Состав пояснительной записки

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по выполнению курсового проекта

 

"ЗЕМЛЯНАЯ ПЛОТИНА С Береговым водосбросом"

для студентов специальности 7.092102

"Гидротехническое строительство"

 

 

Харьков – 2009

 

Введение

 

Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по специальности 7.092102 "Гидротехническое строительство", и могут быть использованы ими при выполнении курсового проекта "Земляная плотина с береговым водосбросом", а также соответствующих разделов дипломного проекта. Курсовой проект имеет своей целью закрепление теоретических знаний студентов по соответствующим разделам дисциплины "Гидротехнические сооружения", а также на конкретном примере научиться решать основные задачи, связанные с проектированием и расчетами земляных плотин и сооружений, входящих в состав открытого берегового водосброса. В методических указаниях определяется объем, последовательность и методика решения вопросов, связанных с проектированием земляных плотин и водопропускных сооружений открытого берегового водосброса в составе гидроузла.

Методические указания состоят из трех разделов.

В первом разделе "Анализ природных условий, выбор створа и компоновка гидроузла" приводятся данные позволяющие оценить гидрологические, климатические, топографические и инженерно-геологические условия района строительства. Рассматриваются основные соображения по выбору створа гидроузла.

Во втором разделе "Земляная плотина" рассматриваются вопросы определения основных размеров поперечного профиля, назначения и определения размеров конструктивных элементов земляной плотины таких как: откосы и их крепление, гребень, противофильтрационные и дренажные устройства тела плотины. Приведены сведения о сопряжении плотины с основанием и берегами.

В третьем разделе "Открытый береговой водосброс" приводятся соображения о предварительном определении параметров водосбросных сооружений. Приводятся методы гидравлических расчетов сооружений, входящих в открытый береговой водосброс (сбросной шлюз, подводящий, сбросной (соединительный) и отводящий каналы, быстроток), а также данные о конструкциях этих сооружений и их элементах.

Для более подробного ознакомления с вопросами проектирования земляных плотин и открытых береговых водосбросов при них имеются ссылки на соответствующую литературу, список которой приведен в конце методических указаний.

Курсовой проект “Земляная плотина с береговым водосбросом” состоит из пояснительной записки объемом 35-40 стр. и двух листов чертежей формата А1. Ниже приведено содержание пояснительной записки и состав чертежей, которые должны быть выполнены в курсовом проекте

 

 

Состав пояснительной записки

1. Анализ исходных данных, выбор створа и компоновка гидроузла

1.1. Описание природных условий

1.2. Выбор створа и компоновка гидроузла

2. Земляная плотина

2.1. Определение параметров волн в водохранилище

2.2. Выбор и обоснование типа плотины. Определение класса сооружений гидроузла

2.3. Установление основных размеров поперечного профиля плотины

2.4. Конструирование плотины

2.5. Фильтрационные расчеты плотины

2.6. Расчеты устойчивости откосов плотины

3. Открытый береговой водосброс

3.1. Выбор трассы водосброса

3.2. Предварительное определение параметров водосбросных сооружений

3.3. Гидравлический расчет сбросного шлюза

3.4. Конструирование сбросного шлюза

3.5. Гидравлический расчет каналов

3.6. Гидравлический расчет быстротока.

3.7. Конструирование быстротока.

Состав чертежей

Лист 1

1. План гидроузла М 1:2000.

2. Продольный разрез по створу гидроузла М_г 1:2000, М_в 1:200.

3. Поперечные сечения плотины (русловое и пойменное) М 1:400.

4. Детали плотины (гребень, дренаж, бермы, крепление верхового и низового откосов) М 1:50 – М 1:200.

Лист 2

1. Продольный профиль по оси водосбросного тракта М_г 1:2000, М_в 1:200.

2. Сбросной шлюз (продольный разрез, поперечный разрез, план или полуплан) М 1:200.

3. Быстроток (продольный разрез, поперечный разрез по лотку, поперечный разрез по водобойному колодцу, план или полуплан) М 1:200.

4. Поперечные сечения по каналам М 1:200.

 

Анализ природных условий, выбор створа и компоновка гидроузла

 

Описание природных условий

 

Краткое описание реки, гидрологические данные и климат района строительства. По заданному плану участка реки, на котором проектируется гидроузел, оценивается общее направление течения реки и ее особенности.

