Одним из главных и завершающих этапов строительства плотины является перекрытие русла реки и, как правило, начало набора водохранилища. К времени перекрытия русла должны быть выполнены водосбросные сооружения на водосливной плотине и здании ГЭС для пропуска хотя бы на промежуточном горизонте паводковых вод. Однако это правило не всегда соблюдалось из-за сокращенных сроков пуска первого и последующих гидроагрегатов, которые вводились на пониженном горизонте водохранилища и далеко на недостроенных сооружениях, в том числе и земляных плотин. При отставании от намеченных сроков строительства и неполной готовности сооружений, часто принимались рискованные решения, которые приводили к аварийным последствиям и удорожанию строительства.
Примером таких необоснованных рисков может служить перелив воды через недостроенную бетонную плотину при пропуске весеннего паводка 1979 г. на Саяно-Шушенской ГЭС с затоплением первого введенного гидроагрегата и машинного зала.
До полного перекрытия русла широкой реки обычно производят обжатие живого сечения реки путем отсыпки в воду банкета из камня и щебня по верховому и низовому подводного контура плотины. В образованный тиховод между банкетами производят намыв грунта в воду, а на образованном пляже организуют карту и ведут намыв до проектной отметки гребня плотины.
Рис. 12.1. Аварийный пропуск паводка на строительстве Саяно-Шушенской ГЭС на р. Енисей 22.05.1979 г. [11].
При строительстве Куйбышевской ГЭС русло Волги сузили с 1 км до «прорана» в 330 м., когда начался естественный размыв дна русла.
Сужение русла необходимо для оставления минимального «прорана» с целью сокращения объемов намыва плотины для окончательного закрытия русла. При перекрытии русла с не полностью построенными водопропускными сооружениями начинается набор воды в водохранилище и повышение его горизонта. Чтобы не допустить перелива воды через намываемую плотину, необходимо опережение возведения плотины по высоте над уровнем поднятия горизонта водохранилища. Безусловно, такая схема чревата потенциальной опасностью, но её выполняют ради плановых сроков пуска первого гидроагрегата на промежуточной отметке водохранилища.
Этот риск усугубляется еще тем, что если на реке ведется интенсивное судоходство (как на Волге), то время закрытия прорана откладывают до конца навигации. Так перекрытие Волги на строительстве Куйбышевской (Жигулевской ГЭС) было начато 30 октября 1955 г., с этого времени как раз установились устойчивые морозы, которые спустя месяц остановили намыв русловой плотины в проране ввиду образования льда во всех пульпопроводах от 9 земснарядов [9]. Причиной было позднее начало перекрытия и ранняя зима.
К перекрытию русла проводили тщательную подготовку, как со стороны строительства, так и со стороны гидромеханизации.
Для перекрытия прорана и намыва песка в тело плотины предварительно отсыпался банкет из крупного материала — бетонных тетраэдров, камня, щебня.
На Куйбышевгидрострое эта задача решалась отсыпкой в текущую воду банкета из тетраэдров и камня с наплавного моста.
В гидромеханизации, для замыва прорана русловой плотины длиной 330 м, было сосредоточено семь мощных земснарядов 1000—80 и два типа 500—60.
Рис.12.2. Перекрытие прорана Волги бетонными тетраэдрами и камнем с наплавного моста на строительстве с Куйбышевской ГЭС. 30.Х.1955 г. [6].
Рост плотины в проране достиг 1 м по высоте, объемом до 300 тыс. м3 в сутки. Большего сосредоточения земснарядов на одном объекте нигде в мире не было. С 1 ноября 1955 г. по 5 декабря в подводную часть прорана земснарядами было намыто 4,5 млн. м3 грунта. По всему прорану в контуре плотины был образован пляж на 4—3 м выше горизонта воды в верхнем бьефе.
Но и при такой интенсивности намыва пришлось возвести из намытого грунта с помощью бульдозеров и экскаваторов на верховом откосе прорана узкую дамбу на высоту до 4 м, необходимую для пропуска весеннего паводка.
В начале декабря при морозе до -400 все 9 пульпопроводов были забиты льдом и земснаряды остановлены. В этом была и вина руководства участка, не осуществившая должного контроля за сливом воды из пульпопроводов при остановке земснарядов. Всю зиму пришлось удалять лед из пульпопроводов для продолжения намыва весной 1956 г.
