jest odsunięcie krzywej depresji w głąb zapory.

4. Drenaż rurowy

Stosowany najczęściej w zaporach niskich gdy głębokość założenia rury nie przekracza 3 - 4 m, gdy nie przewiduje się nierównomiernych osiadań, a także gdy woda dolna układa się poniżej osi drenażu w przypadku gdy dopływ do drenażu jest znaczny stosujemy drenaż rurowy złożony z kilku przewodów.

Drenaże rurowe stosujemy głównie ze względów ekonomicznych i wykonawczych, przy czym są one uznane za mniej pewne niż kamienne.

Drenaże rurowe ( rys 4 ) mogą być wykonane z różnych materiałów: przewody perforowane betonowe ,żelbetowe, kamionkowe, stalowe, z tworzyw sztucznych

Średnice rur stosowane są nie mniejsze niż 0,3 m z wyższych co najmniej 0,5 m. W wysokich zaporach i zaporach, których działanie drenażu jest ważne stosuje się drenaże przełożone w postaci żelbetowych galerii odwadniających.

Zamiast rur perforowanych stosowanych z betonu, przewody drenażowe chronione są filtrami odwrotnymi o grubości warstw 0,2 - 0,5 m, a niekiedy do 1,0 m.

Co 50 - 100 m wykonuje się studzienki kontrolne o średnicy co najmniej 1,0 m. rurociąg dopływowy wprowadzany jest do studzienki powyżej zwierciadła wody, a więc powyżej rurociągu odpływowego, w celu ułatwienia obserwacji kontrolnych.

Drenaż wykonany bez studzienek może być wykonany tylko w zaporach o niewielkim piętrzeniu do 5,0 m.

5. Drenaż płaski wewnętrzny ukośny lub pionowy.

Stosowany zwykle w celu zabezpieczenia położonego za nim klina gruntu zapory o małym współczynniku filtracji, przed przedostaniem się do wód przesiąkowych grunt taki nie byłby w stanie odprowadzić wód przesiąkowych, które obniżyłyby parametry wytrzymałościowe co mogłoby zagrozić stateczności całej konstrukcji.

6. Drenaż pionowy w osi lub w pobliżu osi ( 1i )

Stosowany w zaporach z gruntów spoistych, ma za zadanie zabezpieczenie ich w przypadku wystąpienia spękań korpusu albo poprawę jego stateczności przy gwałtownym obniżeniu zwierciadła wody w zbiorniku.

Drenaże wewnętrzne, ukośne, pionowe w korpusie zapory z gruntów spoistych wykonane są jako warstwy piaskowe, niekiedy pospółkowe o grubości co najmniej 0,3 m - drenaż poziomy, 0,5 m - drenaż ukośny i pionowy, układanych i zagęszczanych ręcznie, a 1,0 m przy stosowaniu sprzętu mechanicznego.

Drenaże wewnętrzne pionowe wprowadzone zostały do budowy zapór z iłów miejscowych zagęszczonych przy wilgotności ok. 2%, mniejszej od optymalnej w celu niedopuszczenia do powstania zbyt wysokiego ciśnienia wody w porach

Stosowane drenaże o średnicy 1,0 m. wpuszczane na ok. 5,0 m. w podłoże wykonane były z naturalnego piasku rzecznego i lokalizowano je blisko osi zapory po stronie odpowietrznej.

Sposób budowy był następujący:

Drenaże ułożono i zagęszczono w nasypie iłowym, na połowie jego długości, wykonano wykop o głębokości 0,3 - 1,0 m. i następnie zasypano go mokrym piaskiem. Zagęszczono sprzętem wibracyjnym lub zwykłym, nad zakończonym pionowym odcinkiem drenu układano dalej nasyp iłowy i powstał cały tok budowy.

7. Drenaż na skarpie odwodnej ( 1j )

Stosowany jest wtedy gdy skarpa jest uszczelniona okładziną betonową, asfaltową, stalową lub inną, drenaże takie stosowane są zawsze gdy korpus pod uszczelnieniem jest niedostatecznie przepuszczalny tj. orientacyjnie przy k < 10 ^-2cm/s. Wykonany jest z warstwy żwiru lub tłucznia grubości 0,3 - 0,5 m. albo z betonu porowatego lub asfaltobetonu.

