Иванов В.М. и др. Расчет и проектирование гидротехнических сооружений для гидроэлектростанций малой мощности и объектов водоснабжения и водоотведения

Подождите немного. Документ загружается.

-51-

Рисунок 24 - Плотина с экраном и понуром на канале имени Москвы

-52-

Жесткие экраны (бетонные и пр.) в земляных плотинах применяют редко,

так как условия их работы здесь неблагоприятны вследствие неизбежных де-

формаций тела плотины и образования трещин в сплошном бетонном экране.

Железобетонные экраны (рисунок 25) несколько лучше. Область возможного

применения этих плотин из несвязных грунтов, (песок, гравий) на несжимае-

мых основаниях.

Рисунок 25 - Железобетонный и стальной экраны

В аналогичных случаях иногда применяют стальные экраны (рисунок

25), обладающие простотой, прочностью и гибкостью, однако они дороги.

-53-

6.2 Ядра и диафрагмы

Ядра, устраиваемые из пластичного материала, представляют собой одно

из самых распространенных водонепроницаемых устройств в земляных плоти-

нах. Материалом для ядра могут служить глина, суглинок, глинобетон, плотно

трамбуемые или укатываемые тонкими слоями.

Рисунок 26 - Плотина с ядром, опущенным до водоупора

Толщина ядра зависит от желаемого снижения кривой депрессии, но по-

верху она делается минимально 1-1,5 м, внизу же увеличивается в соответствии

с высотой плотины h до (1/4÷1/7)h. Ядро располагается в центральной части

плотины и доводится, как и экран, до водонепроницаемого слоя в основании

(рисунок 26), иногда сопряжение со скалой делается при помощи диафрагмы

(рисунок 27а), если скала находится на известной глубине от подошвы плоти-

ны или бетонной подушки (зуба) (рисунок 27б) при непосредственном контак-

те плотины со скалой. Материал ядра должен удовлетворять тем же условиям,

что и материал экранов и понуров. Преимущества ядра по сравнению с пла-

стичным экраном заключаются в лучшей защищенности от действия мороза,

меньшей опасности вредных деформаций, а также в меньшем объеме материа-

ла при том же напоре. Что же касается режима фильтрации, то в плотине с эк-

раном вода насыщает меньшую часть объема тела плотины, чем в плотине с

ядром, и потому экран эффективнее.

-54-

Рисунок 27 - Сопряжения ядра со скалой:

а – при помощи диафрагмы; б - посредством бетонной подушки

Затем при необходимости выполнения перехода экрана или ядра в понур

экран выгоднее, так как требует меньше материала. Наконец, он доступнее в

отношении ремонта и в период строительства может выполняться после от-

сыпки тела плотины, что упрощает производство работ по сравнению с плоти-

ной, имеющей внутреннее ядро.

Диафрагмы применяются в тех случаях, когда ядро не может быть уст-

роено из-за отсутствия поблизости от сооружения необходимых материалов

(глины или суглинка) или из-за краткости строительного сезона (на севере).

Диафрагмы более целесообразны при наличии скального основания, при кото-

ром они не получают деформаций от осадок последнего. Диафрагмы выполня-

ются из бетона, железобетона, металла и дерева.

а)

б)

-55-

Рисунок 28 - Диафрагмы а и б - бетонные; в - железобетонная

Бетонные диафрагмы имеют большое распространение. Толщина их по-

верху не менее 0,5-1 м, внизу (1/6÷1/10)h и даже меньше.

Примеры бетонных диафрагм приведены на рисунке 28. С напорной сто-

роны диафрагмы, покрываемой торкретом или битумом, иногда располагают

водонепроницаемый слой грунта (глины, суглинка) на случай появления тре-

щин в диафрагме; с низовой же стороны желателен пористый грунт с отводом

дрен от него в нижний бьеф.

Во избежание появления температурных трещин в диафрагмах делают

вертикальные температурные швы (через 25-30 м), закладывая в них в особых

колодцах, заполненных битумом, водонепроницаемые прокладки, как вообще в

швах бетонных стен. Сопряжение со скальным основанием делается при по-

мощи шарнирного или скользящего горизонтального шва (рисунок 28а). Жест-

кое закрепление допускается в плотинах небольшой высоты.

