Земляные плотины возводят насыпным (укатные) или намывным способом. Перед насыпкой плотины снимают и удаляют с подошвы основания растительный слой, основание взрыхляют. Плотину возводят, насыпая
и укатывая грунт, подаваемый (вагонетками, автосамосвалами, скреперами) из карьеров; перед укаткой поверхность грунта разрыхляют, разравнивают и поливают (нелесообразно увлажнение грунта вести в карьере, чем облегчается разработка грунта и предупреждается пыль при его укладке). Толщину укатываемых слоев грунта принимают 0,20—0,25 м в рыхлом состоянии, а при уплотнении 30—35-тонными кулачковыми катками 0,5—0,8 м (по опыту Волгодонстроя) и 1—1,5 м при 40-тонных катках и 25-тонных самосвалах (Ангарагэсстрой). Для лучшего соединения грунта плотины с основанием достаточно взрыхлить основание; при этом нет необходимости в устройстве вдоль основания канав (замков).
При возведении малых и средних земляных плотин толщину насыпаемых слоев грунта можно значительно увеличить; уплотнение грунта самосвалами, тракторами, скреперами доводится до веса скелета грунта (1,6 m/м3) для плотин высотой до 20 м. Имея в виду осадку основания и осадку насыпи плотины, необходимо учитывать соответствующее увеличение объема земляных работ. Водовыпуски и водосбросные сооружения при таких плотинах желательно закладывать в материке.
Оптимальная влажность грунта, при которой можно достичь требуемого уплотнения при наименьшем числе проходов катков, устанавливается полевой лабораторией строительства (примерно 12—16% влажности) и зависит главным образом от рода грунта, удельного давления катка и типа катка (гладкий, кулачковый и др.). Степень уплотнения грунта контролируется по компрессионной кривой, для чего периодически берут пробы укатанного грунта и по ним определяют их объемный вес и порозность. Подсчитанный по ним коэффициент пористости должен быть равен расчетному, находимому по компрессионной кривой. В зависимости от размеров плотины, пробы грунта берут в вершинах квадратов стороной по 20—50 м, для ускорения контроля применяют плотномеры.
Для обеспечения устойчивости откосов от оползания их заложение постоянно увеличивают книзу; на низовом откосе, кроме того, устраивают бермы, которые не только увеличивают устойчивость откосов, по и защищают из от размыва ливнями, разделяя общий ливневой поток на несколько меньших. Бермы закладывают через 8—12 м по вертикали в зависимости от интенсивности ливней. Для отвода воды от берм вдоль них устраивают кюветы, из которых вода стекает в нижний бьеф по укрепленным лоткам (бетонным или мощеным).
Верховой откос плотины подвергается действию волнобоя. Высота волны с зависит от силы ветра и длительности его действия, от длины, на которой ветер действует па воду в сторону плотины (так называемая длина разгона волны), и от защищенности акватории от ветра. Для вычисления с предложено несколько эмпирических формул. Так, для высоты волны в открытых водохранилищах В. Г. Андреянов предложил следующую формулу:
(13-1)
где W — скорость ветра в м/сек;
L — длина разгона волны в км.
Очевидно, превышение гребня плотины над горизонтом воды в водохранилище должно быть больше наката волны t на се откос, который принимается равным высоте волны с (расстоянию по вертикали от ложбины до гребня волны) или, что точнее, вычисляется по эмпирическим формулам. Так, по формуле проф. Η. II. Джунковского:
(13-2)
где к — коэффициент, равный 1 — для гладкого (грунтового) откоса, и 0,77 — для откоса из каменной наброски;
tg а — тангенс угла наклона откоса.
Высоту ветрового нагона по СН и П. H-И, 4—62 определяют по формуле:
В качестве крепления верховых откосов широко применяется каменная наброска и мощение камнем. С целью установления размеров камня наброски произведены большие лабораторные исследования у нас и за границей, в результате чего предложены многочисленные формулы для определения веса камней (или их размеров — диаметра или ребра куба) в зависимости от высоты волны, удельного веса камней и заложения откоса. Сюда относятся формулы проф. Б. А. Пышкина, И. А. Шапкина, П. К. Божича, проф. Μ. Н. Гольдштейна1 и др.; однако расхождения между результатами, полученными по этим формулам, весьма велики; они в 2—3 раза отличаются от средних цифр. Поэтому на приводимые в таблице 13—1 размеры камней наброски следует смотреть как на ориентировочные.