Woda z drenażu odprowadzana jest do galerii lub przewodu biegnącego u stopy skarp i odprowadza ją na stronę odpowietrzną przez cały korpus zapory.

Poziome warstwy drenujące

8. Płaski poziomy drenaż korpusu.

Stosowane są w korpusach z gruntów spoistych lub mało przepuszczalnych zarówno w zaporach z uszczelnieniem jak i bez niego. Lokalizacja warstw drenujących może być rożna np. tylko od strony odpowietrznej i tylko od strony odwodnej lub z obu stron.

Drenaże od strony odwodnej mają głównie za zadanie obniżenie ciśnienia wody w porach przy opróżnianiu wody w zbiornika i w czasie konsolidacji natomiast drenaże od strony odpowietrznej mają na celu zmniejszenie ciśnienia w okresie konsolidacji odprowadzenie przesiąków .

9. Drenaż podłoża ( 1 m, n )

Stosuje się gdy pod zaporą zalegają przewarstwienia wodonośne lub grunty o większym współczynniku filtracji w kierunku poziomym niż pionowym.

Drenaże poziome w podłożu jako urządzenia zmniejszające ciśnienie w gruncie mogą być stosowane w przypadkach jeżeli możliwe jest przecięcie nakładu nieprzepuszczalnego zalegającego nad warstwą przepuszczalną albo w układach uwarstwionych przecięcie całej lub znacznej części podłoża, w której występuje woda pod ciśnieniem.

Pod względem konstrukcyjnym mogą to być rowy drenażowe albo gładkie galerie przejmujące wodę z dennej zasypki nad nimi.

Odwodnienie podłoża może być wykonane także poprzez wymianę gruntu pod zaporą w taki sposób aby zastąpiony przepuszczalny grunt przecinał znaczną część miąższości warstwy podłoża uwarstwionego. Podłoża aluwialne zapór charakteryzują się prawie zawsze większą wartością współczynnika filtracji w kierunku poziomym niż pionowym, wynika to z występowania przewarstwień lub naprzemianległych warstw gruntów spoistych i sypkich albo gruntów jednego rodzaju albo o różnych współczynnikach filtracyjnych. W takich przypadkach ciśnienie wody w gruncie pod zaporą i terenie od strony odpowietrznej mogą być tak duże, że wystąpienie przebicia hydraulicznego powinno zostać zabezpieczone przeciwfiltracyjnie tj przepony pionowe i fartuchy po stronie odwodnej oraz drenaże płaskie po stronie odpowietrznej.

Tego rodzaju zjawiska były przyczyną zastosowania pionowego drenażu podłoża w postaci studni odciążających o średnicach 0,15 m albo większych rozmieszczonych w odstępach co 15 - 30 m.

Studnie powinny być tak głębokie, aby sięgały do spągu warstwy przepuszczalnej lub co najmniej do 75 % jej miąższości. Studnie takie wymagają znacznych kosztów utrzymania a w wielu przypadkach trzeba je wymieniać co jakiś czas. Na trwałość studni obciążonych trwale wpływ ma korozja materiału, filtrów i rur. Studnie obciążające w porównaniu z innymi mają zaletę że można powiększyć ich liczbę już w trakcie eksploatacji wiercąc dodatkowe otwory.

13. Zapora w Głębinowie.

Sposób wykonania przepony iłowej

Przepona iłowa została wykonana w wykopie wąsko przestrzennym pod osłoną zawiesiny tiksotropowej. Zawiesina tiksotropowa - zjawisko przechodzenia żelów w zole i odwrotnie na skutek mechanicznego oddziaływania nazywamy tiksotropem. Może być ono spowodowane przez mieszania, drgania, wstrząsy, wibracje, fale elktrodźwiękowe.

Własności tiksotropowe wykazują grunty posiadające cząstki koloidalne

o   0.002m. Klasycznym gruntem tiksotropowym jest bentonit.

