Объекты ланд архитек

промежуточной искусственной террасы на высоте 0,4 ... 0,6 м над поверхно­

стью воды.

Во втором случае при необходимости использования подтопляемой водо­ емом территории необходим дренаж не только этой территории, но и кольце­ вой дренаж самого водоема для перехвата потока фильтрационных вод. В этом случае образуется единая дренажная сеть (вокрут водоема и на территории), вода из которой перекачивается в водоем и усиливает его водное питание. В усло­ виях тяжелых переувлажненных весной почв Подмосковья необходим дренаж зоны установки сверхмалых водоемов с жесткой облицовкой чаши для пре­

дотвращения всплытия водоема над поверхностью земли.

Плотинные водоемы создаются как на постоянных, так и на временных водотоках. Поверхностный сток с ограниченных бассейнов часто называют

местным стоком, в отличие от стока с более крупных бассейнов, называемого

речным стоком. Строительство плотинных водоемов преследует цель регули­

рования стока, которое заключается в том, что более обильный сток весенне­

го половодья и паводков задерживается в водоемах и расходуется, как прави­

ло, летом, когда расход воды в водотоках резко падает. Тип регулирования стока определяется, главным образом, периодом времени, в течение которо­ го происходит это регулирование. В соответствии с этим выделяют несколько

основных типов регулирования стока, к которым можно отнести многолетнее

сезонное и суточное регулирование. Могут быть и другие типы регулирования

стока, зависяшме от основного uелевого назначения.

Оuенивая тип регулирования с позиций использования водоемов на объектах

ландшафтной архитектуры, следует отметить основные характерные особен­ ности водоемов. Прежде всего, вода служит важным компонентом ландшаф­

та, а не объектом хозяйственного использования.

Вводоемах многолетнего регулирования стока:

•объем чаши может превосходить объем среднего годового стока;

•чаша водоема может быть заполнена стоком не обязательно за один год;

•сбросной расход сильно трансформируется водоемом;

•при большом расходе водосбросных сооружений колебания уровней срав­

нительно невелики;

•подводные откосы чаши водоема обнажаются редко и на незначительную величину (за исключением целевого опорожнения водоема).

Тип многолетнего регулирования стока наиболее пригоден для плотинных

водоемов ландшафтного назначения.

Вводоемах сезонного регулирования стока:

•объем чаши рассчитан на заполнение в течение одного сезона (года);

•зарегулированный весенний сток в значительной степени расходуется в

маловодный период (в основном, в сельском хозяйстве);

•колебания уровней воды значительные;

•подводные откосы чаши водоема при поиижении уровня значительно

обнажаются.

Тип сезонного регулирования стока на объектах ландшафтной архитектуры нежелателен. При необходимости использования водоемов с сезонным регу­

лированием стока для создания элементов ландшафта uелесообразно изме­

нить характер использования водоема и тип регулирования. Принuип суточно­

го регулирования может быть применен при решении вопросов гидропласти-

120

ки, когда необходимый объем воды может быть аккумулирован только но­ чью, а израсходован - в дневные часы. Одним из сложных вопросов при этом является оформление значительных площадей откосов и дна водоема в период

сильного пониженил уровня.

6.4. Строительство плотин

Устройство водоема связано со строительством ряда гидротехнических со­ оружений, объединяемых общими условиями совместной работы и местопо­

ложением и называемых гидроузлом. Так, при строительстве водоема с целью

благоустройства территории основными сооружениями гидроузла можно на­ звать собственно водоем, плотину, при необходимости дамбы, водосбросное

сооружение и водоспуск (водовыпуск). Основную роль играет плотина, обес­

печивающая регулирование стока (аккумуляцию воды в водоеме). Для того

чтобы правильно запроектировать и построить плотину, необходимо предва­

рительно провести ряд инженерных изысканий, результаты которых уточнят

место расположения плотины, надежность сопряжения плотины с дном и

берегами водотока, возможные потери на фильтрацию, приток воды поверх­

ностного и грунтового стока и др.

С этой целью проводят следующие виды инженерных изысканий: топогра­ фические, геологические, гидрологические, гидрогеологические, заверша­ ющиеся камеральными работами и лабораторными анализами собранных в

полевых условиях материалов (рис. 6.1 ).