Таблица 13—1
Высота полны с (в ж) | 1,2 | 1,0 | 0,8 | 0,6 | 0.4 |
Вес камня (в к) ... | 52 | 31 | 16 | 8 | 2,5 |
Диаметр камня (в см) | 34 | 29 | 23 | 18 | 13 |
Ребро куба камня (в см) | 27 | 23 | 18,5 | 14,5 | 10 |
По опыту Волгостроя 1, при высоте волны до 1,5 м хорошо работает одинарное мощение из камней 25—45 см, укладываемых по двухслойному фильтру из гравия с галькой d — 0,5—12 см с </10 < 10 -мм слоем 20 см и под ним крупнозернистого песка слоем 15 см. Крепление толщиной 45 см устраивалось в зоне волнобоя, 35 см — в зоне разбитой волны и 25 см — на всплеске; камни укладывались наибольшим измерением тычком к откосу, а наименьшим — параллельно откосу. Использование всего получаемого камня из карьера (с отходами) применяется в следующей конструкции каменной одежды откосов2.
М. И. Гольдштейн. О расчете волнозащитной одежды из каменной, наброски. «Гидротехническое строительство» № 10, 1956.
Д. В. Сдобников, Π. Ф. Кузьмищев и Π. А. Михалевич. Каменное крепление откосов земляных сооружений. «Гидротехническое строительство» № 5, 1955.
Укладывают 15—20-сантиметровый слой песчано-гравийной подготовки, на нее, в зоне волнового воздействия, насыпают 25—30-сантиметровой слой камня диаметром 5—15 см и по нему мостовую из камней 25—40 см, в зависимости от высоты волны. Поверх мощения насыпают такой же слой песчано-гравелистой смеси, как и в подготовке, для заполнения пор мостовой и нижележащего слоя каменной наброски. Выше и ниже зоны волнового воздействия ограничиваются наброской из камня 10—25 см по такой же подготовке, что и ранее. При недостатке крупного камня используют камень средних размеров (20—30 см), укладывая его по гравийно-песчаной подготовке в клетки из сборных железобетонных балок; клетки размерами 2X2 - 3X3 м укладывают по диагонали параллельно откосу (плотина на р. Терек Терско-Кумского канала).
При высоте волны в 2 м и выше находит применение одиночная мостовая 30—40 см по слою щебеночной мелочи 20 см, с заливкой каменной одежды цементным раствором и устройством швов через 20 м; такая одежда выдерживает воздействие волны высотой около 2,5 м при ветре до 35 м/сек — «черная буря» (Новотроицкая плотина в Ставрополье). На Волгострое3 широкое применение нашло крепление откосов бетонными плитами размерами в плане 2 X 2 м, толщиной 0,4—0,5 м в зоне волнобоя, 0,2 выше и 0,3 ниже его при высоте волны до 2 м; плиты укладывались на сплошном трехслойном фильтре. Нашли также успешное применение армированные плиты размером 23 X 20 X 0,2 м с укладкой бетона непосредственно на грунт откоса и с устройством ленточного фильтра только под швом (рис. 13—2) в составе трех слоев: 15 см крупнозернистого песка; 10 см гравия размером 5—40 мм; 15 см крупного гравия размером 40—80 мм.
Откосы Цимлянской плотины защищены от действия 3-метровой волны армированными бетонными плитами в зоне волнобоя, толщиной 0,5 м и размерами в плане от 10 X 10 до 20 X 20 ниже зоны волнобоя плиты имеют размеры 10 X 10 X 0,2 м. Плиты армированы в нижней сетке из стержней диаметром 20 мм; расстояние между стержнями 1 м. Вверху плит на ширине 1 м по их контуру установлена арматура диаметром 16 мм. Поперечная арматура, совпадающая с направлением падения откоса, в швах между плитами но прерывается, продольная арматура разрезана через 50 м.
Откосы Тюя-Бугузской плотины (34 м высотой. Узбекская ССР) укреплялись сборными железобетонными плитами 4 размером 200 X 200 X 15-20 см, шарнирно соединенными между собою и уложенными на гравелисто-галечниковом слое толщиною 30 см; размеры фракций 5-60 мм.
