Проектирование и строительство земляных плотин

Рис. 11.4.2. Расчетная схема фильтрации плотины при намыве на водонепроницаемом основании

При полученных значениях скорости истечения фильтрационных вод из нижней части откоса и определенном гранулометрическом составе грунта можно вычислить устойчивость откоса на оплывание в месте выхода фильтрационного потока по методике ВНИИГ или ВОДГЕО. Но для их использования требуется знать многие свойства грунта.

Упрощенный расчет изложен в (Л. Справочник по гидротехнике), который сводится к равенству:

tgθ ≈ φ0.5tg; где θ — угол откоса, φ — угол внутреннего трения грунта откоса. При откосе m = 4, угол θ = 14⁰, а tgθ = 0.25; Угол внутреннего трения для водонасыщенного мелкого песка можно принять φ = 23⁰ по таблице. Для 23⁰ — 0.5tg 23⁰= 0.5 х 0.424 = 0.212

Коэффициент запаса на суффозию будет К = 0.25/0.212 = 1.18.

То есть суффозии при этих условиях не должно быть. Для более точных результатов угол внутреннего трения грунта определяют лабораторным способом для конкретного грунта откоса.

К мероприятиям по сохранению откоса от оползания — суффозии, наиболее простым способам является уположение нижнего откоса при проектировании и устройство наслонного дренажа по мере намыва опасного участка плотины.

Для ликвидации аварийных случаев, когда суффозия прогрессирует, относятся вышеописанные способы установки иглофильтров или глубинных насосов на откосах или верха намываемой плотины.

11.5. Подготовка основания намывной плотины

Основные требования к подготовке основания плотин изложены в разделе 9.

Ввиду критического состояния откосов намывной плотины при намыве, желательно выбирать размещение плотины на песчаном основании. В большинстве случаев плотины ГЭС Волжского — Камского и Днепровского каскадов возведены на песчаном основании.

При подготовке основания безусловно должны быть удалены покровные растительные грунты и подстилающие грунты малой мощности с малым коэффициентом фильтрации. Высокие береговые сопряжения из фильтрующих грунтов должны дополняться противофильтрационными завесами. Во всех случаях должны выполняться мероприятия согласно [1].

11.6. Обустройство карты намыва

При значительной протяженности плотин они разбиваются на отдельные участки намыва протяженностью 300 — 200 м, называемые картой намыва. Карта намыва с подготовленным основанием оконтуривалась дамбочками первичного обвалования высотою до 1.5 — 2 м в зависимости от рельефа местности.

При песчаном основании грунт с ложа карты перемещался в тело дамб с помощью бульдозера или экскаватора из выемки водоотводящей канавы вдоль низового откоса дамбы. При глинистом основании песчаные дамбы должны отсыпаться из песчаного или песчано-гравийного грунта, которые могли бы быть облегченным дренажем при намыве. Дамбы обвалования желательно уплотнить хотя бы с помощью бульдозера.

Беспорядочная отсыпка из чернозема мусора, шлака и золы в дамбу обвалования могут привести к аварийным последствиям при начале намыва, особенно при наличии большого объема воды в прудке карты намыва. Такой случай произошел на участке примыкании карты намыва русловой плотины к зданию ГЭС на Куйбышевгидрострое, [9,6] когда отсыпанная из шлака и золы дамба прорвалась, а вода с карты намыва залила потерну ГЭС с находящимися в ней рабочими.

Как и подготовка основания, первичное обвалование карты должно приниматься технической инспекцией дирекции.

Для отвода осветленной при намыве воды на разбитой оси основания плотины в середине карты сооружается шахтный шандорный водосбросной деревянный колодец, размером в плане примерно 1.5 х 1.5 м [4,8]. Стойки колодца из бруса 20 х 20 см заглубляются или забиваются в грунт. Основание колодца и его досчаное дно заполняются гравийной отсыпкой, предохраняющей от выноса грунта при намыве и его всплытия. Стойки колодца обшиваются качественными досками с уплотнением гребнем толщиной на менее 25 — 40 мм. Эти доски наращиваются по мере намыва, служат водосливом и называются шандорами.

В стенку колодца вводится с уплотнением в досках стальная труба расчетного диаметра от 300 мм до 1000 мм с толщиной стенки не менее 12 мм, называемая коллектором. Размеры колодца и коллектора определяются расчетом на максимальную водопроизводительность подающего на карту намыва пульпу грунтового насоса с коэффициентом запаса на атмосферные осадки при водоупорном основании. При фильтрующем основании расчетный расход уменьшают на величину фильтрации в основание плотины.

Водоотводящий коллектор выводится обычно поперек карты намыва, как правило, в нижний бьеф. Заканчивается коллектор за пределами карты у водоотводящей канавы. Примерно через 10 — 15 м к трубе коллектора крепятся сваркой металлические диафрагмы из листовой стали размером 2х2 м, которые служат для уменьшения контактной фильтрации вдоль трубы, так как обычно шандорный колодец и коллектор остаются погребенными в тело плотины. Труба коллектора с внешней стороны очищается от ржавчины и окалины и покрывается битумом.