Конструкция и параметры земляной плотины

Для прудов, как правило, проектируют земляные плотины.

Основные требования, предъявляемые к ним, следующие: устойчивость гребня и откосов; фильтрующаяся сквозь плотину вода не должна выносить частицы грунта; защищенность верхового и низового откосов от размыва волнами и осадками; достаточная прочность основания плотины, исключающая просадки; устойчивость грунтов основания; размеры и пропускная способность водосбросных сооружений должна исключать возможные переливы воды через гребень плотины при максимальных паводках; укрепление дна и откосов водосбросного сооружения местными материалами.

Конструкцию и параметры плотины принимают из условий минимальной фильтрации воды через тело плотины, а ее откосы из условий их устойчивости. Этим требованиям отвечает форма поперечного сечения в виде трапеции. Мокрый откос ее принимают более пологим, чем сухой.

Значения коэффициентов откосов в зависимости от наиболее часто применяемых грунтов тела плотины высотой 10 м и более принимаются следующие:

                                             мокрый                             сухой

Суглинистые грунты        2,5-3,0                   1,5-2,0

Супесчаный грунт             3,0-3,5                   2,0-2,5

Песчаный грунт                            3,5-4,5                   2,5-3,0

 

У плотины, построенной из среднего суглинка высотой до 10 м, принимают коэффициенты заложения откосов сухого – 2, мокрого – 3, а ширину по верху гребня – 3-4 м. Если по гребню плотины проектируют дорогу, то ширину по верху увеличивают до 6-8 м. Гребень плотины должен быть выпуклым, уклон принимается равным 0,02-0,03, что обеспечивает быстрый сток талых и дождевых вод.

Запас высоты плотины над нормальным подпорным уровнем рассчитывают по формуле:

;

где: h _зап. – запасная высота плотины, м

  h ₁ – кратковременное переполнение пруда во время весеннего половодья (0,4-1,0 м), м;

  h ₂ – капиллярное непромыкание гребня плотины в среднем суглинке (1,0-1,5), м;

  h ₃ – величина, учитывающая накат и нагон волны ветром (0,5-1,0 м), м.

Обычно h _зап. Рассчитывают по средним значениям этих факторов, тогда запасная высота плотины будет равна:

.

Тогда отметка гребня плотины Н_{гр .} Будет равна:

.

Следовательно, высота плотины будет равна:

;

где: Н_д – отметка дна пруда, или подошвы плотины, м.

Ширину гребня плотины примем равной 6 м, тогда ширина основания плотины в поперечном сечении будет равна:

;

где: В – ширина основания плотины, м;

  К_с – сухой откос;

  К_м – мокрый откос;

  h _{пл .} – высота плотины, м;

  b – ширина гребня плотины, м.

 

Вычисление объема плотины

Объем насыпи плотины определяют по отдельным отрезкам. По оси плотины через 10-20 м разбивают пикеты (аналогично каналам), вычисляют площадь поперечного сечения на каждом пикете.

Объем насыпи между пикетами вычисляют по формуле:

;

где: V – объем насыпи, м³;

   F ₁, F ₂ – площади поперечных сечений плотины на пикетах, м²;

   l – расстояние между пикетами, м.

Зная коэффициенты откоса, площадь поперечного сечения на пикете можно вычислить по формуле:

;

где: F – площадь поперечного сечения на соответствующем пикете, м²;

  К_с – сухой откос;

  К_м – мокрый откос;

  h _{пл .} – высота плотины, м;

  b – ширина гребня плотины, м.

Площади поперечного сечения на начальном и конечном пикетах принимают равным нулю.

 

Водосбросные сооружения

В период весеннего снеготаяния или при сильных ливнях в прудах накапливается много излишней воды. В эти периоды необходимо обеспечить сброс излишней воды, в противном случае возможен перелив через плотину и размыв ее. Для спуска излишней воды устраивают водосбросные сооружения: водосливы, каналы, водовыпуски.

