4. Грунтовая плотина
4.1. Выбор типа и конструкции плотины
4.1.1. Типы и виды грунтовых плотин
В зависимости от материала тела плотин и их противофильтрационных устройств, а также способов возведения плотины из грунтовых материалов подразделяют на 4 основных типа: земляные насыпные; земляные намывные; каменно-земляные и каменно-набросные. В данных указаниях рассматривается вариант земляной плотины. По конструкции тела плотин их подразделяют на следующие виды: однородные; неоднородные; с экраном из негрунтовых материалов; с грунтовым экраном; с грунтовым ядром; с негрунтовой диафрагмой. По конструкции противофильтрационных устройств в основании земляные плотины бывают: с зубом; с инъекционной завесой; со стенкой или шпунтом; с понуром.
Вид плотины выбирают в зависимости от геологических условий основания, видов карьерных грунтов и принятого способа производства работ. Целесообразно использовать грунты из полезных выемок водопропускных сооружений. При проектировании плотин на нескальном основании следует отдавать предпочтение однородным плотинам, плотинам с грунтовым ядром или с грунтовым экраном. Однородные плотины сооружают при наличии в районе строительства достаточного количества суглинков или супесей надлежащего качества. При их отсутствии устраивают плотину из сильнофильтрующих материалов (песка, гравия) с противофильтрационными элементами в виде ядра или экрана из слабоводопроницаемых грунтов. Плотина из тяжёлого суглинка и глины целесообразна только при невозможности или экономической неоправданности использования других, легче обрабатываемых грунтов. При этом они должны быть защищены от промерзания и иссушения укладкой песчано-гравийных или щебенистых материалов Толщина защитного слоя назначается после теплотехнического расчёта и примерно равна глубине сезонного промерзания. При отсутствии в достаточном количестве однородного грунта на возведение всей плотины проектируют неоднородные плотины. При этом более водопроницаемые грунты укладывают с низовой стороны плотины, менее водопроницаемые - с верховой.
Конструкции тела плотины могут сочетаться с различными конструкциями противофильтрационных устройств в её основании. При этом выбор конкретного сочетания конструкций зависит от геологии основания и обосновывается расчётами с сопоставлением вариантов. Возможно сопряжение тела плотины с основанием без противофильтрационных устройств [ 12 ].
4.1.2. Сопряжение тела плотины с основанием и берегами
В проектах плотин, возводимых на нескальных основаниях, следует предусматривать мероприятия по подготовке основания, в том числе по вырубке леса и кустарника, выкорчёвыванию пней, удалению растительного слоя и слоя, пронизанного корневищами деревьев и кустов или ходами землеройных животных, а также удаление грунта, содержащего более 5% по массе органических включений или такое же количество солей, легко растворимых в воде. Для предотвращения опасной фильтрации по контакту земляной плотины с её основанием должны предусматриваться меры, зависящие от характера и состояния грунтов основания и обеспечивающие плотное примыкание грунта тела плотины к грунту основания, а в случае необходимости - мероприятия по созданию противофильтрационного устройства в основании плотин (зуба, стенки, шпунта и т.п.). Наклонные поверхности берегов в пределах профиля примыкания плотины
должны быть спланированы в плавное очертание, при этом следует избегать уступообразных участков [ 9,12 ].
4.1.3. Противофильтрационные устройства
Противофильтрационные устройства в теле и основании земляных плотин выбирают после технико-экономического сравнения вариантов в зависимости от типа плотины, грунтов основания и тела плотины, наличие необходимых местных или привозных материалов для устройства противофильтрационных элементов, положения водоупора и условий производства работ. Их следует выполнять из слабоводопроницаемых грунтов или негрунтовых материалов (бетона, железобетона, полимерных или битумных материалов и др.) в виде верховой или центральной противофильтрационной призмы, экрана, диафрагмы, ядра, понура, шпунта, стенки ( в т.ч. "стена в грунте"), цементационной и других завес, а при обосновании - в виде комбинированной конструкции из грунтовых и негрунтовых материалов. Переходные зоны у противофильтрационных устройств в плотинах, сложенных из крупнозернистых материалов выполняют в виде обратных фильтров.
