Принципиальные схемы подземного контура плотин
При проектировании подземного контура плотины надлежит различать следующие шесть принципиальных схем подземного контура.
1. Бездренажные понур и тело плотины (см. рис. 17.1). Здесь под плотиной и понуром нет дренажа; входным живым сечением фильтрационного потока является поверхность дна верхнего бьефа А—1 выходным живым сечением — поверхность дна нижнего бьефа 6—В, как правило, прикрытая сверху креплением с обратным фильтром.2. Плотина с горизонтальным дренажем (рис. 17.2). Здесь непосредственно под плотиной устроен горизонтальный дренаж, защищенный снизу обратным фильтром; выходным живым сечением в данном случае можно считать линию 6—В, пренебрегая при фильтрационных расчетах низовым зубом плотины; подземным контуром плотины является линия 1—2—3—а—4—5—6.
3. Плотина с горизонтальным дренажем понура (рис. 17.3). Линия 5—6—В является выходным живым сечением, а линия 1— 2—3—4—5 — подземным контуром.
4. Плотина с дренажем верховой грани (рис. 17.4). В этом случае выходным живым сечением надлежит считать линию 5—В—С, пренебрегая при фильтрационных расчетах верховым и низовым зубьями плотины; подземный контур представляет собой линию 1—2— 3—4—5. Если дренирование напорной грани производится на небольшую высоту, понур плотины может оказаться горизонтальным.
5. Плотина с вертикальным дренажем (рис. 17.5). В этом случае одна из приведенных выше схем усложняется дополнительным устройством одного или нескольких рядов глубоких дренажных колодцев; они могут располагаться или в области нижнего бьефа, или под плотиной, или под понуром. Как видно, здесь выходное живое сечение развивается за счет устройства колодцев, причем напор в определенной зоне основания (на боковой поверхности колодцев и их дне) доводится до напора нижнего бьефа.
6. Глубинная схема подземного контура (рис. 17.6). В этом случае водопроницаемое основание на всю его глубину до водоупора пересекаётся диафрагмой, выполненной или глубоким бетонным зубом (рис. 17.6, а), или шпунтовым свайным рядом (рис. 17.6, б). Водопроницаемое основание может пересекать одна диафрагма или несколько. В некоторых случаях бетонный глубокий зуб заменяют зубом (замком), выполненным из глинистого грунта.
В настоящее время наиболее часто применяют схемы 4, 2 и 6.
Из первых пяти схем схему 1 (см. рис. 17.1) следует использовать, когда нет уверенности, что обратный фильтр будет работать нормально (с течением времени не закольматируется), а. также когда плотина, запроектированная посхеме 1, оказывается более экономичной, чем плотина, запроектированная по схемам 2...5 (что встречается относительно редко). В остальных случаях необходимо обращаться к одной из схем, имеющих в своем составе дренаж под телом плотины или под понуром. Заиления правильно построенного обратного фильтра следует опасаться при наличии несвязных мелкозернистых илистых и пылеватцх грунтов, защищаемых обратным фильтром. При таких грунтах следует применять схему когда же основание плотины образовано связным грунтом, схему не применяют. В сомнительных случаях приходится ставить специальные опыты в лаборатории.
Схема 2 (см рис. 17.2) характеризуется тем, что вдоль линии а также под подошвой низового зуба напор может быть принят постоянным,отвечающим горизонту воды нижнего бьефа. Благодаря устройству под плотиной дренажа со значительной части ее подошвы снимается избыточное противодавление, в связи с чем вес плотины может быть уменьшен.
Гхема 3 (см рис 17.3) обычно имеет смысл только при усло нии если плотина будет привязана арматурой к понуру, т. е. понур будет анкерным. В этом случае вес воды, лежащей над понуром, будет прижимать его к основанию, причем устойчивость плотины на сдвиг соответственно повысится. В конструктивном отношении плотина с анкерным понуром является более сложным сооружени , ем чем плотина, запроектированная по схеме 2: вся верховая часть плотины с анкерным понуром должна быть соответствующим. образом армирована, поскольку эта часть работает на внецентреи ное растяжение, т. е. в весьма невыгодных для бетона условиях. Конструкция самого понура, условия его статической работы в случае схемы 3 значительно более сложны, чем в случае плотины по схеме 2.
Схема плотины с анкерным понуром может оказаться рента, бельной в условиях низкого коэффициента трения (0,25), когда повышение устойчивости плотины другими способами ведет к значительному увеличению объема работ. Рентабельность плотины с анкерным понуром должна устанавливаться сравнением ее с вариантами плотины, запроектированными по другим схемам.
Схема 4 (см. рис. 17.4) позволяет снизить горизонтальное давление воды, действующее на плотину со стороны верхнего бьефа.
Однако эта схема имеет существенные недостатки: вопервых, шов ab сопряжения понура и плотины находится так же, как и в схеме 3, под действием большого напора; вовторых, этот тип плотины ограничивает возможность устройства глубинных и донных отверстий, в частности, служащих для пропуска строительных расходов.
Схема 5 способствует перераспределению фильтрационных сил в некоторой области основания, окружающей вертикальный дренаж; в частности, в этой области могут быть ликвидированы фильтрационные силы, направленные снизу вверх. Такие случаи могут иметь место: а) когда в области нижнего бьефа имеется сравнительно тонкий маловодопроницаемый поверхностный слой грунта основания, который при отсутствии вертикального дренажа в нижнем бьефе будет подвергаться выпору фильтрационным потоком; б) когда имеем анизотропный грунт с относительно малым коэффициентом фильтрации в вертикальном направлении; в) когда при расчете устойчивости плотины выясняется, что возможная поверхность сдвига в связи, например, с неоднородностью грунта основания проходит не по подошве плотины, а на некоторой глубине, вания проходит не по подошве плотины, а на некоторой глубине.
В последнем случае, изменяя с помощью вертикального дренажа характер распределения фильтрационныхсил в области грунта, расположенного выше возможной поверхности сдвига, можем добиться повышения устойчивости сооружения. Таким образом, если грунт основания изотропный, причем в нижнем бьефе отсутствует маловодопроницаемый поверхностный слой, и если имеется уверенность в том, что поверхность возможного сдвига плотины проходит по ее подошве, вертикальный дренаж устраивать не следует. Исключение составляет только сжимаемое маловодопроницаемое основание, когда устройство вертикального дренажа ускоряет консолидацию грунта основания.
Схему 6 (см. рис. 17.6) применяют при сравнительно неглубоком залегании водоупора (до 15...20 м); эту схему следует сопоставлять в техникоэкономическом отношении с другими схемами плотин. При пересечении водопроницаемой части основания бетонным глубоким зубом (см. рис. 17.6, а) движение грунтовой воды под плотиной ликвидируется, причем в области грунта перед зубом напор отвечает уровню воды верхнего бьефа, а в области грунта за зубом напор всюду соответствует уровню воды нижнего бьефа (см. пьезометрическую линию Р—Р—Р). В случае пересечения водопроницаемого основания свайными шпунтовыми рядами благодаря известной щелеватости их (образующейся в связи с наличием зазоров между отдельными сваями) под плотиной наблюдается движение грунтовой воды, в результате чего давление перед шпунтом падает, а за шпунтом возрастает.