Устойчивость откосов земляных плотин

Всё об энергетике

Плотины. Виды грунтовых плотин

Грунтовой плотиной называется гидротехническое сооружение для возведения которого в качестве основного материала использовался природный грунт (глина, песок, гравий и т. д.).

К основным элементам грунтовой плотины, из которых она состоит, относятся:

• тело плотины;
• противофильтрационные устройства;
• дренажные устройства;

Каждый из этих элементов в составе грунтовой плотины выполняет свою роль. Тело плотины обеспечивает её прочность и устойчивость, противофильтрационные устройства (экраны, диафрагмы, ядра) препятствуют фильтрации воды через тело плотины, а дренажные устройства выполняют функцию сбора профильтровавшей (т. е. прошедшей сквозь тело плотины) воды.

Для учета всего многообразия плотин из грунтовых материалов существует их классификация. В зависимости от используемого материала и способа возведения грунтовые плотины делятся на:

• земляные насыпные;
• земляные намывные;
• каменно-земляные;
• каменно-набросные;

Земляная насыпная плотина возводится отсыпанием грунта насухо с последующим уплотнением или в воду (в воде грунты уплотняются естественным образом). В качестве материала тела плотины используют грунты от глинистых до гравийно — галечных.
Насыпные грунтовые плотины подразделяются на виды. В зависимости от конструкции тела плотины они могут быть:

• однородные;
• неоднородные;
• неоднородные с экраном из негрунтовых материалов;
• с грунтовым ядром;
• с негрунтовой диафрагмой;
• с грунтовым экраном;

В зависимости от конструкции противофильтрационных устройств:

• с зубом;
• с инжекционной (цементационной) завесой;
• со стенкой, шпунтом;
• с понуром;

Земляная намывная плотина возводится намыванием грунта тела плотины с помощью пульповодов. Материалом для тела плотины служат грунты от глинистых до гравийно-галечных.
Намывные земляные плотины делятся на виды:

• однородные:
  • с принудительно формируемыми откосами;
  • со свободно формируемыми откосами;
  • узкопрофильные;
• неоднородные:
  • с ядром;
  • с центральной зоной;
• смешанные:
  • с насыпным ядром из глинистого грунта и намывными боковыми зонами;
  • с насыпными банкетами из горной массы и намывной одной центральной зоной;
  • с центральной негрунтовой диафрагмой и намывными боковыми призмами;

Каменно-земляные плотины возводятся отсыпкой насухо с уплотнением,в воду или способом направленного взрыва. Тело плотины выполняется из крупнообломочных грунтов, а для противофильтрационных устройств используют грунты от глинистых до мелкопесчаных.
Каменно-земляные плотины подразделяются на виды:

• с грунтовым экраном;
• с грунтовым ядром;
• с верховой грунтовой призмой;
• с центральной грунтовой призмой;
• с комбинированным противофильтрующим устройством;

Среди каменно-земляных плотин, возводимых направленым взрывом, выделяют следующие виды:

• с грунтовым экраном и понуром;
• с инъекционной диафрагмой;

Каменно-набросные плотины возводятся отсыпкой грунта насухо с уплотнением, в воду или направленым взрывом. Для тела плотины используются крупнообломочные грунты, а для противофильтрационные устройства выполняют из негрунтовых материалов.
Каменно-набросные плотины подразделяются на два вида:

• с экраном из негрунтовых материалов;
• с диафрагмой;

Проектирование земляной плотины

Выбор створа, типа и конструкции плотины. Проведение технико-экономического и инженерно-геологического обоснования. Материалы, используемые для строительства однородных плотин. Свойства противофильтрационных элементов. Учёт требований охраны природы.

• посмотреть текст работы

• скачать работу можно здесь

• полная информация о работе

• весь список подобных работ

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://allbest.ru

1. Проектирование земляной плотины

Выбор типа и конструкции плотины является основным вопросом проектирования, который решается на основании технико-экономического сопоставления различных вариантов исходя из топографических, инженерно-геологических, гидрологических и климатических условий, и прежде всего наличия грунтовых строительных материалов в близлежащих карьерах и максимального использования материалов из полезных выемок.

