Проектирование плотин со стальными диафрагмами

1. Грунтовые плотины со стальными диафрагмами могут быть рекомендованы: для строительства в северной строительно-климатической зоне; при отсутствии вблизи строительства грунтов, пригодных для устройства ядра, экрана или обратных фильтров;для районов с очень влажным климатом; во всех других случаях при соответствующем технико-экономическом обосновании их преимуществ перед другими видами плотин.

2. Плотины со стальными диафрагмами могут возводиться из каменной наброски, горной массы, песчаных, гравийных, галечных, дресвяных и щебеночных грунтов.

3. Стальные диафрагмы допускается применять в плотинах I - IVклассов.

4. Стальную диафрагму рекомендуется располагать в теле плотины вертикально в плоскости, проходящей по оси гребня или по его верховой бровке.

5. Сопряжение стальной диафрагмы с основанием плотины и береговыми склонами должно осуществляться посредством бетонного зуба, плиты или цементационной потерны с устройством под опорным элементом диафрагмы периметрального шва из битумных или других гидроизоляционных материалов, либо другими способами, обеспечивающими смещение опоры диафрагмы по опорной плоскости при воздействии горизонтальных нагрузок, а также водонепроницаемость шва. С бетонными сооружениями, встроенными в плотину (водосброс, водоприемник и пр.), стальную диафрагму рекомендуется сопрягать заделкой ее в бетон устоев, но с устройством в ней в непосредственной близости от устоя вертикального деформационного шва-компенсатора, обеспечивающего смещения (без натяжения) диафрагмы под действием горизонтальных нагрузок.

6. Стальные диафрагмы следует выполнять из нелегированных углеродистых сталей с пределом прочности 300—400 МПа и относительным удлинением 20—30 %. В условиях длительного воздействия на диафрагму низких температур наружного воздуха (минус 40 °С и ниже) по условиям производства работ рекомендуется применять сталь спокойного плавления типа ВСт3Гпс2 или ВСт3ГпсЗ.

7. В стальной диафрагме следует предусматривать вертикальные и горизонтальные деформационные швы, местоположение которых определяется соответствующими расчетами.

8. Количество и местоположение вертикальных деформационных швов в диафрагме назначаются исходя из эпюры ее плановых горизонтальных смещений от действия гидростатического давления с учетом возможных местных деформаций тела плотины, пересеченности рельефа створа, геологического строения основания. Обязательным следует считать устройство в диафрагме вертикальных швов в местах резкого излома поверхности основания (седловине, бугре, бортах каньона и др.), а также в местах заделки диафрагмы в устои бетонных сооружений и на границах участков основания, сложенных грунтами, резко отличающимися по деформативным свойствам.

9. Количество и местоположение горизонтальных деформационных швов в стальной диафрагме назначают расчетом из условия обеспечения прочности диафрагмы на сжатие, которое возникает вследствие трения о ее поверхности грунта призм плотины при их осадке и действия веса диафрагмы. Напряжение в диафрагме sопределяют по формуле

(1)

где Q —вес диафрагмы;

N —нагрузка на диафрагму от трения грунта;

R_у— расчетное сопротивление стали сжатию по пределу текучести;

— коэффициент надежности по ответственности;

A_п — площадь поперечного сечения диафрагмы (расчет ведения на единицу длины плотины).

Нагрузку на диафрагму на глубине хот трения тела плотины определяют как произведение бокового давления на нее грунта на коэффициент трения грунта по стали:

N₁(x) = (r₁l₁ + r₂l₂ + r₃)gf, (2)

r₁; r₂; r₃— соответственно, плотность грунта верховой и низовой призм плотины и воды;

l₁ иl₂— коэффициенты бокового давления грунта призм плотины на диафрагму;

g —ускорение силы тяжести;

f— коэффициент трения грунта тела плотины по поверхности стальной диафрагмы;

х —глубина расположения расчетного сечения от гребня плотины.

Расстояние х₁ от гребня плотины до первого горизонтального деформационного шва определяют подбором. Задавшись предварительно толщиной диафрагмы и ординатойх₁, определяют значения Q(х₁) иN(х₁), а также проверяют условие прочности (1).

Местоположение второго третьего и всех последующих швов определяют последовательными расчетами напряженного состояния фрагментов диафрагмы, расположенных между двумя соседними швами с ординатами х_nих_n+1.В этом случае нагрузкуN(х)вычисляют как разность

N(х) = N(х _n+1) - N(х_n). (3)

В опорном фрагменте диафрагмы в пределах зоны его изгиба, равной отношению , в формуле (1) учитывают влияние опорного момента и силы трения опоры по основанию (k— коэффициент постели,EI —жесткость диафрагмы).

Для предварительного проектирования схемы разрезки диафрагмы горизонтальными деформационными швами рекомендуются графики, приведенные на черт. 1.

Черт. 1. Зависимость расстояния между горизонтальными швами диафрагмы по высоте L от толщины диафрагмы d, величины коэффициента трения грунта по диафрагме f и высоты диафрагмы Н

10. В местах расположения в диафрагме вертикальных швов устраивают также поперечные (герметичные) деформационные швы в ее опорном элементе по типу, приведенному на черт. 2.