В качестве крепления откосов может применяться бесшовное асфальтовое покрытие на откосах с заложением по круче 1:2, толщиной в зависимости от напора воды перед креплением, изменяющейся в следующем соотношении:
Асфальтовое покрытие действует на поток грунтовых вод как экран.
2 И. М. Симаков. Защита откосов от размыва. «Гидротехническое строительство» 230
3 Инж. Б. И. Шевелев, И. Ф. Кузьмищев и Н. А. Михалевич. Бетонное крепление откосов земляных сооружений. «Гидротехническое строительство» № 4, 1954.
4 2 Н. Г. Каменев, Б. П. Курбанов. Применение сборного железобетона для кропления верхового откоса плотин. «Гидротехника и мелиорация» № 1, 1959.
В небольших плотинах при высоте волны до 1 м откосы можно защищать камышитовыми плитами толщиной 12—15 см (спрессованные перекрестные слои камыша с поливкой их при прессовании битумом и посыпкой песком каждого слоя толщиной 5—7 см в рыхлом состоянии). Плиты прибивают к откосу кольями длиной 1—1,2 м.
Крепления откосов следует продолжать ниже мертвого уровня воды па полуторную высоту волны, соответствующую условиям этого уровня.
Целесообразно верховой откос до уровня воды засаживать деревьями, черенками тальника и кустарниками, которые не только хорошо скрепляют грунт корнями, заменяя крепление, но и ослабляют действие ветра, т. е. способствуют уменьшению высоты волны. Древесная растительность при своем развитии также способствует понижению положения депрессионной поверхности грунтовых вод в плотине.
Установка плавучих запаней (на якорях) из сплоченных бревен, труб большого диаметра, понтонов и т. п. также способствует значительному уменьшению волнобоя у откоса (рис. 13—3).
Стоимость крепления верховых откосов плотин составляет значительную долю от стоимости самой
плотины; эта доля особенно возрастает в районах, не имеющих местных материалов (каменных и др.) для крепления, например в Заволжье, степных районах Украины, Казахстане и др. В таких случаях представляется экономически целесообразным строить плотины с уположенными неукрепленными откосами, устойчивыми против волнобоя.
В водохранилищах с малой сработкой уровня (что характерно для судоходных условий) земляные плотины с неукрепленными уположенными откосами из мелких л средних песков, как показал 25-летний опыт Волгостроя, работают вполне удовлетворительно. Применение их дает значительную экономию средств при строительстве плотин. Плотины с неукрепленными уположенными откосами обходятся в 2—2,5 раза дешевле небольших земляных плотин (высотой 10—15 м) с обычными укрепленными откосами.
Не следует буквально понимать определение «неукрепленный откос»; откос может быть укреплен недорогой одеждой из местных материалов — слоем песка, гравия, биологическим креплением, защищен простейшими запанями и т. п.
Изучением вопроса о переформировании берегов волнобоем занимались многие ученые (Ф. П. Сава ренский, В. А. Ширямов, П. А. Шапкин, Η. Е. Кондратьев, Е. Г. Качугин, В. И. Надь и др.); можно указать на следующие заложения уположенных откосов, устойчивых против волнового воздействия (табл. 13—2), при высоте волны 15% обеспеченности.
Таблица 13—2
Материал откоса | Заложение откосов при высоте волны (в м) | |||
0.4 | 0.6 | 1.0 | 1.5 | |
Пески мелкие ... | 7 | 0 | 12 | 15 |
» средине | 5,5 | 7 | 10 | 12 |
» крупные ... | 4,5 | 5,5 | 7,5 | 9 |
Гравий мелкий .. | 4 | 5 | 6,5 | 8 |
Суглинок ... | 6 | 7,5 | 10,5 | 13 |
Профиль уположенного верхового откоса показан на рисунке 13—4; концы пляжа а отстоят от уровней воды водохранилища на 0,8 с — для мелких песков и суглинков и на 0,6 с — для крупных песков и гравия, где с — высота волны.
Очертание откоса строится с учетом высоты волны, соответствующей различным уровням воды, и длительности се воздействия на откос, т. о. с учетом режима сработки водохранилища; поэтому форма откоса может быть как выпуклой, так и вогнутом.