Створом плотины называется предполагаемое место расположения плоти­

ны на водотоке. Наиболее желательным местом расположения створа является то место, в котором горизонтали поверхности земли близко подходят друг к

другу, берега крутые, а выше по течению горизонтали «раздвигаются>>, обра­

зуя расширение значительного объема. Это место и будет являться наиболее удобным для строительства плотины исходя из соображений топографии. Если

просмотреть весь водоток (а речь идет, в первую очередь, о водоемах на мест­ ном стоке), то станет ясно, что удобных мест имеется не одно, а несколько. Поэтому приходится решать вопрос с привлечением других материалов изыс­

каний.

На основе топографических изысканий определяют объем чаши водоема при

разных уровнях воды.

Определенную конкретизацию могут внести материалы геологических изыс­ каний, показывающих, в каком створе грунты более прочные, более надеж­

ные, обладающие слабыми филырационными свойствами. Место расположе­ ния таких грунтов и определит предпочтительный створ будущей плотины. Изменяя место расположения створа, необходимо считаться с тем, что при движении вверх по водотоку одновременно изменяется (уменьшается) пло­ щадь бассейна (водосборной площади), а следовательно, и объем годового

поверхностного стока.

В результате гидрологических изысканий определяют площадь водосбора и различные характеристики стока и, в nервую очередь, объем годового стока. При этом могут возникнуть различные соотношения между потенциальным объемом чаши водоема и объемом годового стока, которые помогут выбрать

121

Рис. 6.1. Графические материалы изысканий (по И. М. Шармановскому):

а - водосборная площадь; б - план проектируемого водоема; в - геологический профиль по створу плотины; г - литологическая колонка

буровой скважины N2 1; д - условные обозначения грунтов; е - компрессионная кривая

оптимальный створ, тип регулирования стока, а при большом объеме стока -

решить вопрос о создании не одного, а целого каскада водоемов, располо­

женных на одном и том же водотоке.

Результаты гидрогеологических изысканий позволяют выявить наличие водо­

носных горизонтов, их расположение и величину подземного стока, опреде­

ляющую возможное подземное питание водоема.

По результатам всех этих изысканий и лабораторных исследований выби­ рается окончательное расположение одного или нескольких гидроузлов. В пос­ леднем случае необходимо считаться с тем, что экономическая эффектив­

ность создания отдельных гидроузлов каскада будет различной и предпочте­

ние следует отдать наиболее эффективному, если его объем и площадь аквато­ рии будут отвечать заданным требованиям.

Основным сооружением гидроузла является плотина. Плотины классифици­

руются по отношению к пропуску стока, основным используемым материалам,

особенностям конструкции, способу возведения и по другим признакам.

По отношению к пропуску стока плотины подразделяют на глухие, водо­ сливные и фильтрующие (наподобие бобровых деревянно-веточных плотин).

По основным используемым материалам плотины могут быть грунтовые (од­ нородные и неоднородные), каменные, каменно-набросные, габионные, ка­

менно-земляные, намывные, из армированного грунта, деревянные, ряже­

вые, бетонные, железобетонные и др.

По особенностям конструкции плотины из бетона и железобетона можно

подразделить на гравитационные, контрфорсные, арочные и др.

По способу возведения земляные плотины можно подразделить на насыпные

с уплотнением, намывные, взрыванабросные и др.1

Земляные насыпные плотины по конструкции тела и плотинные водоемы

по уровням воды характеризуются следующими основными терминами и по­

казателями: тело плотины, гребень плотины, высота плотины, ширины пло­ тины понизу, ширина протинафильтрационной призмы понизу, верховой (мокрый) откос, низовой (сухой) откос; нормальный подпорный уровень

(НПУ), форсированный подпорный уровень (ФПУ), уровень мертвого объе­ ма (УМО) (рис. 6.2).

Земляные плотины классифицируются по конструкции поперечного про­ филя, противофильтрационных устройств и способу возведения.

По конструкции поперечного профиля земляные плотины подразделяются на

следующие типы: из однородного грунта, из неоднородного грунта, с экра­

ном из негрунтовых материалов, с экраном из грунта, с ядром, с диафрагмой (стенкой, шпунтом).

По конструкции противофильтрационных устройств в основании земляные плотины подразделяются на следующие типы: с понуром, с зубом, с инъек­

ционной завесой, с диафрагмой (стенкой, шпунтом).

По способу возведения земляные плотины подразделяются на следуюшие

типы: с механическим уплотнением грунта; без механического уплотнения грунта (с отсыпкой пионерным способом насухо или с отсыпкой в воду).

1 В данной книге рассматриваются земляные насыпные глухие плотины IV класса, которые

наиболее часто применяются на объектах ландшафтной архитектуры (СНиП 2.06.05-84 «Плоти­ ны из грунтовых материалов>>).

123

!УНБ

д

УНБ

ж

3

124

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