Zabor-33.ru

Строительный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое верховой откос плотины

Конструкция однородной земляной плотины

Конструкция однородной земляной плотины в общем случае состоит из следующих элементов (рис. 8.7):

· гребня плотины шириной b, на котором, как правило, размещаются авто- и железнодорожные переезды;

· верхового и низового откосов с уклоном от 1:2 до 1:4 (реже до 1:6);

· берм, устраиваемых на откосах плотины с шагом 7÷15 м;

· креплений верхового и низового откосов;

· дренажного устройства для организованного отвода фильтрующей воды и понижения кривой депрессии.

Рис. 8.7. Однородная земляная плотина:
1 — крепление верхового откоса; 2 — волноотбойная стенка; 3 — обратный фильтр; 4 — дренажный банкет (каменная призма); 5 — крепление низового откоса; 6 — кривая депрессии

Крепления земляных откосов устраивают для защиты их от следующих воздействий:

· размыва течением или волнением в бьефах;

· размыва фильтрационным потоком воды, вытекающей из тела плотины, например, при снижении горизонта воды в бьефе или при откате волн;

· размыва дождевыми водами, стекающими по откосу плотины;

· разрушения (эрозии) под воздействием ветра;

· прорастания растений с сильно развитой корневой системой;

· проникновения землеройных животных.

Крепление верхового откоса

В общем случае крепление верхового откоса выполняется из следующих составляющих:

· защитного покрытия (асфальтобетон, бетонные плиты, каменная наброска, габионы);

· дренаж — крупнозернистый материал (dк=20÷70 мм); не устраивается при защитном покрытии из каменной наброски;

· защитный слой (защищает от промерзания глинистый грунт тела плотины от прорастания растений и проникновения землеройных животных и выполняется из песчаного или крупнообломочного грунта с характеристиками не хуже подстилающего грунта тела плотины).

Рис. 8.8. Схема крепления верхового откоса:
1 — защитное покрытие; 2 — дренаж; 3 — обратный фильтр; 4 — защитный слой; 5 — подготовка

Защитное покрытие верхового откоса выполняют в виде:

· одиночного мощения камнем (dк=0,2÷0,3 м — средний диаметр камня);

· двойного мощения толщиной 0,3÷0,5 м;

· бетонных плит размерами порядка 1,5×2,5 м и 2×2 м, а толщиной от 0,15 до 0,6 м, а также железобетонных плит размерами до 20×20 м;

· каменной наброски толщиной (2,5÷3,0) dк, где ( — эмпирический, =0,25÷0,35).

Обратный фильтр на верховом откосе осуществляет защиту от суффозии грунта при откате волны с откоса (рис. 8.9). Обратный фильтр выполняется в 1÷3 слоя толщиной 0,2÷0,5 м. Крупность каждого слоя определяется таким образом, чтобы между соседними слоями выполнялось условие:

,

где — диаметр частиц вышележащего слоя (по направлению фильтрационного потока), масса которых вместе с массой более мелких частиц составляет 60 % в данном слое;

— диаметр частиц следующего слоя (по направлению фильтрационного потока), масса которых вместе с массой более мелких частиц составляет 40 % в данном слое.

Рис. 8.9. Конструкция обратного фильтра:
1 — грунт тела плотины; 2 — 1-ый слой обратного фильтра; 3 — 2-ой слой обратного фильтра;
4 — дренаж

Состав обратного фильтра должен исключать:

· химическую суффозию грунта, заключающуюся в проникновении частиц защищаемого грунта в поры фильтра на участках нисходящего фильтрационного потока;

· выпор и вдавливание частиц грунта в поры фильтра;

· суффозии грунта между отдельными слоями.

Для примера ниже на рис. 8.10 представлена схема крепления верхового откоса из каменной наброски.

Рис. 8.10. Пример крепления откоса каменной наброской

Крепление низового откоса

Выполняется в виде:

· уплотненного слоя гравия или щебня толщиной 0,15÷0,2 м;

· слоя растительного грунта толщиной 0,2 м с посевом трав;

· выстилки дерном толщиной 0,2÷0,3 м.

На участках низового откоса в зоне переменного уровня крепление выполняется аналогично верховому.

Дренажные устройства низового откоса

Дренаж низового откоса плотин устраивается для осуществления следующих целей:

· понижения кривой депрессии для увеличения устойчивости низового откоса и устранения опасности пучения грунта тела плотины в зимний период;

· защиты от внешней суффозии грунта.

Различают следующие типы дренажей (рис. 8.11).