В задании на курсовой проект приведено значение расчетного максимального расхода воды в реке, определенное с учетом трансформации паводка в водохранилище для поверочного расчетного случая Q_max, м³/с.

Связь расходов и уровней воды в реке представлена кривой Q = f (h_н.б.) (см. задание). По этой кривой определяется глубина воды в реке h_н.б., соответствующая расходу Q_max, а также отметка уровня воды в нижнем бьефе Z_УНБ. равная Z_УНБ = Z_дна + h_н.б., где Z_дна – отметка дна реки (см. план участка местности в районе размещения гидроузла).

Данные сводятся в таблицу, форма которой приведена ниже (см. табл. 1.1).

 

Максимальный расход, глубина воды в реке и отметка уровня воды в нижнем бьефе проектируемого гидроузла

Таблица 1.1

Обозначение расхода	Значение расхода, м^3/с	Глубина воды в реке hн.б., м	Отметка уровня воды в реке, ZУНБ, м
Qmax

 

По приведенной в задании среднемноголетней температуре воздуха Т оценивается суровость климатических условий района строительства. При этом благоприятные температурные условия характеризуются значениями среднемноголетней температуры воздуха выше +10°С, средние – от +10 до +3°С, суровые – от +3 до – 3°С, и, наконец, особо суровые — ниже – 3°С. Указывается приведенная в задании глубина промерзания в районе строительства h_пр, м.

Топографическая характеристика района строительства гидроузла. Топографическая характеристика составляется по заданному плану района строительства проектируемого гидроузла. При этом необходимо обратить внимание на следующие основные особенности:

1. Плановое очертание русла и долины реки.

2. Наличие или отсутствие островов.

3. Ширина русла реки при расходе воды Q_max.

4. Средние уклоны берегов.

5. Наличие или отсутствие поймы.

6. Наличие или отсутствие надпойменных террас.

7. Наличие или отсутствие оврагов и балок.

8. Наличие (в каком месте) удобной строительной площадки.

Инженерно-геологические условия створа гидроузла. По приведенному в задании примерному геологическому разрезу по створу гидроузла и характеристикам грунтов оцениваются инженерно-геологические условия района строительства. Здесь следует перечислить породы, залегающие в основании и берегах, с указанием их высотного положения и толщины (мощности).

Необходимо в табличной форме привести данные о толщине (мощности) слоев грунта и физико-механических характеристиках грунтов основания и берегов в соответствии с заданием на курсовой проект. Формы таблиц приведены ниже (см. табл. 1.2, табл. 1.3).

 

Толщины (мощности) слоев грунта по скважинам

Таблица 1.2

№	Вид грунта	Толщины (мощности) слоев грунта по скважинам

 

Физико-механические характеристики грунтов основания

Таблица 1.3

№	Вид грунта	r, кг/м^3	rs, кг/м^3	n	kf, м/с	Грунт естественной влажности	Насыщенный водой грунт
φe, град	сe, кПа	φsat, град	сsat, кПа

 

Необходимо здесь также в табличной форме привести данные о физико-механических характеристиках грунтов карьеров, которые могут использоваться для возведения плотины. Эти данные следует принять в соответствии с заданием на курсовой проект. Форма таблицы приведена ниже (см. табл. 1.4).

В результате анализа инженерно-геологических условий делается вывод о пригодности створа для строительства.

 

 

Физико-механические характеристики грунтов карьеров

Таблица 1.4

№	Вид грунта	r, кг/м^3	rs, кг/м^3	n	kf, м/с	Грунт естественной влажности	Насыщенный водой грунт
φe, град	сe, кПа	φsat, град	сsat, кПа

 

Земляная плотина

Исходные данные

1. Данные о расчетных уровнях воды в водохранилище

1.1. Отметка нормального подпорного уровня (НПУ) Z_НПУ = 162.3 м

1.2. Отметка форсированного подпорного уровня (ФПУ) Z_ФПУ = 163.1 м

2. Данные о расчетных скоростях ветра

2.1. Расчетная максимальная скорость ветра при НПУ в водохранилище для основного сочетания нагрузок и воздействий V_{w 1} = 25.3 м/с