Толщину грунтового ядра или экрана поверху назначают из условия производства работ, но не менее 0,8 м, а понизу - исходя из допустимых градиентов для противофильтрационных устройств. Гребень грунтового экрана (после окончательной осадки плотины) должен быть выше ФПУ на сумму высот нагона и наката волны, а гребень ядра - на величину ветрового нагона.
При выборе противофильтрационных устройств в основании особое внимание обращают на его геологическое строение и положение водоупора. За водоупор принимают нижележащий слой грунта, коэффициент фильтрации которого меньше коэффициента фильтрации вышележащего слоя (или материала тела плотины) в 10 и более раз. При этом различают три возможных случая:
1) Плотина возводится на водоупоре (мощность водопроницаемого слоя Т=0). В этом случае у плотины делается зуб (если есть экран или ядро) глубиной 0,75 ... 1,0 м, шириной понизу 1,0 ... 1,5 м. и заложением откосов 1,5 ... 2,0, либо противофильтрационных устройств не делают.
2) Плотина располагается на водопроницаемом основании ограниченной мощности. При небольшой мощности слоя (Т < 4 м.) устраивают зуб (иначе называемый замком), который прорезает весь проницаемый слой до водоупора с врезкой в него на 0,5м. При толщине Т > 4 м. делают: зуб (1,0 ... 1,5 м. глубиной) и шпунт, заглубленный в водоупор; диафрагму из глинобетона и бетона или противофильтрационную завесу.
3) Плотина возводится на водопроницаемом основании большой мощности (водоупор не выявлен). Для уменьшения фильтрации применяют понур, шпунт, противофильтрационную завесу и их комбинации. Толщина понура назначается из условия допустимых градиентов, но не менее 0,5 м. Длина понура устанавливается в зависимости от величины фильтрационных потерь и исходя из условия недопущения фильтрационных деформаций основания. Обычно длина понура принимается от 1 до 5 напоров на плотину. Сверху понур прикрывают защитным слоем.
4.1.4. Гребень плотины
Ширину гребня плотины следует устанавливать в зависимости от условий производства работ и эксплуатации (использования гребня для проезда, прохода и других целей), но не менее 4,5 м. Ширину гребня плотины в местах сопряжения с другими сооружениями или с берегами следует устанавливать в соответствии с конструкцией сопряжения и необходимостью создания площадок. В случае использования плотины для проезда автотранспорта ширину её гребня следует назначить исходя из категории дороги по СНиП 3.06.03-85. Тип покрытия дороги принимается в зависимости от её категории и наличия строительных материалов. При этом инженерное обустройство дороги (ограждение, направляющие устройства и т.п.) следует выполнять в соответствии с требованиями ГОСТ 23457-79. Некоторые конструкции гребня плотины приведены в [ 5,17,18 ].
Возвышение гребня плотины надлежит определять для двух случаев стояния уровня воды в верхнем бьефе:
а) при нормальном подпорном уровне или при более высоком уровне, соответствующем пропуску максимального паводка, входящего в основное сочетание нагрузок и воздействий;
б) при форсированном подпорном уровне; при пропуске максимального паводка, относимого к особым сочетаниям нагрузок и воздействий.
Возвышение гребня плотины h в обоих случаях определяется по формуле:
h = h + h + a , (4.1)
где h - ветровой нагон воды в верхнем бьефе;
h - высота наката ветровых волн обеспеченностью 1%;
а - запас возвышения гребня плотины.
Первые две составляющие возвышения гребня определяют по СНиП [ 11 ], при этом обеспеченность скорости ветра для расчёта элементов волн, наката принимают меньшей для особого сочетания воздействий и большей - для основного. Запас "a" определяют как большую из величин 0,5 м и 0,1 h ( h - высота волны 1%-ной вероятности превышения).
Из двух полученных результатов расчёта выбирают более высокую отметку гребня. При определении строительной отметки гребня плотины необходимо учитывать прогнозируемую осадку плотины и её основания.