Warunki do spełnienia:

• wytrzymałość strukturalna - > 0.1 g/cm²,

• lepkość (pomiar wiskozymetrem) 30-60s (w tym aparacie),

• bentonit stosowany w wierceniach (Polski)

180 - 200 kg/m³ zawiesiny przy ciężarze objętościowym 1.11 - 1.15 g/cm³

• bentonit angielski „Berkbent C”

60 kg/m³ zawiesiny przy ciężarze objętościowym 1.03 g/cm³

stosowane różne ciężary w zależności od głębokości przepony, warunków wodnych, opadów atmosferycznych:

• ciężar 1.14 - 1.18 g/cm³

• ił - 0.173m³ - 252 kg suchej masy na 1m³ zawiesiny - ciężar objętościowy iłu - 1.98 G/cm³, ciężar objętościowy iłu w stanie suchym - 1.426 G/cm³

• H₂O - 0.826m³

• soda techniczna Na₂CO₃ - 8.8 kg - 3.5% (w stosunku do suchej masy iłu)

Wykonawstwo przepony opierało się na metodzie wykonania głębokich wykopów wąsko przestrzennych bez obudowy ścian. Nie umocniony wykop w czasie drążenia jest napełniony zawiesiną bentonitu z wodą. Mieszanina ta o właściwościach tiksotropowych jest wystarczająca do zrównoważenia parcia gruntu i wody gruntowej. Wykopy w gruntach piaszczystych i żwirowych do głębokości około 35m wykonuje się przy zastosowaniu zaadaptowanych zwykłych koparek wieloczerpakowych lub chwytakowych o chwytakach swobodnie spadających lub też koparek specjalnych o wąskich chwytakach poruszanych w prowadnicach. Wykonywane takim sprzętem wykopy mogą mieć szerokość 0.4 - 1.5m. Przy wykonywaniu wykopów o większych szerokościach i gruntach trudno urabialnych stosowane są specjalne wiertnice różnych typów które pozwalają na wykonanie wykopów o minimalnej szerokości 0.25m - 0.40m przy głębokościach sięgających 80m. W takim wykopie można wykonać przesłony wodoszczelne lub ściany nośne. Aby wykonać ścianę nośną do wykopu wprowadzamy prefabrykowany szkielety zbrojeniowe, poczym wykop zabetonowujemy wybierając zawiesinę tiksotropową masą betonową. W celu wykonania przesłony wodoszczelnej konstrukcja zbrojeniowa nie jest potrzebna. W takich przypadkach wykop wypełnia się gliną, mieszaniną glino-cementową lub betonem niezbrojonym. Materiał wypełniający wsypuje się bezpośrednio do wykopu lub wprowadza się przez konstrukcję z rur która początkowo sięga dna wykopu a następnie, stopniowa jest podnoszona w miarę wypełniania wykopu. Wprowadzony pod osłoną zawiesiny materiał opada na dno wykopu gdzie wnika w materiał wcześniej ułożony. Stopniowo wypełniając wykop od dołu ił, glina lub beton wypiera zawiesinę i ostatecznie wypełnia całkowicie wykop.Wytworzenie zawiesiny tiksotropowej na budowie w specjalnych mieszalnikach w ilości niezbędnej do dłuższych i głębszych przesłon byłoby pracochłonne i kosztowne, dlatego stosuje się wyłącznie odcinkowe wykonanie przepon, przy czym zawiesina wyparta z wykopu może być użyta wielokrotnie. Powtórnie wykorzystuje się również zawiesinę odsączającą się z materiału wybieranego przy wykonywaniu wykopu. Przy zastosowaniu takich metod zostały wykonane przesłony zapór w Głębinowie na Nysie kłodzkiej i w Rybniku na Rudzie. Wykop w Głębinowie był wykonany przez adaptowaną koparkę a w Rybniku przez wiertnicę frezującą.

18. Zapora jako element krajobrazu:

Rola zapór i zbiorników retencyjnych.

Są integralnymi elementami środowiska na które oddziaływają. Przy czym okres tego oddziaływania jest dla każdego inny. Panuje przekonanie że budowa zapór jest w sprzeczności z ochroną środowiska. Choć nie zawsze jest to sprzeczność nie do pogodzenia. Powiązania między nimi są bardzo złożone. Projektowanie zapór jest zadaniem bardzo trudnym gdyż w każdej sytuacji należy osiągnąć kompromis między często przeciwstawnymi celami. Z punktu widzenia rozwoju gospodarczego zapory tworzone zbiorniki są potrzebne ponieważ można w nich gromadzić wodę gdy występuje w nadmiarze i wykorzystywać w okresie niedoborów. Dzięki zaporom można unikać skutków niszczących powodzi i katastrofalnych susz. Ochrona przed powodzią była zawsze jednym z najważniejszych celów budowy zapór a często celem podstawowym