2.2. Расчетная максимальная скорость ветра при ФПУ в водохранилище для особого сочетания нагрузок и воздействий V_{w 2} = 20.1 м/с

3. Данные о длине разгона волны

3.1. Длина разгона волны при НПУ в водохранилище L ₁ = 2560 м

3.2. Длина разгона волны при ФПУ в водохранилище L ₂, = 2590 м

4. Данные о средних глубинах воды в водохранилище

4.1. Средняя глубина воды в водохранилище при НПУ H_{m 1} = 11.5 м

4.2. Средняя глубина воды в водохранилище при ФПУ H_{m 2} = 12.1 м

5. Угол между продольной осью водохранилища и направлением

ветра a_w = 0 град

Расчет

1. Определение высоты ветрового нагона воды ∆ h_{set 1}, средней высоты волны h_{m 1}, м, среднего периода волны T_{m 1}, с, средней длины волны λ_{m 1}, м, высоты волны 1% обеспеченности h _1%1, м, для основного сочетания нагрузок и воздействий при НПУ в водохранилище

1.1. Находится высота ветрового нагона воды ∆ h_{set 1}, м

1.2. Вычисляются средние значения высоты h_{m 1}, м, и периода T_{m 1}, с, волны

1.3. Определяется средняя длина волны λ_{m 1}, м

м.

1.4. Находится высота волны 1% обеспеченности в системе волн h _1%1, м

2. Определение высоты ветрового нагона воды ∆ h_{set 2}, средней высоты волны h_{m 2}, м, среднего периода волны T_{m 2}, с, средней длины волны λ_{m 2}, м, высоты волны 1% обеспеченности h _1%2, м, для особого сочетания нагрузок и воздействий при ФПУ в водохранилище

2.1. Находится высота ветрового нагона воды ∆ h_{set 2}, м

2.2. Вычисляются средние значения высоты , м, и периода , с, волны

2.3. Определяется средняя длина волны λ_{m 2}, м

м.

2.4. Находится высота волны 1% обеспеченности в системе волн h _1%2, м

Исходные данные

1. Данные о расчетных уровнях воды в водохранилище

1.1. Отметка нормального подпорного уровня (НПУ) м

1.2. Отметка форсированного подпорного уровня (ФПУ) м

2. Данные о расчетных скоростях ветра

2.1. Расчетная максимальная скорость ветра при НПУ в водохранилище для основного сочетания нагрузок и воздействий м/с

2.2. Расчетная максимальная скорость ветра при ФПУ в водохранилище для особого сочетания нагрузок и воздействий м/с

3. Данные о высоте ветрового нагона воды в водохранилище

3.1. Высота ветрового нагона воды при НПУ в водохранилище для основного сочетания нагрузок и воздействий м

3.2. Высота ветрового нагона воды при ФПУ в водохранилище для особого сочетания нагрузок и воздействий м

4. Данные о параметрах волн в водохранилище

4.1. Высота волны 1% обеспеченности в системе волн при НПУ в водохранилище для основного сочетания нагрузок и воздействий м

4.2. Средняя длина волны при НПУ в водохранилище для основного сочетания нагрузок и воздействий м

4.3. Высота волны 1% обеспеченности в системе волн при ФПУ в водохранилище для особого сочетания нагрузок и воздействий h _1%2 = 1.211 м.

4.4. Средняя длина волны при ФПУ в водохранилище для особого сочетания нагрузок и воздействий м

5. Коэффициент заложения верхового откоса плотины

6. Тип крепления верхового откоса - железобетонные плиты

7. Запас возвышения гребня плотины м

Расчет

1. Определяется отметка гребня плотины , м, для основного сочетания нагрузок и воздействий при НПУ в водохранилище

1.1. Принимаются значения коэффициентов шероховатости и проницаемости откоса в зависимости от типа крепления, а также коэффициента, учитывающего скорость ветра и значение коэффициента заложения откоса

, , .

1.2. Находится значение коэффициента , который учитывает пологость волны и коэффициента заложения откоса

.

1.3. Вычисляется высота наката волны на откос обеспеченностью 1% в системе волн при НПУ в водохранилище для основного сочетания нагрузок и воздействий , м

.

1.4. Определяется возвышение гребня плотины над НПУ в водохранилище для основного сочетания нагрузок и воздействий , м

м.

