4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ ГРУНТОВОЙ ПЛОТИНЫ

также мелкозернистые пески, обладающ е достаточной водонепро-

й

ницаемостью и фильтрационной п очностью. Песчаные и гравийно-

галечниковые грунты применяютсяидля устройства тела (верховой и

низовой призм) всех тип в земляных плотин. Противофильтрацион-

ные элементы плотины (ядра,

, понуры, зубья) устраиваются

экраны

из маловодопроницаемых грунт в (глинистые грунты, торф, грунто-

вые смеси) с коэфф ц еномфильтрации менее 10–4 м/с.

В настоящее времятпроектируют и строят гидроузлы комплекс-

ного назначен я, в состав которых входят различные сооружения

(плотины, в д сбросыи, здания ГЭС, судоходные шлюзы, водозабо-

ры и др.). В знаст ящем проекте разрабатываются только два соору-

жения: л тина из грунтовых материалов и паводковый водосброс.

Так каколан стройплощадки студенту задается, то его первой

задач й является выбор створа плотины и оси водосбросного со-

п

оруж ния с учетом топографических, инженерно-геологических усло-

вий, а также требований охраны окружающей среды. Вопросы про-

е

пуска речных вод, льда, рыбы, обеспечения судоходства в период

строительства гидроузла также играют важную роль в выборе вари-

Р

Водосбросные сооружения бывают открытые или закрытые (тун-

нельные и трубчатые).

Трубчатые водосбросы располагают в теле плотиныНтаким обра-

й

зом, чтобы они могли использоваться также и для пропуска строи-

тельных расходов в период возведения плотиныБ.

Открытые водосбросы бывают русловые (водосливная плотина)

др

и береговые, или располагаемые вне тела плотины, или прорезаю-

щие тело плотины в ее бе еговых частях. Примеры компоновок

о

гидроузлов с плотинами из г унтовыхиматериалов и водосбросами

приведены в литературе [2, 3, 4 и .].

тины

т

4.2.

вание поперечного профиля

элементов плотины

Конструкция поперечного профиля однородной грунтовой пло-

го

представлена на рис. 4.1. Основной задачей проектирования

п

зпр филя плотины является определение отметки греб-

поперечн

ня лотины и его ширины, а также назначение заложения и очерта-

е

лотины.

ния откосов

Р

Порядок

роектирования поперечного профиля следующий:

1.

Назначается ширина плотины по гребню.

2.

По предварительно назначенной высоте плотины задаются ко-

эффициенты заложений откосов плотины.

3.

Назначаются типы креплений откосов. Для верхового откоса

это, как правило, железобетонные плиты или каменная наброска.

4.

Определяется возвышение гребня плотины над уровнем верх-

творам) и затворохранилища. Длина монтажной площадки назнача-

ется равной (1,5–2,5) b, где b – ширина водосбросного отверстия (см.

ниже). Для отвода поверхностных вод гребню плотины придается

У

односторонний или двусторонний поперечный уклон (см. рис. 4.1),

а на обочинах устраиваются ливнестоки.

Т

Покрытие проезжей части автодороги выбирается в зависимости

от ее категории и укладывается на подготовку из гравийно-песча-

ного или щебеночного грунта. Если гребень плотиныНсложен из

глинистых грунтов, то для его защиты от промерзания укладывает-

ся слой несвязного (песчаного) грунта, толщинаБкоторого, включая

и покрытие гребня, должна быть не менее глубины промерзания

грунта в районе строительства.

й

По краям гребня устраивается ог ажден е в виде надолб (бетон-

ные столбики размерами 1×0,3×0,3им с шагом 4 м и более). Со сто-

роны верхнего бьефа м

уст аиваться сплошной волнозащит-

ный парапет.

р

Заложение откосов пл

ины предварительно назначается в за-

о

висимости от высо ы пло ины (табл. 4.2) и в дальнейшем проверя-

ется расчетами устойчжетвости (см. ниже) с учетом действующих на

и

откосы сил и в случае необходимости уточняется. Высота плотины,

чно

необх димая для на начения коэффициентов заложения откосов,

п

ориентир в зможет быть определена как разность отметок

ФПУ и дна реки плюс запас, равный 2–3 м. Отметка дна в данной ра-

ные

боте может быть определена по графику зависимости уровня нижне-

го бь фа от расхода Q = f(УНБ) (см. планшет задания) приQ = 0.