Podobnie będzie w przyszłości gdyż około 40% ofiar klęsk żywiołowych to ofiary powodzi - blisko 100.000 ludzi rocznie. Zapory umożliwiają również wyrównanie naturalnych przepływów których wielkość zmienia się w zależności od pory roku i losowych czynników klimatycznych a tym samym zapewnia pokrycie zapotrzebowania na potrzeby rolnicze. W wielu krajach wzrost produkcji żywności może nastąpić tylko w wyniku rozwoju nawodnień. Obecnie na ziemi nawadnia się 250mln. ha - niespełna 1/5 powierzchni ziemi uprawnej daje 1/3 światowej produkcji żywności, zużywając do tego ¾ pobieranej wody. Prowadzone są badania nad sposobami ograniczenia strat wody w sieciach doprowadzających, wydatniejszymi technikami nawadniania dążąc do 3% wzrostu powierzchni nawadnianych wciągu najbliższych 10lat co pozwoli zapewnić żywność dla kolejnego miliarda ludzi. Ponieważ zasoby wód powierzchniowych z których obecnie jest pokrywana w przybliżeniu połowa potrzeb rolnictwa, ludności i przemysłu są w wielu regionach poważnie zagrożonych jedynym rozwiązaniem problemu zaopatrzenia w wodę na większą skalę (oprócz oszczędności) jest zwiększenie udziału wód powierzchniowych po przez budowę zbiorników retencyjnych.

Zapory wodne a energetyka wodna

Zapory wodne umożliwiają pokrycie potrzeb dla energetyki wodnej. Biorąc pod uwagę prognozy wyczerpywania się zasobów paliw mineralnych z których pozyskiwane jest obecnie ¾ energii, konieczne jest zastępowanie ich innymi technologiami produkcji energii nie powodującymi emisji CO₂ oraz par rtęci (w przypadku elektrowni atomowych) do atmosfery. Bazując na odnawialnych źródłach energii w najbliższych latach zanim upowszechnią się nowe technologie np. bezpośrednie wykorzystanie energii słonecznej w ogniwach fotoelektrycznych głównymi źródłami energii odnawialnej wykorzystywanej na skalę przemysłową będą energia biomasy i energia wodna. Energię wodną można wykorzystać przy stosowaniu znanych i sprawdzonych technik z bardzo dużą sprawnością, nie uszczuplając zasobów dla przyszłych pokoleń i nie produkując zanieczyszczeń i odpadów. W wielu krajach rozwijających jest to jedyne źródło energii naturalnej. Obecnie elektrownie wodne produkują 2.1 mln GW/h - 20% produkcji energii elektrycznej i 7% globalnej produkcji. Nawet przy najniższych szacunkach zasoby energii są co najmniej sześciokrotnie większe niż ich obecne wykorzystanie.

Zaopatrzenie w wodę ludności i przemysłu oraz żeglugi

Stwarzają one także warunki do rekreacji, turystyki, rozwoju wędkarstwa i gospodarki rybackiej, mogą poprawić warunki środowiskowe. Zapory i zbiorniki retencyjne są więc niezbędnym elementem infrastruktury tworzonej dla zaspokojenia potrzeb człowieka. Jednocześnie w coraz większym stopniu uświadamiamy sobie potrzeby ochrony środowiska naturalnego które stanowi podstawę życia na ziemi. Szeroko rozumiane środowisko obejmuje też aspekty społeczne (ludzi, mienie, tradycje). Wpływ zapór i zbiorników wodnych na środowisko jest oczywisty i nieunikniony. Wypływa to z faktu że zalewane są niektóre tereny, ludność jest przesiedlana, naruszona jest ciągłość życia wzdłuż rzeki, zmieniony zostaje reżim hydrologiczny, zmniejszają się odpływy na wskutek przerzutów wody. W związku z czym hydrotechnicy muszą rozwiązać problemy nierozerwalnie związane z przekształceniem środowiska naturalnego w środowisko przyjazne człowiekowi. Należy przy tym dołożyć wszelkich starań aby zapobiec takim przekształceniom którym można unikać. Musimy świadomie wykorzystać naturalną żywotność przyrody nie przeceniając jej możliwości adaptacji w nowych warunkach równowagi ekologicznej. Ludziom którzy będą w jakikolwiek sposób poszkodowani w wynik budowy zapory należy udostępnić w pierwszej kolejności udział

w zdobywanych dzięki inwestycji korzyściach.

