Конструкции грунтовых плотин

Конструкция плотины во многом определяется свойствами местных грунтов, имеющихся вблизи створа. Также на конструирование влияют инженерно-геологическая ситуация места строительства, гидрологические характеристики реки и стока, климатические условия, сейсмичность района, наличие парка необходимых строительных машин.

В ходе конструирования решаются следующие задачи:

§ назначаются габаритные размеры сооружения (высота плотины, заложение откосов, ширина гребня, размеры берм);

§ выбирается тип укрепления откосов и гребня;

§ определяются противофильтрационные устройства в теле плотины;

§ разрабатываются дренажные устройства;

§ конструируется подземный контур плотины;

§ назначается тип сопряжения плотины с основанием и берегами.

Земляные плотины могут быть классифицированы по высоте, способу возведения, конструкции поперечного профиля, противофильтрационным устройствам в основании и классам капитальности.

По высоте признаком плотин является максимальный действующий напор, определяемый как разность уровней верхнего и нижнего бьефов. Говоря об этом, следует иметь в виду, что геометрическая высота плотины, определяемая как разность отметок гребня и подошвы, будет всегда больше, чем высота, определяемая по напору.

По высоте плотины различают высокие (с максимальным напором более, 50 м);средние (с напором в пределах 15-50 м); низкие (с напором менее 15 м).

По способу возведения классификация дается применительно к способам обработки грунта в процессе укладки и характеризуется тремя видами:

1) плотины насыпные, с искусственным уплотнением грунта, укладываемого в тело плотины;

2) плотины насыпные, без искусственного уплотнения при отсыпке грунта в тело плотины (с отсыпкой пионерным способом насухо или с отсыпкой в воду, а также с отсыпкой при помощи взрыва на выброс);

3) плотины намывные, возводимые с помощью гидромеханизации, когда транспортирование грунта и укладка его в тело плотины производятся потоком воды.

По конструкции поперечного профиля земляные плотины могут быть из однородного или неоднородного по механическому составу грунта.
Исходя из этих признаков, различают шесть характерных типов плотин:

1) из однородного грунта - выполняются из одного материала, например, только суглинка (рис. 4, а);

2) из разнородных грунтов; укладку их ведут с постепенно увеличивающейся водопроницаемостью от верхнего бьефа к нижнему (рис. 4, б);

3) с экраном из маловодопроницаемых грунтов, укладываемых по верховому откосу; основная часть таких плотин сложена из однородного грунта с повышенным коэффициентом фильтрации (рис. 4, в);

Рис. 4. Типы земляных плотин:
а - из однородного грунта; б - из разнородных грунтов; в - с экраном из грунтового материала; г - с экраном из не грунтового материала; д - с ядром; е - с диафрагмой.

4) с экраном из негрунтового маловодопроницаемого материала, укладываемого по верховому откосу (рис. 4, г); большого распространения они не имеют.

5) с ядром из маловодопроницаемых грунтов, укладываемых в средней части профиля плотины (рис. 4, д). Применяют ядро в тех случаях, когда тело плотины сложено из водопроницаемых грунтов;

6) с жесткой диафрагмой, играющей ту же роль, что и грунтовое ядро (рис. 4, е).

По конструкции противофильтрационных устройств в основании различают следующие виды плотин:
- плотины, в основании которых залегает водопроницаемый слой сравнительно небольшой мощности, прорезаемый зубом из грунтового маловодопроницаемого материала (рис. 5, а). Наличие такого зуба исключает фильтрацию воды по водопроницаемому слою основания,

Рис. 5. Противофильтрационные устройства в основании:
а - зуб; б - диафрагма (стенка); в - инъекционная завеса; г - инъекционная
завеса (висячая); д -понур.

