4801

21

обрушиться в виде оползня, тогда как пологие вызовут излишнее увеличение тела плотины. Поэтому крутизна откосов выбирается с большой тщательностью, а для плотин с высотой более 15 м проверяется специальными расчетами.

Устойчивость откоса зависит от крутизны, высоты, физико-ме- ханических свойств грунта, влажности отдельных зон откосов, а также положения и фильтрационного потока в теле плотины.

Установив заложение откосов, можно определить ширину плотины в основании (рис.5), воспользовавшись для этого следующей формулой :

А = Вгр + (mм + mс)Нпл,

где А – ширина плотины в основании, м; Вгр – ширина плотины по гребню, м;

mм, mс – коэффициенты заложения откосов (соответственно мокрого и сухого);

Нпл – проектная высота плотины, м.

Крепление верхового откоса плотины, как правило, является обязательным. Крепление начинают на расстоянии 1,0 м от гребня плотины и заканчивают на 1,0 м ниже уровня мертвого объема (УМО). Материал крепления должен быть по возможности дешевым, простым в использовании и хорошо сопротивляющимся размыву. Желательно максимальное использование местных материалов. Наиболее часто употребляемые материалы: гравий, камень, бетон и железобетон. Необходима посадка быстрорастущего кустарника.

Низовой откос при высоте плотины более 5 м по всей поверхности обычно крепится дерном или засевается травами.

4.5.Проверка правильности проектирования поперечного сечения плотины

Поперечное сечение плотины может быть проверено или подобрано путем построения фильтрационной кривой (так называемой кривой депрессии) и устойчивостью плотины на сдвиг, оказываемый гидростатическим давлением воды на плотину со стороны верхового откоса.

Кривая депрессии представляет собой верхнюю границу фильтрационного тока воды, проходящего через тело плотины.

Необходимо, чтобы фильтрационная кривая, проводимая от точки пересечения НПУ с мокрым откосом, не выходила бы на сухой откос, а пересекала бы: основание плотины на расстоянии не менее 4,0 м от подошвы низового откоса (рис.6).

22

Если при построении фильтрационной кривой указанное расстояние получается менее 4,0 м, то надо или увеличить заложение низового откоса, или предусмотреть берму на, этом откосе, или устроить дренажную призму.

Рис. 6 – Проверка правильности запроектированного сечения плотины

Дренажная призма устраивается вдоль низового откоса и выполняется из постепенно укрупняющегося со стороны плотины и ее основания материала – песка, гравия, мелкого камня.

В практике пиротехнического строительства часто вместо дренажной призмы находит применение банкет (насыпь) из растительного грунта.

При построении фильтрационной кривой она может быть принята в виде прямой линии со следующим уклоном:

для супесчаных грунтов – 1:5; для легких суглинистых грунтов – 1:4;

для средних суглинистых грунтов – 1:3,5; для тяжелых суглинистых грунтов – 1:3.

Устойчивость плотины на сдвиг зависит от высоты, крутизны откосов и физико-механических свойств грунта. Крутизна откосов оказывает существенное влияние на объем и стоимость плотины. Слишком крутые откосы могут оказаться неустойчивыми и обрушиться. Следовательно, откос должен иметь определенную крутизну, удовлетворяющую требованиям как устойчивости, так и экономичности плотины. Расчет устойчивости ведется на 1 погонный метр длины плотины, считая, что оставшаяся часть плотины находится в аналогичных условиях. Расчет выполняется в следующем порядке:

а) горизонтальная составляющая силы гидростатического давления

23

где Нв – глубина воды при НПУ, м; γ – удельный вес воды, равный 1т/м3.

б) вертикальная составляющая силы гидростатического давления

где L – проектная часть откоса плотины, находящаяся под водой,

равная mМ ∙ ННПУ;

в) собственный вес плотины

где Аосн – ширина плотины по основанию, м; Вгр – ширина гребня плотины, м;

γrp – объемный вес грунта тела плотины, равный приблизительно

1,7 т/м3;

г) сила трения на подошве

Т = fG, т,

где f – коэффициент трения, равный 0,5; д) коэффициент устойчивости на сдвиг

Допустимая величина Ксд > 1,2.

4.6. Графические работы

В процессе вычерчивания продольных и поперечных профилей балки пруда и плотины необходимо производить после окончательных расчетов всех элементов. В процессе выполнения задания должны быть выполнены следующие чертежи:

-поперечный профиль плотины;

-план пруда в горизонталях;

-продольный профиль пруда;

-продольный разрез плотины;

-план плотины с водосбросным сооружением.

План балки в горизонталях выдается индивидуально при получении заданий.