Kształtowanie zasobów wodnych zgodnie z zasadami ekorozwoju poprzez budowę zapór

i zbiorników wodnych jest metodą sprawdzoną o czym świadczy ponad 36000 dotychczas zbudowanych zapór (zapora wielka - wysokość >15m lub wysokości >10m jeżeli korona >5m lub jeżeli tworzy ona zbiornik o powierzchni > 1 mln. m³ lub urządzenia spustowe mogą przepuścić ponad 2000m³/s), jeśli długość korony jest większa niż 500m.

Problemy oddziaływań ekologicznych i społecznych zapór i zbiorników wodnych powinny mieć rangę pierwszorzędną na równi z zapewnieniem bezpieczeństwa budowli. Należy osiągnąć kompromis pomiędzy zwiększaniem zasobów wody dyspozycyjnej a ochroną środowiska nie stwarzając zagrożenia dla następnych pokoleń. Poszukując takich rozwiązań kompromisowych w swojej deklaracji ICOLD zaleca kierować się następującymi zasadami polityki ekonomicznej.

19. Zapory wodne i środowisko - deklaracje ICOLD

DEKLARACJA ICOLD

International Commission On Large Dams - Międzynarodowa Komisja Wielkich Zapór - MKWZ

PNCICOLD - Polish Nation Committed of ICOLD

ZAPORY WODNE A ŚRODOWISKO -

Rola ICOLD - MKWZ powstała w 1928r - zajmuje się ona wymianą wiedzy i doświadczeń w dziedzinie budowy zapór dla inż. i innych specjalistów w dziedzinie zabudową hydrologiczną. Celem jej jest rozwijanie wiedzy technicznej w dziedzinie zapór we wszystkich aspektach i wszystkich etapach planowania, projektowania, budowania i eksploatowania zapór oraz związanych z nimi budowli. Komisja gromadzi informacje oraz analizuje problemy techniczne, ekonomiczne, społeczne i ekologiczne budowy zapór ze szczególnym uwzględnieniem bezpieczeństwa budowli i ochrony środowiska. Już w 1973 zaangażowanie komisji wyrażono w następujący sposób.

Podstawowym problemem jaki należy rozwiązać jest odpowiedź na pytanie czy zapory są pożyteczne czy szkodliwe. Czy w ostatecznym rozrachunku przyczyniają się do poprawy warunków środowiska i warunków życia człowieka czy też degradują środowisko. A także w każdym indywidualnym przypadku ocena czy należy je budować, a jeżeli tak jakie dobrać parametry.

Uwagi ogólne. Życie bez wody byłoby niemożliwe. Obok powietrza i gleby stanowi ona najważniejszy z zasobów naturalnych. W ciągu ostatnich 300 lat zużycie wody słodkiej wzrosło trzydziestopięciokrotnie, podczas gdy liczba ludności tylko osiem razy. Przyjmując że utrzyma się obecne tempo przyrostu ludności (90 mln. rocznie) przy globalnej populacji 5.6 mld należy się spodziewać że w ciągu najbliższych dziesięcioleci zapotrzebowanie będzie wzrastało co rocznie o 2-3%. Zasoby słodkiej wody są ograniczone i rozłożone nierównomiernie. Nie można w nieskończoność powiększać eksploatacji tych zasobów aby pokryć zapotrzebowanie. W krajach o wysokim zużyciu, dużych zasobach i rozwiniętej infrastrukturze można w mniejszym lub większym stopniu zahamować dalszy wzrost zapotrzebowania. Sposobami mogą być - zmniejszenie strat, stosowanie obiegów zamkniętych, ponowne stosowanie wody. Jest jednak wiele regionów gdzie woda jest czynnikiem decydującym o warunkach życia, a nawet o przetrwaniu ludzi.

W celu zagwarantowania zaopatrzenia w wodę konieczna jest budowa nowych zapor i zbiorników wodnych.