Низовой откос земляных плотин укрепляют посевом трап или (реже) диагональной укладкой дерна по сторонам квадратов 1,5X1,5 - 2X2 м; пространство внутри квадратов (равно как и под дернинами) заполняют растительной землей слоем 10—15 см и засевают многолетними травами.
В степных районах с сильными ветрами для предупреждения выдувания грунта плотин, особенно когда они возведены из песчаных грунтов, полезно после посева трав полить откос битумной эмульсией, образующей с грунтом связную корку, которая, однако, по препятствует произрастанию трав. При наличии на месте строительства гравия низовом откос может быть укреплен покрытием—10-сантиметровым слоем гравия.
В ядровых плотинах (рис. 13—1, б) пластичное ядро делают, в зависимости от наличия материалов, из глины, жирного суглинка или из глинобетона (смесь глины, песка и гравия в пропорции 1:2:2-1:1:2).
Рис. 13—5. Сопряжение ядра плотины со скальным основанием: 1 — цементационные скважины.
Верх ядра должен возвышаться над нормальным подпорным уровнем на 0,5 м и выше, в зависимости от размера плотины; между верхом ядра и поверхностью плотины должен находиться слой грунта, достаточным для защиты ядра от выпучивания — при промерзании зимой, и от растрескивания — при высыхании летом. Толщину ядра поверху принимают 1—3 м, или примерно около 0,1 высоты плотины (больше для высоких плотин), а заложение их откосов 0,1— 0,2. Ядро помещают возможно ближе к напорному, верховому откосу, тогда большая часть тела плотины будет находиться в сухом состоянии, а самое ядро будет испытывать примерно одинаковые усилия со стороны мокрого и сухого откосов, что в общем повышает устойчивость плотины.
Рис. 13—6. Вертикальный шов между железобетонными плитами:
1 — железобетонные плиты; 2 — доска; 3 — битумный мат; 4 — железная пластинка; 5 — конопатка из просмоленного войлока.
Ядро врезают в основание на глубину жизнедеятельного слоя (ходы землеройных животных, дождевых червей и др.) и во всяком случае не менее чем на 1 м. Когда основание скальное, ядро сопрягают с ним бетонным замком и цементационной завесой (рис. 13—5.) При отсутствии глины или суглинка устраивают бетонные, железобетонные и реже металлические и деревянные диафрагмы. Толщину поверху диафрагм из бетона назначают не менее 0,5 м и из железобетона 0,3 м, а толщину понизу обычно определяют расчетом. Верховую сторону диафрагм покрывают битумом или торкретом; целесообразно защищать ее слоем плотно утрамбованной глины или суглинка (против фильтрации в случае образования трещин). Для предотвращения дополнительных напряжений, возникающих от температурных воздействий и усадок, устраивают вертикальные швы через 20—30 м по длине в зависимости от толщины диафрагмы (рис. 13—6)1. Со скальным основанием диафpaгмы сопрягают свободным опиранием со скользящим швом, шарнирным соединением (рис. 13—7) или заделкой диафрагмы в основание. Ввиду возникновения больших опорных моментов заделка в основание менее рациональна.
Экраны из суглинистых грунтов применяют в плотинах любой высоты. Для защиты от размыва и промерзания при сработке водохранилища экраны покрывают 1,5—2-метровым слоем грунта, из которого насыпана плотина (рис. 13—8). Толщина экрана вверху 0,8—1 м, внизу 1/10 высоты плотины и во всяком случае не менее 2 м. Со скальным основанием экраны сопрягают зубом и (при наличии трещиноватости в скале) цементной завесой, располагаемой под зубом. Если основание сложено сильно фильтрующими грунтами небольшой мощности, экран сопрягают с водоупором глиняным замком и реже — шпунтовой стенкой. При глубоком залегании водоупора устраивают понур из грунта, из которого выполнен экран. Толщина понура вначале 0,5—1,0 м, в зависимости от высоты плотины, в местах сопряжения с экраном он утолщается.
1 Об эффективности гибких противофильтрационных диафрагм земляных сооружений.