4.6.1. Поперечный профиль плотины Установив размеры всех конструктивных элементов плотины, следует

вычертить поперечный профиль плотины в масштабах: горизонтальный

24

1:200, вертикальный 1:100. В первую очередь по горизонтали в масштабе откладываем ширину основания или подошвы плотины, отложив ширину гребня, в левую сторону заложения мокрого откоса, в правую – сухого.

В отметках гребня вычерчиваем замок или зуб плотины в 0,5 м от точки начала заложения сухого откоса. Размеры замка: ширина по верху – 3 м, по низу – 1 м и глубиной на 0,5 м входя в водоупорный грунт.

Построив высоту плотины, в верхней части откладываем размеры гребня плотины. Соединив конечные точки гребня и подошвы, получим откосы плотины. На мокром откосе вычерчиваем отметки УМО, НПУ и ФПУ. Кроме того, пунктиром показываем увеличение насыпи тела плотины на величину осадки.

Проводим проверку запроектированного поперечного сечения плотины. Для этого с отметки НПУ опускаем перпендикуляр на подошву плотины. Затем от точки пересечения перпендикуляра с основанием плотины В сторону сухого откоса откладываем 3,5 НПУ, получим точку пересечения линии депресии или фильтрации с основанием плотины. Это пересечение должно быть не ближе 4 м от подошвы сухого откоса (приложение 2).

4.6.2. План водоема в горизонталях План водоема переносится с кальки (план балки), в том же масштабе на

нем дополнительно вычерчиваются пунктирные линии зеркала, пруда при УМО, НПУ и ФПУ. По оси плотины в масштабе 1:5000 вычерчиваются ширина гребня и заложения мокрого и сухого откосов, а также трасса водосбросного сооружения (приложение 3).

4.6.3. Продольный профиль водоема Продольный профиль пруда вычерчивается под планом пруда. Здесь

горизонтальный масштаб остается тот же – 1:5000, а вертикальный принимается 1:100 (приложение 4).

Построение чертежа начинается с вычерчивания вертикальной шкалы отметок. В 2-х сантиметрах правее делается схематический или в масштабе чертеж тела плотины с замком.

С плана пруда опускаются перпендикуляры с горизонталей, и на перпендикулярах откладываются отметки земли, а также УМО, НПУ и ФПУ. Ломаная линия дает нам дно пруда. Ниже этой линии вычерчивается линия залегания водоупора.

Под чертежом указываются отметки земли, расстояние и уклон между горизонталями. При построении продольного профиля пруда четко устанавливается высота проектируемой плотины.

25

4.6.4. Продольный разрез плотины Продольный разрез плотины строится в масштабах: вертикальный –

1:100, горизонтальный – 1:2000. При построении используется план балки в горизонталях (приложение 5).

Построение чертежа, начинается с вычерчивания вертикальной шкалы отметок, охватывающей диапазон от 1-2 метров ниже дна замковой траншеи в ее наинизшей точке и до 1-2 метров выше гребня плотины.

Все точки пересечения оси плотины с горизонталями нумеруются начиная с ближайшей отметки от гребня плотины. От начала плотины по ее оси измеряются расстояния до 1-й горизонтали и далее между последующими горизонталями. Затем эти расстояния в горизонтальном направлении откладываются на чертеже в соответствующем масштабе.

Построив точки, соответствующие по вертикали отметкам местности, а по горизонтали – расстояние от начала плотины, соединяют их между собой. В результате этого получается профиль балки по оси плотины в виде ломаной линии. Пунктиром ниже указываются контуры снятого растительного грунта и сплошной линией контур замковой траншеи. Выше гребня плотины пунктиром отмечается насыпка грунта с учетом последующей осадки.

Пунктирными линиями изображаются линии УМО, НПУ и ФПУ с указанием соответствующих отметок.

С правой стороны чертежа вычерчивается водоподводящий канал согласно расчетным данным и с использованием для этих целей вертикального и горизонтального масштабов 1:100.

Под чертежом приводятся следующие материалы: нумерация сечений, отметка горизонталей, расстояние, действительное между сечениями, высота плотины проектная и глубина воды в пруду по горизонталям, пикетаж продольного разреза.

4.6.5. План плотины с водосбросным сооружением План плотины вычерчивается под продольным разрезом с соблю-

дением ранее принятого горизонтального масштаба – 1:2000. Вертикальный масштаб для данного чертежа принимается 1:500 (приложение 6).

Сначала проводится осевая линия и на нее проектируются все характерные точки продольного разреза. Затем по обе стороны оси откладываются размеры гребня. Вверх от гребня откладываются заложения мокрого, а вниз – сухого откосов. Соединив концевые точки заложений но сечениям, получаем план плотины.

26

В тех же масштабах с правой стороны вычерчивается, согласно расчетам, водосливное отверстие, водоподводящий канал и водосбросное сооружение.

