1.2. ВЫБОР ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ПРОФИЛЯ ПЛОТИН
Очертание откосов
Откосы земляных плотин принимаются в зависимости от типа плотины, ее высоты и рода грунта, из которого она возводится. Верховой откос, который находится под воздействием волн и льда и насыщен водой почти на всю высоту, делают более пологим, низовой откос — более крутым.
Таблица 1.2. Коэффициенты заложения откосов для невысоких земляных плотин IV класса
* — для плотин, не имеющих экрана, или с тонким экраном.
** — для плотин, верховой клин которых состоит из суглинков или супесей.
Откосы плотин высотой до 15 м принимаются одинаковыми по высоте. При большей высоте следует принимать ломаное очертание верхового и низового откосов, постепенно уменьшая уклон их от гребня к основанию. В местах перелома уклона откосов, особенно на низовом откосе, часто строятся горизонтальные площадки — бермы. Бермы располагаются через 10 м по высоте плотин, ширина их 1,5—2 м.
На верховом откосе бермы рекомендуется устраивать в конце крепления, что создает для него необходимый упор. На низовом откосе бермы следует использовать для устройства проездов, сбора и отвода атмосферных вод.
Откосы плотин на плотных основаниях высотой до 15 м и на слабых основаниях высотой до 10 м принимаются по практическим данным без расчета. При большей высоте, задавшись предварительно коэффициентами заложения откосов m1 (далее коэффициенты откоса или просто заложение), необходимо обязательно сделать статический расчет устойчивости откосов. При этом следует иметь в виду, что обычно коэффициенты откоса земляных плотин равны 2—4.
Для невысоких земляных плотин IV класса, если в основании грунты такие же, как в теле плотины или более прочные, коэффициенты заложения откосов принимаются по табл. 1.2.
Для предварительных расчетов плотин высотой 15—20 м коэффициент заложения верхового откоса m1 — 3...3,5, низового — 2,25...2,5. Для плотин высотой 20—30 м коэффициент заложения верхового откоса m1=3...3,5, низового — 2,25...2,75.
Гребень плотин
Ширина гребня проезжей части земляных плотин принимается в зависимости от категории автомобильной дороги (табл. 1.3).
Минимальная ширина гребня плотин принимается 4,5 м. Проезжая часть гребня плотин укрепляется одеждой в зависимости от категории дороги. Гребень плотин без дороги специально не укрепляется.
Таблица 1.3. Параметры гребня проезжей части земляных плотин [2]
Примечание. Наименьшую ширину разделительной полосы между разными направлениями движения на дорогах I категории, проектируемых для пропуска значительной части высокоскоростных автомобилей (когда легковые автомобили, междугородные автобусы и другие транспортные средства с высокими динамическими характеристиками составляют 50 % и более общего транспортного потока), следует принимать 6 м, а ширину земляного полотна соответственно увеличивать на 1 м против норм, приведенных в табл. 1.3.
Для обеспечения стока атмосферной воды гребень плотин делается с поперечным уклоном в обе стороны от оси. Поперечные уклоны проезжей части, %о, при двухскатном поперечном профиле следует принимать в зависимости от видов покрытий [2]:
цементно-бетонные и асфальтобетонные 15...20
брусчатые, мозаиковые и клинкерные мостовые 20...25
покрытия из щебеночных, гравийных и других материалов, обработанных органическими вяжущими веществами 20...25
щебеночные и гравийные 25...30
мостовые из колотого и булыжного камня, грунтовые, укрепленные
местными материалами 30...40
Поперечные уклоны обочин при двухскатном поперечном профиле принимаются на 10—30 % больше поперечных уклонов проезжей части.
