Обоснование типа плотины и способа ее возведения

Тип плотины выбирают на основании технико-экономического сравнения вариантов компоновки узла сооружений в целом и с учетом назначения плотины, инженерно-геологических, климатических и других условий.

Плотины возводятся из бетона и железобетона, камня, дерева и фунтов.

Бетонные и железобетонные плотины рекомендуется располагать на скальных основаниях. Однако, несвязные грунты (галечниковые, гравелистые, песчаные и их смеси) имеют несущую способность, достаточную для возведения бетонных и железобетонных плотин с напором до 20−40 м. При этом требуется устройство фундаментной плиты из бетона, что ведет к удорожанию объекта. Недостаток бетонных и железобетонных плотин — затраты на их возведение, так как бетон и металл обычно не являются местными материалами (требуются значительные транспортные расходы) и могут быть в определенных условиях дефицитными и относительно дорогими.

Плотины, тело которых выполнено из камня (рваного, колотого, булыжника), уложенного в виде наброски (отсыпки), называют каменно-набросными. Строительство их распространено на горных участках рек в районах, богатых камнем.

Деревянные плотины распространены в районах, богатых лесом, но их существенным недостатком является недолговечность (15−20 лет).

Плотины, возводимые из грунтов, называются грунтовыми. Широкое распространение фунтовых плотин объясняется следующими их достоинствами. Материал для возведения плотин используют, как правило, местный, затраты на добычу материала минимальны. Плотины из фунта можно применять в большинстве географических районов. Грунт, уложенный в тело плотины, не теряет своих свойств со временем. Грунтовые плотины можно возводить практически любой высоты, все процессы при их возведении высокомеханизированны.

Наряду с достоинствами, грунтовые плотины имеют недостатки: ограниченные возможности сброса максимальных расходов через гребень плотины; наличие в теле плотины фильтрационного потока, потенциально создающего условия для фильтрационных деформаций; возможность больших потерь воды на фильтрацию, если тело плотины выполнено из фунтов с повышенной водопроницаемостью; трудность укладки насыпи при значительных и продолжительных минусовых температурах; неравномерность осадок по поперечному профилю плотины; ограничение в использовании некоторых видов грунтов для тела плотины и оснований.

По конструкции тела и противофильтрационных устройств различают следующие виды грунтовых плотин: из однородного и неоднородного грунта, с экраном из грунтового и негрунтового материала, ядром из грунтового материала, диафрагмой из негрунтового материала.

По противофильтрационным мероприятиям в основании различают плотины с зубом, замком, диафрагмой, со шпунтовой стенкой, с комбинацией шпунтовой стенки с зубом, с инъекционной завесой (доведенной до водоупора или висячей), с понуром.

Но высоте различают грунтовые плотины, низкие — с напором до 15 м; средней высоты — с напором 15−50 м и высокие — с напором более 50 м.

Для основной части профиля плотины используют все виды грунтов, за исключением содержащих водорастворимые включения солей хлоридных или сульфатно-хлоридных в количестве более 5% или солей сульфатных более 2% массы; содержащих не полностью разложившиеся органические вещества, находящиеся в аморфном состоянии, в количестве более 8% массы.

Лучшими грунтами для однородной грунтовой плотины считаются суглинки и супеси. Вполне пригодны песчаные и песчано-гравелистые грунты, однако ввиду их водопроницаемости необходимо предусматривать противофильтрационные устройства Для противофильтрационных элементов плотины применяют связные, пластичные, малопроницаемые грунты: глины, суглинки, а также торф при степени разложения не менее 50%.

Непригодны для укладки в тело плотины илистые грунты, а также легкоподвижные при насыщении их водой. Важное качество грунта для тела плотины — легкая уплотняемость его при укатывании. Выбор грунта для тела плотины обосновывается технико-экономическими расчетами.