Земляные насыпные плотины можно возводить из всех грунтов, кроме грунтов, содержащих растворимые включения хлоридных солей более 5% по массе и содержащих не полностью разложившиеся органические вещества также более 5% по массе.

Для строительства однородных плотин чаще всего используются суглинки и супеси, а также мелкозернистые и среднезернистые пески, обладающие достаточной водонепроницаемостью и фильтрационной прочностью.

Песчаные и гравийно-галечниковые грунты применяются для устройства тела (верховый и низовой призм) всех типов земляных плотин.

Противофильтрационные элементы плотины (ядра, экраны, понуры, зубья) устраиваются из маловодопроницаемых грунтов (глинистые грунты, торф, грунтовые смеси) с коэффициентом фильтрации менее 10 -4 м/с.

Плотины из грунтовых материалов практически всегда бывают глухими, т.е. не допускают перелива воды через гребень.

Пропускать паводки через недостроенную плотину или гребень допускается в исключительных случаях для некоторых типов плотин малой высоты.

Часть водотока выше створа плотины называют верхним бьефом гидроузла (ВБ), ниже створа — нижним бьефом (НБ). За счет подпора воды плотиной в верхнем бьефе образуется водохранилище.

В водохранилищах различают три расчетных уровня воды: форсированный подпорный уровень (ФПУ), нормальный подпорный уровень (НПУ) и уровень мертвого объема (УМО).

Объем верхнего бьефа, заключенный между НПУ и УМО, называют полезным объемом, расположенный ниже УМО, — мертвым.

Отметки НПУ и УМО устанавливают на основании водохозяйственного расчета. Так, отметка НПУ определяется исходя из требуемого полезного объема водохранилища, топографии чаши, а также объема стока.

2. Выбор створа и типа плотины

Створ плотины следует выбирать на основании технико-экономического сопоставления вариантов в увязке с компоновкой гидроузла и в зависимости от: топографических, гидрологических, инженерно-геологических условий площадки: строительства и требований охраны природной среды, определяемых СНиП РК 3.04-01-2008.

При этом следует учитывать:

— необходимость расположения водопропускных сооружений таким образом, чтобы исключить возможность опасных размывов берегов, подмыва плотины при сбросе воды в нижний бьеф и отложения продуктов размыва в размерах, ухудшающих условия эксплуатации гидроузла;

— возможность пропуска воды через створ плотины в период ее строительства, а также возможность прокладки по плотине и на подходах к ней дорог различного назначения, как в период строительства, так и в период эксплуатации;

— целесообразность включения перемычек (банкетов), необходимых для перекрытия русла реки в период строительства гидроузла, в тело плотины;

— режим расходов и уровней водотока;

— условия пропуска льда, наносов, леса, судов, рыбы и другие специальные требования, предъявляемые к проектируемому объекту;

— возможность образования незамерзающей зимой полыньи в нижнем бьефе и ее влияние на повышение влажности воздуха и туманообразования на прилегающей территории.

При прочих равных условиях плотину предпочтительно располагать в наиболее узкой части долины. Ось долины должна быть по возможности нормальна к общему направлению долины и течению реки.

3. Конструирование поперечного профиля плотины

Основной задачей проектирования поперечного профиля плотины является определение отметки гребня плотины и его ширины, а также назначение заложения откосов плотины. Размеры поперечного профиля зависят от типа плотины, ее высоты, характеристик грунта тела плотины и ее основания, а также условий строительства и эксплуатации.

3.1 Конструкция гребня плотины, его размеры и отметки

Гребень плотины конструируем из условий производства работ и эксплуатации плотины. Прежде всего, необходимо обеспечить проезд транспорта и сельскохозяйственной техники. Поэтому ширину гребня принимаем соответствующей II категории дороги равной в=15,0 м, при этом ширина проезжей части А=7,5 м, а обочин Б=3,75 м.

Для отвода поверхностных вод в поперечном направлении гребню плотины придаем двусторонний уклон, принимая его равным 1,5%, покрытие дороги — асфальтобетон. В пределах обочин в соответствии с ГОСТ 23757-99 устраиваем ограждения в виде парапетов.

Отметку гребня определяем из условия недопущения перелива воды через гребень плотины по СНиП РК 3.04.02-2008.