Значения поперечных уклонов, %0, можно принимать в зависимости от типа укрепления обочин с учетом климатических условий [2]:
укрепление с применением вяжущих материалов 30...40
укрепление гравием, щебнем, шлаком или замощением каменными материалами и бетонными плитками 40...60
укрепление дернованием или засевом трав 50...60
укрепление дернованием для районов с небольшой продолжительностью снежного покрова и отсутствием гололедов 50...80
укрепление засевом трав при устройстве земляного полотна из крупнозернистых и среднезернистых песков, а также из тяжелых суглинистых грунтов и глин 40
Вдоль проезжей части по гребню плотины устанавливаются ограждения, например в виде надолбов высотой 0,8—1 м с расстоянием 2 м один от другого.
Возвышение гребня плотины hv над расчетным уровнем воды определяется по двум расчетным положениям уровня воды в верхнем бьефе (рис. 1.3) [31]: а — на отметке нормального подпорного
Рис. 1.3. Расчетные схемы для определения отметки гребня плотины
Возвышение гребня определяется с учетом ветрового нагона воды ∆hset, высоты наката ветровых волн hrun% обеспеченностью 1 % и необходимого запаса а в высоте сооружения:
уровня (НПУ); б — на отметке форсированного подпорного уровня (ФПУ).
(1.4)
Отметка гребня плотины принимается по менее благоприятному расчетному случаю, по которому она получается наибольшей.
Высота наката ветровой волны зависит от высоты бегущей волны, ее расчетной обеспеченности, длины λ и периода Т. Указанные параметры волн определяются в соответствии с нормативными документами по проектированию гидротехнических сооружений, подверженных волновым воздействиям [25] (рис. 1.4).
Элементы ветровых волн зависят от скорости ветра. Для первого расчетного случая обеспеченность расчетного шторма принимается: для сооружений I, II классов — 2%, III, IV классов — 4%. Для второго расчетного случая расчетная скорость ветра для всех классов принимается обеспеченностью 50%. Расчетная скорость ветра на высоте 10 м над уровнем воды определяется по формуле
Рис. 1.4. Профиль и элементы волны:
1 — расчетный уровень; 2 — средняя волновая линия
Рис. 1.5. График для определения элементов ветровых волн в глубоководной зоне
Расчетная обеспеченность волн в их системе при определении высоты наката на откос, устойчивости и прочности креплений бетонными плитами — 1 % и каменной наброской — 2 %·
При расчете элементов волн водоем по глубине подразделяется на зоны: глубоководную, где дно не влияет на основные характеристики волн; мелководную, где дно оказывает влияние на развитие волн и их основные характеристики; прибойную, в пределах которой начинается и завершается разрушение волн; приурезовую, в пределах которой поток от разрушенных волн периодически накатывается на берег.
При проектировании плотин из грунтовых материалов наиболее характерной является глубоководная зона с глубиной более половины средней длины волны (d > 0,5λd). _
В этих выражениях: g — ускорение свободного падения, м/с2; i — непрерывная продолжительность действия ветра, с; vw — расчетная скорость ветра, м/с; Lр — длина разгона ветровой волны по направлению ветра, м.
Рис. 1.6. График значении коэффициента kt
Таблица 1.4. Коэффициенты kr и kp
Примечание. Характерный размер шероховатости rш, м, следует принимать равным среднему диаметру зерен материала крепления откоса или среднему размеру бетонных (железобетонных) блоков.
Запас в высоте плотины а, м, назначается для всех плотин, разрушение которых может вызвать последствия катастрофического характера. Независимо от класса плотины принимается 0,1h%, но не менее 0,5 м.
При устройстве на гребне плотины водонепроницаемого прочного и устойчивого парапета можно снизить отметку гребня плотины. При этом возвышение гребня парапета над расчетным уровнем воды в верхнем бьефе определяется так же, как для гребня плотины. Но во всех случаях отметка гребня плотины должна превышать отметку нормального подпорного уровня не менее чем на 0,3 м и не должна быть меньше отметки форсированного подпорного уровня. При назначении окончательной отметки гребня она увеличивается на значение ожидаемой осадки тела плотины и ее основания которая определяется в соответствии с нормативами и ориентировочно может быть принята равной 1 % от высоты плотины.