4.1.5. Откосы и бермы
При выборе заложения откосов плотин следует учитывать накопленный опыт плотиностроения и принимать предварительное заложение откосов по обобщенным данным [ 1,2,3 ] в зависимости от грунтов плотины и основания, высоты и конструкции плотины, условий производства работ и действующих сил. В дальнейшем назначенные коэффициенты заложения откосов должны уточняться расчётом на устойчивость.
Верховые откосы плотин принимают более пологими, чем низовые, так как они насыщены водой, а сдвиговые характеристики насыщенных грунтов обычно ниже, чем у сухих. Низконапорные плотины часто возводят с уположенным верховым откосом без крепления [ 17 ].
Откосы плотин защищают креплениями от разрушающего действия волн, льда, течений воды, атмосферных осадков, ветра и других факторов. Тип крепления выбирают после технико-экономического сравнения вариантов при условии максимального использования местных материалов и средств механизации, учёта характера грунта тела плотины, долговечности крепления, архитектурных требований и пр.
Крепление верхового откоса плотины делится на основное, расположенное в зоне максимальных волновых и ледовых воздействий, возникающих в эксплуатационный период, и облегченное - выше и ниже основного крепления. Верхней границей основного крепления, как правило является отметка гребня плотины. Нижнюю его границу заглубляют под УМО на величину 2 h , при этом граница должна быть ниже УМО не менее чем на 1,5 t, где t- расчётная толщина льда. Облегчённое крепление устраивается после основного и защищает плоскость откоса в периоды наполнения и опорожнения водохранилища. Для сопряжения основного и облегчённого крепления необходимо предусматривать конструктивные меры в виде упора. Под креплением устраивают подготовку по типу обратного фильтра, при этом число и толщину слоев подготовки, а также её вид подбирают расчётами [ 2,3 ]. Выбрав конструкцию и определив границы крепления верхового откоса, следует рассчитать его основные параметры (диаметр камня, толщину плиты и т.п.).
Крепление низового откоса устраивают, как правило, для защиты от атмосферных воздействий, а та его часть, которая подвергается воздействию льда и волн со стороны нижнего бьефа, крепится и рассчитывается также как и верховой откос.
При необходимости защиты грунта тела плотины от морозного пучения толщина обсыпки должна быть соответственно увеличена. Для проведения осмотра и ремонта покрытия откосов, повышения их устойчивости, облегчения условий производства работ, обеспечения перехвата и отвода стекающей по откосу дождевой воды, на откосах плотины могут предусматриваться бермы.
На низовом откосе бермы устраиваются обычно в местах изменения заложения откосов, т.е. через 10 ... 15 м. При отсутствии проезда транспорта по бермам их ширину принимают исходя из условия размещения водоотводящих лотков, обычно 1,5 ... 2 м. На верховом откосе бермы устраивают исходя из условий производства работ по выполнению крепления. Их желательно приурочивать или к границам основного крепления для создания необходимого упора, или сочетать берму с гребнем
перемычки строительного периода, которая при завершении плотины войдёт в её профиль. Ширина бермы на верховом откосе определяется размерами устанавливаемых на них механизмов и наличием упора.
4.1.6. Дренажи и обратные фильтры
Дренажами называют устройства, предназначенные для отвода
воды и имеющие повышенную водопроницаемость по отношению к
контактируемому с ними грунту. Дренажи земляной плотины уст-
раивают с целью:
- организованного отводы воды, фильтрующейся через тело и
основание плотины из верхнего в нижний бьеф;
- предотвращения выхода фильтрационного потока на низовой
откос и в зону, подверженную промерзанию;
- понижения депрессионной поверхности для повышения устой-
чивости низового откоса;
- повышения устойчивости верхового откоса при быстрой
сработке водохранилища;
- для ускорения консолидации грунтов и снятия порового
давления, возникающего при сейсмических воздействиях и т.д.
