Земляные плотины.
Земляные плотины широко применяют почти при всех видах водохозяйственного строительства. Они просты по конструкции и долговечны. Л\атсриалы для их возведения (суглинистый и супесчаный грунты, а для отдельных их частей песок, гравийно-песчаные смеси и глина) почти всегда имеются на месте строительства. По своим технико-экономическим показателям земляные плотины успешно соперничают с другими типами плотни из местных материалов при напорах до 80 м.
По способу производства работ земляные плотины подразделяют на два основных типа: насыпные с искусственным уплотнением укладываемого в тело плотины грунта; намывные и полунамывные, которые строят с применением средств гидромеханизации.
Земляные и каменнонабросные плотины, возводимые с помощью направленных взрывов, относят к насыпным.
Высота земляных плотин достигает 120 м (р. Дюране, Франция). В СССР плотина на р. Иори (Грузинская ССР) имеет высоту 84,8 м, а на р. Куре у Мингечаурской ГЭС (Азербайджанская ССР) —80,0 м.
Профиль тела земляной плотины из однородного материала имеет форму трапеции и состоит из ряда конструктивных элементов, выполняющих определенные функции (рис. 2.4).
Тело плотины должно быть устойчиво при полном напоре воды на нее и при опорожнении водохранилища. Верховой откос надежно защищают от силовых воздействий ветровых волн и ударов плавающих тел, низовой — от размыва ливневыми и талыми водами. При наличии дороги на гребне плотины его укрепляют защитным покрытием. Откосы плотины не должны разрушаться в результате промерзания. При полном напоре на плотину фильтрация через ее тело и в основание не должна быть значительной, а появление фильтрующейся через него воды на низовом откосе недопустимо.
Величина заложения (крутизна) откосов земляной плотины, при которой обеспечивается их устойчивость, определяется способностью грунта, насыщенного водой, оказывать сопротивление сдвигу и зависит от угла внутреннего трепня грунта и удельного сцепления в нем.
При сооружении высоких земляных плотин крутизна откосов должна быть переменной: в верхней части откосы крутые, у основания — более пологие. Крутизна откосов и размеры профиля земляной плотины зависят от природных свойств грунта и от способов его укладки.
Верховые откосы защищают от разрушения с помощью бетонных плит, каменном наброски, каменной мостовой, укладываемых по слою обратного фильтра. Низовой откос укрепляют одерновкой или посевом трав.
Конструкции дренажа земляных плотин весьма разнообразны. Обычно дренаж представляет собой упорную (см. рис. 2.4) или прислонную1 каменную призму, сквозь которую профильтровавшаяся вода свободно уходит в и. б.
1Несколько слоев песчаного или гравелистого материала разной крупности. уложенного так. что слон, представленный мелкими частицами, обращен навстречу фильтрационному потоку.
Прислонная дренажная призма укладывается на откосе (прислоняется к нему).
По плоскости соприкосновения дренажа с откосом плотины укладывают обратный фильтр. Задача фильтрационною расчета земляной плотины состоит в выявлении при принятых размерах условий движения в ее теле фильтрационного потока и влияния его на устойчивость низового откоса плотины и основания. Кривая депрессии должна размещаться в теле земляной плотины ниже глубины его промерзания и сопрягаться с дренажным устройством.
Тело земляной плотины при отсутствии в достаточном количестве на месте строительства маловодопроницаемого грунта может быть выполнено и из разных грунтов неоднородная (смешанная) плотина. Маловодопроницаемые грунты укладывают в центр профиля плотины но всей ее длине, образуя так называемое ядро, плотина с ядром (рис. 2.5 а) или ими покрывают верховой откос, образуя покрытие, называемое экраном, плотина с экраном (рис. 2.5, б). Ядро и экран выполняют обычно из суглинка и сопрягают с основанием плотины с помощью зуба или шпунтовой стенки, доводя их до водоупора. При глубоком залегании водоупора к экрану со стороны в. б. присоединяют понур горизонтальный водонепроницаемый участок экрана, который выполняют из того же грунта, что и экран (рис. 2.5, в).
Назначение ядра и экрана — уменьшить фильтрацию через земляную плотину. Будучи выполненными из суглинка, они обладают достаточной пластичностью и при усадке тела плотины, оседая вместе с ним. не дают трещин.
Для защиты от промерзания суглинистые экраны покрывают слоем песка и гравия (щебня) толщиной 1-1,5 м. у основания плотины и толщиной не меньше глубины промерзания выше максимального подпорного уровня.
Жесткие экраны из бетона и железобетона дороже суглинистых и из смеси глины с песком; кроме того, при осадке тела плотины они обычно повреждаются и поэтому распространения не получили. В настоящее время применяют гибкие экраны из материалов, полученных на основе битумов и полимеров (асфальтобетон, пластобетон, полиэтиленовая пленка).
Если в районе строительства нет грунта для ядра или понура, их заменяют диафрагмой — плотины с диафрагмой (рис. 2.5 г). Диафрагмы выполняют из армобетона, железобетона. реже из древесины, обработанной антисептиками. Верх диафрагмы располагают выше самого высокого уровня воды в в. б., а низ заглубляют в основание и надежно сопрягают с водоупором.
В рассмотренных типах земляных плотин насыпка их тела производится грунтом, привозимым из карьера. Грунт укладывают слоями, слабо наклоненными в сторону верхового откоса, толщиной 0,20—0,25 м и укатывают катками для придания ему надлежащей плотности. Поэтому эти плотины называют также укатанными.