Длину понура назначают равной (3—5) Н, где Н — глубина водохранилища у плотины. Для экранов употребляют также разложившийся торф, укладываемый 2—3 слоями по 1—1,5 м каждый с прослойками песка толщиной 0,5—1,0 м. Многослойные торфяные экраны обладают длительной и значительной осадкой; меньше оседают торфяные однослойные экраны из смеси песка с разложившимся торфом.
Дренаж плотины. Фильтрующаяся через плотину вода течет в условиях безнапорного потока со свободной поверхностью грунтовых вод (так называемая депрессионная поверхность, в вертикальном разрезе поперек плотины — депрессионная кривая) и может выклиниваться (высачиваться) на низовом откосе плотины. Высокое положение кривой депрессии и тем как показали работы В. С. Истоминой, для плотин из глин и суглинков (с содержанием глины >30%) можно уменьшить число слоев фильтра. Согласно СН и И Н-И. 4—62. песчаные, гравийные и щебеночные материалы для дренажных фильтров (кроме вертикального трубчатого) рекомендуется применять с такими значениями степени неоднородности:
На рисунке 13—9 показано несколько конструкций дренажа. В дренаже по типу упорной призмы (рис. 13—9, а), устроенной из каменной наброски, призма со стороны подхода грунтовых вод покрывается 2—3 слоями фильтра (пески — гравий — щебень), защищающими грунты плотины и основания от суффозии.
Каменная призма устраивается при наличии недорогого камня, большого волнобоя в нижнем бьефе и при намывном способе возведения земляной плотины (последнее условие не всегда обязательно).
При недостатке камня устраивают каменный или щебеночный тюфяк, требующий меньшего количества материалов (рис. 13—9, б).
При дорогом камне дренаж устраивают в виде канавы заподлицо с подошвой плотины (для большего удобства строительства), заполненной в водопроводящей части щебнем, гравием (рис. 13—9, в), или дрены из перфорированных асбоцементных труб (рис. 13—9, г) с обсыпным гравелисто-песчаным фильтром, оборудованных смотровыми колодцами. Выпуски- коллекторы из таких дрен в канавки со щебнем, гравием или открытые должны быть проверены на пропуск фильтрационных расходов.
Чтобы не стеснять строительство плотины, дренаж может быть устроен (одновременно или после возведения плотины) из ряда вертикальных буровых колодцев (рис. 13—9, д), соединенных общей трубой и отводящим коллектором, или из одной горизонтальной проходной дрены (рис. 13—9, е). Дренажи устраивают вблизи бровки низового откоса и снабжают для контролирования их работы смотровыми колодцами, оборудованными контрольной аппаратурой.
Устройство обсыпных гравелисто-песчаных фильтров вокруг перфорированных труб выполняется медленно, так как значительная часть работ производится вручную; поэтому представляется целесообразным заменить такие трубы с обсыпными фильтрами на трубы из пористого бетона, которые одновременно выполняют задачи и фильтра и дренажа. Такие трубы изготовляются различных диаметров — от 8 см до 1 ле и больше; они просты в изготовлении и в применении на производстве, хорошо себя зарекомендовали в работе в песчаных грунтах1 (водопонижение у шахт, снятие взвешивающего давления напорных вод под Цимлянской плотиной и др.); нет основания ожидать от них плохой работы в связных грунтах плотин. Устройство из пористого бетона не только дренажных труб (с разными, заранее назначаемыми размерами пор), по и смотровых колодцев и галерей (рис. 13— 9, г, #?), только усилит действие дренажа.
Длина заглубления дренажа в плотину выбирается из условий расположения линии депрессии вне пределов промерзания грунта.
Простейшие конструкции дренажа осуществляют из хворостяной выстилки, фашин, гончарных или деревянных труб, цельного или битого кирпича.
Для небольших плотин устройство дренажа необязательно, особенно если плотина располагается па проницаемом основании.
При мощных проницаемых основаниях, наклонных по течению, и при низком положении бытового горизонта грунтовых вод можно обойтись без дренажа и для средних плотин.
1 В. В. Булдой. Фильтры из пористого бетона. «Гидротехника и мелиорация» № 10; 1954; Е. Н. Маркевич. Дренаж из пористого бетона.
