Конструкция однородной земляной плотины

Конструкция однородной земляной плотины в общем случае состоит из следующих элементов (рис. 8.7):

· гребня плотины шириной b, на котором, как правило, размещаются авто- и железнодорожные переезды;

· верхового и низового откосов с уклоном от 1:2 до 1:4 (реже до 1:6);

· берм, устраиваемых на откосах плотины с шагом 7÷15 м;

· креплений верхового и низового откосов;

· волноотбойной стенки;

· дренажного устройства для организованного отвода фильтрующей воды и понижения кривой депрессии.

Рис. 8.7. Однородная земляная плотина:
1 — крепление верхового откоса; 2 — волноотбойная стенка; 3 — обратный фильтр; 4 — дренажный банкет (каменная призма); 5 — крепление низового откоса; 6 — кривая депрессии

Крепления земляных откосов устраивают для защиты их от следующих воздействий:

· размыва течением или волнением в бьефах;

· разрушения льдом;

· размыва фильтрационным потоком воды, вытекающей из тела плотины, например, при снижении горизонта воды в бьефе или при откате волн;

· размыва дождевыми водами, стекающими по откосу плотины;

· разрушения (эрозии) под воздействием ветра;

· прорастания растений с сильно развитой корневой системой;

· проникновения землеройных животных.

Крепление верхового откоса

В общем случае крепление верхового откоса выполняется из следующих составляющих:

· защитного покрытия (асфальтобетон, бетонные плиты, каменная наброска, габионы);

· дренаж — крупнозернистый материал (d _к=20÷70 мм); не устраивается при защитном покрытии из каменной наброски;

· обратный фильтр;

· защитный слой (защищает от промерзания глинистый грунт тела плотины от прорастания растений и проникновения землеройных животных и выполняется из песчаного или крупнообломочного грунта с характеристиками не хуже подстилающего грунта тела плотины).

Рис. 8.8. Схема крепления верхового откоса:
1 — защитное покрытие; 2 — дренаж; 3 — обратный фильтр; 4 — защитный слой; 5 — подготовка

Защитное покрытие верхового откоса выполняют в виде:

· одиночного мощения камнем (d _к=0,2÷0,3 м — средний диаметр камня);

· двойного мощения толщиной 0,3÷0,5 м;

· бетонных плит размерами порядка 1,5×2,5 м и 2×2 м, а толщиной от 0,15 до 0,6 м, а также железобетонных плит размерами до 20×20 м;

· каменной наброски толщиной (2,5÷3,0) d _к, где ( — эмпирический, =0,25÷0,35).

Обратный фильтр на верховом откосе осуществляет защиту от суффозии грунта при откате волны с откоса (рис. 8.9). Обратный фильтр выполняется в 1÷3 слоя толщиной 0,2÷0,5 м. Крупность каждого слоя определяется таким образом, чтобы между соседними слоями выполнялось условие:

,

где — диаметр частиц вышележащего слоя (по направлению фильтрационного потока), масса которых вместе с массой более мелких частиц составляет 60 % в данном слое;

— диаметр частиц следующего слоя (по направлению фильтрационного потока), масса которых вместе с массой более мелких частиц составляет 40 % в данном слое.

Рис. 8.9. Конструкция обратного фильтра:
1 — грунт тела плотины; 2 — 1-ый слой обратного фильтра; 3 — 2-ой слой обратного фильтра;
4 — дренаж

Состав обратного фильтра должен исключать:

· химическую суффозию грунта, заключающуюся в проникновении частиц защищаемого грунта в поры фильтра на участках нисходящего фильтрационного потока;

· выпор и вдавливание частиц грунта в поры фильтра;

· суффозии грунта между отдельными слоями.

Для примера ниже на рис. 8.10 представлена схема крепления верхового откоса из каменной наброски.

Рис. 8.10. Пример крепления откоса каменной наброской

Крепление низового откоса

Выполняется в виде:

· уплотненного слоя гравия или щебня толщиной 0,15÷0,2 м;

· слоя растительного грунта толщиной 0,2 м с посевом трав;

· выстилки дерном толщиной 0,2÷0,3 м.

На участках низового откоса в зоне переменного уровня крепление выполняется аналогично верховому.

Дренажные устройства низового откоса

Дренаж низового откоса плотин устраивается для осуществления следующих целей:

· понижения кривой депрессии для увеличения устойчивости низового откоса и устранения опасности пучения грунта тела плотины в зимний период;

· защиты от внешней суффозии грунта.

Различают следующие типы дренажей (рис. 8.11).

а	б	в
г	д	е
ж

Рис. 8.11. Основные типы дренажа низового клина плотины:
1 — кривая депрессии; 2 — дренажный банкет; 3 — обратный фильтр; 4 — наслонный дренаж;
5 — труба; 6 — горизонтальная продольная дренажная лента; 7 — отводящая труба

Дренажный банкет (рис. 8.11, а), как правило, выполняют, на русловых участках плотины при ее возведении без перемычек и при перекрытии реки отсыпкой камня в воду.

Диаметр камней, слагающих дренажный банкет, устанавливают, исходя из устойчивости откосов при волновом воздействии.

Величина превышения гребня банкета над максимальным уровнем нижнего бьефа устанавливается с учетом нагонной волны и наката на откос, но не менее 0,5 м. Ширину поверху назначают по условиям производства работ, но не менее 1,0 м.

Банкет должен быть запроектирован таким образом, чтобы расстояние от поверхности низового откоса до кривой депрессии было не менее:

где — наибольшая глубина промерзания грунта в районе строительства;

— высота максимального капиллярного поднятия для данного грунта (для песка 0,5÷1,0 м).

Наслонный дренаж (рис. 8.11, б) следует выполнять на участках плотины, перекрывающих затопляемую пойму, а также при отсутствии на месте строительства достаточного количества камня.

Толщину наслонного дренажа назначают по условиям производства работ, но не менее:

,

где = ε h _в — диаметр камней, масса которых вместе с массой более мелких фракций составляет 85 % массы грунта всего дренажного слоя;

h _в — высота волны;

ε = 0,25÷0,35;

— толщина обратного фильтра.

Трубчатый дренаж (рис. 8.11, в) следует применять, как правило, на тех участках плотины, где в период ее эксплуатации вода в нижнем бьефе отсутствует или присутствует кратковременно.

Трубчатый дренаж следует предусматривать из бетонных или пластиковых перфорированных труб с заделанными или незаделанными стыками, с обсыпкой обратным фильтром.

Сечение дренажных труб следует определять гидравлическими расчетами. Диаметр дренажной трубы следует принимать не менее 200 мм.

По длине трубчатого дренажа необходимо предусматривать смотровые колодцы.

Комбинированные схемы дренажа (рис. 8.11, г — ж)представляют собой одну из возможных комбинаций дренажей, указанных выше. Отметку гребня банкета комбинированного дренажа (см. рис. 8.11, д) следует назначать с учетом условий перекрытия русла реки.