абв
где
ж

Рис. 8.11. Основные типы дренажа низового клина плотины:
1 — кривая депрессии; 2 — дренажный банкет; 3 — обратный фильтр; 4 — наслонный дренаж;
5 — труба; 6 — горизонтальная продольная дренажная лента; 7 — отводящая труба

Дренажный банкет (рис. 8.11, а), как правило, выполняют, на русловых участках плотины при ее возведении без перемычек и при перекрытии реки отсыпкой камня в воду.

Диаметр камней, слагающих дренажный банкет, устанавливают, исходя из устойчивости откосов при волновом воздействии.

Величина превышения гребня банкета над максимальным уровнем нижнего бьефа устанавливается с учетом нагонной волны и наката на откос, но не менее 0,5 м. Ширину поверху назначают по условиям производства работ, но не менее 1,0 м.

Банкет должен быть запроектирован таким образом, чтобы расстояние от поверхности низового откоса до кривой депрессии было не менее:

где — наибольшая глубина промерзания грунта в районе строительства;

— высота максимального капиллярного поднятия для данного грунта (для песка 0,5÷1,0 м).

Наслонный дренаж (рис. 8.11, б) следует выполнять на участках плотины, перекрывающих затопляемую пойму, а также при отсутствии на месте строительства достаточного количества камня.

Толщину наслонного дренажа назначают по условиям производства работ, но не менее:

,

где = ε hв — диаметр камней, масса которых вместе с массой более мелких фракций составляет 85 % массы грунта всего дренажного слоя;

hв — высота волны;

Читайте так же:
Как считать земляные откосы

— толщина обратного фильтра.

Трубчатый дренаж (рис. 8.11, в) следует применять, как правило, на тех участках плотины, где в период ее эксплуатации вода в нижнем бьефе отсутствует или присутствует кратковременно.

Трубчатый дренаж следует предусматривать из бетонных или пластиковых перфорированных труб с заделанными или незаделанными стыками, с обсыпкой обратным фильтром.

Сечение дренажных труб следует определять гидравлическими расчетами. Диаметр дренажной трубы следует принимать не менее 200 мм.

По длине трубчатого дренажа необходимо предусматривать смотровые колодцы.

Комбинированные схемы дренажа (рис. 8.11, гж)представляют собой одну из возможных комбинаций дренажей, указанных выше. Отметку гребня банкета комбинированного дренажа (см. рис. 8.11, д) следует назначать с учетом условий перекрытия русла реки.

Что такое верховой откос плотины

§ 53. СТРУЕНАПРАВЛЯЮЩИЕ ДАМБЫ

Регуляционные сооружения, применяемые на мостовых переходах, можно разделить на две группы: регулирующие русловой поток и регулирующие пойменный лоток. Сооружения, относящиеся к первой группе, куда входят продольные и поперечные русловые сооружения, имеют на мостовых переходах через равнинные реки ограниченное применение.

Из сооружений, регулирующих пойменные потоки на мостовых переходах, применяют струенаправляющие дамбы и траверсы для защиты пойменных насыпей, а также водоразделительные дамбы для разграничения расхода между сооружениями, расположенными в общей пойме.

Рис. XI-4. Деформация русла на переходе через р. Вопь (цифры обозначают глубину от уровня поймы, цифры в кружках — проценты расчетного расхода по поймам и руслу)

Верховые струенаправляющие дамбы направляют пойменные потоки под мост и обеспечивают равномерное распределение размыва под мостом.

Низовые дамбы обеспечивают плавное и постепенное растекание потока, выходящего из-под моста.
Струенаправляющую дамбу устраивают, если расход, проходящий по данной пойме, составляет более 10—15% полного расхода. В противном случае роль струенаправляющей дамбы выполняет конус.

Если дамба не построена, несмотря на наличие поймы, расход ка которой требует устройства струенаправляющей дамбы (рис. XI-4), возникают значительные размывы вдоль земляного полотна и по подошве конуса, а непосредственно ниже моста возникает глубокий размыв.

Подмыв конуса весьма опасен, так как в результате его разрушения размывается насыпь подхода за устоем и поток его обходит.

Опоры моста также подвержены опасности разрушения — местные размывы у опор, возникающие с верховой стороны, усиливаются косиной течения, а общий размыв ниже моста угрожает подмыву опоры с низовой стороны.

По характеру направления струй дамбы разделяются на обтекаемые и отбойные. Обтекаемые применяют, когда поток должен быть направлен на участок отверстия моста, примыкающий к устою с той же стороны.

Отбойные применяют для отжатия потока от того же участка отверстия моста.