4.6.6. Схема оросительной сети Оросительная система состоит из следующих основных элементов:

источника орошения; головного водозаборного сооружения (шлюз-регулятор при самотечном орошении или насосная станция при механической подаче воды), предназначенный для забора воды из источника орошения, в оросительную сеть; магистрального канала или трубопровода, транспортирующих воду от головного сооружения к орошаемому участку; распределительных проводящих каналов или трубопроводов; схема действия дождевальной техники; схема орошаемой территории.

4.7. Подсчет объема земляных работ

После проведения расчетов высоты, ширины, длины откосов и других параметров тела плотины и, имея продольный профиль и план плотины, приступают к определению объема земляных работ.

К этим работам в основном относятся:

а) снятие растительного слоя грунта на глубину 0,2-0,5 м по всей площади насыпи тела плотины;

б) устройство замка (если это необходимо); в) насыпка тела плотины с послойным уплотнением грунта.

Объем земляных работ по снятию растительного грунта при расчистке площади под основание плотины, можно приближенно вычислять по формуле

Vраст.гр. = Fо ∙ hраст

где Fо – площадь основания плотины, м2; hраст – толщина среза раст.грунта – 0,3 м.

где Вгp – ширина гребня, м;

Восн – ширина основания, м; L – длина плотины по гребню.

Объем земляных работ по устройству замка можно определить

следующим образом:

Wзам = Wзам ∙ Lзам, м3

27

где Wзам – площадь поперечного сечения замка, м2;

Lзам – длина замка, м.

Площадь поперечного сечения замка в свою очередь определяется по формуле

где bзам – ширина замковой траншеи по дну, м;

Взам – ширина замковой траншеи в верхней части, м; hзам – глубина замковой траншеи, м.

Объем земляных работ по насыпке плотины ориентировочно можно подсчитать по следующей формуле

Wпл = 0,2НLпл(b + А), м3,

где Н – наибольшая высота плотины, м; Lпл – длина плотины по гребню, м; b – ширина гребня плотины, м;

А – наибольшая ширина основания плотины, м.

Строительный объем земляных работ по насыпке тела плотины принимается на 10 % больше расчетного

Wпл.стр = 1,1Wпл, м3

Более точно расчет объема земляных работ по строительству, плотины производится в табличной форме

Таблица 8 – Определение объема тела плотины

Пикеты назначаются в местах пересечения горизонталей с осью плотины, а расстояние между пикетами по плану. Отметки поверхности на пикетах определяют по горизонталям. Сумма частных объемов между пикетами дает полный объем тела плотины.

28

5.ПЕРЕНОС ПЛАНА ПЛОТИНЫ НА МЕСТНОСТЬ, СТРОИТЕЛЬСТВО И РЕМОНТ ПЛОТИНЫ

Прежде чем начинать строить плотину, нужно данные проектного задания перенести на местность и отметить колышками расположение будущей плотины, т.е. сделать разбивку плотины.

Разбивка плотины начинается со следующего: на местности намечается ось плотины. Для этого на обоих берегах балки несколько выше будущей плотины, на ее оси, вкапывается по столбу. Затем между этими столбами провешивают прямую линию и ставят вешки через 5-10 метров. При этом необходимо одну из вешек установить обязательно в самое низкое место балки.

После этого на чертеже находим ширину плотины по верху (по гребню). На местности (по дну и берегам балки) намечают положение будущих откосов плотины – сухого и мокрого.

От вешки, установленной на оси плотины (в самом низком месте балки) откладывают (под прямым углом к оси плотины) в сторону сухого откоса расстояние, равное половине ширины гребня плотины, плюс двойное заложение откоса. Аналогично отмечают расстояние против каждой вешки вниз и вверх и в концы промера ставят колышки. Отметив прямую линию между двумя соседними колышками, получим линию, по которой откос плотины будет пересекаться с дном балки.

Внутреннее пространство, ограниченное колышками (стоящими по границам сухого и мокрого откосов) и будет служить основанием плотины.

Аналогичным образом переносят на местность план водосбросного сооружения.

5.1. Строительство плотины

Работа по постройке плотины производится следующим способом: на месте, намеченном под плотину, со дна и боков балки снимается весь растительный сдой толщиной 30 см, удаляются кустарники, пни, корни и т.д.

Если на участке балки, которая будет служить основанием плотины, имеется дерн с густой и крепкой корневой системой, то он осторожно снимается, вырезается кирпичиками размером 30 на 50 см. Дерн необходим для одерновки сухого откоса плотины и для крепления мокрого откоса выше зоны водобоя. Для хранения его складывают в штабеля травою к траве.

