Тема: МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОФИЛЯ ЗЕМЛЯНЫХ ПЛОТИН

Лекция №13

1. Общие сведения.Гравитационные плотины характеризуются тем, что действию горизонтальных сдвигающих сил (давление воды, льда и пр.) они сопротивляются в основном благодаря своему весу, пропорционально которому развиваются силы трения между плотиной и основанием; в случае возведения гравитационных плотин на скаль­ном основании по подошве сооружения появляется еще сцепление меж­ду кладкой, особенно бетонной, и породой основания.

Плотины эти выполняются в настоящее время преимущественно из бетона, реже из железобетона и очень редко из каменной кладки на растворе (бутовой кладки), вытесненной бетоном, обладающим про­изводственными преимуществами. Гравитационные плотины бывают как глухие, так и водосбросные (водосливные).

В России первая гравитационная плотина значительной высоты (21 м) была построена в 1910 г. на Урале — Порожская плотина из каменной кладки на р. Сатке. В СССР гравитационные плотины из бетона, главным образом водосливные, получили большое распрост­ранение (Волховская, Нижне-Свирская, Днепровская, Усть-Камено­горская, Бухтарминская, Братская и др.).

2. Поперечные профили плотин.Сто и более лет назад попереч­ные профили плотин были весьма тяжелы, приближаясь к трапеции или даже прямоугольнику (например, плотины Гробуа, Пуэнтес на рис. 5—1). С разработкой теории расчета появились более экономич­ные профили плотин криволинейного или полигонального очертания. Однако наиболее экономичным оказался профиль, в основе своей представляющий треугольник с некоторыми отклонениями и корректи­вами, вызванными условиями работы плотины. В настоящее время в большинстве случаев гравитационные бетонные плотины проектируют­ся треугольного профиля.

Статический расчет гравитационных плотин обычно ведут, рас­сматривая лишь силы, действующие в плоских сечениях, нормальных к оси плотины, т. е. в условиях плоской задачи. Рассмотрим участок плотины единичной длины (1 пог. м) сечением в виде треугольника ABC (рис. 5—2) с основанием Ь, высотой h и наклоном сторон — зало­жением напорной грани nb и низовой (1—п)b, где п< 1. На плотину действуют следующие силы: собственный вес сооружения G, давление воды верхнего бьефа с горизонтальной составляющей W1 и вертикальной W2.

Инженерные изыскания, в том числе инженерно-геодезические, инженерно-геологические, инженерно-геокрио­ло­ги­чес­кие, инженерно-гидрометеорологические, необходимые для проектирования и строительства плотин из грунтовых материалов, следует проводить в соответствии с требованиями СНиП 1.02.07-87, СНиП 2.01.14-83 и СНиП 2.02.04-88 с учетом специфики гидротехнического строительства и дополнительными исходными данными, содержащимися в задании на проектирование и учитывающими конкретные условия проектируемого объекта.

В северной строительно-климатической зоне состав, объем и методика инженерно-геологических и геокриологических изысканий, площадь и глубина изучения инженерно-геологического разреза должны соответствовать стадии проектирования, сложности природной обстановки, принципу использования вечномерзлых грунтов в качестве основания, типу и параметрам плотины.

Переиздание по состоянию на 1 января 1991 г.

Плотины из грунтовых материалов в зависимости от материала их тел и противофильтрационных устройств, а также способов возведения, подразделяют на основные типы, указанные в табл. 3.

 

Таблица 3

Тип плотины	Отличительные признаки
Земляная насыпная	Грунты от глинистых до гравийно-галечниковых; отсыпают насухо с уплотнением или в воду
Земляная намывная	Грунты от глинистых до гравийно-галечниковых; намывают средствами гидромеханизации
Каменно-земляная	Грунты тела - крупнообломочные; противофильтрационных устройств - от глинистых до мелкопесчаных
Каменно-набросная	Грунты тела - крупнообломочные; противофильтрационные устройства - из негрунтовых материалов

 

В северной строительно-климатической зоне плотины из грунтовых материалов в зависимости от материала их тел и противофильтрационных устройств, способов возведения, а также температурного состояния грунтов плотин и их оснований подразделяют на основные типы, указанные в табл.4.