§ 13—3. НАМЫВНЫЕ ПЛОТИНЫ 2
Разработка грунтов в карьерах, их транспортировка, укладка и сортировка в соответствии с проектом при гидравлическом способе производства работ объединяются в одни рабочий процесс. Как следствие этого, при сравнительной простоте механизмов, значительно снижается стоимость работ, повышается производительность труда, сокращается потребность в рабочей силе и увеличиваются темпы строительства (суточная производительность намыва в 200 000 м1 и более).
Разляпают намывные плотицы двух видов: а) собственно намывные, в которых весь процесс возведения плотины, начиная от разработки грунтов в карьере, транспортировки их на место строительства и кончая укладкой грунтов, выполняется методом гидромеханизации; б) полунамывные, в которых гидромеханизацией производится сортировка и укладка грунта в тело плотины, разработка же грунта в карьере и доставка его к месту строительства производятся так называемым сухим способом (экскаваторам, скреперами, автомобилями и т. д.). К разновидностям полу- намывных плотин относятся плотицы, возводимые так называемым узбекским способом.
Для возведения намывных плотин необходимо наличие соответствующих грунтов и достаточное количество воды. При благоприятных условиях отвода реки в строительный период (так называемого строительного расхода) через другие сооружения гидроузла плотины можно возводить в текущей воде без устройства перемычек.
Намывные плотины устраивают ядровые, экранные и однородные, примерно с такими же заложениями откосов, как и у насыпных плотин, или несколько более пологими.
Грунты для намывных плотин1 разрабатывают в сухом карьере гидро мониторами, а затем землесосами по напорным трубопроводам или по безнапорным лоткам подают к месту укладки в виде пульпы, т. е. смеси воды и грунта в консистенции 20—10% но объему грунта к объему воды. Чаще разработку грунта ведут из подводных карьеров, а также из сухих карьеров, в которые перед их разработкой накачивают (или напускают) воду; тогда пульпа непосредственно подается землесосами. При удаленности карьеров от возводимой плотины, при высоте ее больше 40 м или при подаче, пульны различного состава из разных карьеров и необходимости ее смешения до подачи па место укладки устраивают перекачечные станции (бустеры).
Ядровые намывные плотины возводят двусторонним намывом из грунтов, содержащих 10—25% глинистых частиц и 90—75% песка и гравия: при большем содержании глинистых частиц ядро получается широким, медленно отдающим воду и потому медленно твердеющим, опасным в отношении оползней.
Намыв плотины производят в следующем порядке. Сначала вдоль нижних бровок будущей плотины с эстакады (Волжская плотина у г. Рыбинска), с подвесного моста (Туломская плотина у г. Мурманска), с наплавного моста (Горьковская плотина на Волге) или другим способом отсыпают каменные банкеты (призмы), возвышающиеся над уровнем воды реки. В случае суглинистого дна перед насыпкой призм устраивают под ними гравелисто-галечниковую подготовку, играющую роль фильтра и способствуют устойчивости каменных призм. По внутреннему откосу призм отсыпают двухслойный или однослойный фильтр (из смеси песков, гравия, гальки или щебня).
При неглубокой воде (1—2 м) и малых скоростях течения ограничиваются одной низовой каменной призмой, насыпая затем вместо каменной верховой призмы призму из сильно фильтрующего материала (гравий, крупный песок).
Перед призмой с фильтром создается тиховодье и небольшой подпор уровня воды, допускающий отвод расхода реки в нижний бьеф через заранее подготовленные отверстия в плотине или через ГЭС.
Рис. 13—10. Двусторонний намыв.
Затем, в случае возведения невысокой плотины, посредине ее, по продольной оси устанавливают эстакаду (рис. 13—10), на которой устраивают центральный лоток для пульпы или напорный пульповод; при возведении высокой плотины лотки или пульповоды укладывают на призмы.
От лотков или пульповодов ответвляются поперечные лотки или патрубки, через которые пульпа выливается вблизи откосов и течет к середине плотины, образуя там пруд-отстойник. При движении пульпы из нее выпадают крупные наносы у откосов, далее по направлению к середине плотины — средние, потом — мелкие и в пруде-отстойнике оседают глинистые наносы, формируя ядро плотины (рис. 13—11).
1 — эстакада; 2 — центральный лоток; 3 — распределительные лотки; 4 — водосбросной колодец; 5 — отводная труба; 6 — пруд-отстойник; 7 — каменные банкеты; 8 — фильтры; 9 — напорные пульповоды; 10 — контур ядра.