и плотина рассматривается как на водонепроницаемом основании. Если тело плотины сложено из водопроницаемых грунтов, устраивают ядро или экран, продолжением которых служит зуб;

- плотины с основанием из водопроницаемого слоя, перерезаемого диафрагмой из жестких маловодопроницаемых материалов (рис. 5, б). Применяются, когда мощность водопроницаемого слоя ограничена и условия строительного производства позволяют его прорезать;
плотины с инъекционной завесой, входящей в водоупорную толщу (рис. 5, в). Такие противофильтрационные устройства применимы при ограниченной глубине залегания водоупора, если грунтовые условия не позволяют применить диафрагму или зуб. При проницаемых грунтах тела плотины выше завесы может быть устроена противофильтрационная преграда в виде ядра, диафрагмы или экрана;

- плотины с инъекционной завесой, не доходящей до водоупора (рис. 5, г). Применяют при большой мощности водопроницаемого слоя преимущественно для скальных оснований;

- плотины с экраном и понуром из грунтовых маловодопроницаемых материалов (рис. 5, д). Водопроницаемая толща здесь не прорезается, фильтрационный поток в основании плотины остается, но происходит снижение кривой депрессии в теле плотины и уменьшается фильтрационный расход. Применяют такие плотины, когда тело плотины проницаемо, а основание сложено из песчаных или гравелистых грунтов сравнительно большой мощности.

По капитальности в соответствии со Строительными нормами и правилами (СНиП) все гидротехнические сооружения в зависимости от условий их использования делят на постоянные и временные.

К постоянным относятся сооружения, которые используются при постоянной эксплуатации объекта; к временным - сооружения, используемые в период строительства объекта, временной его эксплуатации или ремонта.
Постоянные гидротехнические сооружения в зависимости от их назначения в объекте строительства "бывают основными и второстепенными.

К основным относятся сооружения, прекращение работы которых в случае ремонта или аварии влечет за собой остановку производственных объектов, которые обслуживает сооружение, или приводит к катастрофическим последствиям.
К второстепенным относятся сооружения и отдельные конструкции, прекращение работы которых не вызывает тех последствий, которые были указаны для основных сооружений.

Постоянные сооружения в зависимости от народнохозяйственного значения делятся на четыре класса капитальности. Класс капитальности плотин из местных материалов зависит от величины максимального напора и грунтов, залегающих в основании, и может быть определен по таблице 1.

Таблица 1 Класс сооружений в зависимости от напора, м

Класс капитальности постоянных сооружений допустимо повышать при достаточных обоснованиях. Применительно к мелиоративным системам повышение на один класс капитальности допускается в следующих случаях:

- если авария основного сооружения объекта II, III и IV классов влечет за собой последствия катастрофического характера для населенных пунктов и предприятий, расположенных ниже сооружения, или может причинить значительный ущерб народному хозяйству, а также вызвать длительное прекращение или значительное уменьшение подачи воды;

- если на мелиоративной системе имеются дополнительные потребители воды, не учтенные принятым классом капитальности сооружения, временное прекращение или уменьшение подачи воды которым может нанести значительный ущерб народному хозяйству;

- если на мелиоративной системе есть населенные пункты и предприятия, затопление и подтопление которых могут принести значительный вред народному хозяйству.

Понижать класс капитальности сооружений на единицу можно в следующих случаях:

- если сооружение работает с длительными перерывами или имеется возможность производить его ремонт без нарушения работы системы (объекта);

- если срок службы сооружения заранее ограничен и составляет не более 10 лет и это сооружение в период эксплуатации системы будет заменено другим.

Класс капитальности второстепенных сооружений принимается на единицу меньше по сравнению с классом основных сооружений. Для четвертого же класса капитальности условия основных и вспомогательных сооружений остаются одинаковыми.

В зависимости от класса капитальности предъявляются требования:

а) по прочности и устойчивости сооружений, достигаемые применением дифференцированных расчетных коэффициентов;

б) по долговечности сооружений, достигаемой применением соответствующих строительных материалов и изделий и их защитой от физических, химических, биологических и других воздействий;

в) по степени надежности против разрушающего воздействия климатических, геофизических и гидрологических факторов (ветров, землетрясений, половодий, льда и др.), достигаемой применением дифференцированных величин расчетной вероятности повышения максимальных расходов и уровней воды, возвышения не затопляемых площадок над наивысшим эксплуатационным уровнем воды, расчетной сейсмичности сооружения и т. п.

Отдельные сооружения, входящие в состав гидротехнического узла, могут иметь разные классы капитальности в зависимости от их значения в общем комплексе.

При этом к повышенному классу относят те сооружения узла, прекращение работы которых при аварии или ремонте существенно нарушает работу всего узла в целом.

Параметры, отражающие те или иные требования к конструкции сооружений и их расчету, должны строго исходить из деления на классы по капитальности.