Водослив устраивают в виде канала с быстротоком или перепадом, располагая его в стороне от плотины в обход ее. Входную часть водосливного сооружения располагают не ближе 30-40 м от плотины по урезу воды на уровне НПУ (НПГ). Далее канал огибает плотину, располагаясь не ближе 40-50 м от основания сухого откоса.

Ширину водослива рассчитывают по формуле:

где: b – ширина водослива на входе, м;

  Q – максимальный расход воды, м³/с;

  d – коэффициент (при остром входе – 0,85; при закругленном – 0,92);

  a – глубина воды на пороге водослива, м;

  g – ускорение свободного падения (9,8), м/с;

   z – перепад (превышение уровня воды в водохранилище над уровнем над входным отверстием), принимается в пределах 0,08-0,10 м.

Расход воды определяют по максимальному модулю стока талых вод по формуле:

;

где: а – среднемаксимальная интенсивность снеготаяния (2-4 мм/ч);

  σ – коэффициент стока;

  α – коэффициент редукции, равный для площадей водосбора 100, 1000, 10000 га, соответственно, 0,98; 0,8 и 0,49.

Канал устраивают взамен водослива на небольших прудах при сбросе небольших расходов воды. Канал прокладывают в коренном берегу балки, обычно без укрепления дна и откосов. Иногда для обеспечения устойчивости в нижней части канала делают простейшие быстротоки или ступенчатые перепады. Ширину по дну земляного рассчитывают как и ширину по дну проводящих каналов осушительной сети.

Расход воды по каналу определяют по формуле:

;

где: Q – расход воды, м³/с;

   q – максимальный модуль стока, л/с с 1 га;

   F – площадь водосбора пруда, га.

Водоспуск в отличие от водослива и канала устраивают в теле плотины. он представляет собой камеру с отвесными стенками, закрываемую щитами (рис. 27). Для уменьшения фильтрации и предотвращения размыва под водосливом поперек камеры забивают один или несколько шпунтовых рядов: первый в начале водосливной камеры, второй под щитом. Пол и стенки водослива изготавливают двойными из шпунтовых досок или бетонными. Щиты, закрывающие водоспуск, делают разборными в виде шандар из шпунтовых досок или в виде металлических щитов (затворов), закрепляемых (перемещаемых) в вертикальных пазах.

 

 

Рис. 27. Схема водоспуска в теле плотины

1 – предпонурное сооружение; 2 – понурная часть; 3 – водобойная часть; 4 – сливная часть; 5 – рисберма; 6 – нижний бьеф; 7 – дамба

 

Нижнюю часть водоспуска (дно камеры) располагают на уровне дна пруда, поэтому через водоспуск при необходимости можно спустить всю воду пруда.

Ширину отверстия водоспуска определяют по формуле водослива с широким порогом:

;

где: b – ширина отверстия, м;

  Q – максимальный расход воды, м³/с;

  Н – напор на пороге водоспуска, м;

  m – коэффициент, равный 1,42-1,52

кроме водосбросных сооружений для подачи воды на орошение применяют трубы и сифоны. Трубы для орошения укладывают при строительстве плотины на коренном берегу балки на отметке горизонта мертвого объема. Сифоны устраивают из стальных труб, укладываемых через плотину со стороны пруда к основанию сухого откоса. Трубы и сифоны с обеих сторон оборудуют задвижками, а концы и откосы в местах выхода оформляют прочной каменной кладкой. Для заключения сифона полость его заполняют водой с верхней части через специальное отверстие на уровне гребня плотины, геометрически закрываемое после заполнения сифона водой. После этого открывают задвижки.

Трубы и сифоны, используемые для подачи воды на орошение, нужно выводить со стороны сухого откоса к голове магистрального оросительного канала. В отдельных случаях трубы и сифоны можно использовать для сброса излишней воды из пруда. В местах выпуска воды устраивают водобойные колодцы.