Рис. XI-5. Схема струенаправляющих дамб на мостовых переходах, запроектированных:
I — правильно; II — неправильно;
1 — живые сечения под мостом до размыва; 2 — то же, после размыва

Обтекаемые дамбы имеют криволинейное (эллиптическое) очертание, отбойные — прямолинейное. Выбор очертания дамбы определается условием создания под мостом после размыва живого сечения формы, близкой к прямоугольной.

Сфера применения дамб различного очертания видна из рис. XI-5, где показаны схемы переходов через реку с мощной правой поймой и слабой — левой.

На переходе, изображенном на рис. XI-5, а, отверстие моста размещено правильно: со стороны более мощной поймы больший пойменный участок отверстия моста. При назначении криволинейных обтекаемых дамб большего размера со стороны правой поймы и меньшего размера со стороны левой живое сечение под мостом после размыва имеет очертание ближе к прямоугольному, чем то же сечение до размыва.

Устройство прямолинейных дамб, на этом переходе приводит к концентрации всего потока в русловой части отверстия моста к сосредоточенному размыву и отложению наносов на срезке..

Переход, показанный на рис. XI-5, б, представляет собой тот же переход, но на нем в результате руслового процесса русло, бывшее ранее прямолинейным, искривилось и приблизилось к правобережному устою.

При устройстве со стороны правобережной поймы прямолинейной дамбы пойменный и часть руслового потока будут отжаты к средней части отверстия моста. Криволинейная левобережная обтекаемая дамба направит поток с левой стороны на прилегающий участок отверстия моста. В результате можно ожидать относительно равномерный размыв под мостом.

Замена прямолинейной правобережной дамбы криволинейной приведет к концентрации правопойменного потока в правой русловой части отверстия. В результате подмостовое русло после размыва будет иметь глубокий сосредоточенный размыв.

Обтекаемые дамбы рассчитывают по методу, разработанному А. М. Латышенковым [69], который анализировал различные предложения по расчету струенаправляющих дамб на мостовых переходах. Им установлено, что наилучшее обтекание дамб без отрывов и обратных токов дают дамбы эллиптического очертания с соотношением полуосей 1,5 и 2,0.

Работа прямолинейных дамб по отжиму потока от прилегающего участка отверстия моста требует изучения.

В 1968 г. в ЦНИИСе были проведены предварительные опыты с прямолинейными дамбами. Опыты проводили в лотке шириной

3,5 м с руслом шириной 30 см, расположенным у края лотка на жесткой модели мостового перехода. Предварительно рассчитывали размеры эллиптической обтекаемой верховой струенаправляющей дамбы ав и bн и устанавливали прямолинейную верховую дамбу длиной ав.

Опыты проводили с отверстиями мостов 50, 80, 120 и 200 см, при каждом отверстии с расходами 17,2—28,1 л/сек.

Опыты показали, что при длине верховой дамбы а в отжим по оси перехода близок к максимальной величине и касательная к граничной струе отжима близка к перпендикуляру к оси перехода (рис. XI-8, а). Опыты позволяют определить величину отжима А/м по длине дамбы а в и отверстию моста b м при одностороннем сжатии . по графику (рис. XI-8, б).

Читайте так же:
Откосы как принять по траншее

В соответствующих случаях возможна промежуточная форма дамб — криволинейная с прямой вставкой, примыкающей к устою.

При проектировании струенаправляющих дамб, особенно верховых, следует учитывать ситуационные особенности и в соответствии с ними изменять размеры дамб. Если голова рассчитанной струенаправляющей дамбы будет расположена вблизи протоки или озера, чтобы избежать значительных скоростей течения у головы дамбы, ее следует удлинить, усилив поперечное сечение дамбы в месте пересечения протоки или озера.

Местный размыв у головы дамбы возрастает с глубиной потока, поэтому голову дамбы следует располагать на возможно более высоких отметках.

Задачи струенаправляющих дамб на равнинных реках зависят от типа руслового процесса. На меандрирующих реках следует учитывать смещение меандр и их выключение вследствие прорыва перешейков между ними, что может вызвать изменение положения русла под мостом и необходимость переустройств дамб. На немеандрирующих реках такая необходимость менее вероятна.
В некоторых случаях мостовой переход трассируют с косиной к направлению потока: нормально к русловому, но косо к пойменному потоку (рис. XI-9, б), или нормально к пойменному потоку и с косиной к русловому (рис. XI-9, а). В случаях косых переходов задачей струенаправляющих дамб является такое направление потока, при котором обеспечивался бы равномерный общий размыв под мостом и минимальный местный размыв у опор.

