2Проектування греблі

Гребля це гідротехнічна споруда, що перегороджує природне або штучне русло водного потоку (ріка, канал) та утримує з однієї сторони – верхової напірної (верхній б’єф, ВБ) воду на більш високому рівні ніж з іншої – низової (нижній б’єф, НБ).

У гідровузлах гребля є найбільш коштовною частиною, вибір якої визначається складним комплексом умов: її призначенням, умовами місцевості, умовами експлуатації, наявністю поблизу будівництва будівельних матеріалів (відповідної кількості та якості), транспортними можливостями, виробничими умовами (наявність механізмів, робочої сили, шляхів сполучення й т.ін).

Греблі в залежності від матеріалу, з якого вони побудовані діляться на:

• ґрунтові або земляні;

• бетонні;

• залізобетонні;

• сталеві;

• тканинні

• кам’яні (з сухої кладки, з кам’яної кладки на розчині), дерев’яні; – ці греблі останнім часом не будуються;

За призначенням греблі можуть бути розділені на водопідйомні та водосховищні. Оскільки в даному проекті розглядаємо варіант вузла гідротехнічних споруд для нужд водопостачання (водозабірний гідровузол), греблю слід відносити до водосховищних.

Водозабірні гідровузлі є зазвичай до низько- або середньонапірними. В цьому випадку перевагу надають греблям з ґрунтових матеріалів (земляним греблям).

Земляні греблі класифікуються за класом, висотою, способом будівництва, за конструкцією тіла греблі, за конструкцією протифільтраційних пристроїв у підвалині, за розташуванням водопропускних споруд.

Земляні греблі зазвичай глухі, водоскидні пристрої та споруди в цьому випадку розташовані за межами тіла греблі.

2.1Вибір класу та типу греблі

Клас греблі визначаємо в залежності від її висоти та ґрунту підвалини (табл. 2.1). Висота греблі визначається в залежності від потрібного розрахункового об’єму водосховища, тип ґрунту підвалини – за геологічним розрізом долини річки.

Глибину води (розрахунковий рівень) перед греблею слід визначати за кривими залежності об’єму водосховища від глибини. Ці криві будуються за відомостями наведеними у додатку Г в залежності від номера створу (або варіанта).

Греблі з ґрунтових матеріалів в залежності від матеріалу їх тіл та протифільтраційних пристроїв, а також способів зведення діляться на основні типи, що вказані в таблиці 2.3 [2]

Таблиця 2.3 – Типи гребель ([2], табл.. 1)

Тип греблі	Ознаки, за якими відрізняються
Земляна насипна	Ґрунти від глинистих до гравійно-галечникових, відсипають насухо з ущільненням або у воду
Земляна намивна	Ґрунти від глинистих до гравійно-галечникових; намивають засобами гідромеханізації
Кам’яно-земляна	Ґрунти тіла – крупноуламкові; протифільтраційних пристроїв – від глинистих до мілкопіщаних
Кам’яно-накидна	Ґрунти тіла – крупноуламкові; протифільтраційні пристрої – з неґрунтових матеріалів

Тип та конструкції тіла ґрунтової греблі необхідно вибирати на підставі техніко-економічного порівняння варіантів.

В ході виконання курсового проекту потрібно орієнтуватися на наявний ґрунт кар’єру з урахуванням виду ґрунту підвалини.

Земляні греблі за конструкції тіла греблі розділяються на такі види (рис. 2.1):

• однорідні греблі (з однорідного ґрунту);

• греблі з ядром;

• греблі з пластичним екраном (з ґрунтових матеріалів);

• греблі з жорстким екраном (з неґрунтових матеріалів);

• греблі з діафрагмою;

• різнорідні або змішані греблі (з різних ґрунтів);

Греблі з однорідного ґрунту зводяться, якщо поблизу місця будівництва є джерело потрібного (малопроникного) ґрунту у достатній кількості. У випадку його відсутності, греблю будуть з більш водопроникних матеріалів та передбачають в тілі греблі протифільтраційні пристрої – ядро, екран або діафрагму.

У курсовому проекті, у випадку відсутності додаткових відомостей про кар’єри поблизу місця будівництва, висновок про наявність певного ґрунту робимо на основі аналізу даних геологічного розрізу в створі де планується зводити греблю. При будівництві ґрунтових гребель слід передбачати використання ґрунту та каменю з корисних виїмок.

Однорідні греблі та греблі з ґрунтовими протифільтраційними пристроями рекомендується зводити на нескельних підвалинах [2].

а ­– однорідна гребля, б – гребля з пластичним екраном, в – гребля з жорстким екраном, г – гребля з ядром, д – гребля з діафрагмою, е –  гребля з різнорідних матеріалів. 1 ­– верховий укіс, 2 – гребінь греблі, 3 – низовий укіс, 4 – тіло греблі, 5 – пластичний екран, 6 – захисний шар, 7 – жорсткий екран, 8 – ядро, 9 – діафрагма, 10 – глина, 11 – суглинок, 12 –  пісок або гравій.