Р

Откосы земляных плотин могут иметь постоянные или перемен-

рина берм определяется их назначением и принимается не менее 3 м,

если по ней предусмотрен проезд, и не менее 1–2 м, если проезд не

У

предусмотрен. На внутренней стороне бермы устраивается кювет

или лоток, служащий для сбора и отвода дождевых и талых вод.

Таблица

Расстояние между соседними бермами по высоте плотины прини-

мается равным 10–15 м.

Б

4.2

Ориентировочные значения коэффициентов заложения откосов

земляных насыпных плотин

Н

й

Коэффициенты заложений откосов

Высота плотины, м

и

верхового m1

низового m2

< 5

р

1,5–1,75

2–2,5

5–10

о

1,75–2,25

2,25–2,75

10–15

т

2,5–3,0

2,0–2,5

15–50

3,0–4,0

2,5–4,0

> 50

и

4,0–5,0

4,0–4,5

На верховом откосе устраивается одна берма

на отметке нижней

границы

сн вного крепления для создания необходимого упора.

Определение

зтметки нижней границы основного крепления см. ниже.

Приведенные в табл. 4.2 данные относятся к средним по высоте

е

значениямегозаложения откосов. В высоких плотинах откосы могут

им ть

ременное заложение, увеличивающееся сверху вниз, что

Р

расчетной высоте волны до 2,5–3 м;

У

б) железобетонные крепления из монолитных или сборных плит.

Крепление верхового откоса плотины подразделяется на основ-

Т

гребень плотины. Нижняя граница основного крепления принима-

Б

= 2h1%

ется на отметке (см. рис. 4.1), заглубленной на величину

кр

под минимальный уровень воды в водохранилище (УМО).

ижняя

граница облегченного крепления принимается на отметкеН, где дон-

й

ные волновые скорости не превышают размывающих скоростей для

но о креплениях и их конст укц ях см. в [1, с. 23–29, 2, с. 35–45 и

др.].

о

и

Часть низового отк са земляных плотин, подверженная воздей-

т

ствию льда и волн со с

р ны нижнего бьефа, крепится аналогично

и

щебня

иной 0,2 м.

hs = ∆hset + hrun1% + a ,

(4.1)

толщ

Возвышение гребня плотины hs в обоих случаях определяется по

п

з

формуле

У

Примечание. В курсовом проекте расчет отметки гребня доста-

Т

точно выполнить для 1-го случая стояния уровня воды в верхнем

бьефе – НПУ.

Н

Подробно порядок расчетов по определению

∆hset и

hrun1%

пред-

ставлен в соответствующей литературе [1, 2, 3 и др.].

Б

Противофильтрационные устройства. Противофильтрационные

устройства выполняются из материалов значительно менее водо-

проницаемых, чем материал тела плотины. Это либо слабоводопро-

грунтовые противофильтрационные устройства

в виде экранов, а

ницаемые грунты (глины, суглинки и др.) и их смеси, либо негрун-

товые материалы (бетон, железобетон, асфальтобетон, полимерные

пленки и т. д.). В земляных плот нах чаще всего применяются

р

при глубоком залегании водоупо а – экранов в сочетании с пону-

о

ром, и вертикальных ядер ( ис. 4.2и). Наклонные ядра применяются

редко.

от

Толщина ядер и экран в принимается переменной, увеличиваю-

и

щейся сверху вниз. Минимальная толщина ядра или экрана поверху

назначается в

с мос

используемых для их возведения машин

и механизмов, но во всех случаях должна быть не менее 0,8 м (при ис-

го

пользовании современных средств механизации обычно не менее 3 м).

Толщина п ни у на начается таким образом, чтобы градиенты филь-

п

завп т ка были меньше их критических значений

трационн

е

J =

H

≤

1

Jкр ,

(4.2)

н

kн

δя

где J – действующий средний градиент напора в ядре или экране;

Рδня – толщина ядра (экрана) понизу;

Н – напор на плотину;

Таблица 4.3

Значения критических градиентов напора

У

Значение критических средних градиентов

Грунт

напора Jкр для

Т

понура

ядра и экрана

тела и призмы

Н

плотины

Глина, глинобетон

15

12

Б

8–2

Суглинок

10

8

4–1,5

Супесь

3

2

2–1

й

Песок

р

и

средний

–

–

1

мелкий

–

–

0,75

Отметка гребня ядра

экрана должна быть не ниже отметки

о

ФПУ. Сверху гребень ядра и экрана покрывается защитным слоем

песка толщиной не

тменее глубины промерзания грунта в районе

строительства плот ны. Если тело плотины отсыпается из крупно-

зернистых грунт в (

, гравия), то по границам с ядром и экр а-

гальки

ном с верх в й и низовой стороны укладывают переходные слои по

з

С верховой стороны экран покрывается

ти у братн

фильтра.

