Расчет однородной земляной плотины без дренажа на непроницаемом основании.

Расчет ведется в следующем порядке (при отсутствии воды в нижнем бьефе):

1. Определяется величина eН (рис. 6) для установления сечения УО:

(14)

где m_В – заложение верхового откоса плотины.

2. Рассчитывается величина L из соотношения:

, (15)

где d – превышение отметки гребня плотины, м;

Н – напор воды перед плотиной, м;

m_В – заложение верхового откоса плотины;

m_Н – заложение низового откоса плотины;

В_пл – ширина гребня плотины, м;

Н_пл – высота плотины, м.

3. Определяется высота высачивания h₁:

, м (16)

4. Суточный удельный фильтрационный расход на 1 погонный метр:

, м³/сут (17)

где К₁ – коэффициент фильтрации грунта тела плотины, принимаемый в зависимости от материала земляной плотины по прил. 7.

Рисунок 6. Расчет однородной земляной плотины без дренажа

 

5. Вычисление ординат кривой депрессии производится по уравнению:

, (18)

принимая различные значения х от х₁=eН+d, до х_N=L-m_н*h₁ находим соответствующие значения и по ним строим кривую депрессии откоса плотины. Расчеты сводим в таблицу.

Х
Y

 

Если кривая депрессии выходит на низовой откос, то для понижения кривой депрессии в теле плотины применяют различные противофильтрационные устройства: ядро, экран и т.д. Так же для повышения устойчивости низового откоса, предотвращения фильтрационных деформаций и отвода фильтрующейся воды через тело и основание плотины в нижний бьеф устраивается дренаж земляных плотин.

 

Расчет дренажа.

Конструкция дренажа принимается в зависимости от типа плотины, инженерно-геологических и гидрологических условий, наличия и качества местных материалов, климатических условий и условий производства работ. Во всех типах дренажей депрессионная кривая должна быть заглублена относительно плоскости низового откоса не меньше, чем на глубину промерзания, при этом отводящая часть дренажа должна бесприпятственно удалять воду за пределы плотины.

В курсовой работе рекомендуется использовать следующие виды дренажей: дренажная призма, наслонный дренаж или трубчатый дренаж (рис. 7) [4].

Дренажная призма представляет собой банкет из крупнообломочного материала со слоями обратного фильтра по двум граням. Применяется в русловой части плотины и при достаточном количестве каменного материала в затопляемой пойме нижнего бьефа [4]. В русловой части призма устраивается отсыпкой материала в воду при перекрытии русла, поэтому сложно выдержать толщину слоя обратного фильтра. Чаще всего фильтр состоит из двух слоев крупного и мелкого щебня толщиной 0,4–0,5 м, что обеспечивает при отсыпке в воду надежную структуру. Дренажная призма является одновременно и упором тела плотины, поэтому она должна быть устойчивой.

Высота призмы определяется по формуле [6]:

, м, (19)

где h₁ – ордината точки выхода кривой депрессии на низовой откос, м;

h_ПР – глубина промерзания грунта, м;

h_К – капиллярное поднятие воды, колеблется в пределах 0,25-0,3 м.

Ширина банкета поверху принимается не менее 1м, коэффициент заложения внутреннего откоса 1…1,5, наружного 1,5…2.

Рисунок 7. Схемы дренажных устройств:

а – дренажная призма; б – наслонный дренаж; в – трубчатый дренаж;

1 – поверхность депрессии; 2 – слои обратного фильтра; 3 – банкет из камня; 4 – каменный материал; 5 – дренажная труба; hпр – глубина промерзания; УНБ – уровень нижнего бьефа

 

Наслонный дренаж рекомендуется применять в затопляемой части поймы [4]. Этот вид дренажа довольно материалоемкий и не обеспечивает удаления границы фильтрационного потока от поверхности откоса. Можно ориентироваться на толщину слоев фильтра 0,3 м, а каменной пригрузки – 1 м. Недостатком наслонного дренажа является и то, что в период зимней межени фильтрационный поток на выходе замерзает, вызывая наледи и подъем депрессионной поверхности.

Трубчатый дренаж устраивается на неподтапливаемых со стороны нижнего бьефа участках плотины (это внерусловые участки). Трубчатый дренаж располагается недалеко от подошвы низового откоса, что обосновано экономическими, эксплуатационными факторами и доступностью ремонтных работ [4]. Минимальное удаление дренажа от начала откоса должно обеспечивать заглубление депрессионной кривой ниже глубины промерзания t ≥ h_пр. При заложении низового откоса m_н =2,5–3 и глубина промерзания h_пр=1,5; l=4–5 м [4].

Трубчатый дренаж может выполняться из перфорированных асбестоцементных, бетонных и пластмассовых труб или из трубофильтров и пористого бетона. Перфорированные трубы размещаются в двух- и трехслойном обратном фильтре. Число слоев зависит от отверстий перфорации и гранулометрического состава грунта тела плотины. Дренаж из трубофильтров имеет один слой обсыпки из средне- или разнозернистого песка. Толщина слоев фильтра назначается не менее 0,2 м. Трубчатый дренаж имеет продольный уклон, равный уклону подошвы откоса. По трассе через каждые 50–100 м устраиваются смотровые колодцы с осадочной частью. Сброс дренированной воды осуществляется из самого нижнего колодца с перепадом по трубе в русло реки. Минимальный диаметр труб – 0,2 м, его размер определяется гидравлическим расчетом [4].