Устройство дренажей вызывает и некоторые негативные пос-
ледствия - происходит увеличение расхода и среднего градиен-
та фильтрационного потока, что приводит к дополнительным по-
терям воды из водохранилища и может снизить общую фильтраци-
онную прочность грунта. Дренажи тела плотины, как правило,
не устраивают:
- при возведении плотин на водопроницаемом основании, ес-
ли депрессионная поверхность без устройства дренажа оказыва-
ется достаточно удаленной от поверхности низового откоса и
не попадает в зону промерзания;
- в плотинах, низовая часть которых выполнена из каменной
наброски или из другого крупнообломочного материала;
- в низовой части плотин с экранами, ядрами и диафрагмами
при условии обеспечения отвода профильтровавшейся воды.
Отсутствие дренажей в плотине должно быть обосновано.
Местоположение дренажей и их типы устанавливают исходя из
глубины сезонного промерзания, устойчивости низового откоса,
фильтрационной прочности грунтов и уровня воды в нижнем бь-
ефе. На русловых (затопляемых) участках плотины применяют
наслонный дренаж, дренажный банкет (призму) или комбиниро-
ванные дренажи. На береговых пойменных участках (незатопляе-
мых или кратковременно затопляемых) обычно устраивают плос-
кий горизонтальный дренаж, ленточный или трубчатый дренаж. В
последнее время получили распространение конструкции дрена-
жей в виде вертикальных, наклонных и горизонтальных лент,
заглубленных в тело плотины.
Дренаж состоит из двух частей: приёмной и отводящей. Нор-
мальная работа дренажей обеспечивается, если приемная часть
их расположена выше уровня воды в нижнем бьефе. Приемной
частью дренажей являются фильтры (обычно их называют обрат-
ными фильтрами), которые выполняются из несвязных естествен-
ных грунтов (песка, гравия или щебня), грунтовых смесей или
из волокнистых синтетических материалов. Отводящую часть де-
лают из более проницаемого материала (например, каменной
наброски) или дренажных труб. Размеры дренажей определяют на
основании гидравлических и фильтрационных расчётов с учётом
возможности их выполнения в производственных условиях.
Обратными фильтрами защищают не только дренажи, но и пе-
реходные зоны у противофильтрационных устройств и креплений.
Основная цель устройства обратных фильтров - предотвратить
фильтрационные деформации в зонах, где градиенты напора
сильно возрастают. Число слоев обратного фильтра, их размеры
и состав необходимо определять на основе технико-экономичес-
кого сравнения по известным методикам.
Изучив схемы и конструкции дренажных устройств, следует
задаться видом, местоположением и размерами дренажей, кото-
рые уточняются после выполнения фильтрационных расчётов
[ 1,2,3,6,7 ].
Таким образом, закончив эту часть проекта, студент должен
иметь:
- тип плотины и виды грунтов из которых она должна быть
сделана;
- проектное сопряжение тела и основания плотины;
- типы и конструкции противофильтрационных устройств в
теле и основании плотины, если они необходимы;
- проектную отметку гребня плотины, его ширину и конст-
рукцию;
- очертание поперечного сечения плотины (назначенное за-
ложение откосов, наличие и местоположение берм);
- тип, конструкцию и размеры крепления откосов.
4.2. Фильтрационные расчёты
4.2.1. Задачи и методы расчёта
Фильтрационные расчёты производят с целью определения
положения депрессионной поверхности, установления градиентов
напора и определения фильтрационного расхода. Указанные па-
раметры определяют не только в теле плотины, но и в её осно-
вании и берегах - в зоне движения обходного фильтрационного
потока. Результаты фильтрационных расчётов используются при
расчётах устойчивости откосов плотины, при расчётах фильтра-
ционной прочности грунтов тела плотины, основания и берегов,
а также для обоснования наиболее рациональных размеров конс-
труктивных элементов плотины (противофильтрационных и дре-
нажных устройств). Кроме того, эти расчёты позволяют устано-
вить потери воды из водохранилища и при необходимости наме-
тить те или иные мероприятия для их снижения.
Различают экспериментальные, гидромеханические и гидрав-
лические методы расчётов фильтрации. Из экспериментальных
наибольшее распространение получил метод электрогидродинами-
ческой аналогии (ЭГДА), который наиболее точно воспроизводит
картину движения фильтрационного потока в реальных условиях.
