Общие сведения о грунтовых плотинах
Плотины, возводимые из грунтов как строительного материала, называются грунтовыми. Широкое распространение грунтовых плотин объясняется следующими их достоинствами. Материал для возведения плотин используют, как правило, местный, затраты на добычу материала минимальны. Плотины из грунта 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 грунтов 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 способу производства работ грунтовые плотины подразделяются на плотины с отсыпкой насухо пионерным способом, с механическим уплотнением грунта, с отсыпкой грунта в воду, намывные, а также возводимые с помощью направленных взрывов.
По конструкции тела и противофильтрационных устройств различают следующие виды плотин (рис. 5.1): из однородного и неоднородного грунта, с экраном из грунтового и негрунтового материала, с ядром из грунтового материала, с 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 (рис. 5.2).
Плотины делят на четыре класса. Класс определяется высотой плотин, характером грунтов основания и принимается по СНиП [100].
Выбор створа плотины. На положение створа плотины оказывают влияние различные факторы. Топографические условия определяют длину и высоту плотины. Створ плотины, как правило, располагают в наиболее узкой части водотока, обычно нормально к горизонталям, что обеспечивает минимальный объем работ; большую роль играют инженерно-геологические и гидрологические условия, оцениваемые прочностными характеристиками грунтов, их напластованием и водопроницаемостью. Створ плотины целесообразно выбирать одновременно с трассировкой водосбросного тракта. При выборе створа учитывают и способ пропуска строительных расходов, наличие и возможность устройства дорожной сети, прокладку линий электропередачи.
В процессе изысканий намечают несколько створов. Створ будущей плотины из них выбирают с учетом перечисленных факторов и на основе результатов технико-экономического сравнения вариантов.
Для принятого створа делают продольный профиль с фиксацией отметок поверхности земли на пакетах и промежуточных точках. В створе выполняют шурфование или бурение скважин для освещения инженерно-геологического строения основания плотины.
Если продольная ось плотины трассируется с углами поворотов, то вписывают кривые, радиус которых принимают по нормам дорожного строительства.
При проектировании плотин учитывают и форму речных долин, в которых наблюдаются два характерных участка (рис. 5.3): русловой, где протекает вода в меженное время, и пойменный, затапливаемый в паводок. На горных участках рек и в руслах малых водотоков поперечное сечение обычно имеет очертание, близкое к треугольному (ущелье), и здесь пойменных участков нет.
В водохранилищах, создаваемых с помощью грунтовых плотин, различают три уровня поверхности воды: форсированный подпорный (ФПУ), нормальный подпорный (НПУ) и мертвого объема (УМО). Отметки этих уровней устанавливают с помощью водохозяйственных расчетов. Иногда форсировку уровня воды не предусматривают, тогда НПУ и ФПУ имеют одну отметку.
Форма поперечного сечения грунтовой плотины представляет трапецию, большую сторону которой называют подошвой, а меньшую — гребнем.
Поперечный профиль плотины приведен на рисунке 5.4. Подошва плотины не всегда бывает горизонтальной, очертание ее зависит от рельефа местности.