Рис. 12.3. Перекрытие прорана р. Волги 1.11.1955 г. на строительстве Жигулевской ГЭС. Намыв грунта перед банкетом производят 7 земснарядов типа 1000—80 и два 500—60 [6].
Первый гидроагрегат был введен 31 декабря 1955 г., как предусматривалось планом, после пуска он был остановлен, т.к. при малом напоре его эксплуатация была неэффективна.
Ниже, как пример, приведена общая схема работ по намыву плотины в проране на строительстве Куйбышевской (Жигулевской ГЭС) на Волге. Но эта схема не может служить типовой, так как строительство ГЭС привязывается к местным условиям каждой реки. Но из этого примера видно, на сколь сложен и ответственен этот завершающий этап строительства.
Рис. 12.4. Схема замыва прорана русла Волги песком в 1955 г. на строительстве ГЭС. [6]
а — общий вид: б — схема намыва; 1 — левая часть русловой плотины; 2 — здание ГЭС; 3—опора канатной дороги: 4 — магистральные трубопроводы; 5 — сбросные колодцы; 6 — трубопровод на карте для намыва обвалования; 7—выпуски из торцов трубопроводов диаметром 6000 мм; 8—первичное высокое обвалование; 9 — коллекторы; 10— банкет; 11 — подводный намыв: 12— створы замера уклонов.
При намыве песчаного грунта в воду вдоль отсыпанного банкета из бетонных блоков и камня при перепаде воды на банкете до 2 м выяснилось, что пустоты в каменной насыпи со щебнем почти полностью заполняются песком и кольматируют банкет. Фильтрация воды через банкет почти полностью прекратилась.
Этот способ замыва пустот в каменно-гравийной насыпи испытали на модели Асуанской плотины в Запорожье, и по получению хорошего результата, он был использован советскими гидротехниками при сооружении плотины на р. Нил с одобрения известного специалиста механики грунтов Карла Терцаги.
При этом способе из местного материала камня и песка получался прочный конгломерат с крутыми откосами и низким коэффициентом фильтрации. После возведения Асуанской плотины и успешной её эксплуатации, этот способ получил развитие в проектировании и строительстве каменно-песчаных плотин в России.
При обжатии русла Волги выяснялась еще одна особенность намыва подводной части плотины. Песчаный грунт укладывался под водой с большим уклоном и тем большим, чем больше глубина реки, а главное, с предельно малой плотностью. Верхние откосы конуса грунта, выходящего из воды, вообще были неустойчивы, и к ним было опасно подходить.
По мере намыва плотины и увеличения нагрузки на подводную часть происходила ее осадка и уплотнение с выдавливанием и уполаживанием откосов нижней части илистых грунтов. Это явление было известно ранее [4] и на ряде объектов применялось уплотнение подводной части сооружения с помощью мощных вибрационных глубинных установок.
Этот способ уплотнения намытых в воду мелких однородных песков при глубине до 30 м использовался при строительстве Высотной Асуанской плотины. Для этой цели были спроектированы и построены плавучие 30-ти метровой высоты башни на платформе с мощными вибраторами и пенитрометрами для контроля уплотнения. Всего в теле плотины было уплотнено 3405 тыс. м3дюнных песков. [4]. Результаты были хорошими.
На объектах Куйбышевгидростроя уплотнение подводной части русловой плотины не применялось.
Кроме намыва русловой части плотины на строительстве ГЭС, в зимние месяцы 1955 -1956 гг. велся намыв примыканий земляной плотины к водосливной, которые тоже не были готовы к приему весеннего паводка 1986 г. Поэтому нужно было непременно намыть эти сооружения в зимний период при морозах до -300 — 400. Все 4 земснаряда 500—60 и один земснаряд 1000—80 работали безостановочно с ноября1955 г. до марта 1956 г. включительно. Главным правилом успешной работы было обеспечение бесперебойного намыва. Слив воды из пульпопровода производился только при планируемых остановках больше суток под личным контролем руководителя участка. За эти месяцы было намыто 6 млн. м3 грунта в эти ответственные сооружения и обеспечен пропуск весеннего паводка. Этот факт мирового рекорда служит подтверждением, что при должном контроле качественный зимний намыв в гидромеханизации возможен, но он связан и с дополнительными затратами.
На примере перекрытия русла Волги на строительстве Куйбышевской ГЭС показано на сколько сложен и ответственнен этот этап строительства, и к этому этапу следует заранее тщательно и продуманно готовиться.