Метод ЭГДА применяют при сложном геологическом строении ос-
нования или сложной конструкции плотины, при необходимости
решения плановых и пространственных задач. Гидромеханические
методы расчёта, основанные на решении уравнения Лапласа при
заданных граничных условиях почти не имеют применения из-за
своей сложности. Наибольшее распространение имеют гидравли-
ческие методы расчёта, в которых рассматривают установивший-
ся фильтрационный поток в условиях плоской задачи. Эти реше-
ния менее точны, чем гидромеханические, но зато значительно
проще и позволяют решать обширный круг практических задач
для самых разнообразных расчётных схем путём введения ряда
упрощающих предпосылок.
4.2.2. Выбор расчётных схем и способа расчёта
Фильтрационные расчёты обычно ведут при следующих допуще-
ниях: фильтрация рассматривается плоской, водоупор считается
водонепроницаемым и горизонтальным, грунт принимается одно-
родно-изотропным, положение депрессионнной поверхности не
зависит от грунта, а определяется только геометрическими
размерами профиля плотины, слой воды в нижнем бьефе в ре-
зультате фильтрации через тело и основание плотины не учиты-
вается.
Продольный разрез по створу плотины разбивают на несколь-
ко характерных участков, учитывающих высоту плотины и её
конструкцию, характер грунтов основания и виды противофиль-
трационных устройств. В пределах каждого участка поперечный
профиль плотины приводится к расчётной схеме. Фильтрационные
расчёты проводятся для основных и особых сочетаний нагрузок
в эксплуатационный и строительный периоды. В курсовом проек-
те эти расчёты рекомендуется проводить при НПУ в верхнем бь-
ефе и минимальном уровне воды в нижнем бьефе плотины для
каждого сечения.
При фильтрационных расчётах в курсовом проекте допускает-
ся использовать любой из гидравлических методов, известных в
технической литературе (приближенный метод Н.Н.Павловского,
основанный на независимости фильтрации через тело и основа-
ние плотины; метод эквивалентного профиля; виртуальных длин
и т.д.) [ 1,2,3,5,6,7 ]. В последнее время фильтрационные
расчёты часто проводят на ЭВМ. При выборе способа расчёта
стоит учесть, что на кафедре водохозяйственного строительст-
ва есть программы, методические указания и учебные пособия
по таким расчётам.
4.2.3. Депрессионная поверхность фильтрационного потока
Как было сказано выше, фильтрационные расчёты проводятся
для характерных сечений, т.е. решается плоская задача. Поэ-
тому в рамках сечения можно говорить не о депрессионной по-
верхности, а о депрессионной кривой фильтрационного потока.
Аналитическое уравнение для определения координат кривой
депрессии зависит от выбранного способа расчёта и справедли-
во лишь для своей конкретной системы координат. Построив на
миллиметровке поперечные сечения плотины в характерных сече-
ниях, необходимо нанести на них координаты кривых депрессий.
При построении кривой депрессии участок её примыкания к ре-
альному верховому откосу визуально исправляют так, чтобы
участок был перпендикулярен откосу в точке его пересечения с
уровнем воды в верхнем бьефе и затем плавно переходил в деп-
рессионную кривую. Следует помнить, что минимальное расстоя-
ние от кривой депрессии до поверхности низового откоса долж-
но быть немного больше глубины сезонного промерзания. При
несоблюдении этого условия местоположение дренажа должно
быть скорректировано в ту или другую сторону.
4.2.4. Фильтрационный расход
Определяя удельные фильтрационные расходы в сечении тем
или иным способом, следует особое внимание обращать на поло-
жение водоупора (т.е. глубину водопроницаемого основания).
При наличии в основании плотины разнородных водопроницаемых
грунтов рекомендуется применять приближенный метод Н.Н.Пав-
ловского. В этом случае удельный фильтрационный расход в се-
чении равен сумме расходов через тело и основание плотины.