При строительстве намывных земляных плотин грунт в тело подается в разжиженном состоянии (в виде пульпы) вместе с водой, которой он был размыт на месте разработки. Для предохранения от растекания пульпу направляют в пространство, огражденное небольшими дамбочками.
Если места сброса пульпы расположены возле дамб, здесь из нее выпадают и откладываются более крупные частицы грунта; более мелкие уносятся водой в центральную, пониженную часть образовавшегося бассейна, где они отстаиваются, а вода профильтровывается и частью сливается в реку. Намыв один ярус плотины, возводят на нем новые дамбочкн и повторяют операцию намыва. Намывная плотина относится к типу неоднородных. В центре ее образуется ядро из маловодопроницаемого грунта, а по сторонам располагаются водопроницаемые крупнозернистые грунты. При этом переход от ядра к боковым частям профиля тела плотины происходит постепенно.
В земляных плотинах, возводимых полунамывным способом, грунт привозят на место укладки в состоянии естественной влажности и набрасывают в виде валов по сторонам будущею тела плотины. Эти валы затем размывают струен воды, мелкие частицы при этом сносятся водой к центру, и получается намывной профиль.
Наиболее пригодными грунтами для возведения намывных плотин являются грунты средней крупности, содержащие примеси как глинистых, так и гравелистых частиц.
Все типы земляных плотин выполняют глухими, устраивая водосбросные отверстия вне их.
Каменнонабросные плотины.
Каменнонабросными называют плотины, тело которых состоит из каменной наброски, а противофильтрационные устройства представляют собой экраны или диафрагмы, выполненные из негрунтовых материалов. Они могут быть жесткими, полужесткими, гибкими. Экраны выполняют из железобетона, бетона, асфальтобетона, из полимерных материалов, металлическими и деревянными. Преимущественное распространение получили плотины с экранами. Экраны, особенно жесткие, вследствие их чувствительности к осадке наброски в теле плотины укладывают не на наброску, а на подэкрановую кладку слой постол истого камня, уложенный насухо и образующий наклонную стенку, положенную на откос наброски. Экран но всей длине плотины сопрягают с противофильтрационным устройством в виде шпунтового ряда, цементационной завесы, зуба или понура. Путем врезки экрана в берега на достаточную длину уменьшают фильтрацию в обход плотины. Во избежание образования в экранах трещин при изменении температуры, их, если они выполнены из полимерных материалов, заранее разделяют температурными швами, которые уплотняют пластичным материалом (гудрон, битум).
Заложение верхового откоса набросных плотин принимают около 1:1,3, что примерно соответствует углу естественного откоса наброски; заложение низового откоса принимают более пологим, обычно около 1:1,5.
Гибкие экраны устраивают из нескольких слоев железобетонных плит с прослойками из битума. Асфальтобетонные экраны на высоких плотинах выполняют многослойными, толщиной 25-30 см с подстилающим дренажным слоем из фильтра или пористого бетона.
Полимерные экраны (пленки) делают в виде сплошного водонепроницаемого покрытия, уложенною на верховом откосе плотины между бетонными сборными элементами, или покрытого защитным слоем грунта. На плотине на р. Храми (Грузинская ССР), имеющей высоту 32 м. был применен металлический экран из стального листа толщиной 8 мм.
В качестве материала для набросных плотин употребляют камень прочных пород, отличающийся морозостойкостью. Крупность камня определяется возможностями транспортных и погрузочных средств. Форма камня может быть неправильная, рваная.
Каменнонабросные плотины обычно выполняют глухими. Имеются плотины этого типа с переливом воды через гребень (плотина на р. Тишинке на Алтае).
Смешанная каменно-земляная плотина.
Смешанная плотина состоит наполовину из каменной наброски, наполовину из слабоводопроницаемого грунта. Наброска образует основной упорный массив плотины, который обеспечивает ее устойчивость.
Грунт—песок или суглинок, прикрывающий каменный массив наброски достаточно мощным слоем, чтобы свести фильтрацию к незначительной величине, представляет собой, по существу, экран плотины. Между земляной частью плотины, образующей экран, и каменной наброской укладывают обратный фильтр, чтобы предотвратить суффозию из экрана и наброску. Для защиты от возможных повреждений экран сверху покрывают слоем гальки, гравия или камня.
Материалом экрана может быть глина, суглинок, глинобетон. Толщину экрана увеличивают вниз по откосу и сопрягают его с водоупором или переводят в понур.
Пример каменнонабросной плотины с экраном, построенной в суровых климатических условиях, приведен на рис. 2.6.
Иногда более экономичными оказываются каменнонабросные плотины с пластичным ядром из связных грунтов или глинобетона. так как для них требуются меньшие количества материалов (суглинок, глина, камень). Ядро выполняют в центральной части профиля плотины вертикальным или несколько наклонным в сторону и. б. (рис. 2.7).
Рис. 2.7. Схема каменно-земляной плотины с ядром.
1 -упорная призма из каменной наброски; 2 — каменная наброска; 3 — защитное покрытие верхнего и низового откосов, 4—пленка, 5 —обратный фильтр, 6 — упорная призма из каменкой наброски для низового откоса, 7 -цементная подготовка, 8 —суглинистое ядро плотины.
Каменнонабросные и смешанные плотины строят глухими. В случае необходимости при незначительной высоте плотины перелив воды через гребень допускают при условии покрытия низового откоса и гребня массивной железобетонной облицовкой, устройства за плотиной водобоя и надежного крепления русла в и. б.
Плотины смешанного типа с экраном можно возводить без ограждения русла перемычками, а путем наброски камня и грунта в текущую воду, что выгодно отличает их от других типов плотин.
