Николай Кожевников - Проектирование и строительство земляных плотин

Рис.1.2.Поперечный разрез русловой намывной земляной плотины Рижской ГЭС [11].

Пример простейшей плотины:

1 – тело земляной плотины из песка; 2 – гребень плотины – дорожное покрытие (гравий – асфальт); 3 – не фильтрующее основание плотины; 4 – крепление бетонными плитами против волнового воздействия на откос; 5 – берма на откосе упорная; 6 – банкет из каменной наброски для перекрытия русла р. Даугавы; 7 – дренажная призма для снижения выхода фильтрационный вод на низовой откос; 8 – крепление низового откоса посевом трав.

Назначение каждого элемента плотины понятно из описания.

На рис. 1.3. Показан поперечный разрез плотины с экраном и понуром.

Понур – это водонепроницаемое покрытие дна водохранилища, примыкающее к плотине и предназначенное для удлинения пути фильтрации воды под сооружением и снижения фильтрационного давления на его подошву. Устройством понура, достигается уменьшение скорости и расхода профильтровавшейся воды и, следовательно, опасности разрушения основания сооружения фильтрационным потоком. Для устройства понура применяют глину, глинобетон, битумные материалы, торф, бетон, железобетон.

Для уменьшения фильтрации через тело плотины и основания плотины применяют также экраны .

Рис.1.3.Земляная плотина с экраном и понуром на канале им. Москвы [12].

Если в основании плотины залегают хорошо фильтрующие пески, то для уменьшения фильтрации воды через основание и тело плотины, для повышения устойчивости плотины и сокращения потерь воды из водохранилища, применяют так называемые ядра и диафрагмы. Материалом ядра могут служить глина, суглинок, глинобетон, плотно трамбуемые или укатываемые слоями. (рис. 1.4, 1.5)

Диафрагмы (рис. 1.5) могут выполняться не только из бетона, но и из металлического шпунта. Плотины рис. 1.3, 1.4, 1.5 выполнялись сухой отсыпкой грунта.

Рис.1.4.Плотина с ядром, опущенным до водоупора [2].

Рис.1.5.Плотина с глиняным ядром и бетонной диафрагмой [2].

Первой намывной плотиной в России, выполненной способом гидромеханизации, была Ианьковская плотина, выполненная в 1935 – 1936 гг. под руководством профессора Н. Д. Холина при строительстве при строительстве канала Москва – Волга [12].

Плотина надежно сохраняет водохранилище до сегодняшнего времени (рис. 1.6).

Рис.1.6.Типовой профиль Иваньковской песчаной плотины с деревянной противофильтрационной диафрагмой и металлическим шпунтом в основании [12].

Большим достижением российских гидротехников, признанным во всем мире, явилось проектирование и строительство Высотной Асуанской плотины на р. Нил в Египте. В каменно-набросной плотине советские гидротехники выполнили плотный замыв мелким дюнным песком каменную отсыпку, а также осуществили впервые в практике гидростроительства уплотнение с помощью специальной плавучей установки с мощными вибраторами намытого в воду мелкозернистого песка на глубине до 30 м.

Рис. 1.7.Конструктивный профиль Высотной Асуанской плотины на р. Нил [14].

1 – мостовая по щебню; 2 – трехслойный фильтр (1 м щебня размером 40—150 мм, 0,5 м щебня размером 5—35 мм и 1 м крупного песка d=1,5 мм); 3 – карьерная мелочь; 4 – дренажные скважины; 5 – дюнный песок; 6 – уплотненный дюнный песок; 7 – камень крупнее 150 мм, замытый песком; 8 – кривая депрессии; 9 – щебень 40—150 мм; 10 – каменная наброска с гидроуплотнением; 11— шеллалский песок; 12 – уплотненный дюнный песок; 13 – уплотненный шеллалский песок; 14 – цементно—глинистая завеса; 15 – цементационные и смотровые галереи; 16 – ядра из ила; 17 – щебень; 18 – понур из глины; 19 – щебень размером 40—150 мм; 20 – песок различной крупности; 21 – галька и валуны с песчаным заполнителем; 22 – переслаивание супесей, суглинков, песков и песчаников; 23 – магматиты

Из намывных однородных песчаных плотин, возведенных на реках центральной зоны России и Украины, как типичный профиль, приводим на рис. 1.8 разрез плотины Волжской ГЭС на Волге у г. Волгограда (г. Волжский).

Рис. 1.8.Намывная песчаная однородная плотина Волжской ГЭС. [4]

Аналогичный профиль имеют и плотины ГЭС, построенных на р. Волге в 1946 – 1960 гг.

Плотина являются одной из важнейших и ответственейших частей гидротехнического сооружении. Поэтому их расчет производится в комплексе с другими элементами гидротехнического сооружения: водохранилищем, водосбросом и другими элементами. Поэтому при проектировании плотин учитываются все требования, предъявляемые к гидротехническому сооружению, одним из важнейших является их классификация по капитальности или безопасности [Л. 2.].

Таблица 1 [2].

В целях обеспечения надежности в соответствии с их важностью и ответственностью все гидросооружения разбиваются на пять классов в зависимости от капитальности:

I – особо капитальные, II – повышенной капитальности, III – обычной капитальности,

IV – облегченные, V – особо облегченные. Классы сооружений устанавливаются по производственной эффективности, значению сооружения и сроку их службы.

По производственной эффективности сооружения делятся на пять разрядов (подробнее см. ГОСТ 3315—46). Определение класса и разряда сооружения необходимо для назначения коэффициентов запаса в расчетах с учетом всех факторов, влияющих на эксплуатацию сооружений, включая объем работ при изысканиях и состава проекта.

Поперечное сечение земляной плотины представляет собою обычно трапецию (рис. 3.1.), или близкую к ней фигуру с ломаным очертанием боковых сторон, называемые откосами – верховой со стороны водохранилища и низовой откос за гребнем плотины. Откосы могут нести горизонтальные площадки – бермы необходимые для производства крепления верхового откоса камнем или бетоном от волнового воздействия и упора крепления на откосе.