1.5. Находится отметка гребня плотины , м, для основного сочетания нагрузок и воздействий при НПУ в водохранилище

м.

2. Определяется отметка гребня плотины , м, для особого сочетания нагрузок и воздействий при ФПУ в водохранилище

2.1. Принимаются значения коэффициентов шероховатости и проницаемости откоса в зависимости от типа крепления, а также коэффициента, учитывающего скорость ветра и значение коэффициента заложения откоса

, , .

2.2. Находится значение коэффициента , который учитывает пологость волны и коэффициента заложения откоса

.

2.3. Вычисляется высота наката волны на откос обеспеченностью 1% в системе волн при ФПУ в водохранилище для особого сочетания нагрузок и воздействий , м

.

2.4. Определяется возвышение гребня плотины над НПУ в водохранилище для основного сочетания нагрузок и воздействий , м

м.

2.5. Находится отметка гребня плотины , м, для особого сочетания нагрузок и воздействий при ФПУ в водохранилище

м.

3. Принимается отметка гребня плотины , м, как большая величина из и , округляя в большую сторону с точностью до 10 см

м, м.

Крепления откосов. Крепление откосов земляных насыпных плотин производится для защиты от следующих воздействий:

1. Размыв течением или волнами в верхнем и нижнем бьефах.

2. Разрушение льдом.

3. Размыв фильтрационным потоком, вытекающим из тела плотины (при снижении горизонта воды или при откате волн).

4. Размыв дождевыми и талыми водами, стекающими по откосу.

5. Разрушение под воздействием ветра.

6. Прорастание растений с сильно развитой корневой системой (после отмирания и гниения корней в теле плотины могут раскрыться сосредоточенные пути фильтрации).

7. Проникновение землеройных животных.

8. Пучение глинистого грунта в зимний период или усадка его летом, когда грунт надводной части откоса может пересыхать и давать трещины.

В соответствии со СНиП 2.06.05-84* [10] по основному виду используемых материалов для защиты верхового откоса земляных плотин могут применяться следующие типы креплений:

1) каменные (насыпные);

2) бетонные монолитные;

3) железобетонные сборные и монолитные с обычной и предварительно напряженной арматурой;

4) асфальтобетонные;

5) биологические.

Иногда применяются гравийно-галечниковые, грунтоцементные и др. крепления.

Тип крепления определяется на основе технико-экономического сравнения вариантов с учетом следующих фильтров:

1) максимальное использование средств механизации;

2) использование местных строительных материалов;

3) характер грунта тела плотины;

4) агрессивность воды;

5) долговечность крепления в условиях эксплуатации.

В курсовом проекте выбор типа крепления верхового откоса производится в зависимости от высоты ветровой волны 1% обеспеченности в системе волн h _1%, определенной для основного сочетания нагрузок и воздействий при НПУ в водохранилище. При высоте волны h _1% < 1.2 м принимается каменное крепление в виде наброски. В случае h _1% > 1.2 м выбирается крепление в виде железобетонных плит.

Крепление верхового откоса плотины делится на основное, располагаемое в зоне максимальных волновых и ледовых воздействий, возникающих в эксплуатационный период, и на облегченное – ниже и выше основного крепления, вплоть до гребня плотины. Границы основного крепления верхового откоса плотины показаны на рис. 4.8.

 

Рис. 2.8. Границы основного крепления верхового откоса плотины

 

Верхней границей основного крепления обычно считают отметку гребня плотины. В случае значительного возвышения гребня плотины над расчетным уровнем воды основное крепление может заканчиваться ниже гребня на отметке высоты наката волны h_run; далее до гребня доводится облегченное крепление.

Нижнюю границу основного крепления в соответствии со СНиП 2.06.05-84 [10] следует назначать на глубине h = 2· h`<sub>1%</sub>, считая от минимального уровня сработки водохранилища (обычно УМО). Здесь h`_1% – высота волны 1% обеспеченности, значение которой должно определяться при расчетной скорости ветра, для длины разгона волны и глубины водохранилища, которые соответствуют минимальному уровню воды. В курсовом проекте следует принять h`_1% = 0.5 · h_1%, где h_1% – высота волны 1% обеспеченности, определенная для основного сочетания нагрузок и воздействий при НПУ в водохранилище. Кроме того нижняя граница основного крепления должна быть ниже минимального уровня сработки водохранилища на 1.5· t_л, где t_л – расчетная толщина ледяного покрова.

