2.5.4 Противофильтрационные устройства
Противофильтрационные устройства выполняются в основном с целью уменьшения расхода и пьезометрических уклонов фильтрационного потока в теле плотины, а также снижения положения кривой депрессии в низовой части плотины.
Необходимость создания противофильтрационных устройств, как прави-ло, диктуется физико-механическими свойствами грунта тела плотины и основания и в первую очередь их степенью водопроницаемости.
Наиболее распространенными типами противофильтрационных устрой-ств из маловодопроницаемых грунтовых материалов являются экраны, ядра, понуры, замки, зубья.
В качестве материала принимают жирные суглинки, глины или глино-бетон (смесь глины, песка и гравия в соотношении 1:2:2 – 1:1:2). Коэф-фициент фильтрации материала ядер, экранов, понуров должен быть как минимум в 50 раз меньше коэффициента фильтрации грунта тела плотины.
Выбор типа противофильтрационного устройства выполняется в зави-симости от характера грунтов тела плотины и основания, глубины залегания водоупора, наличия местных материалов, условий производства работ, экс-плуатации и ряда других факторов.
Тип противофильтрационного устройства при выполнении курсового проекта рекомендуется принимать в основном в зависимости от величины коэффициента фильтрации грунтов тела плотины и основания, а также от глубины залегания водоупора, считая что при коэффициенте фильтрации грунта Кф < 0,3 м/сутки в создании противофильтрационного устройства нет необходимости.
Следует отметить, что при проектировании плотины из связных грунтов (глины, суглинки) необходимо предусматривать защиту грунта тела плотины от промерзания путем устройства защитного слоя из несвязного грунта, которым покрываются откосы и гребень плотины. В случае создания противофильтрационных устройств из грунтовых материалов они также покрываются защитным слоем из несвязного грунта. Толщина защитного слоя, которая включает в себя толщину крепления откосов и гребня, прини-мается 1,0-1,5 м у основания плотины и не менее глубины промерзания в верхней части плотины.
При конструировании противофильтрационных устройств можно вос-пользоваться следующими рекомендациями.
При отсыпке плотины из водонепроницаемых грунтов (так условно будем называть слабоводопроницаемые грунты при Кф< 0,3 м/сутки) на водопро-ницаемом основании, в зависимости от толщины (мощности) Т его слоя мо-жет быть принят замок либо понур. Эти противофильтрационные устройства в данном случае выполняются из грунта тела плотины.
Замок выполняется при мощности водопроницаемого слоя основания Т<3,0м, он должен прорезать водопроницаемый слой в основании и вре-заться в водоупор на глубину не менее 0,5 м. Ось поперечного сечения замка, как правило, совпадает с осью поперечного сечения плотины. Ширина ниж-него основания замка принимается 2-3 м. Коэффициент заложения откосов замка m = 0,5-1,0 (меньшее значение для суглинистых и супесчаных осно-ваний, большее для песков).
Понур может выполняться из грунта тела плотины при слабоводопрони-цаемом грунте тела плотины и мощности водопроницаемого основания Т>3,0м. Он укладывается горизонтально перед плотиной на подготовленное основание.
Т
олщина
понура в верхней части (в начале)
принимается 0,5-0,7 м, а в месте примыкания
к плотине 1,0-1,5 м. Длина понура принимается
(3-5)Н, где Н – максимальный напор перед
плотиной в расчетном поперечном ее
сечении. Сверху понур покрывают защитным
слоем из несвязного грунта толщиной
1,0-1,2 м.
Рис.2.6 Однородная плотина на водопроницаемом основании:
а) с замком; б) с понуром. 1 – понур; 2 – замок; 3 – защитный слой;
4 – крепление откоса
Следует указать, что длина понура, рассматриваемая в разных попереч-ных сечения плотины не одинакова (в сечении по тальвегу она наибольшая и уменьшается по мере приближения к левому и правому концам плотины).
При отсыпке тела плотин из водопроницаемых грунтов на водонепрони-цаемом основании в теле плотины устраивается экран или ядро.
Э
кран
из грунта обычно выполняется переменной
толщины (измеряемой нормально к оси
экрана): поверху не менее 0,8 м, понизу
0,1Н (здесь Н – напор на плотине), но не
менее 1,5 м. Превышение верха экрана над
ста-тическим уровнем воды в верхнем
бьефе принимается 0,5-0,6 м. С верховой
стороны для защиты от промерзания он
покрывается защитным слоем из несвязного
грунта. Толщина защитного слоя (в который
входят и толщина крепления верхового
откоса) принимается 1,0-1,5 м у основания
плотины и не менее глубины промерзания
в верхней части экрана. С водонепроница-емым
основанием экран сопрягается зубом,
который врезается не менее чем на 0,5 м
в подготовленное основание.
Рис. 2.7 Плотины на водонепроницаемом основании:
а) с экраном; б) с ядром. 1 – экран; 2 – защитный слой; 3 – зуб; 4 – ядро.
Р
ис.2.8
плотина на водопроницаемом основании:
а) с экраном и замком; б) с ядром и замком; в) с понуром и экраном.
1 – экран; 2 – защитный слой; 3 – замок; 4 – ядро; 5 – понур.
Ядро можно применять вместо экрана. Ось поперечного сечения ядра совмещается с осью поперечного сечения плотины. Ядро также как и экран сопрягается с водонепроницаемым основанием зубом. Толщину ядра можно принимать по аналогии с толщиной экрана, однако толщина ядра понизу часто диктуется толщиной замка или зуба на уровне подготовленного основания плотины. Превышение верха ядра над максимальным статическим уровнем в верхнем бьефе принимается 0,3-0,4 м.
Экран с замком или ядро с замком устраивают в случае отсыпки плотины из водопроницаемого грунта на водопроницаемом основании мощностью Т<3,0м. Размеры элементов противофильтрационных устройств принимают в соответствии с вышеприведенными рекомендациями (рис.2.8, а, б).
Плотина с экраном и понуром (рис.2.8в) проектируется при водопрони-цаемом грунте тела плотины и глубоком залегании водоупора, т.е. при боль-шой мощности водопроницаемого основания. При выполнении курсового проекта следует считать, что этому условию отвечает мощность слоя водо-проницаемого основания Т>3,0м. Понур является продолжением экрана и укладывается горизонтально на подготовленное основание.