Вопрос о компоновке регуляционных сооружений косых переходов разработан еще недостаточно. Наиболее надежным путем для выбора схемы регуляционных сооружений в этих случаях является моделирование.

При проектировании системы регуляционных сооружении на равнинных реках следует учитывать возможность использования древесной и главным образом кустарниковой растительности для направления пойменного потока в желаемом направлении. Для защитных лесонасаждений используются ивовые породы, имеющие широкое распространение.

Для регулирования потока используют естественную растительность на поймах, придавая ей необходимую форму путем вырубки излишней растительности.

Посадка деревьев и кустарников производится массивами для придания пойменному потоку желаемого направления, а также в виде продольных и поперечных полос для защиты сооружения от подмыва пойменным потоком и волнобоя [13].

На пересечениях предгорных, блуждающих рек в конусах выноса задачи струенаправляющих дамб сводятся к ограждению свала потока от моста к одному из подходов.

При решении этих задач возможны две схемы регулирования: в первой схеме поток воспринимается струенаправляющими дамбами в удалении от мостового перехода и постепенно подводится к нему, во второй схеме бытовой поток подходит непосредственно к мостовому переходу и воспринимается короткими, но сильно укрепленными дамбами и подходами.

Для переходов в конусах выноса (рис. XI-10) первая схема (рис. XI-10, а) включает струенаправляющие дамбы, доходящие до горловины ущелья и принимающие весь расход. Вторая схема (рис. XI-10, б) предусматривает трассу перехода выпуклой вниз по течению кривой, что обеспечивает направление всего потока вдоль подходов к мосту и мощные, но короткие грушевидные дамбы у моста.

Задачей струенаправляющих дамб на переходах через крупные блуждающие реки является направление потоков с участков живого сечения, обычно частей активно работающей зоны блуждания, перекрытых насыпью под мост.

Направление пойменных потоков под; мост на равнинных реках достигается сравнительно короткими входными дамбами, которые составляют в сумме 0,8—1,5 отверстия м0,ста

Такие размеры дамб (позволяют вписаться пойменным потокам, элементарные расходы которых в десятки ,раз меньше руслового, в отверстие моста.

Та же задача на блуждающих реках не может быть достигнута короткими дамбами. Элементарные расходы на выключенных частях зоны блуждания равны бытовым элементарным расходам под мостом, поэтому вписаться под мост эти потоки могут постепенно лишь посредством дамб, которые доходах до, границ зоны блуждания, относительная длина которых достигает 4,0—5,0 отверстий моста.

Дамбы должны быть достаточно мощными, чтобы противостоять размывам вдоль дамбы при прижиме потока (рис. XI-11, а). Иным решением (рис. XI-11, б) является дамба более леткой конструкции, но с траверсами (отбойниками) по всей длине, которые и воспринимают прижимы потока. При этом рещении следует считаться с местными размывами у голов траверсов.

При проектировании дамб должно быть обращено внимание на врезку головной части дамбы в берег во избежание обхода ее потоком.

Струенаправляющие дамбы на равнинных реках отсыпают из грунта шириной поверху не менее 2 м, крутизну речного откоса принимают не круче 1 : 2, пойменного 1 : 1,5.

В головной части для уменьшения местного размыва откос дам-‘ бы уполаживают до 1 : 3.

Верх дамб назначают исходя из отметки уровня, принимаемого к расчету, и учитывают подпор перед мостом, волну с накатом на откос и запас не менее 0,25 м.

Для укрепления откосов дамб, подверженных воздействию течения, применяют преимущественно железобетонные плиты. По подошве откосов целесообразно устраивать рисберму из каменной наброски. Объем наброски рассчитывают с тем, чтобы камня хватило расположиться по откосу на всю глубину размыва, а также, чтобы сверх того в рисберме оставалось бы достаточное количество камня для удержания плит на откосе от сползания.

Основания откосов защищают также бетонными или хворостяными тюфяками.

На предгорных, блуждающих реках применяют каменно-хворостяную кладку, бетонные блоки, габионы. В последнее время для продольных дамб проектируют оболочки большого диаметра, погружаемые с учетом размыва на значительную глубину.

Читайте так же:
Каким герметиком заделать щели у откосов

Виды и назначение регуляционных сооружений

К регуляционным сооружениям относятся струенаправляющие дамбы, траверсы, береговые укрепления, дамбы обвалования, запруды и полузапруды, срезка пойменных берегов под мостом, искусственное спрямление русла.

1. Струенаправляющие дамбы обеспечивают плавный ввод потока с пойм в отверстие моста и плавный вывод потока из отверстия.