защитным слоем. Заложение откосов экрана назначается из условия

го

об с ч ния устойчивости на сдвиг защитного слоя по экрану и

экранапвместе с защитным слоем по грунту тела плотина. При этом

наклон верхового откоса экрана к горизонту должен быть больше

е

угла внутреннего трения грунта тела плотины, коэффициент зало-

жение верхового откоса принимается не менее 2,5–3.

РПри глубоком залегании в основании плотины водоупора экран

защищенный низовой откос плотины и в зону, подверженную про-

мерзанию, а также для ускорения консолидации глинистых грунтов и

уменьшения порового давления в теле плотины и основанииН.

отводящей

Обычно дренаж состоит из двух частей: приемной, которая вы-

полняется в виде обратного фильтра,

Б, выполняемой из

камня, дренажных труб, пористого бетона

т. д. По длине плотины

)

1

разл

могут устраиваться дренажи

чной конструкции. Наиболее рас-

пространенные конструкции д енажей тела земляных плотин при-

ведены на рис. 4.3.

т

и

а

3

4

m2

и

б)

m2

г)

УНБ

hs

УНБ

о

m

1

hs

m

2

1

о

1

2

2

вв)

п

з

1

1

m2

6

8

8

5

7

7

i=

Р

b'

2

0.04 - 0.05

4

е)

1

m2

3

д)

m2

е

hs

УНБ 3

6

УНБ

1

2

2

hs

2

Рис. 4.3. Основные типы дренажей грунтовых плотин:

выполняется в виде одного или нескольких слоев обратного фильтра.

Наслонный дренаж применяется, как правило, наНучастках пло-

тины, перекрывающих затапливаемую по му. Превышение гребня

Б

наслонного дренажа hs над максимальным уровнем нижнего бьефа

(НБ) принимается как для дренажной пр змы.

Трубчатый дренаж используется на техйучастках плотины, где от-

сутствует вода в нижнем бьефе. Выполняется он из гончарных, пер-

форированных бетонных или асбестоцементныхи

труб, в также труб

из пористого бетона, ул женных с уклоном параллельно подошве

р

низового откоса и обсыпанных братным фильтром. Поперечное се-

чение дренажных труб пределяется гидравлическим расчетом из ус-

о

ловия обеспечен я в н х безнапорного движения воды. Минималь-

ный диаметр дренажныхтруб 200 мм. По длине трубчатого дренажа

через каждые 50–200 м устраиваются смотровые колодцы.

и

Сопряжение тела плотины с основанием, берегами и бетонны-

ми со ружениямиз. Для обеспечения надежного контакта тела пло-

тины с сн ванием предусматриваются следующие мероприятия:

1. Приоскальном основании с поверхности удаляются аллювиаль-

отложения и верхний сильнотрещиноватый слой скалы. Крупные

п

т ктонич ские трещины очищаются и заделываются бетоном.

траншейные стенки, инъекционные завесы или устраиваться плоти-

ны с экраном и понуром. Противофильтрационные устройства в ос-

новании плотины всегда должны сопрягаться с противофильтраци-

онными элементами тела плотины.

У

Сопряжение тела плотины с берегами осуществляется по наклон-

Т

ным плоскостям, при планировке которых необходимо избегать рез-

ких переломов и нависающих участков.

Для обеспечения хорошего контакта грунта телаНплотины с бе-

тонными сооружениями (плотинами, водосбросами, зданиями ГЭС

и т. д.) их примыкающим поверхностям придаетсяБуклон в сторону

земляной плотины не более чем 10:1. Для борьбы с контактнойфильт-

рацией сопряжение бетонных

с земляной плотиной осу-

й

ществляется при помощи п отивоф льтрац онных диафрагм из бе-

тона, железобетона или металлическогоишпунта, врезающихся в те-

ло плотины. Диафрагмы расп лагают в зоне противофильтрацион-

ных элементов, а в одн р дныхсооруженплотинах – в пределах верхового

клина или центральной час и пл тины.

о

4.3. Фтльтрационные расчеты

и

Фильтраци нные расчеты земляных плотин выполняются с целью

зп л жения депрессионной кривой, установления гра-

диент в ск р стей фильтрационного потока и определения фильт-

рационногоорасхода.

Для вы олнения этих расчетов плотина со всеми элементами

определения

выч рчивается на миллиметровой бумаге, устанавливаются коэф-

е

Р