Высоту плотины назначаем с превышением d под расчетным уровнем воды в водохранилище, гарантирующим отсутствие перелива воды через гребень и равным:

где Дh — высота ветрового нагона воды, м

h_H — высота наката волн на откосе плотины, м

а — конструктивный запас, принимаемый как большее из значений 0, 5

h_1% — высота волн 1% -вероятности превышения.

Расчеты по формуле (1) следует приводить для двух расчетных случаев:

1. Уровень воды на или выше него (основное сочетание нагрузок и воздействий)

2. Уровень воды на при пропуске максимального поверечного расхода воды (особое сочетание нагрузок и воздействий)

Расчетную скорость ветра в первом случае принимаем 1%-й вероятности превышения, наблюдаемую в течении года, а во втором — 50%-й вероятности превышения наблюдаемую во время форсировки уровня.

В качестве расчетной отметки гребня плотины принимаем большую из отметок:

где Z_нпу и Z_фпу — отметки нормального и форсированного подпорных уровней.

Высоту ветрового нагона определяем по зависимости

где К_{в —} коэффициент зависящий от скорости ветра;

W — расчетная скорость ветра на высоте 10 м, над уровнем воды, м/с;

D — длина разгона ветровой волны, м;

q — ускорение свободного падения, мс 2 ;

H -условная расчетная глубина воды в водохранилище;

_{в —} угол между продольной осью водоема и направлением господствующих ветров, град.

Определяем высоту ветрового нагона при НПУ

Высоту наката ветровой волны для вероятности превышения расчетного шторма вычисляем по следующей формуле

Высоту волны 1%-й вероятности превышения определяем:

1. Вычисляем безразмерные комплексы

где t — продолжительность действия ветра, принимаем при отсутствии практических данных 6ч = 21600с.

То же при отметке ФПУ

2. По графику для каждого из найденных комплексов определяем значения относительных параметров и и выбираем наименьшее значение [1].

3. Устанавливаем среднюю высоту волны и средний период полны

4. Вычисляем среднюю длину волны по формуле

5. Высоту волны 1%-ной вероятности превышения определяем по формуле

где К_i — коэффициент, устанавливаемый по графику при 1%-ной вероятности превышения в зависимости от значения безразмерного комплекса [2].

6. Коэффициенты К и К_НП зависят от типа и относительной шероховатости крепления откосов (rh_1%), их принимают по таблице [2], для бетонных или железобетонных плит К=1,0 и К_нп=0,9.

7. Значение коэффициента К_С принимают по таблице, в зависимости от скорости ветра и угла наклона откоса, (m_б ) [2].

8. Коэффициент К_в — коэффициент, учитывающий угол подхода фронта волны к сооружению (в — угол между направлением фронта волны и нормалью к оси плотинв) определяется по таблице [2]. При значении угла в=0?, коэффициент К_в =1,0.

9. К_НГ — коэффициент зависящий от пологости волны — принимается по рисунку [2].

При vНПУ , следовательно К_НГ =1,1.

При vФПУ , следовательно К_НГ =1,4.

10. К_Нi — коэффициент, учитывающий обеспеченность (i%) по накату, принимается по таблице [2]. Примем i=4%, тогда К_Нi =0,93.

11. Подставляя найденные коэффициенты в формулу (5) получим

11.Подставляя найденные значения в формулу (1) получим

12. Определим расчетную отметку гребня по формулам (2) и (3)

Так как при ФПУ отметка гребня получилась больше, то с округлением до 359,5 м найденное значение принимаем в качестве расчетного.

Расчетная высота плотины

3.2 Очертание и крепление откосов

Откосы плотины должны быть устойчивыми во время ее строительства и эксплуатации при воздействии статических и динамических нагрузок, фильтрации, капиллярного давления, волн и др.

Выбор заложения откосов (m₁ — верхового и m₂ — низового) плотины производится на основе опыта строительства и эксплуатации аналогичных сооружений с учетом физико-механических характеристик грунтов тела плотины и основания, действующих на откосы сил, высоты плотины, методов производства работ по возведению плотины и условий ее эксплуатации.