При наличии в районе строительства достаточного количества относительно водонепроницаемых фунтов (суглинки, лёссы) строят плотину из однородного грунта. Преимущества однородных плотин — простота и быстрота возведения, возможность применения комплексной механизации, что значительно снижает стоимость работ по сравнению с другими типами грунтовых плотин.

При недостаточном количестве малопроницаемых грунтов плотину можно насыпать из имеющихся на месте песчаных грунтов, супесей или других проницаемых материалов. В этом случае будет происходить сильная фильтрация воды через тело плотины. Для предупреждения этого явления применяют противофильтрационные устройства в виде ядра, экрана, диафрагмы.

Пластичное ядро делают из глины или тяжелого суглинка и располагают вертикально под гребнем плотины, желательно ближе к верховому откосу, для того, чтобы уменьшить объем насыщенного водой грунта верховой призмы, обращенной к верхнему бьефу, и сделать более устойчивой низовую часть плотины, т. е. находящуюся со стороны нижнего бьефа.

Преимущества экранных плотин перед ядровыми состоит в том, что в таких плотинах вода насыщает значительно меньшую часть объема тела плотины (повышается ее устойчивость). Кроме того, экраны более доступны для осмотра и ремонта. Однако для экрана требуется больше материала и он более подвержен деформациям при осадке основания или тела плотины.

К грунтам основания предъявляются такие же требования, как и к грунтам тела плотины. Грунты у основания тела плотны с неразложившейся корневой системой и гумусированные почвы, а также имеющие ходы землеройных животных, как правило, удаляют.

По способу производства работ грунтовые плотины подразделяются на плотины с отсыпкой насухо пионерным способом и механическим уплотнением грунта, с отсыпкой грунта в воду, намывные, а также возводимые с помощью направленных взрывов.

Насыпной способ считается наиболее доступным и дешевым. При этом способе доставленный из карьера грунт разравнивают слоем толщиной 20−25 см в рыхлом состоянии. Грунт уплотняют самоходными или прицепными катками — гладкими или кулачковыми, иногда гусеничными тракторами или самоходными скреперами. Применяются также большегрузы на пневмоходу (массой до 26 т), уплотняющие слой грунта толщиной до 60 см, и виброкатки, уплотняющие слои грунта до 0,8 -1,0 м. Степень уплотнения грунта контролируется лабораторным путем и с помощью плотномеров.

Для достижения необходимой степени уплотнения грунта иногда требуется смачивание его водой, так как лучшее уплотнение грунта происходит при оптимальной влажности. Последнее зависит от характера грунта и массы катка. Для более тяжелых катков оптимальная влажность уменьшается, а для более легких — повышается. Влажность грунта определяется опытным путем в лабораторных и натурных условиях. После уплотнения слоя поверхность его боронуется для лучшего сцепления со следующим слоем.

Дальнейший порядок устройства плотины определяется характером грунта основания и тела плотины. В зависимости от глубины залегания водоупора возможны различные случаи устройства плотин.

При залегании у основания плотины маловодопроницаемого (глина или суглинок) грунта толщиной не менее 2 м перед укладкой тела плотины снимается только растительный слой на глубину до 30 см от поверхности.

При залегании маловодопроницаемого слоя не глубже 4 м, кроме снятия растительного слоя, в основании плотины устраивается замок. При залегании водоупора на глубине от 4 до 6 м устраивается замок глубиной 2−3 м и в его дно забивается шпунтовый ряд, прорезающий весь водопроницаемый слой и входящий в водоупор на 1 м. Шпунтовый ряд сооружается из брусьев или толстых досок и верхней частью входит в замок на 0,5 м.

Сопряжение тела плотины с берегами следует делать в виде наклонных плоскостей с короткими уступами для удобства работ. Обработка склонов вертикальными уступами не допускается, так как вследствие резких изменений высоты насыпи вдоль уступов образуются опасные поперечные трещины. Наличие их будет способствовать усиленной фильтрации воды и разрушению плотины.

Исходя из местных условий, принимается и обосновывается конструкция плотины с учетом ее внешнего вида и планировки садо-во-паркового объекта.