Грунтовые плотины

Основными конструктивными элементами грунтовой плотины являются тело плотины, обеспечивающее ее прочность и устойчивость, противо-фильтрационные устройства (ядра, экраны, диафрагмы), обеспечивающие водонепроницаемость и дренажные устройства для сбора воды, профильтровавшейся через противофильтрационные устройства.

Конструкции грунтовых плотин отличаются большим разнообразием. Какой из вариантов предпочтительнее, решается при сравнении вариантов по стоимости и ряду других параметров (инженерно-геологических условий, наличия соответствующих материалов и механизмов для возведения, времени, необходимого на строительство и т.д.).

Грунтовые плотины в поперечном сечении имеют трапецеидальную форму и в зависимости от типа грунта делятся на земляные насыпные, земляные намывные, каменно-земляные и каменно-набросные.

Земляные насыпные плотины либо отсыпают насухо с уплотнением, либо в воду (в воде грунты уплотняются естественным образом); грунты тела плотины - от глинистых до гравийно-обломочных. Особую группу земляных насыпных плотин образуют мерзлые и талые плотины, возводимые в северной строительно-климатической зоне вечной мерзлоты.

Тип плотины, ее размеры и конструктивные элементы назначаются на основе расчетов и технико-экономического сопоставления вариантов. Однородная плотина из песка может быть принята, если потери воды из-за фильтрации будут приемлемыми. Для этой цели выполняются фильтрационные расчеты. Размеры сечения однородной плотины диктуются необходимостью обеспечения устойчивости ее откосов; допустимы углы заложения откосов (тангенсы углов наклона откоса к горизонту mh, mj меньшие углов внутреннего трения (предельных углов, при которых грунт с откоса не сползает). В реальных плотинах углы заложения откосов несколько меньше предельных (предусматривается запас устойчивости откосов). Очень малые углы заложения откосов, существенно меньшие тех, при которых грунт находится в предельном состоянии (вот-вот сползет), нецелесообразно принимать, так как это неоправданно увеличит объем плотины, а, следовательно, и ее стоимость. Ширина сечения по гребню выбирается из условий эксплуатации плотины. Например, если по гребню плотины проходит дорога, то гребень будет шире. Большая часть тела однородной плотины водонасыщена из-за фильтрующейся воды. Свободная поверхность фильтрующейся через тело плотины воды, называется поверхностью депрессии. В теле однородной плотины поверхность депрессии (свободная поверхность фильтрующейся воды) плавно понижается от УВБ до УНБ. Тангенс угла наклона кривой депрессии к горизонту называется градиентом напора. Градиент напора (уклон линии свободной поверхности, фильтрующейся воды в теле грунтовой плотины) не может быть очень большим. При больших уклонах (градиентах напора) может начаться механическая суффозия (вымыв песка из тела плотины). Эти, и подобные им задачи, решаются при проектировании грунтовых гидротехнических сооружений и их оснований.

Насыпная грунтовая плотина с ядром имеет верховую и низовую призмы из водопроницаемых грунтов (песок, песчано-гравийная смесь) и водонепроницаемое ядро (глина, суглинок). У плотины такой конструкции в водонасыщенном взвешенном состоянии находится только верховая призма (расположенная выше ядра), а низовая выше УНБ - практически сухая.

Особую группу насыпных плотин составляют земляные насыпные плотины, возводимые в северной строительно-климатической зоне. Эти плотины подразделяются на две подгруппы - мерзлые и талые. Земляные намывные плотины намываются средствами гидромеханизации из грунтов от глинистых до гравийно-галечных.

Каменно-земляные плотины: грунты тела - крупнообломочные, грунты противофильтрационных устройств - от глинистых до мелкопесчаных.

Примечание. Номенклатура грунтов регламентируется требованиями ГОСТ (Государственных общероссийских стандартов) и СНиП (строительных норм и правил). Согласно ныне действующим ГОСТ, грунты подразделяются на скальные и нескальные. Плотины возводятся из нескальных грунтов. Нескальные грунты в зависимости от крупности частиц, их плотности, пористости, сопротивления одноосному сжатию подразделяются (в порядке убывания крупности частиц) на крупнообломочные (валунные, галечниковые, гравийные), песчаные, пылевато-глинистые (супеси, суглинки, глины).

В.И. Брызгалов, Л.А. Гордон, "Гидроэлектростанции", Красноярск, 2002г.