Облегченное крепление верхового откоса, которое располагается ниже границы основного крепления, обычно доводится до дна водохранилища. Это связано с тем, что облегченное крепление должно защищать откос от повреждений при воздействии льда, волн и течений не только в процессе нормальной эксплуатации, но и в периоды наполнения и опорожнения водохранилища. Облегченное крепление выполняется в виде слоя гравия или щебня толщиной от 25 до 40 см.

При сопряжении основного и облегченного креплений предусматриваются конструктивные меры в виде упора из камня и бетона. На рис, 2.9 показаны конструкции упоров крепления верхового откоса.

 

Рис. 2.9. Конструкции упоров крепления верхового откоса

 

Каменное крепление применяют в основном при наличии на месте строительства камня из прочных изверженных, осадочных или метаморфических пород. Такое крепление хорошо работает при значительной неравномерности осадки основания, при большой агрессивности среды, при резких колебаниях уровней, в суровых климатических условиях, практически при любой расчетной высоте волн. Каменное крепление допускает полную механизацию работ по устройству крепления. Работы по устройству каменного крепления могут производиться в течение круглого года, в том числе и в зимнее время.

Каменное крепление выполняется из рванного камня обязательно на обратном фильтре. Толщина каменной наброски принимается не менее 3· d_s,85, где d_s,85 – диаметр камня, масса которого составляет 85% массы всей каменной наброски крепления.

Диаметр приведенного к шару камня d_s,85 может быть найден по формуле

, (2.9)

где m_st – расчетная масса камня, соответствующая состоянию его предельного равновесия от действия ветровых волн; ρ_st – плотность камня, значение которой может быть принято в пределах от 2400 кг/м³ до 2700 кг/м³.

Значение m_st согласно СНиП 2.06.04-82* [11] может быть определено по формуле

, (2.10)

где h_1% – высота волны 1% обеспеченности в системе волн, значение которой должно определяться при расчетной скорости ветра; λ_m – средняя длина волны; ρ_w – плотность воды; m – коэффициент заложения верхового откоса; k_fr – коэффициент, значение которого принимается равным k_fr = 0.025. Параметры волн h_1% и λ_m принимаются для основного сочетания нагрузок и воздействий при НПУ в водохранилище.

Обратный фильтр под каменной неброской может быть двухслойным или однослойным в зависимости от грунта тела плотины. Если тело плотины выполнено из глинистых грунтов, проектируется двухслойный обратный фильтр. При этом нижний слой выполняется из крупнозернистого песка с гравием, а верхний – из гравия со щебнем. Толщина каждого слоя обратного фильтра принимается в пределах от 15 см до 25 см. В случае, если тело плотины выполнено из крупных песков, проектируется однослойный обратный фильтр из смеси гравия со щебнем.

На рис. 2.10 приведен пример конструкции крепления верхового откоса плотины каменной наброской.

Ниже приведен пример проектирования и расчета каменного крепления.

 

 

 

Рис. 2.10. Конструкция крепления откоса плотины каменной наброской

1 – обратный фильтр; 2 – гравий или щебень (толщина слоя 0.3 м)

 

Пример 2.3. Расчет каменного крепления верхового откоса плотины

Исходные данные

1. Высота волны 1% обеспеченности в системе волн при НПУ в водохранилище для основного сочетания нагрузок и воздействий h_1% = 0.87 м

2. Средняя длина волны при НПУ в водохранилище для основного сочетания нагрузок и воздействий λ_m = 9.65 м.

3. Коэффициент заложения верхового откоса m = 3.0.

4. Плотность камня ρ_st = 2520 кг/м³.

5. Плотность воды ρ_w = 1000 кг/м³.

6. Коэффициент k_fr = 0.025.

7. Вид грунта тела плотины – суглинок.

Расчет

1. Определяется масса камня m_st, кг, соответствующая состоянию его предельного равновесия от действия волн

м.

2. Находится диаметр камня приведенного к шару d_s,85, м

м.

3. Принимается толщина каменного крепления t_st, м

t_st = 3 · d_s,85 = 3 · 0.261 = 0.783 м.