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

При этом следует учитывать:

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

 

 

Таблица 4

	Отличительные признаки типов плотин
Тип	материалы и грунты		принцип
плотины	противофильтрационных устройств	тела плотины	способы укладки и замораживания грунтов	строительства
Земляная насыпная талая	Глинистые грунты, мел­кие и пылева­тые пески, крупно-обло­мочные гру­нты с сугли­нистым или супесчаным заполнителем, искусствен­ные грунтовые смеси, негрун­­товые матери­алы	Крупнообломочные, песчаные глинистые1 грунты	Послойная укладка талых глинистых грунтов, в том числе и с включениями мерзлых комьев, насухо с уплотнением и отсыпка их в воду (прудки), в том числе со льда. Послойная укладка талых крупнообломочных и песчаных, морозных крупнообломочных грунтов насухо с уплотнением. Отсыпка мерзлых крупнообломочных и песчаных грунтов в воду (при безкотлованном методе строительства)	II
Земляная насыпная мерзлая	То же	То же	Послойная укладка талых глинистых грунтов, в том числе и с включениями мерзлых комьев, насухо с уплотнением. Послойная укладка талых крупнообломочных и песчаных, морозных крупнообломочных грунтов насухо с уплотнением. Отсыпка талых или мерзлых глинистых грунтов в воду возможна при технико-экономическом обосновании. Устройство мерзлотной завесы в теле противофильтрационного устройства плотины и его основании	I
Земляная намывная талая	Пески мелкие, пылеватые и глинистые грунты	От песчаных до гравийно-галечниковых грунтов	Намыв средствами гидромеханизации	II
Земляная намыв­ная мерз­лая	Пески мелкие и пылеватые (для плотин с комбиниро­ванным про­филем - глинистые грунты)	То же	То же, с устройством мерзлотной завесы	I
Каменно-земляная талая	Глинистые и крупнообломочные грунты с суглинистым или супесчаным заполнителем, искусственные грунтовые смеси	Каменная наброска (валунные или глыбовые грунты), горная масса	Послойная укладка талых глинистых грунтов, в том числе и с включениями мерзлых комьев, насухо с уплотнением и отсыпка их в воду (прудки). Послойная укладка горной массы и грунтов переходных зон с уплотнением. Поярусная укладка камня, валунных или глыбовых грунтов без уплотнения	II
Каменно-земляная мерзлая	То же	То же	Послойная укладка талых глинистых грунтов, в том числе и с включениями мерзлых комьев, насухо с уплотнением. Поярусная укладка камня, валунных или глыбовых грунтов без уплотнения. Послойная укладка горной массы и грунтов переходных зон с уплотнением. Устройство мерзлотной завесы в теле противофильтрационного устройства плотины и его основании	I
Каменно-набросная талая	Негрунтовые материалы	Каменная наброска (валунные или глыбовые грунты), горная масса	Поярусная укладка камня, валунных или глыбовых грунтов без уплотнения. Послойная укладка горной массы и грунтов переходных зон с уплотнением	II

Для однородных плотин.

Примечание. Проектирование таломерзлых земляных насыпных плотин с негрунтовыми противофильтрационными устройствами и каменно-земляных плотин разрешается при соответствующем обосновании.

б) 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;

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

г) режим расходов и уровней водотока;

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

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

Тип плотины (см. табл. 3 и табл. 4) следует выбирать в зависимости от топографических и инженерно-геологических или инженерно-геокриологических условий основания и берегов, особенно льдистости грунтов основания и размеров подруслового талика, гидрологических и климатических условий района строительства, величины напора воды, наличия грунтовых строительных материалов, сейсмичности района, общей схемы организации строительства и производства работ, особенностей пропуска строительных расходов воды, сроков ввода в эксплуатацию и условий эксплуатации плотины.

