Первый слой: d (песок средний); d (песок гравелистый);

d₁₀ = 0,1 мм D₁₀ = 0,25 мм

d₅₀ = 0,41 мм D₅₀ = 1,2 мм

d₆₀ = 0,6 мм D₆₀ = 1,8 мм

Точка, имеющая координаты η_ф = 7,2 и D₅₀ = 1,2 мм , попадает в область допустимых характеристик.

На основе проведенных расчетов делаем вывод о том, что карьерный грунт с заданными характеристиками можно использовать для первого слоя обратного фильтра дренажного банкета. Толщину слоя принимаем 0,2 м.

Второй слой: d (песок гравелистый); d (песок гравийный);

d₁₀ = 0,25 мм D₁₀ = 0,35 мм

d₅₀ = 1,2 мм D₅₀ = 2,3 мм

d₆₀ = 1,8 мм D₆₀ = 3,5 мм

Точка, имеющая координаты η_ф = 10 и D₅₀ = 2,3 мм , попадает в область допустимых характеристик.

Толщина всех слоев 0,2 м. Общая толщина фильтра составляет 0,4 м. Состав фильтра по слоям окончательно принимаем:

1 – песок гравелистый;

2 – песок гравийный.

2.6 Противофильтрационные и дренажные устройства

Противофильтрационные устройства проектируют из грунтовых и негрунтовых материалов. Конструктивно их выполняют в виде экрана, понура, ядра, диафрагмы, зубьев, шпунтовых стенок, траншейных шпор, инъекционных завес и др.

При проектировании противофильтрационных устройств необходимо обеспечить их сопряжение друг с другом, с основанием по подошве и в береговых примыканиях, то есть создать сплошную противофильтрационную завесу, конструкцию которой принимают на основе технико-экономического сравнения различных вариантов.

Для земляных насыпных плотин толщину грунтового экрана и ядра поверху назначают из условия производства работ, но не менее 0,8 м с постепенным утолщением книзу. В плотинах высотой 10 ... 15 м толщина ядра поверху обычно составляет 1 ... 1,5 м, а понизу — 3 м и более. Экран в нижней части невысоких плотин имеет толщину не менее 2 м. Гребень экрана должен быть выше отметки ФПУ с учетом ветрового нагона и наката волн. Возвышение гребня ядра над ФПУ принимают с учетом только ветрового нагона. Понур выполняют толщиной не менее 0,5 м. Для предотвращения промерзания и размыва участки ядра, экрана и понура покрывают защитным слоем. В соответствии с опытом плотиностроенния длину понура принимают от (3 ... 5) Н до 20 Н при толщине в начальной части 0,5 ... 0,75 м с увеличением у экрана до 1 ... 1,5 м. По подземному контуру рекомендуется устраивать два зуба: в начале понура — глубиной до 0,5 м и в месте сопряжения с экраном — глубиной 1,5 —2 м. Толщина защитного слоя верхней части экрана часто составляет около 1 м, а у подошвы плотины — около 2 м, но не менее глубины промерзания.

Противофильтрационные устройства в теле плотины необходимо надежно сопрягать с противофильтрационными устройствами в основании плотины, а при их отсутствии — с самим основанием. В случае нескального основания при близком залегании водоупорных грунтов основания (до 3 ... 5 м) сопряжение противофильтрационных устройств с ним целесообразно выполнять зубьями, шпунтовыми стенками, завесами. При глубоком залегании водоупора эти конструкции могут быть висячими.

В проектах плотин следует предусматривать мероприятия по подготовке основания, в том числе вырубку леса и кустарника, выкорчевывание пней, удаление растительного слоя и слоя, пронизанного корневищами деревьев и кустов или ходами землеройных животных, а также удаление грунта, содержащего значительное количество органических включений или солей, легкорастворимых в воде.

Согласно СНиП 2.06.05 — 84, дренаж проектируют в следующих целях: организованного отвода воды, фильтрующейся через тело и основание плотины в нижний бьеф; предотвраще­ния выхода фильтрационного потока на низовой откос и в зону, подверженную промерзанию; экономически обоснованного снижения депрессионной поверхности для повышения устойчивости низового откоса (внутренний дренаж); повышения устойчивости верхового откоса при быстрой сработке водохранилища, а также для снятия порового давления, возникающего при сейсмических воздействиях; отвода воды, профильтровавшейся через экран, ядро.

При проектировании дренажа необходимо учитывать физические характеристики грунтов тела и основания плотины, их суффозионность и условия фильтрации в области дренажа. Раз­меры дренажных устройств определяют из условий, исключающих кольматаж грунта в области дренажа. На контакте дренажа с телом и основанием плотины обычно, предусматривают обратный фильтр.

На начальной стадии проектирования задаются видом и размерами дренажа, которые уточняют после выполнения фильтрационных расчетов. Вид дренажных устройств может быть различным на разных участках плотины.

Конструкцию дренажа выбирают на основании экономического сравнения вариантов.

От строительства дренажа отказываются в следующих случаях: при возведении плотин на водопроницаемом основании, в котором депрессионная поверхность без устройства дренажа оказывается достаточно удаленной от поверхности низового откоса и не попадает в зону промерзания; в низовой части плотин с экранами, ядрами и диафрагмами при условии обеспечения отвода профильтровавшейся воды; в плотинах, низовая часть которых выполнена из каменной наброски или из другого крупнообломочного материала (гравийного, галечникового и др.).

При наличии в районе строительства камня дренаж на русловых участках плотины выполняют в виде банкета из каменной наброски (рис.2), который также служит упором низового откоса плотины. Превышение гребня дренажного банкета над максимальным уровнем воды в нижнем бьефе определяют с запасом на волнение, размер которого устанавливают в соответствии с указаниями, но не менее 0,5 м. Ширину банкета поверху назначают из условий производства работ, но не менее 1 м. Коэффициент заложения внутреннего откоса обычно составляет 1 ... 1,5, наружного —1,5 ... 2. На заложение внутреннего откоса также влияет расчетное положение депрессионной кривой, которая должна проходить на расстоянии не ближе d_п от низового откоса плотины, где d_п — максимальная глубина промерзания.

Наслонный дренаж рекомендуется выполнять на участках плотины, перекрывающих затопляемую пойму, и при отсутствии на месте строительства достаточного количества камня. Толщину наслонного дренажа с обратным фильтром следует назначать из условий производства работ, но не менее

где — диаметр частиц, масса которых вместе с массой более мелких фракций составляет 85% массы грунта всего дренажного слоя;— толщина обратного фильтра.

Превышение гребня наслонного дренажа над максимальным уровнем нижнего бьефа следует принимать как и для дренажного банкета, учитывая при этом высоту выклинивания фильтрационного потока на низовой откос и глубину промерзания.

Трубчатый горизонтальный дренаж

Применяют обычно на тех участках плотины, где воды в нижнем бьефе нет или она появляется на короткое время. Приемную часть дренажа выполняют из перфорированных труб или труб с незаделанными стыками. Трубы укладывают параллельно низовому откосу, следуя за ее изгибами на расстоянии от его подошвы не больше 1/4…1/3 ширины плотины по основанию и не меньше глубины промерзания. При этом должен быть обеспечен односторонний уклон. Диаметр труб определяют расчетом исходя из условия обеспечения безнапорного движения воды в трубах, но не меньше 0,2 м. по периметру приемной части трубы укладывают обратные фильтры. Общая толщина слоев составляет 0,4…0,6 м. из приемной части дренажа вода отводится неперфорированными трубами в кювет в нижнем бьефе. Кювет устраивают параллельно подошве плотины.

Рисунок 3 - расчетная схема дренажа