а) б)

в)

-56-

Рисунок 29 - Гравийная плотина с железобетонной диафрагмой

Железобетонные диафрагмы менее распространены, чем бетонные, ввиду

их дороговизны. Толщина их меньше: от 0,3-0,4 м поверху и до (1/10÷1/15)h

понизу; армирование достигает 0,3-0,6% (рисунок 28в).

В шведской гравийной плотине Хеллефорсен железобетонная диафрагма

имеет толщину всего 0,25-0,5 м (рисунок 29). Диафрагма опирается на основа-

ние в виде бетонной стенки, устроенной в аллювии до скалы между двумя

шпунтовыми рядами. Скользящий шов в основании диафрагмы доступен ос-

мотру через особую штольню и шахты.

Деревянные диафрагмы применяют редко, вследствие их недолговечно-

сти (допускаются в плотинах III класса). Они устраиваются в виде нескольких

рядов шпунтовых стенок с прокладкой толя или битумных матов между ряда-

ми; для увеличения долговечности дерево пропитывают антисептиками.

Стальные диафрагмы выполняют или в виде шпунтовой стенки или из

листового металла с гибкими швами.

6.3 Дренаж земляных плотин

Дренаж земляных плотин является чрезвычайно важным и в большинстве

случаев обязательным мероприятием и применяется в следующих видах: а)

дренаж тела плотины; б) дренаж основания; в) дренаж откосов.

Дренаж тела плотины имеет целью понижение линии депрессии, недо-

пущение выхода фильтрационной воды непосредственно на низовой откос

плотины и организованный отвод фильтрационных вод в нижний бьеф. Так как

дренаж сокращает путь фильтрации, увеличивает скорости и градиенты, то

возможен вынос в него мелких частиц грунта, поэтому дренажи обязательно

снабжают по поверхности обратными фильтрами.

Дренаж плотины осуществляется разными способами.

-57-

Рисунок 30 - Типы дренажей: а - дренажная призма; б - плоский дренаж

(дренажный тюфяк); в - каменный трубчатый дренаж; г -дренаж откоса

а)

б)

в)

г)

-58-

Дренажная призма из камня (рисунок 30а) представляет собой один из

весьма распространенных и простых типов дренажа, служащего одновременно

и хорошим упором для низового откоса (при надежном основании). Высота

призмы определяется наивысшим положением уровня воды нижнего бьефа с

обеспечением запаса 0,5-1 м на волнение; но она может быть и увеличена, если

это диктуется экономическими соображениями (например, использование кам-

ня выемок), особенно в каменно-земляных плотинах. При недостатке камня

верхняя часть затопляемого паводком низового откоса выше дренажной приз-

мы может быть покрыта наслонным дренажем с обратным фильтром (рисунок

30а). При нехватке камня дренажная призма может быть выполнена из корот-

ких бетонных дренажных трубок круглого или многогранного сечения.

Недостатком дренажа в виде каменных призм являются трудность ремон-

та в случае забивки (засорения) обратных фильтров, потребность в довольно

значительном количестве камня, если требуется более глубокий дренаж, воз-

можность деформации призмы и основания, если последнее сложено из слабых

мелкозернистых грунтов.

Дренажные тюфяки (или плоский тюфячный дренаж) представляют со-

бой слои камня или щебня, окруженные обратными фильтрами и выдвинутые

вглубь тела плотины для более эффективного понижения линии депрессии (ри-

сунок 30б). В соединении с дренажной призмой в основании откоса тюфяки

являются одним из лучших и наиболее простых решений глубокого дренажа

плотины и основания. Наибольшее заглубление тюфяка внутрь тела плотины

может быть до 1/3 ширины подошвы плотины и даже более.

Трубчатый дренаж из каменных дрен (рисунок 30в) или дренажных

труб, укладываемых по основанию плотины на желаемом расстоянии от низо-

вого откоса, является более экономичным, чем плоский дренаж или дренажные

призмы.

Собираемая трубчатыми дренами вода отводится в нижний бьеф попе-

речными дренами. Недостаток этого типа дренажа - возможность забивки, а

при деформирующемся основании - возможность расстройства дренажа из-за

неравномерной осадки дрен.