Для лучшего соединения тела плотины с дном и берегами балки после снятия растительного слоя грунт на основании плотины слегка разрыхляется.

29

Для предотвращения фильтрации по водоносному горизонту на всю его глубину устраиваем замок. Поперек балки в боках и дне ее выбирается клинообразная канава (траншея) для устройства основания ядра или замка.

Если в замковую траншею поступает вода, ее нужно выкачать, т.к. заполнение глиной должно производиться в осушенную траншею.

После выкопки замка грунт можно использовать для сухого откоса, а траншею заполняют глиной слоями в 20 см, слегка смоченной водой и хорошо утрамбованной.

После заполнения траншеи до уровня дна балки, начинают насыпать тело плотины. Насыпанный грунт хорошо утрамбовывают или прикатывают тяжелым катком. От этого зависит водонепроницаемость и устойчивость плотины.

Сухой грунт, насыпаемый в плотину, слегка смачивают.

Чистую глину в насыпь не применяют, потому что при высыхании она уменьшается, а смоченная – увеличивается в объеме. Поэтому глину смешивают с песком. При строительстве плотины необходимо выдерживать ее размеры (не увеличивая и не уменьшая их). Для этого в основании плотины по обеим ее сторонам ставят шаблоны. Боковые шаблоны указывают направление отказов насыпки, а по середине шаблон указывает высоту плотины.

Насыпка тела плотины в холодное время года (при отрицательных температурах воздуха) не допускается.

Грунт из карьера транспортируется автомашинами, скреперами, на тракторных прицепах, а на месте укладки равномерно разравнивается и уплотняется. Толщина уплотняемого слоя зависит от качества и влажности грунта, веса и типа катка. Так, при уплотнении суглинка гладкими катками толщину принимают 20-25 см, для пневмокатков, вес которых достигает 26 т, увеличивают до 60 см, а для виброкатков – до 0,8-1,0 м.

Частично грунт уплотняют механизмы, участвующие в его доставке и укладке, но для получения необходимой плотности применяют катки.

Влажность грунта оказывает значительное влияние на эффективность его укатки. Комочки (частицы) слишком сухого грунта имеют повышенный коэффициент трения. Поэтому для создания необходимой плотности они потребуют большее усилие, т.е. больший вес катка. Иссушенность грунта может быть даже такая, когда агрегаты частиц под тяжестью катка начнут дробиться на более мелкие, но спрессовываться они будут замедленно.

В другом случае, при излишне повышенной влажности грунта, его поры частично или полностью заполнены водой.

Это обстоятельство также затрудняет процесс уплотнения, т.к. помимо

30

физического отжатия воды из пор, необходимо преодолеть и взаимодействие воды с частицами грунта.

Таким образом, грунты должны иметь какую-то среднюю влажность, при которой заданная плотность будет достигаться при минимальной работе уплотняющих механизмов. Такая влажность называется оптимальной. Ее величина зависит от качества грунта, веса и типа катка.

Качество уплотнения грунта контролируется полевым плотномером. Среднюю плотность грунта принимают не менее 1,6 т/м3. Грунты в тело плотины укладывают с учетом их механических свойств. Более водоупорные отсыпают ближе к пруду, а худшего качества – в зоне низового откоса. Это затруднит проникновение фильтрационного потока в тело плотины и будет способствовать выходу воды из пределов ее низовой части.

5.2. Ремонт плотины

Каждое сооружение требует постоянного ухода и надзора. Повреждение плотины происходит обычно в весенний период от:

а) переполнения пруда и перелива воды через гребень плотины; б) образования трещин в плотине (продольных и поперечных); в) сползания низового откоса в результате сильного просачивания

(фильтрации) вода через плотину; г) просачивания воды у водосброса (водослива);

д) размыва водосбросной канавы.

Переполнение прудов и перелив воды через гребень плотины происходит: l) когда отверстие водослива (или водоспуска) маю для сброса лишней воды, 2) от засорения снегом, льдом и мусором водосливных отверстий, каналов, 3) от сильней осадки плотины в ее средней части, когда гребень ее становится ниже дна порога водослива, 4) от сильного повреждения мокрого откоса при ветре и волнобое с заплескиванием вода на гребень.

К числу главнейших и наиболее опасных повреждений земляных плотин относятся образование трещин и оползание откосов. При неодинаковом уплотнении грунта насыпь плотины даст неравномерную осадку и в ней могут образоваться поперечные и продольные трещины. Наиболее опасны поперечные трещины в местах сопряжения грунта насыпи с естественным грунтом, а также со стенками сооружений.

Обнаруженные в земляных плотинах поперечные трещины можно заделывать следующим образом. Поперек траншей роют 1-2 траншеи шириной 0,5-0,7 м каждая, на 0,5 м ниже основания трещины. Концевые