2. Траверсы – это регуляционные сооружения, предназначенные для отжима пойменного потока от подходных насыпей, а иногда и для защиты насыпей от размыва на прижимах рек.

3. Дамбы обвалования применяются для защиты населенных пунктов и инженерных сооружений от затопления.

4. Полузапруды и шпоры– применяются для отбоя течения от берега, подобно траверсам.

5. Запруды применяют для перекрытия проток, действующих в районе мостового перехода.

Проектирование струенаправляющих дамб

Струенаправляющая дамба состоит из верховой и низовой части (верховая и низовая дамба), плавно сопрягающихся в створе перехода. Верховая дамба обеспечивает постепенное сужение потока перед мостом до размера его отверстия, уменьшая неравномерности деформаций подмостового русла, уменьшая возможный сосредоточенный размыв у вогнутого берега путём устранения недопустимой косины. Низовая дамба обеспечивает постепенное расширение потока за мостом.

Согласно СНиП 2.05.03-84 (Мосты и трубы) струенаправляющие дамбы устраивают, когда поймы пропускают не менее 15% расчетного расхода воды или при средней скорости потока под мостом до размыва более 1 м/с.

Бровка струенаправляющих дамб назначается с запасом 0,25 м над наибольшим уровнем с учетом подпора и наката волн на откос. ВП УВВ=0,33% для дорог I – III категорий, 1% — IV категорий, 2% — на подъездных путях IV и V категорий.

Проектирование поперечных регуляционных сооружений

Поперечный регуляционные сооружения предназначены для отжима пойменного потока от пойменных насыпей при высоких скоростях течения, а также защиту берегов русла от размыва при интенсивном русловом процессе. Незатопляемые при наивысшем уровне воды поперечные сооружения, примыкающие к пойменной насыпи и предназначенные для защиты её от пойменных течений, называются траверсами. Русловые сооружения, предназначенные выправлять поток в русле, называются шпорами и полузапрудами, высота этих сооружений обычно не превышает верха берегового откоса, при этом полузапруды частично или полностью затапливаются потоком, проходящим в бровках русла.

Траверсы обычно размещают на участке пойменной насыпи, имеющей поворот от моста вверх по течению. Они особенно необходимы при значительной косине пересечения широкого пойменного потока, текущего вдоль насыпи с большой скоростью.

Траверсы не устраивают, когда волновые и ледовые воздействия являются определяющими при назначении укреплений пойменных насыпей, т.е. если требуются более мощные укрепления для защиты от волновых или ледовых воздействий, чем от продольных течений вдоль насыпи.

Поперечные сооружения в русле (полузапруды и шпоры) применяются для отбоя течения от берега, подобно траверсам. Отжимая течение от берега, эти сооружения способствуют отложению наносов, прекращая тем самым размыв. Шпоры представляют собой сооружения, выдвинутые от защищаемого берега в русло;

Полузапруды представляют собой сооружения, также выдвинутые в русло, но частично или полностью затопляемые потоком, проходящим в бровках русла. Головы запруд располагают по кривой, очерчивающей прилегающий берег. Расстояние между полузапрудами, устраиваемыми в русле, обычно принимают не более удвоенной их длины. Ширина полузапруд поверху » 1.5 – 2 м, крутизна откосов 1:1.5 – 1:2 .

45.Особенности проектирования продольного профиля в тоннелях

Профиль пути в тоннеле проектируют одно или двускатным, i ≥ 3‰ ,

в исключительных случаях i ≥ 2‰

(по условиям водоотвода).

Площадки (i = 0‰) длиной до 400 м допускается предусматривать в двускатных тоннелях лишь как разделительные площадки между обратными уклонами.

В плане тоннели желательно располагать на прямой, кривые допускаются в трудных условиях .

Дата добавления: 2018-04-04 ; просмотров: 3034 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Плотина

Плотина — гидротехническое сооружение, перегораживающее водоток для подъёма уровня воды, также служит для сосредоточения напора в месте расположения сооружения и создания водохранилища.

Плотины на небольших водотоках, а также временные, называют также запрудами.

Назначение

Обычно плотины входят в комплекс гидротехнических сооружений (гидроузел), сооружаемый в конкретном месте для использования водных ресурсов в различных целях: мелиорации, гидроэнергетики, обводнения пастбищ и прочего. Чаще плотины входят в группу речных гидротехнических сооружений (чем в группу внутрисистемных, расположенных на каналах). Если при этом комплекс сооружений связан с забором воды из реки, то его называют водозаборным гидроузлом.