Окончательно принимается толщина каменного крепления, округляя полученное значение в большую сторону с точностью до 0.1 м.

t_st = 0.80 м.

4. Под каменной наброской проектируется двухслойный обратный фильтр:

– нижний слой толщиной 0.2 м – смесь крупного песка с гравием;

– верхний слой толщиной 0.2 м – смесь гравия со щебнем.

Бетонное и железобетонное крепление верхового откоса. Такое крепление выполняется в виде монолитных плит, бетонируемых на месте, или сборных плит.

Монолитные плиты толщиной от 15 до 50 см имеют размеры от 5 5 до 20 20 м. Швы между ними могут быть открытые и закрытые. С целью предотвращения выноса грунта тела плотины при волновых воздействиях в зоне открытых швов между плитами предусматривается двухслойный или трехслойный обратный фильтр (рис. 2.11). Для обеспечения водонепроницаемости закрытых швов их уплотняют асфальтобетоном или фасонной резиной.

Сборные плиты выполняют толщиной от 8 до 20 см и размерами от 1.5 1.5 до 5 5 м. их укладывают на сплошном обратном фильтре с шарнирным соединением между ними.

Обратный фильтр под железобетонным креплением, котрый может быть двухслойным или однослойным, проектируется так же, как и под каменным креплением в зависимости от грунта тела плотины.

 

Рис. 2.11. Железобетонное крепление верхового откоса плотины

 

Толщина бетонных и железобетонных плит t_b предварительно может быть принята равной

, (2.11)

где h_1% – высота волны 1% обеспеченности в системе волн, значение которой должно определяться при расчетной скорости ветра; B – длина ребра плиты или карты в направлении перпендикулярном урезу аоды; – средняя длина волны; ρ_b – плотность материала плиты; ρ_w – плотность воды; m – коэффициент заложения верхового откоса; η – коэффициент запаса, принимаемый равным η = 1 для монолитных плит и η = 1.1 для сборных плит.

В дальнейшем выполняются поверочные расчеты по определению устойчивости плит на откосе, а также по определению требуемого армирования. При этом учитываются нагрузки и воздействия на плиту, которые следует принимать согласно СНиП 2.06.04-82* [11]. В курсовом проекте следует ограничиться определением толщины бетонных плит.

Ниже приведен пример проектирования и расчета крепления верхового откоса плотины бетонными и железобетонными плитами.

Пример 2.4. Расчет крепления верхового откоса плотины бетонными плитами.

Исходные данные

1. Высота волны 1% обеспеченности в системе волн при НПУ в водохранилище для основного сочетания нагрузок и воздействий h_1% = 1.68 м

2. Средняя длина волны при НПУ в водохранилище для основного сочетания нагрузок и воздействий λ_m = 17.43 м.

3. Коэффициент заложения верхового откоса m = 3.0.

4. Плотность бетона ρ_b = 2400 кг/м³.

5. Плотность воды ρ_w = 1000 кг/м³.

6. Длина плиты в направлении, перпендикулярном урезу воды, B = 3.0 м.

7. Коэффициент запаса для сборных плит η = 1.1.

8. Вид грунта тела плотины – мелкие пески.

Расчет

1. Определяется толщина плиты t_b, м

м.

Принимается толщина плиты, округляя полученное значение в большую сторону с точностью до 1 см. t_b = 0.16 м.

2. Под плитами проектируется сплошной двухслойный обратный фильтр:

– нижний слой толщиной 0.2 м – смесь крупного песка с гравием;

– верхний слой толщиной 0.2 м – смесь гравия со щебнем.

Крепление низового откоса земляных плотин. Крепление низового откоса земляных плотин производится для защиты его от атмосферных воздействий и разрушения землеройными животными.

Применяются следующие виды крепления низового откоса:

1) одерновка всплошную или в клетку; 2) посев многолетних трав по слою растительного грунта толщиной 0.2-0.3 м; 3) отсыпка щебня или гравия слоем толщиной 0.2 м и др. виды облегченных креплений.

Если низовой откос подвержен воздействию льда и волн со стороны нижнего бьефа, то его крепление следует предусматривать таким же, как и верхового откоса.

Конструкции крепления низового откоса земляных плотин показаны на рисунках 2.12, 2.13.

