Флютбет является одной из дорогих частей гидротехнического сооружения, поэтому в целях удешевления строительства естественно стремление как к облегчению толщины флютбетов, так и к уменьшению их длины в пределах, не угрожающих прочности сооружения и не ухудшающих условий их эксплуатации.
Это возможно в тех случаях, когда длина флютбета определяется но гидравлическим расчетом (например, не условиями затопления прыжка или развития крепления нижнего бьефа сооружений, что встречается в большинстве различных типовых сетевых регуляторов), а преимущественно гидротехническим расчетом, т. е. необходимостью развития соответствующей длины контура флютбета (в целях получения скоростей подземного потока меньше вымывающих).
Но и в тех случаях, когда длины флютбетов определяются гидравлическим расчетом (перепады и другие типы сопрягающих бьефы сооружений, подходные части водопроводящих сооружений и т. д.), имеется полная возможность, если и незначительно укоротить длину флютбета, то существенно уменьшить его толщину.
И в том и в другом случае рационализация расчета флютбетов может идти в двух направлениях: в повышении допускаемого уклона фильтрационного потока на флютбет (дающем сокращение длины флютбета) и в понижении давления фильтрационного потока (дающем уменьшение толщины флютбета).
Метод уменьшения длины флютбета в тех сооружениях, в которых она определяется преимущественно гидротехническим расчетом, основам на замене в сливной части естественного грунта искусственно составленным грунтом, допускающим большие скорости, чем естественный грунт.
Исходное положение гидротехнического расчета — назначать длину флютбета такой, чтобы скорости фильтрационного потока не превосходили допускаемых, — в своем развитии приводит к следующему: так как наиболее опасной (в смысле вымыва грунта) частью области подземного потока является сливная часть флютбета, то собственно свойствами грунта в этой части области грунтового потока и определяется длина контура флютбета.
Очевидно, если заменить в этой части флютбета естественный грунт более стойким но отношению к вымыву, то при этом можно допустить больший уклон потока, а следовательно, длину флютбета сделать меньшей.
Из сказанного нетрудно установить полную аналогию с соответствующим методом, применяемым в гидравлических расчетах, когда па участках открытого потока, имеющих различные скорости, ставятся различной прочности но отношению к размыву облицовки.
Очевидно, что л укорочение сооружения и замена одного грунта другим, более стойким но отношению к размыву, могут быть сделаны лишь при выполнении двух условий: 1) в наиболее ответственной зоне потока грунтовых вод должны быть точно определены все элементы ого; 2) необходимо знать, до какой безопасной величины можно повышать скорости потока грунтовых вод, другими словами, должны быть известны величины вымывающих скоростей.
Первое условие выполняется гидродинамическим расчетом, аналитическим или графическим, — методом гидродинамических сеток (сеток движения).
О вымывающих скоростях можно упрощенно судить по предельной скорости потока, взвешивающей частичку грунта.
Очевидно, что для грунта в целом (а но отдельно взятой частицы его) получим такого же рода зависимость, т. е. что вымывающий уклон не зависит ни от размеров частиц, ни от их форм, а зависит только от порозности грунта и удельного веса его частиц.
Формула (3—43) выведена из весьма условного предположения равновесия веса частицы грунта (или агрегата) и подъемной силы открытого потока, движущегося вертикально вверх. На самом деле не будет наблюдаться свободного, ничем не стесненного течения воды вокруг частички или агрегата грунта, течение воды будет по порам с гораздо большими потерями напора, поэтому можно ожидать более значительных величин градиентов потока, разрушающих грунты.
Действительно, из опытов с песками автором получено для вертикального движения вверх иное выражение для градиента, разрушающего грунт:
Л. И. Козловой установлено, что скорость выноса практически не зависит от нагрузки на фильтр в пределах 0,2—5,0 кг/см1, если нагрузка сама не может вызвать выпирание грунта.
Приведенные соображения позволяют сделать вывод о допускаемых уклонах фильтрационного потока; для случая вертикального вверх движения и незащищенного фильтром грунта при 5—3-кратном запасе возможно допускать уклон в месте выхода грунтовой воды около 0,20—0,35.
Для грунтов, защищенных фильтрами, в тех же условиях движения, допускаемый градиент может быть повышен, т. е. коэффициент С можно уменьшить по сравнению со значениями, приведенными в таблице 3—1, в 1,5—2 раза в зависимости от размеров сооружений, но с обязательной поверкой устойчивости грунта на выпирание его весом сооружения.
Опыты автора с вертикальным потоком грунтовых вод (погашаемый напор равнялся 18 ч. опыты длились около 2 месяцев), направленным вниз, показали, что суглинистые грунты с коэффициентом фильтрации около 0,00030—0,00005 см/сек выдерживали градиент более 7, не вымываясь в ниже их расположенный гравелисто-песчаный фильтр, состоящий из смеси гравия крупного песка и мелкого песка в пропорциях 1 : 2 : 1. При градиентах более 30 замечался в первые часы опытов ничтожный вымыв мельчайших частиц грунта.
Для плоского флютбета (рис. 3—6) скорости выхода грунтовой воды (или уклоны потока) могут быть больше допускаемых, следовательно, возможен вымыв грунта за флютбетом, его разрушение. С целью предупреждения вымыва грунта верхняя часть его удаляется и заменяется фильтром (часто называемым обратным фильтром), устраиваемым у грунта из слоя смеси песков, выше— из слоя гравия с щебнем; фильтр сверху защищается от размыва поверхностным потоком водопроницаемом одеждой (мостовая, дырчатые плиты и т. п.).
Коэффициент фильтрации грунта фильтра кф во много раз больше коэффициента фильтрации грунта основания к. Если рассмотреть часть потока.
1потоке в поры пригружающего более крупнозернистого грунта (здесь d— средний диаметр частиц, т. е. таких частиц, которых в грунте имеется 50%
Рис. 3—21. График зависимости для пригруженных грунтов.
Рис. 3—20. Схема опыта по установлению выхода грунтовой воды в дно нижнего бьефа:
1 — фильтр; 2 — грунт основания; 3 — пьезометры.
Рис 3—22. График характеристик гравелистых материалов.
по весу,
— минимальный диаметр пор фильтрующей пригрузки, расположенной на песке).
Для контроля механического состава смежных грунтов, в которых не происходит проникания частиц мелкозернистого грунта в поры крупнозернистого, В. С. Истоминой предложен график (рис. 3—21), где на оси абсцисс отложены коэффициенты неоднородности верхнего слоя, а по оси ординат — отношения средних диаметров частиц верхнего и нижнего слоев.
Для пластичных глин (с числом пластичности Wn ≥7) В. С. Истомина рекомендует первый слой фильтра устраивать из гравия, характеристики которого приведены на рисунке 3—22.
Требование об устройстве многослойных фильтров из однородных песков нельзя считать обязательным; можно делать фильтры из 1 —2 слоев смеси разнородных песков и гравия с галькой. Правильно рассчитанный и выполненный фильтр не должен забиваться частицами грунта основания и разрушаться фильтрационным потоком. Для обеспечения безупречной работы фильтра он нс должен освобождаться от воды. При периодическом обнажении фильтра и доступе в него воздуха возможно окисление содержащихся в воде солей и отложение их на частицах фильтра.
Такая химическая кольматация фильтра не поддается промывке водой.
Что касается толщины отдельных слоев фильтра, то опытные данные показывают, что практически толщина их в 25 см достаточна; меньшая толщина трудно выполнима, особенно в условиях водоотлива, когда может встретиться необходимость увеличить толщину слоев фильтра по условиям производства работ.
