Материал: Объекты ланд архитек

Рис. 6.2. Виды земляных насыпных плотин:

а- однородная; б, в - неоднородные; г - с экраном из негрунтоных материалов; д - с грунто­

вым ядром (вертикальным или наклонным); е - с негрунтовой диафрагмой; ж - с грунтовым

экраном; з - продольный разрез плотины; 1 - крепление откосов; 2 - тело плотины; 3 - кривая депрессии; 4 - дренаж; 5 - верховая грунтовая противофильтрационная призма; 6 - низовая призма; 7- nереходный слой грунта; 8- центральная грунтовая протинофильтрационная nри­ зма; 9- зуб; 10- экран из негрунтоных материалов; 11- верховая призма; 12- грунтовое ядро; 13- инъекционная (цементационная) висячая завеса; 14- противофильтрационная диафрагма; 15- шнунт или стенка; 16- грунтовый экран; 17- t·рсбень; НПУ - нормальный подпорный уровень; УНБ - уровень воды в нижнем бьефе; h -высота плотины; Ь - ширина плотины понизу; bum - ширина противофильтрационной призмы понизу; bup - ширина 1шотины по гребню; mh - коэффициент верхоного откоса; т, - коэффициент низового откоса; LГL, - длина плоти-

ны по гребню

При возведении плотин следует руководствоваться следующими соображе­ ниями. Земляные плотины, дамбы, противофильтрационные устройства на­

порных сооружений в виде экранов, ядер и лонуров можно возводить отсып­ кой грунта как в сухих условиях, так и в воду.

При устройстве противофильтрационных устройств наиболее пригодны глинистые грунты с коэффициентом фильтрации К < О, 1 мjсут и при числе

пластичности IP ?:: 0,05. Допускается применять также искусственную грунто­

вую смесь, содержащую глинистые, песчаные, дресвяные и крупнообломоч­ ные грунты. Состав смеси должен быть проверен в производственных условиях

или на опытных отсыпках.

Крутизну откосов плотин и дамб при проектировании и строительстве оп­

ределяют исходя из физико-механических характеристик грунтов; действу­

ющих на откосы сил (собственной массы, влияния воды, сейсмических, ди­ намических, внешних нагрузок на гребне и откосах и др.); высоты плотины;

производства работ и условий эксплуатации.

Ориентировочные значения заложений откосов (коэффициента заложения откоса т) земляных насыпей плотин из глинистых и песчаных грунтов при

наличии в основании грунтов с прочностью, сопоставимой или больше, чем

в теле плотины, можно принять по табл. 6.1.

Для более точного определения коэффициентов заложения устойчивых от­ косов можно воспользоваться графиком, составленным для различных грун­ тов. Откосы грунтовых плотин могут иметь переменное заложение, что эконо-

Т а б л и ц а 6.1. Ориентировочные значения коэффициента заложения т

Значения коэффициента заложения т откосов плотины

Высота плотины, м

125

мит объем грунта, используемого при возведении плотины. При этом коэф­

фициент заложения т уменьшается в части, примыкающей к гребню плоти­ ны, и увеличивается при приближении к основанию.

На откосах средних и высоких плотин рекомендуется устраивать бермы, которые увеличивают устойчивость откосов, облегчают поверхностное вода­

отведение, и улучшают производственные и эксплуатационные условия. На

верховом откосе бермы служат упором крепления и облегчают условия осмот­ ра и ремонта. На низовом откосе бермы используют для служебного проезда, предотвращения размыва водами поверхностного стока (с устройством кюве­

тов или лотков), устройства сооружений для контроля за кривой депрессии и

управления задвижкой донного водоспуска. Бермы обычно располагают через 1О ... 15 м по высоте при ширине 3 м (для проезда) и не менее l ... 2 м, если

проезд не предусмотрен.

Гребень плотины при минимальной ширине 4,5 м должен возвышаться как над нормальным подпорным уровнем (Н ПУ), так и над форсированным под­

порным уровнем (ФПУ). Превышение отметки гребня плотины над отметкой уровня воды определяют для двух расчетных случаев: над отметкой НПУ и над отметкой ФПУ расчетной вероятности превышения по формуле

где h11 - высота наката на откос ветровой волны, м; !J.h - высота ветрового нагона волны, м; а - запас по высоте плотины, равный или больше 0,5 м.

Высоту наката ветровой волны на откос h11 определяют по специальным

методикам, изложенным в справочниках проектировщика гидротехнических

сооружений.

Высоту ветрового нагона !:!.h ориентировочно можно определить по фор­

муле

w2D

!J.h = 2 ·l0-6 -- cosa, gH

где w- скорость ветра расчетной вероятности превышения на высоте 10 м над

уровнем воды, мjс; D - протяженность охваченной ветром акватории, м; g -

ускорение силы тяжести, мjс2; Н - расчетная глубина, м; а - угол между

продольной осью водоема и направлением ветра, о.

Одним из важнейших элементов насыпной земляной плотины является

дренаж тела плотины, который проектируется и стоится для отвода воды,

фильтрующейся через тело и основание ruютины; предотвращения выклини­

вания фильтрационного потока на низовой (сухой) откос; снижения уровня

кривой депрессии для повышения устойчивости низового откоса; повышения

устойчивости верхового откоса при быстром поиижении уровня; отвода воды профильтровавшейся через экран, тело и ядро плотины.