Принимаем значения заложений верхового откоса равным m₁=3,0, а низового m₂=2,25 согласно таблицы 3.2 [3], как для однородной земляной плотины из песчаного грунта.

Для защиты верхового откоса земляной плотины от разрушительного действия волн, льда, течения воды, атмосферных осадков и других факторов согласно спец. указаниям по заданию предусмотрено крепление верхового откоса плотины железобетонными плитами.

Верхнюю границу основного крепления выполняем на отметке 359,5 м, соответствующей отметке гребня плотины. Нижнюю границу основного крепления назначаем на глубину 2h_1%, отсчитываемую от отметки УМО=352,5м. 2h_1% =2?1,15=2,3м

Для крепления верхового откоса принимаем сборные железобетонные плиты размером 2?2м и толщиной 0,1м. Масса одной плиты 1т. Плиты объединяем в карты размером 8?8 м путем омоноличивания швов.

Принятую толщину плиты д_n проверяют на всплытие и использованием зависимости

где з_пл — коэффициент, принимаемый для сборных плит 1,1;

г_пл — объемная масса плиты, т/м 3 , г_пл =2,5т/м 3 ;

В — размер плиты или карты в направлении, нормальном к урезу воды, м;

и — параметры волны, м;

г — объемная масса воды, принимается равной 1т/м 3 .

Результат расчета подтверждает возможность крепления верхового откоса плитами толщиной 0,1м. Под проницаемым креплением из железобетонных плит устраиваем подготовку из одного слоя разнозернистого материала толщиной t_п=0,4 м.

Низовой откос крепим отсыпкой гравия (щебня) слоем толщиной 0,2 м.

3.3 Дренаж, противофильтрационные элементы и сопряжение плотины с основанием и берегами

Противофильтрационные устройства проектируют из грунтовых и негрунтовых материалов. Конструктивно их выполняют в виде экрана, понура, ядра, диафрагмы, зубьев, шпунтовых стенок, траншейных шпор, инъекционных завес и др.

При проектировании противофильтрационных устройств необходимо обеспечить их сопряжение друг с другом, с основанием по подошве и в береговых примыканиях, то есть создать сплошную противофильтрационную завесу, конструкцию которой принимают на основании технико-экономического сравнения вариантов.

Согласно заданию в качестве противофильтрационного элемента земляной плотины принимаем ядро из суглинистого грунта с коэффициентом фильтрации К_я=0,009 м/сут.

Толщину ядра поверху назначаем из условия производства работ равной =3,0 м с постепенным утолщением к низу, а понизу =5,6 м. Гребень ядра выше отметки ФПУ с учетом ветрового нагона на 0,5м =358,5 м.

Для сопряжения противофильтрационного ядра в теле плотины с основанием устраиваем зуб из глинистого грунта.

строительство плотина противофильтрационный

4. Фильтрационные расчеты плотины и основания

В соответствии со СНиП РК 3.04-02-2008 фильтрационные расчеты следует выполнять для определения фильтрационной прочности тела плотины, ее основания и берегов; расчета устойчивости откосов плотины и берегов; обоснования наиболее рациональных и экономичных форм, размеров и конструкций плотины, ее противофильтрационных и дренажных устройств.

В ходе выполнения расчетов определяем:

1) положение депрессионной кривой,

2) фильтрационный расход воды через тело плотины и ее основание,

3) скорости и градиенты напора фильтрационного потока в теле плотины, основания, а также в местах выхода фильтрационного потока в дренаж, в нижний бьеф, в местах контакта грунтов с различными характеристиками и на границе противофильтрационных устройств.

Для расчета грунтовой плотины с ядром применяем виртуальный метод, в котором ядро с заданными размерами и коэффициентом фильтрации =0,009 м/сут заменяем приведенным ядром призматической формы с коэффициентом фильтрации =0,4 м/сут.

Плотина тем самым приводится к эквивалентной по фильтрационным свойствам однородной плотине.

Порядок расчета следующий.

1. Находим среднюю толщину ядра

где и — толщина ядра поверху и понизу.

2. Определяем приведенную (виртуальную) толщину эквивалентного ядра

3. Вычисляем приведенную ширину гребня плотины

4. Дальнейший расчет ведем как однородной плотины без дренажа с заменой в формулах величины на , а вместо — величину .

