3.3.6. Дренажные устройства плотин

Устройство дренажа тела земляной плотины следует проектировать с целью:

а) организованного отвода воды, фильтрующейся через тело и основание плотины в нижний бьеф;

б) предотвращение выхода фильтрационного потока на низовой откос и в зону, подверженную промерзанию;

в) экономически обоснованного снижения уровня кривой депрессии для повышения устойчивости низового откоса;

г) повышение устойчивости верхового откоса при быстрой сработке водохранилища;

д) для снятия порового давления, возникающего при сейсмических воздействиях;

е) отвода воды, профильтровавшейся через экран, ядро.

В случае слабоводопроницаемого материала низовой призмы плотины и наличия низовой переходной зоны отвод воды следует осуществлять специальным дренажным слоем на поверхности основания, соединенным с дренажом низовой призмы.

Дренажные устройства обычно состоят из двух частей: приемной в виде обратного фильтра из 2-х слоев песка, гравия или щебня и водоотводящей из более проницаемого материала, например, каменной наброски или дренажных труб. Конструкция дренажных устройств низовой части плотины представлены на рис. 3.2.

Дренажный банкет (рис. 3.2а) следует предусматривать, как правило, на русловых участках плотины при ее возведении без перемычек и при перекрытии реки отсыпкой камня в воду. Превышение гребня дренажного банкета «hs» над максимальным уровнем нижнего бьефа устанавливается с учетом запаса на волнение, но не менее 0,5м. Ширину банкета поверху «b» назначают из условий производства работ, но не менее 1,0м. Коэффициенты заложения откосов – внутреннего, примыкающего к телу плотины 1,1÷1,3, наружного – 1,5÷2,0. Принятые размеры дренажного банкета должны обеспечить заглубление депрессионной поверхности в плотине на величину не менее максимальной глубины промерзания «df».

При сопряжении тела плотины с дренажным банкетом должна быть обеспечена фильтрационная прочность сопряжения за счет устройства обратного фильтра по внутреннему откосу банкета. При наличии в основании мелкозернистого грунта и больших выходных градиентов напора под дренажным банкетом надлежит также предусматривать обратный фильтр. Гребень дренажного банкета рекомендуется защищать от засорения поверхностными стоками, например, трамбованным щебнем.

Рис. 3.2. Дренажные устройства

В отдельных случаях, при отсутствии камня, дренажный банкет может быть выполнен из пустотелых бетонных блоков.

При значительных колебаниях уровня воды в нижнем бьефе, верх дренажной призмы назначается на 0,5-1,0м выше среднего меженного уровня, а выше низовой откос защищается наслонным дренажом, т.е. устраивается комбинированный дренаж по типу рис. 3.2б.

Наслонный дренаж представляет собой слой каменной наброски, уложенной по обратному фильтру на низовом откосе плотин в пределах выхода фильтрационного потока и выше на глубину промерзания. Его рекомендуется выполнять на участках плотины, перекрывающих затопляемую пойму и при отсутствии на месте достаточного количества камня.

Наслонный дренаж не понижает кривую депрессии и служит пригрузкой низового откоса для защиты от оплывания и размыва волнением.

Внутренние дренажи (трубчатый, горизонтальный) (рис. 3.2в, г) применяют на участках плотины, где в период эксплуатации вода в нижнем бьефе отсутствует, либо присутствует кратковременно.

Трубчатый дренаж (рис. 3.2в) выполняют из перфорированных бетонных или асбоцементных труб с обсыпкой обратным фильтром. Трубы укладываются с уклоном параллельно подошве низового откоса в неглубокой траншее или непосредственно на поверхность земли. Сечение дренажных труб следует определять гидравлическими расчетами из условия пропуска фильтрационного расхода в безнапорном режиме. Диаметр дренажной трубы должен приниматься не менее 200мм. По длине трубчатого дренажа необходимо предусматривать смотровые колодцы через каждые 50 ÷ 200м, располагаемые с учетом рельефа местности и требуемых уклонов.

Горизонтальный дренаж (рис. 3.2г) следует проектировать в виде сплошного дренажного слоя или в виде горизонтальных отдельных поперечных или продольных линий, выполняемых из крупнозернистого материала и защищаемых обратным фильтром.

Вид дренажных устройств может меняться на различных участках плотины, и их конструкцию следует выбирать на основе технико-экономического сравнения вариантов в зависимости от: вида плотины, инженерно-геологических и гидрогеологических условий основания и берегов; физико-механических характеристик грунтов для дренажей и их количества на месте; условий производства работ; климатических условий строительства; условий эксплуатации сооружений; степени агрессивности воды.

Обратные фильтры.

Для устройства обратных фильтров должны применяться естественные несвязные или получаемые дроблением грунты из твердых морозостойких каменных пород, не содержащих водорастворимых солей и гранулированные шлаки (предварительно исследованные в лаборатории). Материалы обратного фильтра следует подбирать из условия обеспечения фильтрационного прочности сопрягающихся грунтов в месте контакта в процессе возведения и в период эксплуатации плотин.

Число слоев обратного фильтра и их состав следует определять на основании технико-экономического сравнения вариантов, при этом необходимо стремится к назначению возможно меньшего числа слоев фильтра (1 – 2 слоя).

Толщина каждого слоя обратного фильтра по фильтрационным условиям должна быть не менее , но не менее 0,2м.

Вместо обратных фильтров из естественных материалов разработаны и внедрены фильтры из искусственных минеральных волокнистых материалов: матов стекловатных, матов из базальтового волокна, стекловолокнистого холста, стеклосетки. Фильтры из искусственных минеральных волокнистых материалов рекомендуется при удельном давлении не более 0,15 МПа (1,5 кгс/см²).

Обратные фильтры могут выполняться также из пористого бетона.