В общем случае состав гидроузла, где располагают плотины, следующий:

  • Собственно сами плотины (водопропускные или глухие);
  • Головной водозаборный регулятор или водоподъёмная установка;
  • Сооружения гидроэлектростанций;
  • Судоходные шлюзы, бревноспуски;
  • Сооружения по борьбе с наносами (отстойники, промывники, струенаправляющие системы);
  • Рыбоходы и рыбоподъёмники;
  • Водослив;
  • Берегоукрепительные и выправительные сооружения (дамбы).

    По назначению плотины бывают водохранилищные, водоопускающие и водоподъёмные. Подпор уровня воды у водоподъёмных плотин невысок, целью устройства таких плотин является улучшение условий водозабора из реки, использования водной энергии и пр. Водохранилищные плотины отличаются заметно большей высотой, как следствие, большим объёмом создаваемого водохранилища. Отличительной особенностью больших водохранилищных плотин является способность регулировать сток, малые плотины, с помощью которых создают, например, пруды, сток не регулируют. Чаще всего подобное функциональное разделение плотин на водохранилищные и водоподъёмные является условным, в силу трудности определения более важной функции. Вместо этого может использоваться деление плотин по высоте подъёма воды: низконапорные (глубина воды перед плотиной до 15 м), средненапорные (15-50 м), высоконапорные (более 50 м).

    Читайте так же:
    Что такое деформация откосов

    Поперек рек и речек плотины устраиваются с целью поднять уровень воды и образовать искусственный водопад, которым пользуются как механическою силою или же чтобы сделать мелкие реки судоходными и распространить судоходство и сплав далее вверх по течению реки.

    Ручьи, балки, овраги и ложбины заграждаются плотинами для задержания в них дождевых и снеговых вод, образующих пруды и резервуары, запасами которых пользуются в сухое время года для орошения полей, для водопоя и других потребностей в домашнем хозяйстве или же для водоснабжения населенных мест, для питания судоходных каналов, а также для пропусков воды в реки при недостаточной глубине их для судоходства (реки Мста, Верхняя Волга и другие).

    Плотины вдоль рек возводятся для направления течения соответственно потребностям судоходства, а по берегам рек, озёр и морей — для предохранения от наводнений и для предупреждения вторжения морских вод внутрь страны.

    Классификация плотин

    Тип и конструкция плотины определяются её размерами, назначением, а также природными условиями и видом основного строительного материала. Плотины различаются по типу основного материала, из которого они возводятся, по назначению и по условиям пропуска воды.

    По типу материала

    По типу основного материала различают плотины:

    • грунтовые
    • бетонные
    • металлические
    • тканевые
    • деревянные
    • железобетонные
    • габионные

    По способу возведения

    • насыпные
    • намывные
    • направленного взрыва

    Арочно-гравитационная плотина в Сальвадоре, 1977

    По способу восприятия основных нагрузок

    • гравитационные
    • арочные
    • контрфорсные
    • арочно-гравитационные

    По условиям пропуска расхода воды

    • глухие (не допускают перелива воды через гребень)
    • водосбросные
    • фильтрующие (пропуск воды осуществляется через тело плотины)
    • переливные (катастрофического действия)
    • разборные

    История

    Искусство возведения плотин известно уже с глубокой древности. О водоподъёмных плотинах упоминает Геродот. Абу-л-Фида сообщает о плотине, построенной персами для отвода воды от города Тостара. Аббас I Великий соорудил близ Кашана каменную плотину длиной 36 метров, высотой 16 м и толщиной 10 м, снабженную у подошвы каналом для пропуска воды. Наконец, в древние времена строились также весьма большие плотины для ограждения местностей от наводнений, например, арабами во II столетии н. э. Подобные же работы, по рассказу Абу-л-Фиды, предприняты были Александром Македонским для предупреждения разлива озера Кадис близ сирийского города Эмесы.

    Во время подготовки к заливке фундамента плотинного шлюза. Плотина на Оке в районе Белоомута, Московская губерния. 1912

    Самая древняя из известных плотин датирована 3000 годом до нашей эры. Располагалась она в ста километрах от Аммана; это была каменная стена 4,5 метра в высоту и 1 метр в толщину. В 2800/2600 году до нашей эры в 25 километрах от Каира была возведена плотина протяжённостью 102 метра; она была вскоре разрушена ливнем. В середине III века была построена целая система рядом с индийским городом Дхолавира. Римляне строили весьма разнообразные плотины, в первую очередь — для получения водохранилищ на засушливые периоды; самая высокая римская плотина достигала 50 метров в высоту и была разрушена лишь в 1305 году.