Рис. 13—11. Двусторонний намыв плотины:
После осаждения частиц грунта, содержащихся в пульпе, воду из плотины отводят в нижний бьеф.
Удаление воды из пруда-отстойника происходит частично путем фильтрации через призмы, частично путем откачки или спуска ее через постепенно наращиваемый деревянный сруб-колодец с горизонтальной отводной трубой (рис. 13—11). Перед наброской каменного банкета следует предусмотреть укладку по дну реки стальных труб (диаметром 0,2—0,5 м) через 100— 200 и друг от друга с вертикальными патрубками посредине плотины, доведенными до уровня воды. В дальнейшем к патрубкам пристраивают деревянные срубы, уплотняя пространство между ними и патрубками. По возведении плотины колодец забивают глиной. На берегах выше уровня воды в реке трубы и колодцы могут быть устроены из дерева.
Для получения центрального ядра намыв следует производить симметрично относительно оси плотины, иначе ядро получается неправильной формы с так называемыми «языками и карманами» (рис. 13—12). Симметричность намыва будет обеспечена подачей одинакового количества и одинакового качества пульпы. В напорных пульповодах эти требования выполняются приданием выпускным отверстиям в трубах различных размеров и размещением их по винтовой линии — первые отверстия располагаются выше относительного дна, чем последующие, и этим регулируется равномерность выпуска донных, наиболее крупных наносов.
Рис. 13—12. Намывное ядро плотины:
1 — языки; 2 — карманы
В лотках пороги выпускных отверстии также располагаются на различной высоте — первое отверстие имеет более высокий порог, у второго порог несколько опущен против первого и т. д.
Намыв плотин производят по отдельным картам (—400х 100 м) с подачей пульпы из группы соседних лотков; высота намыва составляет 0,6— 1,5 далее, из следующей группы распределительных лотков намывают соседнюю карту и т. д.
По мере повышения намыва (на 3—7 м) наращивают эстакаду и перекладывают лотки; при наращивании эстакады стойки ее оставляют в плотине, а схватки и раскосы постепенно удаляют. На Волгодонском строительстве успешно применяли инвентарную эстакаду из металлических труб I — 100 м, легко демонтируемую. Для направления пульпы к середине плотины вдоль ее откосов насыпают небольшие дамбочки из намывного грунта, предупреждающие стекание пульпы наружу.
При подаче пульпы по напорным трубопроводам последние укладывают на дамбочки из намытого грунта (без эстакад); после намыва тела плотины до верха дамбочек наклонные патрубки трубопровода наращивают примерно на 1 м по высоте и намыв продолжают до верха патрубков. Двух-трех к ратное наращивание патрубков сокращает число перекладок напорного трубопровода при одностороннем и двустороннем намыве (рис. 13—10). Укладка небольших деревянных площадок («столов» на Волго-Доне) под выпуски из патрубков или желобов предупреждает образование глубоких ям (как за консольным перепадом) и способствует более равномерной укладке намываемого грунта; столы привязываются к патрубкам. Упрощение техники намыва достигается введением гибких трубопроводов.
Плотины экранного типа возводятся односторонним намывом (рис. 13— 13) из напорного трубопровода, укладываемого на дамбочках из намытого грунта, или из лотка на эстакаде. Предварительно у низовой бровки плотины отсыпают каменную призму с фильтром до отметки выхода ее верха из воды. Выпадающие из пульпы наносы ложатся откосом 1:12 - 1:18 и под водой 1:4, причем наиболее крупные фракции выпадают вблизи выпуска пульпы из трубопровода, а наиболее мелкие — у верхнего откоса плотины.
Для придания верховому откосу проектного заложения растекание пульпы ограничивают подсыпными фильтрующими дамбочками из гравия или щебня или фильтрующими плетнями, закрепляемыми анкерами 2 и замываемыми после окончания намыва плотины мелким грунтом (экран).
Рис. 13—13. Односторонний намыв плотины:
2 А. Ф. С м о р к а л о в. Односторонний намыв гравелисто-песчаных плотин. «Гид ротехническое строительство» № 9, 1953.
Однородные плотины намывают так называемым мозаичным способом (рис. 13—14) из песчаных грунтов, без образования пруда-отстойника или торцовым способом. При торцовом способе намыв ведут также по картам (огражденным валиками), без устройства эстакад.