Общий фильтрационный расход через тело и основание всей
плотины равен сумме произведений среднего удельного расхода
в соседних сечениях на расстояние между этими сечениями. Оп-
ределив общий фильтрационный расход, т.е. фильтрационные по-
тери воды из водохранилища, делают вывод об эффективности
принятых противофильтрационных устройств в теле и основании
плотины. При этом обычно исходят из того, что фильтрационные
потери не должны превышать расход полезных попусков в нижний
бьеф.
4.2.5. Оценка фильтрационной прочности
Фильтрационную прочность (отсутствие фильтрационных де-
формаций) грунтов оценивают по условию
Iest,m < Icr,m/ Vn , ( 4.2 )
где Iest,m - действующий средний градиент напора в расчётной
области фильтрации;
Icr,m - критический средний градиент напора;
Vn - коэффициент надежности по ответственности.
Проверку условия (4.2) следует проводить для всех возмож-
ных зон возникновения фильтрационных деформаций (в теле пло-
тины, её основании, в местах выхода фильтрационного потока в
нижний бьеф и дренаж, в местах контакта грунтов с различными
характеристиками, в противофильтрационных устройствах и на
их границах). В этом курсовом проекте достаточно ограничить-
ся проверкой фильтрационной прочности грунтов тела и основа-
ния плотины [ 1,3,9,12 ].
Закончив фильтрационные расчёты, студент должен иметь:
- положение кривой депрессии во всех расчётных сечениях и
заключение о правильности выбранного местоположения дренажа;
- величину фильтрационных потерь из водохранилища и вывод
об эффективности противофильтрационных устройств в теле и
основании плотины;
- оценку фильтрационной прочности грунтов тела и основа-
ния плотины.
4.3. Расчёт устойчивости откосов
4.3.1. Расчётные случаи и методы расчёта
Как уже отмечалось ранее, предварительно назначенное за-
ложение откосов плотины необходимо проверить на устойчивость
против обрушения (см.4.1.5.). Целью расчёта является опреде-
ление минимальных коэффициентов устойчивости откосов плотины
заданного поперечного профиля при известных нагрузках и ха-
рактеристиках грунтов тела плотины и основания. Найденный
минимальный коэффициент сравнивают с обобщенным нормативным
и делают соответствующий вывод. СНиП [ 12 ] требует рассмат-
ривать три расчётных случая. Студент может ограничиться
расчётом для одного из них, согласовав свой выбор с руково-
дителем.
В настоящее время ещё не разработано достаточно строгих и
надёжных методов расчёта устойчивости в случае пространст-
венной задачи, поэтому обычно рассматривают плоскую задачу.
Для её решения предложено очень много расчётных методов и
приёмов, которые принципиально можно разделить на 2 группы:
1) Методы, основанные на теории предельного равновесия, в
которых предполагается, что в грунтовом массиве одновременно
возникает семейство поверхностей предельного равновесия, по
которым возможен сдвиг.
2) Методы, предполагающие, что обрушение откоса может
произойти по некоторой, заранее заданной поверхности, кото-
рую чаще всего принимают круглоцилиндрической или ломанной,
состоящей из нескольких прямолинейных отрезков.
Оценку устойчивости в данном проекте рекомендуется про-
вести только для низового откоса, пользуясь графоаналитичес-
ким методом круглоцилиндрических поверхностей сдвига для мо-
нолитной призмы (отвердевшего массива) обрушения. При этом
весь предполагаемый массив условно делят на несколько также
твёрдых отсеков, что позволяет учесть неоднородность грунтов
и различные силы, действующие на откос.
4.3.2. Исходные данные
Расчёт обычно ведут для того сечения плотины, где её вы-
сота максимальна, т.е. для руслового сечения. Исходные дан-
ные к расчёту условно можно разделить на 4 группы. К первой
относятся геометрические размеры плотины и её конструкций в
сечении. Во вторую группу входят уровни воды в верхнем и
нижнем бьефах, а также положение кривой депрессии, соответс-
твующие данному расчётному случаю. Третью группу составляют
физико-механические характеристики грунтов тела и основания
плотины ( объёмная масса, угол внутреннего трения, удельное
сцепление, пористость ) выше и ниже линии насыщения водой.