    С 1998 года в десятках стран мира ежегодно 14 марта по инициативе организации «Международная сеть рек» отмечается «Международный день действий против плотин» (иначе: «День действий в защиту рек, воды и жизни»). Активистам движения против плотин уже удалось добиться реальных результатов: в Соединённых Штатах были демонтированы две шестидесятиметровые плотины, а в Швеции принят закон, который запрещает строить плотины более пятнадцати метров в высоту.

    Гравитационные плотины

    Давление от масс воды гравитационные плотины воспринимают своей массой. Сопротивление сдвигу происходит за счёт сил трения или сцепления подошвы плотины по основанию. Вследствие этого такие плотины имеют массивный характер, чаще близкое к трапецеидальному сечение в поперечнике.

    Арочные плотины

    Арочные плотины давление от масс воды передают на берега ущелья (реже — на искусственные устои). В силу этого такие плотины чаще возводятся в горной местности, где берега сложены прочными породами. Часть нагрузок арочная конструкция передаёт на основание. При этом, чем шире арка, тем больше давление на основание. Это требует увеличение ширины плотины в нижней части, и приводит к появлению арочно-гравитационных плотин. Арочные плотины с контрфорсами в нижней части арки называют арочно-контрфорсными. В них работа арки ограничивается верхней частью, что позволяет применять арочные плотины в более широком диапазоне мест расположения.

    Арочно-гравитационные плотины

    Арочно-гравитационные плотины совмещают в себе свойства арочных и гравитационных плотин.

    Контрфорсные плотины

    Как и арочные плотины позволяют уменьшить массу тела плотины, её размеры за счёт более эффективной расчётной схемы. Стена в контрфорсной плотине более тонкая, чем в гравитационной благодаря её усилению с низовой стороны подпорными конструкциями (стенами).

    Грунтовые плотины

    Грунтовые, или земляная плотина строится из грунтовых материалов, в том числе песчаных, суглинистых, глинистых, как правило, без перелива воды через неё. Обычно форма поперечного сечения приближается к трапецеидальной. Грунтовые плотины просты по конструкции, строительство их возможно в очень широком диапазоне геологических условий. Учитывая это, а также использование при возведение плотины местных строительных материалов, почти полную механизацию труда и сокращение трудозатрат, грунтовые плотины можно считать самым распространённым типом водоподпорного сооружения. Грунтовые плотины относятся к гравитационным плотинам.

    Грунтовые плотины были в числе самых первых плотин в истории человечества. С давних пор такие плотины строились и в России. Известна Змеиногорская плотина XVIII века, построенная выдающимся русским инженером Козьмой Фроловым.

    Читайте так же:
    Уклон откос для песка

    Современные грунтовые плотины достигают весьма больших размеров, к примеру, Нурекская плотина достигает высоты трёхсот метров, а плотина Тарбела объёма 130 миллионов кубических метров. География плотин чрезвычайно широка: Вилюйская, Усть-Хантайская, Колымская плотины возведены в условиях вечной мерзлоты, в Средней Азии строится самая высокая в мире Рогунская плотина, существуют плотины на Кавказе — Сарсангская, Мингячевирская, известны плотины на Дальнем Востоке, Карпатах, Крыму.

    Классификация грунтовых плотин

    Грунтовые плотины классифицируются по материалу тела плотины, по конструкции, методу производства работ, высоте, типу противофильтрационных устройств в основании.

    Низкими считаются плотины высотой до 25 метров, средними в диапазоне 25-75 метров, выше 75 метров — высокие плотины. Особо высокие плотины (более 150 м) относятся к «сверхвысоким».

    Расчёты грунтовых плотин

    При проектирование современных грунтовых плотин проводятся расчёты с учётом напряжённо-деформированного состояния при статических и динамических воздействиях. При проведении расчётов используются компьютеры, а инженеру-проектировщику требуются знания теории упругости и пластичности, ползучести, численных методов. Работа грунта моделируется с учётом наиболее важных его свойств, и применение методов механики сплошных сред позволяет получить весьма близкие к реальности результаты расчётов. Современное проектирование грунтовых плотин учитывает иногда и реологию грунтов.

    При проектировании плотин следует провести несколько групп расчётов, среди которых:

    • расчёты фильтрации в теле плотины;
    • расчёты основания плотины;
    • расчёты тела плотины;
    • расчёты, связанные с сейсмостойкостью;
    • расчёты устойчивости откосов плотины;
    • расчёты сопряжения плотины с основанием.