 

Рис. 2.12. Виды крепления низового откоса плотины

а – залужение; б - залужение в дерновых клетках; в – дерновое крепление плашмя; г – то же, уступами; то же в стенку (кладка); 1 – слой растительного грунта с посевом трав; 2 – борозды, параллельные бровке плотины; 3 – дерновые полосы, прикрепленные к откосу; 4 – деревянные спицы

Рис. 2.13. Крепление низового откоса плотины одерновкой в клетку

Дренажные устройства плотин. Дренаж тела земляной плотины следует предусматривать с целью:

а) недопущения выхода фильтрационного потока на низовой откос и в зону подверженную промерзанию;

б) экономически оправданного снижения депрессионной кривой для повышения устойчивости низового откоса;

в) отвода воды, фильтрующейся через тело плотины и основание в нижний бьеф;

г) предотвращения возникновения фильтрационных деформаций.

При проектировании земляных плотин применяются следующие типы конструкций дренажей (рис. 2.14): дренажная призма (дренажный банкет); наслонный; трубчатый; плоский; комбинированный.

 

 

Рис. 2.14. Основные типы конструкций трубчатых дренажей

а – дренажная призма (дренажный банкет); б – комбинированный (сочетание дренажной призмы с наслонным дренажем); в – плоский; г – комбинированный (сочетание дренажной призмы с плоским дренажем); д – наслонный; е - комбинированный (сочетание ленточного дренажа с наслонным дренажем); ж – трубчатый

 

Выбор типа и конструкции дренажа производится на основании технико-экономического сравнения вариантов и в зависимости от следующих факторов:

а) типа плотины и инженерно-геологических условий в основании и берегах;

б) характеристик и количества материалов дренажа;

в) условий производства работ;

г) климатических условий района строительства;

д) условий эксплуатации сооружений.

В курсовом проекте в качестве дренажных устройств рекомендуется принимать:

а) на русловом участке – дренажную призму (дренажный банкет);

б) на пойменном – наслонный или трубчатый дренаж

Дренажная призма (рис. 2.14 а) устраивается на русловом участке плотины из камня диаметром 20 – 30 см.

Отметка верха дренажной призмы принимается выше максимального уровня воды в нижнем бьефе с учетом наката волны на откос дренажной призмы, но не менее чем на 0.5 м. В курсовом проекте превышение верха дренажной призмы над максимальным уровнем воды в нижнем бьефе целесообразно принять равным 1.0 м.

Ширина дренажной призмы по верху назначается из условий производства работ, но не менее 1.0 м. В курсовом проекте ширину дренажной призмы по верху целесообразно принять равной 1.5 -2.0 м.

Коэффициент заложения внутреннего откоса дренажной призмы, примыкающего к плотине принимается в пределах от 1.3 до 1.5, а наружного – от 1.0 до 1.3.

Для защиты грунтов тела плотины и основания от механической суффозии обязательно предусматривается обратный фильтр. Число слоев обратного фильтра и их гранулометрический состав определяется специальными расчетами. В курсовом проекте следует принять двухслойный обратный фильтр. Слой обратного фильтра, примыкающий к телу плотины или к основанию, проектируется из смеси крупнозернистого песка и гравия, а примыкающий к дренажу – из смеси гравия со щебнем. При этом толщину каждого слоя обратного фильтра следует принять равной 0.15- 0.25 м.

Наслонный дренаж (рис. 2.14 д) устраивается на участках плотины, на которых отметка подошвы плотины выше максимального уровня нижнего бьефа. Наслонный дренаж выполняется из камня диаметром 15 – 25 см или крупнообломочного грунта.

Необходимо обязательно предусмотреть устройство обратного фильтра для защиты грунтов тела плотины и основания от механической суффозии. В курсовом проекте следует принять двухслойный обратный фильтр. Толщины и гранулометрический состав слоев обратного фильтра такие же, как и в случае дренажной призмы.

Общая толщина наслонного дренажа должна быть больше глубины промерзания.

Отметка верха наслонного дренажа различная в различных сечениях плотины. В каждом сечении плотины эта отметка определяется на основе фильтрационных расчетов в зависимости от высоты выклинивания кривой депрессии на низовой откос. При этом должно быть обеспечено заглубление кривой депрессии под