Центральный дренаж осуществляется при устройстве диафрагм, о чем

упоминалось выше, непосредственно за ними, для сбора и отвода профильтро-

вавшихся вод.

Наслонный дренаж, или дренажное покрытие откоса (рисунок 30а, в),

требует материала меньше, легко ремонтируется, но понижение кривой депрес-

сии не дает, цель его - лишь защита откоса от фильтрационного вымыва грунта.

Зимой его бесперебойная работа находится под угрозой из-за промерзания, во

избежание чего его покрывают иногда пористым защитным слоем.

Дренаж откосов имеет назначением быстрый отвод атмосферных вод с

поверхности откосов; он выполняется либо в виде дренажных канав или полос

по откосу (рисунок 30г), заполненных гравием, щебнем, камнем с собиратель-

-59-

ными канавами у подножия откоса по берегам, либо иногда, при суглинистых

откосах, в виде дренажных труб, заложенных близ поверхности откоса.

Дренаж основания неизбежно осуществляется в известной степени при

дренаже тела плотины дренажными призмами, тюфяками и т. п. Более интен-

сивный дренаж основания может потребоваться, например, в случае постройки

плотины сравнительно быстрыми темпами на глинистом или суглинистом ос-

новании, когда появляется опасность выпирания грунта под действием избы-

точного гидростатического давления грунтовых вод основания. Дренаж осно-

вания устраивается так же, если малопроницаемый слой основания подстилает-

ся проницаемым и необходимо уменьшить гидростатическое давление на верх-

ний слой, угрожающее выпором последнего за плотиной. Дренаж основания в

этом случае устраивается из ряда дрен и буровых скважин с фильтрами (рису-

нок 31) или трубами из пористого бетона.

Рисунок 31 - Дренаж основания и сборный кювет

Отвод дренажных вод. Фильтрационные воды дренажной системы пло-

тины собираются обычно в кюветы у подножия низового откоса, в которое на-

правляются и воды дренажных скважин основания (рисунок 31). Кюветами во-

да отводится в русло реки, являющееся коллектором дренажных вод.

6.4 Противофильтрационные устройства в основании плотины

Конструкция противофильтрационных устройств в основании плотины

зависит от характеристики проницаемых грунтов.

1. Мощность проницаемых (коэффициент фильтрации грунтов основания

больше коэффициента фильтрации тела плотины или ее противофильтраци-

-60-

онного элемента k

или k

) грунтов (алювий, деллювий, эллювий) вели-

ка, и практически водоупор находится на недосягаемой для шпунтовой стенки,

грунтовой стенки или даже инъекционной завесы глубине.

В этом случае в основании может устраиваться «висячая» инъекционная

завеса или завеса, доведенная до водоупора, если плотина имеет ядро или диа-

фрагму. Глубина завесы (0,5-1)Н, где Н - напор на сооружение (рисунок 32).

Если плотина однородная или с экраном может устраиваться понур

(рисунок 33), то длина понура определяется на основе фильтрационных расче-

тов. В первом приближении L

пон

=(1,5-2,5)Н. Толщина глиняного понура 0,5-1

м, по мере приближения к экрану увеличивается до 1-2 м. Толщина понура

проверяется по допустимому градиенту J

доп

=3-10.

доп

∆

, (14)

где

∆

Н - разность давлений на понур сверху и снизу. Устанавливается по эпюре

противодавления.

Рисунок 32 - Плотина с иньекционной завесой:

1 - бетонный зуб; 2 - ядро; 3 - горизонтальный дренаж; 4 - инъекционная завеса

2. Мощность проницаемых аллювиальных отложений такова, что их

можно пересечь шпунтовой стенкой (до 40 м), грунтовой стенкой (до 80 м) или

инъекционной завесой (до 100-200). В этом случае устройство этих противо-

фильтрационных конструкций возможно при строительстве плотины с грунто-

вым ядром или экраном, а также с негрунтовым экраном или диафрагмой

(рисунок 33).

3. Мощность проницаемых отложений мала (до 10-20 м). Возможно при-

менение разнообразных устройств в основании плотины.