Рисунок 2.1 – Типи земляних гребель в залежності від матеріалу тіла греблі.

У випадку будівництва греблі на водонепроникних ґрунтах підвалини, тіло греблі за допомогою замка або зуба з’єднується з підвалиною для виключення контактної фільтрації. Замок врізається у ґрунт підвалини на глибину до 1,0 м, ширина низу замка (зуба) 2 м. Коефіцієнт закладання укосів зуба m_з = 0,5 … 1,0.

У випадку будівництва греблі на водопроникних ґрунтах підвалини, тіло греблі за допомогою замка або зуба з’єднується з водонепроникним ґрунтом. за умови, що товщина водопроникного ґрунту Т складає 2 – 3 м. Замок врізається у водонепроникний ґрунт не менше ніж на 0,75 м, ширина низу замка(зуба) складає 2 – 3 м. Коефіцієнт закладання укосів зуба m_з = 1,0 (рис. 2.2, 2.3).

Якщо товщина шару водопроникного ґрунту сягає 5 – 7 м використовують ін’єкційну завісу, що доходе до водотриву (рис. 2.3, б), якщо товщина більша – висячу ін’єкційну завісу. Глибина протифільтраційної завіси складає зазвичай 0,5 – 1 нормального розрахункового напору на греблі.

Необхідність влаштування в тілі греблі протифільтраційних пристроїв визначають за водопроникністю ґрунту тіла греблі, показником якої є коефіцієнт фільтрації.

1 – тіло греблі, 2 – гребінь греблі, 3 – верховий укіс, 4 – низовий укіс, 5 – кріплення верхового укосу, 6 – полотно автодороги, 7 – надовби, 8 – дренажний пристрій (дренажний банкет), 9 – замок, 10 – водопроникний шар, 11 – поверхня водонепроникного шару (водотриву), 12 – берма.

Рисунок 2.2 –  Основні елементи ґрунтової однорідної греблі (поперечний переріз)

Вибір виду земляної греблі відбувається в залежності від коефіцієнта фільтрації та потужності шарів.

Якщо коефіцієнт фільтрації тіла греблі більше ніж 0,1 м/добу, потрібно встановлювати ядро в центрі, або екран на верховому укосі, при цьому коефіцієнт фільтрації ядра або екрана повинен в 50...100 разів бути меншим за коефіцієнт фільтрації ґрунту, з якого складається тіло греблі (рис. 2.1, б, г)

Ядро розташовується в середині греблі (рис. 2.4). Товщина ядра у верхній частині b₁ вибирається з умови виконання робіт у межах 0,8 ... 1,0 м, а в нижній – b₂ з умови фільтраційної міцності, а саме 10% від глибини води у верхньому б’єфі, але не менше ніж 2,0 м. Ядро повинне врізатися у малопроникний ґрунт підвалини греблі на глибину ( h_З ) не менше ніж 0,75 м. Перевищення верха ядра над максимальним рівнем води у верхньому б’єфі (у водосховищі) h_П повинно складати не менше ніж 0,8 м для гребель класу СС3 та не менше ніж 0,5 м для класу СС2-1.

За умови суттєвої товщини шару водопроникного ґрунту у підвалині греблі влаштовують греблю з понуром або з екраном та понуром (рис. 2.3, в, е). Товщина понуру від 0,5 м на початку до 1  2 м – в місті з’єднання з екраном, довжина понура – (3  5)Н_ВБ , Н_ВБ – глибина води у верхньому б’єфі (ВБ).

Понур як й екран покривається захисним шаром ґрунту 1  1,2 м. Перевищення верха понура над максимальним рівнем води у водосховищі приймається як для ядра.

а ­– однорідна гребля з замком або зубом, б – однорідна гребля з ін’єкційною завісою, в – гребля з екраном та зубом, г – гребля з ядром та замком, д – гребля з діафрагмою та замком, е – гребля з екраном та понуром. 1 ­– тіло греблі, 2 – замок, 3 – ін’єкційна завіса, 4 – екран, 5 – ядро, 6 – діафрагма, 7 – понур.

Рисунок 2.3 – Типи гребель та їх сполучення з підвалиною

Рисунок 2.4 –  Ґрунтова гребля з ядром на водопроникній підвалині (поперечний переріз)

Максимальна довжина понура може бути визначена за залежністю

де Т_в – товщина водопроникного шару, м;

, де , – коефіцієнти фільтрації водопроникного шару та понура відповідно,

 – товщина понура, м.

В основі греблі рослинний шар ґрунту під час будівництва повинен бути знятий на глибину не менше ніж 0,5 м.