Последнюю группу данных составляют: область возможного рас-
положения центров круглоцилиндрических поверхностей сдвига и
величина их вероятного радиуса. В литературе описаны нес-
колько методов их ориентировочного определения, поэтому сту-
дент может воспользоваться любой из этих рекомендаций
[ 1,2,3,5,7 ].
4.3.3. Расчёт для произвольной кривой сдвига
На миллиметровке вычерчивают поперечное сечение плотины с
кривой депрессии. Из произвольного центра проводят кривую
сдвига (обрушения) определенного радиуса R. Массив грунта
выше кривой обрушения разбивают на вертикальные отсеки шири-
ной b = 0,1 R. Середину (ось) нулевого отсека размещают под
центром кривой обрушения, а остальные нумеруют (слева от ну-
левого - со знаком плюс, а справа - минус). Рассматривают
устойчивость каждого отдельного отсека, а общий коэффициент
устойчивости определяют суммированием по всем отсекам. Для
удобства расчёты обычно сводят в таблицу. Расчётные формулы,
алгоритм расчёта и форма таблицы достаточно подробно приве-
дены в литературе [ 1,2,3,5,7 ]. В результате студент должен
определить коэффициент устойчивости откоса для данной повер-
хности обрушения, т.е. при определенных координатах центра
кривой сдвига и величине её радиуса.
4.3.4. Оценка устойчивости откоса
Сложность этой задачи заключается в том, что проектиров-
щику заранее неизвестны ни координаты центра кривой обруше-
ния, ни величина её радиуса, при которых коэффициент устой-
чивости будет иметь минимальное значение. Следовательно не-
обходимо определять коэффициенты устойчивости для десятков и
даже сотен поверхностей обрушения. В полной мере эта задача
может быть решена только на компьютере. Поэтому, после осво-
ения методики расчёта одного коэффициента устойчивости
"вручную", для выявления минимального коэффициента устойчи-
вости студенту рекомендуется использовать компьютерную прог-
рамму "USTOY", разработанную на кафедре водохозяйственного
строительства. После сравнения минимального коэффициента ус-
тойчивости с обобщенным нормативным студент должен сделать
чёткий вывод об устойчивости откоса. При этом следует пом-
нить, что минимальный коэффициент не должен превышать обоб-
щенный нормативный более, чем на 10 %. При необходимости, в
заключении студент должен указать возможные проектные реше-
ния по грунтовой плотине, ведущие к повышению или снижению
устойчивости её низового откоса.
4.4. Осадка тела и основания плотины
Расчёт осадок тела и основания плотины следует произво-
дить для определения необходимого строительного подъёма пло-
тины и уточнения объёма работ по её сооружению. В естествен-
ных условиях грунты основания находятся в природном нап-
ряжённом состоянии. По мере возведения плотины напряжения в
основании и в нижней её части увеличиваются и происходит
постепенная осадка (уплотнение грунтов). Таким образом, об-
щая осадка плотины состоит из осадок её тела и основания и
зависит от высоты плотины, степени уплотнения грунтов при её
строительстве и вида грунтов основания. Процесс стабилизации
осадки занимает продолжительное время и иногда длится года-
ми. Методы расчёта осадок излагаются в курсе "Механика грун-
тов", при этом следует соблюдать требования СНиП II-16-76.
Согласно [ 12 ], для плотин III и IV класса расчёт осадки
допускается производить по приближённым зависимостям с ис-
пользованием табличных значений модулей деформаций.
Метод и тщательность этого расчёта студент согласовывает
с руководителем при получении задания на проектирование.
Для обеспечения проектных отметок гребня и контура попе-
речного профиля плотины после осадки её тела и основания не-
обходимо предусматривать строительный запас по высоте плоти-
ны, равный общей осадке.
5. ВОДОСБРОСНОЕ СООРУЖЕНИЕ
5.1. Трасса и компоновка водосбросного сооружения
Приступая к этой части курсового проектирования, студент
уже должен иметь согласованное с руководителем решение о ти-
пе водосбросного сооружения и общей компоновке гидроузла, а
также о возможности использования конкретных типовых проек-
тов ( см. 3 главу ).