    Расчёты фильтрации в теле плотины необходимы для проведения прочих расчётов, например, устойчивости откосов. Фильтрационный поток через плотину влияет на работу плотины в целом. Параметры фильтрационного потока определяют конструкцию как плотины, так и сопутствующих устройств. В ходе расчёта фильтрации определяются скорости движущейся грунтовой воды, фильтрационные расходы через тело плотины, строится гидродинамическая сетка движения фильтрационного потока и депрессионная поверхность (верхняя граница фильтрационного потока в теле плотины).

    При расчётах основания определяются осадки основания, несущая способность грунта, прогнозируется уплотнение (консолидация) основания.

    Расчёты тела плотины определяют его осадки, проверяются прочность грунтовых материалов, даётся оценка трещинообразования.

    Конструкции грунтовых плотин

    Конструкция плотины во многом определяется свойствами местных грунтов, имеющихся вблизи створа. Также на конструирование влияют инженерно-геологическая ситуация места строительства, гидрологические характеристики реки и стока, климатические условия, сейсмичность района, наличие парка необходимых строительных машин.

    В ходе конструирования решаются следующие задачи:

    • назначаются габаритные размеры сооружения (высота плотины, заложение откосов, ширина гребня, размеры берм);
    • выбирается тип укрепления откосов и гребня;
    • определяются противофильтрационные устройства в теле плотины;
    • разрабатываются дренажные устройства;
    • конструируется подземный контур плотины;
    • назначается тип сопряжения плотины с основанием и берегами.

    Разрушения плотин и обеспечение безопасности

    Ущерб от разрушения плотины может быть чрезвычайно большим. Обусловлено это тем, что разрушение непосредственно конструкции плотины является, зачастую, лишь небольшой частью общего ущерба, в который включаются потери от разрушения сопутствующих сооружений (поскольку плотина почти всегда является лишь частью гидроузла), потери предприятий, производство на которых может быть парализовано в результате прекращения поступления от ГЭС, потери от разрушений, произведённых катастрофическим водосбросом в нижнем бьефе плотины.

    Крупные катастрофы на плотинах

    Список некоторых крупных катастроф, произошедших на плотинах.

    Обеспечение безопасности

    В Российской Федерации безопасность гидротехнических сооружений регулируется Федеральным Законом «О безопасности гидротехнических сооружений», принятым Государственной Думой 23 июня 1997 года. Плотины должны проектироваться в соответствии с действующими нормативными документами: строительными нормами и правилами (СНиПами), Государственными стандартами (ГОСТами), ведомственными нормативными документами (РД).

    Мероприятия по обеспечению безопасности должны выполняться начиная со стадии проектирования. В ходе возведения плотины должна производиться проверка на соответствие работ, свойств оснований и строительных материалов проектным данным. В ходе эксплуатации сооружения требуется осуществлять натурные наблюдения — мониторинг плотины с помощью контрольно-измерительной аппаратуры. Установка аппаратуры в сооружении должна предусматриваться ещё на стадии проектных работ и обеспечивать, в зависимости от класса сооружения, наблюдения за осадками, горизонтальными смещениями, параметрами фильтрационного потока в теле плотины, температурой, напряжённо-деформированным состоянием и прочим.

    Помимо аппаратного мониторинга на всех плотинах следует выполнять натурные визуальные и геодезические наблюдения. Подобные наблюдения позволяют установить фактическое состояние сооружения и определить его соответствие проектным прогнозам, своевременно предотвратить негативные процессы.

    Различают два случая несоответствия плотин проектно-нормативным требованиям:

    • К1 — потенциально опасное состояние;
    • К2 — предаварийное состояние.

    Потенциально опасное состояние не вызывает скорого разрушения сооружения, однако требует принятия незамедлительных мер по устранению причин состояния. Предаварийное состояние означает, что в считанные часы может случиться разрушение плотины, требуется эвакуация населения и проведение аварийно-спасательных работ.

    Проведение измерений, наличие плана действий в экстренных ситуациях и готовность персонала гидроузла к аварийным ситуациям способны предотвратить аварии и избежать трагических последствий. В 1993 году на Курейской плотине резко возрос фильтрационный расход через насыпь. Произошло вымывание мелкозернистого грунта, на откосах появился и стал расти провал, грозящий катастрофическим прорывом воды через считанные часы. Руководство гидроузла смогло предотвратить катастрофу, резко снизив уровень воды в верхнем бьефе, организовав немедленную засыпку образовывавшейся воронки и кольматацию трещины с верховой стороны глинистым грунтом.

    голоса
    Рейтинг статьи
  • Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector