Проектирование и строительство земляных плотин

Еще больший эффект дало применение глубинных насосов. При намыве пазух правобережного устоя водосливной плотины и левобережного устоя гидростанции было использовано 15 глубинных насосов АТН-10 и АТН-12. При помощи этих насосов осушался крутой принудительный откос (1:1) высотой до 15 м при среднесуточной интенсивности намыва 70—100 см. Никаких оползней откосов не наблюдалось.

Фиг. 90. Депрессионные кривые при намыве карт левого берега (основание суглинистое).

Скважины глубинных насосов располагались через 30 м, но опыт показал, что необходимо ставить их с интервалом в 15— 20 м или принимать меры для увеличения радиуса действия насоса. Для увеличения радиуса действия глубинных насосов в порядке опыта применялись вертикальные (фиг. 91) и горизонтальные дрены, подключенные к скважине глубинного насоса. В качестве дрен использовались деревянные дощатые короба с отверстиями и фильтром из рогожи и металлические перфорированные трубы диаметром 75—100 мм, заполненные крупным гравием. Наблюдения показали, что принятые простые конструкции фильтров дрен в условиях намыва непригодны, так как поток пульпы, содержащей пылеватые фракции грунта, забивал не только фильтры, но и дрены. В качестве фильтров дрен рекомендуется применять обычные фильтровые металлические сетки и тщательно обсыпать их грунтом для защиты от засорения.

Фиг. 91. Вертикальная дрена.

Необходимо отметить, что наблюдения за положением депрессионной кривой производились спустя несколько часов после прекращения намыва, за этот период верхняя часть поверхности намыва успевала отдать воду. При подаче пульпы эта часть кривой депрессии совпадает с поверхностью намыва.

Намыв проектного профиля плотины, рассчитанного для эксплуатации плотины с дренажем, производится при его отсутствии при полном обводнении тела плотины, и этот нерасчетный случай гораздо тяжелее для устойчивости откосов и их оплывания. Особенно это проявляется при водоупорном основании, в этом случае весь расход фильтруется через нижнюю часть откосов, что вызывает их оплывание. В этом случае для прекращения суффозии и обрушения откоса принимают срочных меры по откачке фильтрационных вод с помощью иглофильтровых установок и глубинных насосов. Такие случаи были при намыве плотин Цимлянской, Куйбышевской (Жигулёвской) и других ГЭС. На рис. 11.12. показан такой случай [6].

Эти аварии обуславливаются тем, что теоретические исследования и обоснование расчета устойчивости откосов и суффозии для случая намыва отсутствуют, кроме общих рекомендаций [2]. Проектные организации, выполняющие технологический проект намыва плотины, не производят поверочный расчет на фильтрацию, устойчивость откоса по круглоцилиндрическим поверхностям скольжения и суффозию при намыве плотины.

Попытаемся хотя бы грубо оценить расход фильтрации через тело плотины и высоту выхода кривой депрессии на откос при водоупорном основании на основе закона Дарси, без построения всей фильтрационной сетки, зная, что крайняя линия депрессии проходит от гребня плотины вдоль откоса, а напор равен высоте плотины.

Рис. 11.4.1. Разрушение низового откоса плотины Куйбышевской ГЭС фильтрационными водами при намыве.

Профиль плотины примем высотой Н = 20 м, шириной по гребню В = 20 м, с заложением откосов m = 4. Коэффициент фильтрации k примем как среднее значение для мелкозернистых и среднезернистых песков k= 0.001 см/c или 0.036 м/час.

Без построения фильтрационной сетки примем среднюю длину пути фильтрации вдоль откоса L _ср = 100 м (длина откоса равна 82.5 м). Фильтрационный расход согласно закону Дарси:

q=kωJ,(1) где: q — расход воды; k — коэффициент фильтрации грунта;

ω — полная геометрическая площадь сечения потока;

J — гидравлический уклон (градиент) фильтрационного потока, равный H/L, где:

Н — потеря напора на длине пути фильтрации L;

Тогда градиент потока J = H/L = 20/100 = 0.2;

Для гребня плотины при намыве шириной В = 20 м площадь сечения поток ω = 20 м²,

При этом по формуле (1) фильтрационный расход на 1 м длины гребня плотины будет:

q = kωJ = 0.036 х 20 х 0.2 = 0.144 м³/час (2);

Вычисленный расход истекает через два откоса у основания плотины, т.е. на каждый откос приходится расход q = 0.072 м³/час.

Зная расход q и напор Н вычислим площадь истечения фильтрационных вод в нижней части откоса: ω = q/kН (3). Тогда ω = 0.072/0.036 х 0.2 = 10 м²; Для нашего случая сечение ω при на длине выклинивания воды на откосе будет 10 м, а высота выклинивания депрессионной кривой на откосе будет: h_{д =} ω/m = 10/4 = 2.5 м.

Определим скорость истечения фильтрации V через сечение ω.

V = q/ω = 0.072/10 = 0.0072 м/час. Действительная скорость движения вод фильтрации будет выше с учетом коэффициентом пористости грунта, примем его равным n = 0.35, тогда действительная скорость воды в порах будет V_д = 0.0072/0.35 = 0.02 м/час