2. Конструирование поперечного профиля плотины

Один из основных вопросов проектирования плотины из грунтовых материалов - определение устойчивого и экономически выгодно ее профиля. Размеры поперечного профиля зависят от типа плотины, ее высоты, характеристик грунта тела плотины и ее основания, а также условий строительства и эксплуатации.

Гребень плотины конструируют из условий производства работ и эксплуатации плотины. Прежде всего необходимо обеспечить проезд транспорта и сельскохозяйственной техники. Поэтому ширину гребня принимают в зависимости от категории дороги (табл. 1.1), но не менее 4,5 м (СНиП 2.06.05-84).

В поперечном направлении дороге придают двусторонний уклон, принимая его равным при асфальтобетонном покрытии 1,5%, при булыжном или грунтовом покрытии – 3%. Обочинам обычно придают несколько больший уклон. В пределах обочин в соответствии с ГОСТ 23457-79 устраивают ограждения в виде надолб, низких стенок или парапетов.

Рис. 1. Конструкции гребня плотины: а - без парапета; 6 - с парапетом; 1 - проезжая часть: 2 - обочина; 3 - столбы-надолбы: 4 - парапет; 5 - крепление откоса (размеры в м)

Таблица 1. Основные параметры поперечного профиле автомобильных дорог

Категория дороги	Ширина, м
	проезжей части (А)	обочины (Б)	земляного полотна
II III IV V	7,5 7,0 6,0 4,5	3,75 2,50 2,00 1,75	15 12 10 8

При категории автодорог 3: Ширина проезжей части 7м, обочины – 2,5 м, земляного полотна – 12 м.

Если гребень 1плотины делают из глинистых грунтов, то во избежание его пучения пари морозах предусматривают защитный слой из песчаного или гравийного грунта (щебня). Толщину защитного слоя, включая толщину покрытия дороги, следует назначать не менее глубины сезонного промерзания в данном районе.

Отметку гребня определяют по методике, приведенной в п. 2, из условия недопущения перелива воды через гребень плотины.

Откосы плотины должны быть устойчивыми во время ее строительства и эксплуатации при воздействии статических и динамических нагрузок, фильтрации, капиллярного давления, волн и др. Коэффициенты заложения откосов предварительно назначают по рекомендациям, а также опыту строительства и эксплуатации плотин-аналогов; затем их устойчивость проверяют специальным расчетом (см. п. 8). Ориентировочные значения заложения откосов земляных насыпных плотин при прочности грунтов в основании не меньшей, чем в теле плотины, приведены в таблице 1.2.

Таблица 2. Коэффициенты заложения откосов земляных насыпных плотин

Типы плотин	Заложения откосов при высоте плотины, м
	до 5		от 5 до 10		от 10 до 15
	верхо-вого	низо-вого	верхо-вого	низо-вого	верхо-вого	низо-вого
Однородные без дренажа: глинистые грунты песчаные грунты Однородные с дренажем: глинистые грунты песчаные грунты Песчаные с суглинистым экраном без дренажа Песчаные с суглинистым ядром без дренажа	2,00 2,50 2,00 2,50 2,25 3,00	1,75 2,00 1,50 1,75 2,00 2,00	2,50 2,75 2,50 2,75 2,50 3,00	2,00 2,25 1,75 2,00 2,25 2,00	3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,25	2,25 2,25 2,00 2,00 2,50 2,50

В соответствии с выбранным типом плотины (однородные без дренажа (глинистые грунты)): заложение верхового откоса 3, низового – 2,25.

При высоте насыпных плотин от 15 до 50 м коэффициенты заложения верхового откоса принимают в пределах 3...4, а низового – 2,5...5. Если на верховом откосе плотины устроен экран из материала, имеющего более низкие значения угла внутреннего трения и коэффициента сцепления, чем грунт основного тела плотины, заложение верхового откоса следует назначать с учетом не только обрушения откоса в целом, но и сдвига экрана по поверхности откоса, а также сдвига защитного слоя по поверхности экрана.

Таблица 3. Коэффициенты заложения откосов намывных плотин

Типы плотин	Грунты основания	Заложения откосов
		верхового	низового
Неоднородные гравийно-песчаные с ядерной зоной Однородные песчаные нормального профиля	Скальные, плотные глины Пески, супеси Торф, старичные отложения	3…4 4…5 5…8	3…4 4…5 5…8

В каменно-набросных плотинах среднее заложение низового откоса обычно принимают равным котангенсу угла естественного откоса каменной наброски, а верховой откос выполняют более крутым. Крутизну верхового и низового откосов каменно-земляных плотин с ядром принимают одинаковой или верховой откос выполняют более пологим. В плотинах с экраном верховой откос выполняют значительно положе, его уклон определяется прочностными характеристиками грунтов экрана и пригрузки. Заложения откосов плотин из крупнообломочных материалов предварительно назначают по данным таблицы 4.

Таблица 4. К-ты заложения откосов плотин из крупнообломочных грунтов

Типы плотин	Заложения откосов
	верхового	низового
Каменно-набросные Каменно-земляные с ядром Гравийно (щебнисто)-земляные с ядром Каменно-земляные с экраном Гравийно (щебнисто)-земляные с экраном	1,2…1,3 1,5…2,0 2,0…2,5 2,0…3,0 2,5…3,5	1,3…1,4 1,3…2,0 2,0…2,5 1,3…2,0 2,0…3,0

Приведенные данные характеризуют средние по высоте заложения откосов. Реальные откосы, особенно у плотин значительной высоты, обычно имеют ломаное очертание с постепенным увеличением пологости к подошве, что позволяет запроектировать более экономичный профиль сооружения.

На высоких откосах при необходимости примерно через 10 м устраивают бермы, размеры которых определяются условиями производства работ, эксплуатационного проезда, сбора и отвода ливневых вод на низовом откосе. На верховом откосе берму можно располагать в конце крепления для создания необходимого упора. Ширину берм земляных плотин назначают в пределах 1...3 м, а для плотин из каменных материалов – не менее 3 м. При необходимости проезда по берме ее ширину определяют по нормам проектирования дорог. Во всех случаях устройство берм не должно приводить к общему уположению откоса по сравнению с расчетным.