Тип и конструкцию плотины следует выбирать на основании технико-экономического сравнения вариантов, учитывающих технологию строительных работ, а также общую компоновку гидроузла. Сравниваемые варианты должны иметь одинаковую степень проработанности и надежности.

Для возведения плотины из грунтовых материалов надлежит предусматривать использование грунта и камня, полученных из полезных выемок.

Выбор конструкций плотин, возводимых в сейсмических районах, а также мероприятий по повышению их сейсмостойкости, следует производить с учетом требований СНиП II-7.

Возведение плотин из грунтовых материалов можно предусматривать как на скальных, так и на нескальных грунтах основания, находящихся в талом или в мерзлом состоянии с учетом прогноза изменения их криогенного состояния в период строительства и эксплуатации.

Возведение плотин на нескальных грунтах основания, содержащих водорастворимые включения в количестве большем, чем указано в п. 5, допускается только при проведении исследований скорости расселения и выщелачивания и учете этих процессов при оценке фильтрационного расхода, устойчивости и деформируемости сооружения. Для предотвращения выщелачивания грунтов основания могут предусматриваться различные конструктивные меры (например, устройство понуров, зубьев, завес, обеспечение насыщения раствора в основании плотины и др.).

При строительстве плотин из грунтовых материалов на торфяном (заторфованном) основании необходимо выполнять исследования по прогнозу разложения торфа во времени и учету этого процесса при обосновании устойчивости сооружения.

Плотины на илистых грунтах допускается возводить только при наличии надлежащего обоснования.

На основаниях, сложенных сильнольдистыми грунтами i_i > 0,4 и сильносжимаемыми при оттаивании вечномерзлыми грунтами следует предусматривать строительство мерзлых плотин из грунтовых материалов.

При оценке качества грунтов нескального основания надлежит обращать особое внимание на наличие в нем:

а) суффозионных и термопросадочных грунтов,

б) грунтов, в которых при возведении плотины может развиваться поровое давление в связи с их консолидацией. Условия необходимости учета порового давления изложены в рекомендуемом приложении 1;

в) льдонасыщенных грунтов, теряющих несущую способность при оттаивании.

При оценке качества скального основания следует обращать особое внимание на наличие в нем:

а) трещин, заполненных легковымываемыми мелкими фракциями грунта, а также полностью или частично заполненных льдом;

б) тектонических нарушений (сбросов и сдвигов);

в) ослабленных зон, которые могут разрушаться под влиянием фильтрации и насыщения их водой и оказаться неустойчивыми.

Основные расчеты при проектировании плотин из грунтовых материалов следует выполнять в соответствии с требованиями.

При проектировании плотин из грунтовых материалов выбор способов производства работ по их возведению следует производить в соответствии с требованиями СНиП 3.02.01-87 и СНиП 3.07.01-85. Для каждого элемента плотин должны быть разработаны технические условия на его возведение с учетом материала, способа производства работ, климатических, геокриологических и других местных условий, предусматривающие также контроль качества работ, обеспечивающего надежную работу плотин. Технические условия при соответствующем обосновании могут изменяться и уточняться в процессе строительства.

В проектах плотин необходимо предусматривать специальный проект на установку контрольно-измерительной аппаратуры (КИА) для проведения натурных наблюдений за работой сооружения как в процессе строительства, так и в период его эксплуатации согласно обязательному приложению.

Реконструкцию плотин из грунтовых материалов следует осуществлять при необходимости:

а) увеличения призмы регулирования водохранилища;

б) повышения требований к надежности сооружения и условиям его эксплуатации;

в) повышения экономичности сооружения за счет уменьшения потерь воды и затрат на его эксплуатацию;

г) выполнения требований по охране природной среды.

роектами реконструкции плотин из грунтовых материалов должны быть учтены результаты обследований эксплуатируемого сооружения и необходимость реконструкции сопрягающихся с ним сооружений (водосливных плотин, зданий ГЭС, шлюзов, рыбопропускных сооружений и т.д.).

В проектах грунтовых плотин при соответствующем обосновании следует предусматривать возможность их реконструкции в период эксплуатации.