Вначале считаем, что плотина водопроницаема, а основание водонепроницаемо, и для этой схемы определяем фильтрационный расход через тело плотины и строим кривую депрессии.

Затем принимаем схему, в которой плотину считаем водонепроницаемой, а основание водопроницаемым и определяют фильтрационный расход через основание .

Общий фильтрационный расход определяем как сумму расходов через плотину и основание:

Высота выхода депрессионной кривой на низовой откос над уровнем основания плотины в нижнем бьефе равна

где Н₁ и Н₂ — глубина воды в верхнем и нижнем бьефах;

L_р — ширина эквивалентного профиля плотины по основанию:

где — коэффициент, учитывающий крутизну верхового откоса, определяемый по формуле Г. К. Михайлова

Расход фильтрационного потока через тело плотины определяем по зависимости

где — коэффициент фильтрации тела плотины.

Задаваясь значениями «х» в диапазоне от х=4,0м до х=16,9 м и от х=208,0 м до х=.241,5-2,25х2,29=236,2 м

3.1.3. Грунтовые плотины и дамбы

3.1.3. Грунтовые плотины и дамбы должны быть предохра­нены от размывов и переливов воды через гребень. Крепления откосов, дренажная и ливнеотводящая сети должны поддерживаться в исправном состоянии. Грун­товые сооружения, особенно каналы в насыпях и во­допроницаемых грунтах, плотины и дамбы, должны пре­дохраняться от повреждений животными.

Бермы и кюветы каналов должны регулярно очи­щаться от грунта осыпей и выносов, не должно допус­каться зарастание откосов и гребня земляных соору­жений деревьями и кустарниками, если оно не предус­мотрено проектом. На подводящих и отводящих кана­лах в необходимых местах должны быть сооружены лестницы, мостики и ограждения.

Нормальная работа земляных плотин и дамб зависит от состояния противофильтрационных конструкций (ядра, экранов, дренажа, сопрягающих устройств), защитного крепления верховых откосов (покрытий, защищающих главным образом от волнового воздействия воды), системы отвода поверхностных вод с гребня и низовых откосов (ливневой канализации).
Размыв плотин может произойти вследствие действия грунтовых вод в основании и теле сооружения, действия ливневых вод, а также при переливе воды через гребень плотины. Поэтому при эксплуатации сооружений тщательно контролируется работа дренажа и водоупорных элементов, ремонтируется и расчищается ливневая канализация с тем, чтобы не допускать повышения уровня воды выше предусмотренного проектом. Восстановление работоспособности дренажа и водоупорных элементов производится немедленно после выявления необходимости в этом.
При эксплуатации земляных плотин могут возникнуть просадки и оползание откосов и гребня, просадка грунта в пазухах бетонных сооружений в местах примыканий земляных плотин, пучение откосов. Эти неблагоприятные явления бывают обычно следствием недоброкачественного производства строительных работ (укладка мерзлого и переувлажненного грунта, недостаточное его уплотнение и пр.) и поэтому возникают, как правило, в начальный период эксплуатации, весной или осенью. Устранение этих дефектов требует полной разборки поврежденных участков и повторной укладки грунта в тело плотины с соблюдением технологии производства работ и повышенных мер безопасности на случай непредвиденного развития дефектов во время выполнения ремонтных работ.
Поддержание в исправном состоянии крепления верхового откоса обеспечивает сохранность тела плотины при воздействии волн; поврежденное крепление не препятствует волновому размыву грунтового тела плотины, что может привести к ее аварии.
Грунтовые сооружения могут быть повреждены как землероями, проделывающими ходы в теле сооружения, что создает опасные пути для сосредоточенной фильтрации воды, так и домашним скотом, уничтожающим защитный травяной покров на гребне плотин и откосах плотин и канав, что облегчает смыв грунта ливневыми и талыми водами с последующим разрушением откосов. Поэтому необходимы систематическая борьба с грызунами (устройство канав глубиной до 0,5-0,7 м вдоль плотин и дамб, заделка вскрытых ходов, заливка нор водой, применение химических средств и т.п.) и запрещение выпаса скота в пределах гидротехнических сооружений.
Разведение кустарников и деревьев на откосах и гребнях земляных сооружений требует подбора сортов и видов растительности с учетом грунта тела сооружения, глубины залегания грунтовых (фильтрационных) вод, климата и других факторов. Необходимо разводить долговечные растения, корни которых укрепляют сооружение, поскольку при быстром отмирании растений их корневые системы могут явиться путями фильтрации и выноса грунта. Бессистемное зарастание берм и откосов плотины деревьями, кустарником и другой растительностью приводит к усложнению визуального контроля, фиксации начавшихся процессов эрозии и повреждении, а также свидетельствует о низком уровне эксплуатации всего энергообьекта.
Устройство лестниц, мостиков, ограждений должно осуществляться в соответствии с проектом организации эксплуатации электростанции и отвечать требованиям РД 153-34.0-03.205-2001 [9].
Вышеперечисленные требования к грунтовым плотинам полностью распространяются на ограждающие дамбы золоотвалов тепловых электростанций, хотя по условиям проектирования, возведения и эксплуатации дамбы золоотвалов имеют свою специфику.

