2.2 Проектирование поперечного профиля плотины

Заложение откосов плотины должно отвечать их статической устойчивости. Верховые откосы принимают более пологим, чем низовые, так как их грунты насыщены водой.

Верховые откосы подвержены различного рода силовым воздействиям, из которых определяющими являются волновые. Для предотвращения разрушения откосов применяют различные защитные покрытия, наибольшее распространение получили каменные, бетонные и железобетонные, реже применяют асфальтовые и биологические.

Для повышения устойчивости крепления применяют упоры, располагая их в местах перехода к неукрепленному откосу и на бермах. Упоры препятствуют сползанию откосного крепления и предохраняют нижнюю часть от подмыва. Бетонные упоры выполняют монолитными или сборными, предусматривая их армирование, необходимое по условиям монтажных работ.

Для возможности проведения надзора за состоянием плотины, покрытия и ремонта, а также для увеличения ширины плотины по основанию в целях удлинения пути фильтрации устраивают бермы. Они выполняются через 10-15 м. по высоте плотины с целью обеспечения проезда и уменьшения потока талых и ливневых вод, стекающих по откосу и разрушающих его. Для сбора стекающих по откосу вод на внутренней стороне бермы устраивают кюветы с выпуском из них воды в лотки. Берме придают уклон в сторону кювета. Ширину берм, если по ним нет проезда, назначают в переделах 1-2 м.

Дренажи в земляных плотинах служат для понижения депрессионной кривой, предотвращения выхода фильтрационного пото­ка на откос и отвода профильтровавшейся через тело плотины воды в нижний бьеф.

Исходя из задач, выпол­няемых дренажем, он дол­жен иметь две основные ча­сти: приемную в виде того или иного устройства, обес­печивающего поступление фильтрационного потока из тела плотины, а также ее основания и предотвращаю­щего фильтрационные де­формации, и отводящую, ко­торая транспортирует про­фильтровавшуюся воду за пределы плотины. В некото­рых типах дренажей четкого разграничения этих двух ча­стей не наблюдается.

Депрессионная кривая должна быть заглублена относительно плоскости низового откоса не меньше чем на глубину промерзания. При этом отводящая часть дренажа должна беспрепят­ственно удалять воду за пределы плотины, для чего иногда отепляют выходную его.

Практика гидротехнического строительства выработала довольно много конструкций дренажей, применение которых зависит от типа пло­тины, грунтов основания и грунтов тела плотины.

В зоне подхода фильтрационного потока к дренажу градиенты напора возрастают, не исключая появления фильтрационных деформаций грунта

тела плотины и основания. Для предотвращения этих деформаций приемную

часть дренажей на контакте с телом плотины и основанием защищают обратными фильтра­ми.

Гранулометрический состав материала обратного фильтра должен быть подобран с учетом характера дренируемого грунта и имеющихся местных фильтровых материалов.

Состав фильтра должен исключать:

а) отслаивание глинистого грунта на контакте с материалом фильтра для плотин из глинистого грунта или для плотин на глинистом основа­нии;

б) проникание частиц грунта в поры фильтра для зон нисходяще­го фильтрационного потока в плотинах из песчаного грунта;

в) выпор грунта в поры материала фильтра для песчаного основания в зоне восходящего фильтрационного потока;

г) размыв грунта на границе с фильтром фильтрационным потоком, направленным вдоль контакта.

Материал, применяемый для обратных фильтров дренажей, должен быть морозостойким в зонах возможного промерзания, не должен раз­мокать и растворяться под действием фильтрационного потока.

Для обратных фильтров дренажей могут быть использованы и ис­кусственные минеральные волокнистые материалы, изготовленные из стеклянного, или базальтового волокна. Эти материалы ис­пользуют и вместо фильтровой подготовки под бетонные и железобетон­ные покрытия верховых откосов. Укладывают их под всей площадью плит или в виде лент (поясов) шириной 40 см в местах стыков плит.

Размеры грунто­вых противофильтрационных устройств определяют расчетом и коррек­тируют затем по условиям производства работ при выполнении их меха­низированным способом.

Верх противофильтрационных элементов (ядер, экранов) принима­ют выше ФПУ, учитывая одновременно, чтобы расстояние от их верха до гребня плотины было не менее глубины промерзания.

Противофильтрационные устройства типа замков и зубьев обычно выполняют глубиной до 6 м.

Поверх экранов и понуров для защиты их от промерзания укладыва­ют пригрузку из песчаных или песчано-гравелистых грунтов. Толщину ее назначают исходя из климатических условий и производства работ.

В курсовом проекте предусматривается строительство грунтовой насыпной плотины. Высота плотины:

Н = ГП - Дна=172-160,3=11,7 м.

Коэффициенты заложения откосов (верхового m и низового m ) при относительно небольшой высоте плотины: принимаем в соответствии с таблицей 21: m =3,0, m =2,0. Бермы устраивают на откосах плотин высотой более 15 м, так как проектируемая плотина имеет высоту менее 15 м

(Н_пл=11,7 м), то бермы не предусматриваю. На основании анализа физико-механических свойств грунтов по створу гидроузла, а также рекомендаций, изложенных в п.3 [1], делаем вывод о том, что наиболее подходящим грунтом для отсыпки плотины в данных условиях является глина (плотность 26,7кН/м³, φ=37⁰, С=3,6 кН/м², n=0,36).

Грунт тела плотины является хорошим водоупором, коэффициент фильтрации меньше единицы, то противофильтрационное устройство проектироваться не будет, исходя из трудоемкости выполняемых работ и с целью удешевления строительства плотины.

С целью приема и организованного отвода в нижний бьеф фильтрационной воды и исключения деформации грунта тела плотины и основания в русле реки в НБ предусматриваем дренажную призму, а на тех участках плотины, которые в период эксплуатации не подтапливаются со стороны НБ, устраиваем трубчатый дренаж.

Приемная часть дренажной призмы представлена обратным фильтром, а отводящая – 3,0 м; заложение откосов – m₃=1,25, m₄=1,5. Т.к. превышение отметки берега над уровнем воды в НБ 0,2 м, то отметку верха дренажной призмы назначаем выше отметки берега реки на 0,8 м, то есть:

Др.=НБ+0.2+0.8=161.8+0.2+0.8=162.8 м.

Для защиты верхового откоса от размыва предусматривается крепление в виде каменного мощения, толщина которого определяется по формуле:

, (3.10)

где λ – длина волны (при НПУ);

γ_в и γ_б– объёмная масса воды и камня (γ_в=1000кг/м³, γ_б=2500 кг/м³);

h_в – высота волны (h_2%) при НПУ , 0,96 м;

m₁ – заложение верхового откоса, m₁=3,0.

Подставляя значения в формулу 2.10 найдём толщину мощения:

Верхнюю границу крепления устраиваем до гребня плотины, а нижнюю принимают ниже подводной кромки льда на отметке:

НГК= УМО-2∙h_2%=165-2∙0,96=163,52 м.

Низовой откос защищаем посевом многолетних трав по всей его площади. Примыкание тела плотины к берегам осуществляется по наклонным плоскостям, угол наклона соседних участков поверхности берега не превышает 10^о.