Проектирование и строительство земляных плотин

На рис. 7.2.1 приведены кривые гранулометрического состава карьеров намывных плотин России и некоторых зарубежных. В большинстве случаев материалом для намыва плотин в России служили супеси, пески и песчано-гравийные грунты. (Л. Гришин, с. 397)

На рис. 7.2.2 [2] приведены кривые гранулометрического состава грунтов насыпных плотин СССР. Из этого графика видно, что для насыпных плотин практически возможно использовать любые грунты при соответствующей конструкции плотины.

8. Назначение основных размеров профиля земляных плотин

Устойчивость плотины обеспечивается выбором грунта тела плотины, основания и назначением заложения откосов в зависимости от высоты плотины, плотности грунта и его способности сопротивляться сдвигу.

Форма профиля плотины — обычно неравнобокая трапеция, стороны которой, т.е. откосы, прямолинейны или представляют собою ломаные линии, уполаживающиеся книзу. Уклоны и форма откосов плотины назначаются в зависимости от высоты и рода грунта, от свойств основания и фильтрационных условий.

Для предварительной ориентировки можно пользоваться заимствованными из практики плотиностроения данными о примерных величинах откосов однородных плотин из песчано — глинистого грунта при плотных грунтах оснований [2].

Рис.8.1. Примерные откосы земляных плотин [2]

Верховой откос делают обычно более пологим, т.к. он насыщен водой почти на всю высоту плотины. С увеличением высоты плотины заложение откоса m (Ctg φ — угла наклона к горизонту) возрастает, при этом переходят обычно к ломаному очертанию откосов, увеличивая их пологость книзу.

Нередко на откосах устраивают горизонтальные площадки — бермы, которые служат упором для крепления вышележащей части верхового откоса, отвода дождевых вод с низового откоса и ремонтного обслуживания. Ширину бермы назначают обычно в 1.5 — 2 м, но бывает и шире в зависимости от назначения.

Ширина плотины по гребню назначается в зависимости от назначения для класса автодорог, железных дорог, прокладки ЛЭП и других коммуникаций, но не менее 3 м при отсутствии коммуникаций.

Возвышение гребня над максимальным горизонтом воды в водохранилище принимают в зависимости от расчетной высоты вкатывания волны по откосу. Обычно не менее 2 — 2.5 м, а в ответственных плотинах до 5 м.

Со стороны верхового откоса на гребне обычно возводят бетонный парапет для безопасности транспорта и людей [2].

9. Основание плотины и ее подготовка

В соответствии с [1] п. 1.5*, возведение плотин из грунтовых материалов можно предусматривать как на скальных, так и на нескальных грунтах основания, находящихся в талом или в мерзлом состоянии с учетом прогноза изменения их криогенного состояния в период строительства и эксплуатации.

Возведение плотин на нескальных грунтах основания, содержащих водорастворимые включения в количестве большем, чем указано в п. 2.5*, допускается только при проведении исследований скорости расселения и выщелачивания и учете этих процессов при оценке фильтрационного расхода, устойчивости и деформируемости сооружения. Для предотвращения выщелачивания грунтов основания могут предусматриваться различные конструктивные меры (например, устройство понуров, зубьев, завес, обеспечение насыщения раствора в основании плотины и др.).

При строительстве плотин из грунтовых материалов на торфяном (заторфованном) основании необходимо выполнять исследования по прогнозу разложения торфа во времени и учету этого процесса при обосновании устойчивости сооружения.

Плотины на илистых грунтах допускается возводить только при наличии надлежащего обоснования.

На основаниях, сложенных сильнольдистыми грунтами i_i> 0,4 и сильносжимаемыми при оттаивании вечномерзлыми грунтами следует предусматривать строительство мерзлых плотин из грунтовых материалов.

1.6*. При оценке качества грунтов нескального основания надлежит обращать особое внимание на наличие в нем:

а) суффозионных и термопросадочных грунтов,

б) грунтов, в которых при возведении плотины может развиваться поровое давление в связи с их консолидацией. Условия необходимости учета порового давления изложены в рекомендуемом приложении 1;

в) льдонасыщенных грунтов, теряющих несущую способность при оттаивании.

1.7* При оценке качества скального основания следует обращать особое внимание на наличие в нем:

а) трещин, заполненных легковымываемыми мелкими фракциями грунта, а также полностью или частично заполненных льдом;

б) тектонических нарушений (сбросов и сдвигов);

в) ослабленных зон, которые могут разрушаться под влиянием фильтрации и насыщения их водой и оказаться неустойчивыми.

При подготовке основания безусловному удалению подлежит растительный грунт, корневая система, сильно разложившийся торф в пластичном состоянии, сапропель, илистые грунты в текучем состоянии.

В практике работы организаций гидромеханизации имели место случаи просадки торфяного основания в процессе намыва дамб на строительстве канала Москва — Волга [12]. При этом происходил выпор грунта на соседних с дамбой участках.