Грунтовые плотины

Грунтовые плотины

Плотины возводятся в целях создания искусственных водоемов. Одним из самых распространенных типов плотин является грунтовая их разновидность, само ее название говорит о том, что в качестве основного материала для возведения плотины служит грунт.

Такой тип плотин достаточно распространен, в основном потому, что грунт — это тот материал, который не требует использования дорогостоящей технологии добычи. Немаловажен и тот факт, что грунтовая плотина может возводиться в практически любом климатическом поясе, также её строительство не имеет ограничений по высоте и ширине.

Несправедливым было бы утверждать, что грунтовые плотины лишены недостатков. Конечно же, они есть. Сюда можно отнести и то, что в теле строения имеется в наличии фильтрационный поток, кроме того, довольно большие объемы воды могут быть утрачены в результате того, что грунт имеет высокую водопроницаемость.

Отметим и сложности, сопряженные со строительством грунтовых плотин в условиях длительных по времени отрицательных температур воздуха, неравномерных осадков по продольному и поперечному профилям.

Типы земляных плотин

Все грунтовые плотины можно подразделить на несколько типов в зависимости от того, как именно осуществлялись работы. Так, выделяют конструкции с отсыпкой грунта насухо, с отсыпкой в воду, с механическим уплотнением материала, намывные плотины и те, что создаются при помощи направленных взрывов.

Ещё одно подразделение на типы зависит от конструкции препятствующих фильтрации устройств и тела самой плотины. Тут принято выделять плотины из неоднородного и, напротив, однородного грунта, с экраном из негрунтового или грунтового материала, с диафрагмой, выполненной из негрунтового материала и ядром из грунтового материала.

В зависимости от того, какие именно противофильтрационные меры были приняты при строительстве плотины, выделяют плотины с диафрагмой, замком, зубом, инъекционной или висячей завесой, со шпунтовой стенкой. Могут также использоваться комбинации из этих конструкций.

Если говорить о разделении грунтовых плотин на классы в соответствии со СНиП, то такая классификация подразумевает наличие четырех классов. От того, какой класс имеет плотина, напрямую зависят используемые расчетные характеристики.

Рисунок: Противофильтрационные устройства в основании грунтовых плотин:

a — зуб; б — замок; в — шпунтовая стенка; г — шпунтовая стенка в сочетании с зубом; д — инъекционная завеса, доведенная до водоупора; e — висячая инъекционная завеса; ж — понур в сочетании с экраном

При строительстве грунтовой плотины основополагающим этапом принято считать выбор вида её створа. Располагают створ в зависимости от того, каковы в данной местности топографические, инженерно-геологические и гидрогеологические условия. Такие условия влияют на водопроницаемость грунта, а также на его прочностные качества. Для определения объемов воды и расчетных расходов требуется проведение гидрологических изысканий, в процессе которых намечают несколько мест для расположения створов. Выбирается один из них на основе анализа технико-экономических показателей, а сам результат изысканий оформляется как чертеж с пояснительной запиской.