Дренажные устройства в зоне низового (сухого) откоса могут иметь раз­

личную конструкцию (рис. 6.3). Выбор конструкции, в первую очередь, зави­

сит от типа плотины, ее размеров и используемых грунтов. Дренажный банкет

обычно устраивают на русловых участках плотины. Превышение гребня дре­

нажного банкета над максимальным уровнем воды в нижнем бьефе определя­

ют расчетом, но оно должно быть не менее 0,5 м. Ширину поверху принимают

126

1

2

д

Рис. 6А. Типы креплений верхового откоса плотин (размеры указаны в м):

о - одиночное мошение; б - двойное мошение; в - наброской камня в плетневые клетки; г -

хворостяной выстилкой; д- железобетонными плитами; 1 - слой камня толшиной 0,3 ... 0,5 м; 2- песчано-гравийная подготовка толшиной О, 1 м; 3 - колья диаметром 5 ... 8 см, длиной 1,5 м; 4- слой гравия или щебня толшиной 0,10 ...0,15 м

из условий производства работ и конструкции, но она не должна быть менее 1 м. Наслонный дренаж устраивают на участках плотины, перекрывающих затопляемую пойму. Толщину наслонного дренажа с обратным филыром оп­ ределяют из условий производства работ, но она должна быть не меньше ве­ личины t, определяемой по формуле

t =5d,,,85 + ft,

где ds,ss- диаметр частиц, масса которых вместе с массой более мелких фрак­

ций составляет 85 % от массы всего дренажного слоя, м; ft- толщина обрат­

ного фильтра, м.

Превышение гребня наслонного дренажа h5 над максимальным уровнем

воды в нижнем бьефе принимают, как и для дренажного банкета.

Трубчатый дренаж из бетонных или асбестоцементных труб (перфориро­ ванных) с заделанными и незаделанными стыками обсыпают обратным филы­

ром. Диаметр дренажных труб определяют гидравлическим расчетом, но при-

128

нимают не менее 200 мм. Толщина каждого слоя обратного фильтра должна быть не менее 5d,,85 , но не менее 200 мм. Верховой (рис. 6.4) и низовой откосы

крепятся различными способами.

6.5. Водосбросы и водоспуски

Водосбросы. Существование и эксплуатация плотинных водоемов невоз­ можны без основных сооружений, обеспечивающих их безопасность (водо­

сбросов) и хороших условий эксплуатации и ремонта (водоспусков). Водо­

сбросы бывают с глубокими колодцами (шахтные, ковшевые и др.) и могут служить и дЛЯ опорожнения водоема. В то же время донные водоспуски могут

выполнять функцию управляемых глубинных водосбросов.

Типы конструкци:и водосбросов определяются топографическими, геоло­

гическими, гидрогеологическими, гидрологическими, эксплуатационными

условиями. Водосбросы могут устраиваться как в берегах балки или ручья, так и в теле ruютины. Береговые водосбросы располагаются обычно непосредственно

около плотины и сбрасывают воду в ту же балку (ручей) или в соседний

водоток (понижение). Водосбросы в теле земляных плотин располагают в рус­

ле или на пойме балки (ручья).

Основными элементами водосбросов, расположенных в берегах, являются

подводящий канал криволинейного или прямолинейного очертания в плане,

водосливная часть в виде водослива с широким порогом и сбросная часть в

ви:де быстротока или многоступенчатого перепада.

По конструкции водосбросы подразделяются на открытые и закрытые. Во­

досбросы в теле плотины устраивают закрытыми (сифонные и шахтные).

Сифонный водосброс (рис. 6.5) в зависимости от расхода устраивают из железобетонных, металлических или асбестоцементных труб из одной или нескольких ниток (до 6 шт.), опор и раструбных оголовков в верхнем и ниж­

нем бьефах. Гребень сифона располагается на отметке нормального подпор­ ного уровня. Входной оголовок оборудуется воздухаотводящими металличе­

скими трубками. Верхняя кромка оголовка заглубляется на 0,2 м ниже НПУ. Нижний бьеф сооружения крепится железобетонными плитами, верхний -

железобетонными плитами и камнем, уложенным в один слой. Этот тип водо­ сброса является автоматическим. При разности бьефов от 5 до 10 м его пропуск­

ная способность составляет 1,2 ... 5,8 м3/с по одной нитке и диаметре труб

576 ... 960 мм.

Шахтный водосброс обычно устраивают из монолитного и сборного желе­

зобетона. Он работает в автоматическом режиме. Основными элементами кон­ струкции являются шахта, напорный трубопровод и гаситель энергии. Гребень водослива устраивают на отметке НПУ. Напор на водосливе принимают до

0,8 ... 1,О м. Для полного опорожнения водоема в нижней части шахты предус­

матривается отверстие, перскрываемое затвором, а при необходимости и ры­

боудерживающей решеткой.

Напорный трубопровод укладывают на бетонный фундамент. Для гашения

напора фильтрационного потока вдоль трубопровода устраивают диафрагмы. Гашение энергии в нижнем бьефе обеспечивается решетчатым или иным ви­

дом гасителя.

129