Рис. 13—14. Мозаичный намыв плотины: 1 — пульповоды; 2 — распределительные лотки; 3 — дамбочки из намытого грунта; 4 — фильтр; 5 — каменный банкет.
Однородные намывные плотины, а также ядровые после окончания твердения и уплотнения ядра обладают высокой степенью плотности намытого грунта (1,61—1,64 m/м3), отводимой из пруда-отстойника. Из пруда-отстойника вместе с водой удаляется 5—10% мельчайших частиц; отработанная вода может быть использована снова.
На рисунке 13—15 показана система вертикальных колодцев с помещенными в них глубинными насосами 1, к которым прикрепляют горизонтальные трубчатые дрены 2, устанавливаемые по мере возведения плотины. Колодцы с глубинными насосами могут быть заменены системой глубинного дренажа, состоящей из вертикальных колодцев, соединенных общей
Рис. 13—15. Водопонизительная установка:
1 — скважины с глубинными насосам»: 2 — горизонтальные дрены;
3 — вертикальный дренаж; 4 — лоток.
горизонтальной трубой, из которой и ведут откачку воды. Дрены л колодцы снабжаются сетчатым фильтром с песчано-гравийной обсыпкой. Подобная система дренажа успешно применялась при намыве Цимлянской земляной плотины на Дону.
Рис. 13—16. Возведение полунамывной плотины и раскладка грунтов в ней.
Исследования ВНИИГиМ (С. Г. Ефимов) показали возможность и допустимость намыва плотин из засоленных песков и при использовании сильно засоленной воды. Дальнейшие исследования ВНИИГиМ, проведенные в производственных условиях (Н. Д. Холин, А. М. Царевский, Д. Л. Меламуд), подтвердили возможность безбанкетного намыва плотин на небольших и средних реках при наличии песчано-гравелистых или галечниковых карьеров.
При возведении полунамывных плотин доставляемый из карьера на автомашинах или по железной дороге грунт отсыпают вдоль откосов плотины (рис. 13—16), а затем размывают из середины плотины гидромониторами; осветленную воду из пруда-отстойника удаляют через сбросные колодцы или откачкой. В результате получается следующая сортировка грунтов: снаружи располагается уплотненный карьерный грунт, малопроницаемый для воды (слой 1 на рис. 13—16); далее, тот же грунт, но с вымытыми мелкими частицами (слой 2), т. е. более водопроницаемый, а затем располагается мелкозернистый грунт (слой 3), и в центре — суглинистое ядро (слой 4). Верх плотины устраивают насыпным способом (слой 5).
Узбекский способ возведения земляных плотин позволяет использовать лессовые грунты 1, содержащие до 85% пылеватых и илистых частиц (0,05—0,005 мм), а также суглинки. При этом способе площадка, на которой возводится плотина, разделяется на небольшие карты — делянки, размеры которых (от 100 м и более) определяются как принятым уровнем механизации, позволяющим окончить работы по засыпке делянки в течение одной смены, так и возможностью наполнять ее водой. Делянки обваловывают валиками из сухого грунта высотой 0,3—0,5 м и наполняют водой на половину высоты валиков. Этот уровень воды поддерживают в течение 1—2 часов 2, а затем делянки засыпают лессовым грунтом. Плотность такой укладки грунта в среднем равна 1,52 т/м3 с увеличением в дальнейшем до 1,6 т/м3. После засыпки делянок одного слоя возводят делянки следующего по высоте слоя и т. д. При этом способе возведения земляных плотин отпадает необходимость в укатке грунта, в устройстве пруда-отстойника, сбросных колодцев и отводных труб; новые делянки должны перекрывать старые «с перевязкой швов». Рассматриваемый способ получил дальнейшее развитие на строительстве Иркутской и одной из уральских ГЭС, где валики устраивались высотой 2 м при глубине воды 1,0— 1,3 м. Объемный вес засыпанного в пруд грунта, укатанного самосвалами, достигал 1,5 т/м3, а через 8 месяцев 1,65 m/м3, причем 70—80% осадки слоя происходило в течение 10 суток после укладки 3. При таком способе работ пригодны все грунты, строительство возможно в зимних условиях.