В плотинных водоемах, которые были созданы при помощи грунтовых плотин, различают 3 уровня поверхности воды. УМО — уровень мертвого объема, НПУ — так называют нормальный подпорный уровень и ФПУ — аббревиатура от словосочетания «форсированный подпорный уровень» (самый верхний).

Принято обозначать специальными терминами верхнюю и нижнюю часть поперечного сечения плотины, которое образует трапецию. Верхняя часть этой трапеции называется гребнем, нижняя же — подошвой.

Огромное значение при строительстве плотины имеют характеристики грунта. Нормативы предписывают исключать из применяемых материалов грунты с содержанием более пяти процентов водорастворимых солей, к ним относят хлоридные и сульфатно-хлоридные типы, содержание же сульфатных солей не должно превышать двух процентов общей массы грунта. Ещё один тип грунтов, не используемый в строительстве плотин — грунт в котором содержится более восьми процентов неразложившихся органических соединений.

Геология и оценка грунтов

Во время проведения оценки грунтов, используемых для основания плотины, следует обращать внимание на наличие суффозионных грунтов, а также на избыточное поровое давление при консолидации грунта. Если в месте расположения плотины имеются иловые грунты, нужно предусмотрите систему дренирования основания, также этот фактор должен сигнализировать об ограничении плотины по высоте и более низких темпах возведения плотины. Если в основании имеется торф, то плотина должна возводиться с учетом его осадки, степень же разложения торфа должна быть не менее пятидесяти процентов. Грунты с имеющимися в них корневыми системами растений и ходами животных-землероев следует удалить.

Что касается создания противофильтрационных систем, то их следует выполнять из грунтов с низкими характеристиками водопроницаемости — глин, суглинков, глинобетона. Ещё в таких целях нередко используют асфальт, бетон, полимерные материалы. Допускается использование торфа со степенью разложения не менее пятидесяти процентов для экранов и понуров.

Откосы плотин из грунта испытывают давление со стороны волн, и показатели этого давления нужны для определения оптимальной высоты конструкции. При определении показателей используют специальную формулу, которую можно найти в справочных изданиях.

Основные расчеты

Для этого следует знать высоту волны, ее длину и период повторяемости. Кроме высоты наката волны, требуется определить ещё и высоту ветрового нагона волны. Для этого существует формула вида h= 2*10-6 W2D/gH*cos a₃

За W принимают скорость ветра заданной вероятности превышения, измеряемую в м/с; D — длина разгона волны в метрах; g — ускорение силы тяжести, м/c 2 ; Н—средняя глубина воды в зоне ветрового нагона в метрах; α_B — угол между продольной осью водоема и направлением ветра, измеряемый в градусах.

При расчете показателей конструктивных элементов плотины обращают внимание на максимальную высоту плотины и ширину её гребня. Гребень обычно применяется для прохода и проезда транспорта. В таком случае ширина гребня определяется той категорией дороги, которая по нему будет проходить, однако в любом случае она должна быть не менее пяти метров. Если на гребне не планируется проезд транспорта, его ширина может составлять от трех метров.

При расчете отметки гребня плотины, исходя из условия о недопустимости перелива воды, то есть превышения d над расчетным форсированным уровнем, используется формула

где h_H — величина наката волны на мокрый откос в метрах; h — величина ветрового нагона волны в метрах; α— конструктивный запас. Последний берется как большее из значений 0,5 метра или 0,1/г 1% (высоты волны в метрах с вероятностью превышения 1 %).

Рисунок: Поперечное сечение грунтовой плотины:

1 — верховой откос; 2 — берма верхового откоса; 3 — упор крепления; 4 — крепление верхового откоса; 5 — гребень плотины; 6 — тело плотины; 7 — низовой откос; 8 — берма низового откоса; 9 — крепление низового откоса; 10 — дренажная призма; 11 — естественная поверхность грунта; 12 — основание плотины; 13 — замок; 14 — водопроницаемое основание плотины; 15 — водопроницаемое основание плотины; H — высота плотины

Мокрый откос плотины, подверженный воздействию волн, как правило, укрепляют прочными материалами. На крупных сооружениях часто применяют бетонные и железобетонные плиты, толщину которых также высчитывают по специальной формуле.