20. Techniczna kontrola zapór:

Zadania służby T K Z w I M i G W

• ocenianie budowli piętrzących wody

• prowadzenie pomiarów geodezyjnych dla wszystkich obiektów resortowych

• wykonywanie w miarę potrzeb i gotowych badań właściwych materiałów

• weryfikacja pomiarów geodezyjnych oraz wskazań aparatury kontrolno pomiarowej

• okresowe przeglądy i wizje lokalne budowli piętrzących wodę

• wprowadzenie banku informacji o budowlach piętrzących

• raporty o stanie technicznym budowli piętrzących złożonych z kart ocen stanu bezpieczeństwa

Zakres prac związanych z ocenami stanu technicznego budowli piętrzących

• przegląd obiektów

• pomiary geodezyjne i przemieszczenia względne

• weryfikacja pomiarów i ich analiza wraz z obróbką danych

• wykonanie opracowania zawierającego ocenę stanu technicznego obiektu w tym poszczególnych elementów budowli piętrzących, podłoża, korpusu, urządzeń przeciw filtracyjnych i drenażowych urządzeń do przepuszczania wody, skarp i otoczenia, aparatury kontrolnej oraz wnioski o stanie obiektu i zalecenia eksploatacyjno - remontowe

• znaczna ilość badań miała charakter kompleksowy tzn. oprócz pomiarów geodezyjnych przeprowadzono badanie stopnia zagęszczenia gruntów zapór ziemnych i ich podłoża

Skala oceny stanu technicznego i bezpieczeństwa ( 10 stopniowa )

- ocena stanu technicznego

1. Brak urządzeń

2. Brak oceny

3. Stan niedostateczny 3 - 4

4. Stan zadawalający 5 - 6

5. Stan dobry 7 - 8

6. Stan bardzo dobry 9 - 10

- ocena stanu bezpieczeństwa

1. Brak oceny

2. Stan zagrożenia bezpieczeństwa 2 - 4

3. Stan mogący zagrażać bezpieczeństwu 5 - 7

4. Stan nie zagrażający bezpieczeństwu 8 - 10

Ogólna ocena stanu technicznego i stanu bezpieczeństwa obiektu

Na ogólną liczbę 140 oddzielnie sklasyfikowanych obiektów lub ich budowli w 68 odnotowano niedostateczny stan techniczny jednego lub więcej elementów budowli

( 49% ), w 32 obiektach lub ich budowlach odnotowano stan mogących zagrażać bezpieczeństwu ( 23% rozpatrywanych budowli ) w 8 istnieje stan zagrożenia bezpieczeństwa ( ok. 6 % )

Przyczyny wystąpienia uszkodzeń i zagrożeń budowli wodnych

Wyodrębniono subiektywne i obiektywne czynniki stwarzające zagrożenie dla bezpieczeństwa obiektów piętrowych.

Do obiektywnych należy głównie występowanie coraz częstszych i większych fal wezbraniowych oraz starzenie się budowli,

Do subiektywnych zaliczamy niedostateczne rozpoznanie hydrogeologiczne podłoża, błędy w projektowaniu, błędy i słabą jakość wykonawstwa oraz nadzór niekonsekwencję realizacji planów budowy kolejnej budowli, niedostateczną kontrolę stanu obiektu w czasie eksploatacji i opóźnienia prac remontowych.

Wzrost wielkości przewidywanej fali powodziowej wywołane wzrostem urbanizacji zlewni lub udoskonaleniem metod obliczeń wywołał konieczność przebudowy przelewu powierzchniowego w dwóch obiektach.Problem uszkodzeń spowodowanych starzeniem się zapór dotyczy większości rozpatrywanych obiektów.

Z pośród 53 obiektów w których stwierdzono niedostateczny stan techniczny 35 przekroczyło 50 lat a 6 - 25 lat swego funkcjonowania. W warunkach polskich z uwagi na niski poziom wykonawstwa jest to jednoczesne z wejściem z intensywnymi pracami remontowanymi spowodowanymi starzeniem się. Niepokojący jest fakt, że zły stan techniczny odnotowanych 13 obiektów ( 23% ) których wiek nie przekroczył 25 lat należą tu ( Hańcza, Dobrzeń Wielki, Janowice, Mietków, Zielona - Częstochowa ).

