10.6 Типы и конструкции плотин
Для задержания вод местного стока чаще строят земляные (из местных грунтов практически всех видов) плотины. Они пригодны для любых геологических и климатических условий, просты по конструкции, надежны и долговечны. Все работы по возведению таких плотин можно полностью механизировать.
Земляные плотины, как правило, выполняют глухими, то есть вода через их гребень не переливается. Они могут быть насыпными и намывными. Насыпные плотины возводят послойно отсыпкой сухих грунтов с последующим уплотнением. Для намывных плотин грунт разрабатывают, транспортируют и укладывают средствами механизации.
Для снижения фильтрации через земляные плотины применяют различные противофильтрационные устройства (экран, ядро, диафрагма).
По конструкции поперечного профиля земляные плотины могут быть однородными и неоднородными (рис. 10.6).
Рис. 10.6. Конструкции земляных плотин:
а – из однородного грунта с замком; б, в – с глиняным ядром и замком; г – с глиняным экраном; д– из однородного грунта со шпунтом; е– из однородного грунта с дренажной песчано-гравелистой отсыпкой; 1 – гребень плотины; 2 - супесь; 3 – суглинок; 4 – глина; 5 – песчаный грунт; 6 – глиняный зуб; 7 – песчано-гравелистая отсыпка; 8 - замок; 9 – водоупорный слой; 10 - песок; 11 - шпунтовой ряд; 12 – ядро
Размеры поперечного профиля плотины (рис. 10.7) зависят от ее типа, высоты, характера грунтов основания, условий строительства и эксплуатации.
Гребень – самая высокая часть плотины. Ширину его определяют с учетом типа плотины, проезда транспорта и эксплуатационных требований. Если проезд по гребню не предусматривается, его ширина должна быть не менее 3 м; если по гребню будет проходить автомобильная дорога шириной 10-12 м.
Рис. 10.7. Элементы поперечного профиля земляной плотины:
1, 4 – верховой и низовой откосы; 2 – крепление откоса; 3 – гребень плотины; 5 – тело плотины; 6 – дренажная призма; 7–основание плотины; b–ширина плотины по гребню; В – ширина плотины понизу; Н – высота плотины; m1, m2 – коэффициенты заложения верхового и низового откосов
Высоту плотины выбирают с таким расчетом, чтобы через гребень не переливалась вода. Поэтому превышение гребня плотины над ФПУ определяют с учетом высоты наката волны на откос и ветрового нагона. Это превышение обычно составляет I-1,5 м.
В процессе эксплуатации возможна осадка плотины в результате уплотнения грунтов в ее теле и основании. Поэтому строительную высоту плотины принимают больше проектной на значение предполагаемой усадки (обычно на 5-10 %).
Откосы плотины должны обеспечивать устойчивость сооружения и его основания при всех возможных условиях строительства и эксплуатации плотины. Заложение верхового откоса назначают для суглинков 1:2,5-1:3, супесей 1:3-1:3,5, песков 1:3,5-1,4; низового – соответственно 1:1,5-1:2, 1:2-1:2,5 и 1:2,5-1,3.
В целях предохранения верхового откоса от разрушения применяют различные виды его крепления – каменную наброску, бетонные монолитные и железобетонные плиты, асфальтобетонные покрытия, биологическое крепление (высаживают древесные и кустарниковые породы). Наиболее дешевое и надежное крепление – биологическое.
Древесные насаждения (обычно ива кустарниковая и древовидная) высаживают на откосе весной, после пропуска весеннего паводка, по урезу воды (НПУ). Хорошо развитые кустарники обеспечивают полное гашение волн у поверхности откоса, и даже в ветреную погоду вода у откосов плотины находится в спокойном состоянии. Поэтому смыва и разрушения грунта на откосе с биологическим креплением не бывает. Корневая система, пронизывая грунт на глубину около 30 см, придает плотине большую прочность и долговечность.
В некоторых случаях целесообразно устройство пологих волноустойчивых верховых откосов. В специальном креплении они не нуждаются.
Низовые откосы для предохранения от разрушения засевают многолетними травами или обкладывают дерном.
Принимают и отводят фильтрационные воды в плотинах дре-нажи из проницаемых материалов (песок, каменная наброска) или труб, защищенных от заиления фильтрующими материалами.
Для снижения фильтрации под основанием плотины устраивают замок (как правило, из глины) шириной понизу 1-1,5 м с откосами 1:0,5 или 1:1. Его врезают в водоупорный слой на глубину 3 м. Если водоупорный слой залегает глубже 3 м, то обычно сверху (на глубину 2-3 м) создают замок, а ниже, до водоупорного слоя (в глубь него на 0,5 м) забивают шпунтовую стенку.
Фильтрацию через тело плотины уменьшают экраном из мятой глины или полиэтиленовой пленки. Экран укладывают вдоль мокрого откоса на глубине 0,7-0,8 м и покрывают слоем крупнозернистого песка 0,7-0,8 м. Гребень его должен быть на 0,3-0,8 м выше отметки ФПУ и на 1-1,2 м ниже отметки гребня плотины. Толщину экрана сверху принимают 0,8 м, снизу – до 2 м.