Głównymi skutkami starzenia się budynków jest utrata szczelności urządzeń przeciw filtracyjnych w tym przesłon cementacyjnych, ekranów, ścian szczelnych itp. zjawiska sufozyjne, wywołane wyżej wymienionymi czynnikami , korozja zewnętrzna i wewnętrzna betonów, starzenie konstrukcyjne zamknięć w tym korozja, deformacja, starzenie techniczne urządzeń wyciągowych.

Starzenie budowli może mieć pozytywne skutki jak np. wzrost wytrzymałości i modułów sprężystości dla dobrze wykonanych betonów. Na stan techniczny podłoża oddziaływają głównie procesy filtracyjne powodujące jego stopniową degradację, dużą rolę odgrywają procesy starzenia się przesłon przeciwfiltracyjnych ich wadliwe wykonanie, brak właściwej konstrukcji urządzeń drenaży oraz słabe rozpoznanie hydrogeologiczne podłoża, a szczególnie brak analizy zmian jakie w nim następują po spiętrzeniu wody w zbiorniku i skutków oddziaływania na obiekt. Przykładem uszkodzenia podłoża są między innymi budynki piętrzące Hańcza, Wisła Czarna.

Uszkodzenia korpusu wywołane są podobnymi czynnikami co podłoże z tym, że dużą rolę odgrywa tu również niestaranne rozeznanie terenowe.

Uszkodzenia urządzeń przeciwfiltrujących

Oprócz wyników ich starzenia i niestarannego wykonawstwa odnotowano również błędy projektowe jak brak lub niewłaściwe usytuowanie przesłon, niedostateczne wymiary, kończenie ścianki równo z brzegiem koryta rzeki bez odpowiedniego wejścia w przyczółki.

Uszkodzenia urządzeń drenażowych

Uszkodzenia te są wynikiem kilku czynników: kolmatacji, niewłaściwego rozwiązania, niestarannego wykonawstwa i braku konserwacji. Odnotowuje się przypadki niewłaściwego usytuowania urządzeń drenażowych powodujące, że nieprzechwytują one wód filtracyjnych przez lub przed zaporą. Do szczególnie częstych przypadków należy brak właściwej konserwacji tych urządzeń, a szczególnie czyszczenia rowów i studzienek oraz szybką naprawę uszkodzeń.

Przyczynami uszkodzeń i zagrożeń dolnego stanowiska jest obniżanie dna koryta rzeki, zbyt słabe ubezpieczenie i przeciąganie prac remontowych. Można stwierdzić, że ubezpieczenie dna skarp poniżej budowli piętrzących są najbardziej narażone na destrukcyjne działanie wody ( powodzie, erozja, sufozja, czas ).Remonty powinny być wykonywane ze zwróceniem szczególnej uwagi na prognozę rozwoju niekorzystnych zjawisk. Uszkodzenia przyczółków i nieprawidłowy stan obserwowany na terenach poniżej budowli piętrzących wiąże się głównie z problemem filtracji. Destruktywne działanie filtracyjne ułatwia np. pozostawienie elementów grodz budowli prostopadle do osi stopnia, nie uwzględnienie wahań wody wywołanych okresową pracą elektrowni, brak odpowiednich drenaży w rejonie przyczółków.

Brak odpowiedniej rozbudowy drenaży ma szczególne znaczenie na posadowieniu na aluwiach, a szczególnie na kredzie lub żwirach. ( Jeziorsko )

Stan urządzeń pomiarowych - wymianę uszkodzeń reperów, piezometrów, stabilność wskazań sieci pomiarowo - kontrolnej.

Wnioski

1. Stan techniczny budowli piętrzących w Polsce wymaga intensywnych działań powinno polegać na przyspieszeniu prac remontowych na podstawie właściwego technicznego rozpoznania obiektu opisującego przyczyny i zawierającego prognozy ich dalszego rozwoju oraz projektu zawierającego rozwiązania techniczne i technologiczne uwzględniającego wpływ pracy obiektu na skuteczność przyjętych rozwiązań i trwałość odpowiednio zastosowanego materiału

2. Biorąc pod uwagę fakt, że ponad połowa przekroczyła 50 lat, środki finansowe przyznawane na utrzymanie i eksploatację urządzeń piętrzących powinny zapewniać ich remonty i bieżącą efektywną konserwację co zapobiegnie dekapilizacji.

---