Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ИНТЕНСИВНОСТЬ НАМЫВА ЗЕМЛЯНЫХ СООРУЖЕНИЙ И УСТОЙЧИВОСТЬ НАМЫТЫХ ЗЕМЛЯНЫХ ОТКОСОВ

Интенсивность намыва — это рост в метрах намываемого сооружения в единицу времени (обычно за сутки).

Намыв земляных сооружений может производиться при некоторой ограниченной интенсивности в зависимости от характеристик намываемого грунта.

При чрезмерно большой интенсивности намыва сооружение может потерять устойчивость и разрушиться в процессе намыва, не доходя до стадии эксплуатации. Так, при намыве одного из объектов Куйбышевгидро- строя при усиленной подаче гидросмеси внешние откосы намываемого сооружения потеряли устойчивость: фильтрация через откос достигла значительной интенсивности, зона высачивания захватила оба первых яруса намыва (намыв велся в начале третьего яруса), начался интенсивный вынос грунта, на откосах появились зоны усиленной фильтрации, что привело к образованию тальвегов, по ’ дну которых текли ручьи. Некоторые пьезометры, находившиеся в области выноса грунта, были погребены в оплывшей массе. При дальнейшем намыве при такой его интенсивности могла произойти авария, поэтому намыв пришлось временно прекратить.

Современная техника намыва позволяет производить интенсивный намыв земляных сооружений. До сих пор интенсивность намыва была невелика, например при намыве Цимлянской плотины среднесуточный рост сооружения в высоту достигал 12 см; намытые перемычки и дамбы на Куйбышевгидрострое имели среднесуточный рост примерно 20 см.

Предельно допустимая интенсивность намыва определяется условиями устойчивости намываемого земляного сооружения. Однако повышение устойчивости сооружения, а следовательно, и увеличение интенсивности намыва может быть достигнуто путем применения специальных искусственных мер.

Во всех случаях угол откоса земляного сооружения берется меньше угла естественного откоса, поэтому искусственные земляные сооружения, лишенные внешних нагрузок и не подверженные воздействию фильтрационных вод, всегда устойчивы. Плотность намытого сооружения зависит от гранулометрического состава песка, способа его укладки, т. е. технологии намыва, от положения рассматриваемой области в теле сооружения и режима фильтрационных вод. Грунты, находящиеся в нижних частях сооружения и подверженные действию фильтрационного потока, имеют большую плотность укладки, а следовательно и больший угол трения. Кроме того, нижние слои имеют большую плотность в результате сжатия вышележащим грунтом.

В прудке-отстойнике оседает мелкий материал. Долгое время этот материал в виде рыхлой, насыщенной водой массы остается в разжиженном состоянии в центральной части плотины, боковые призмы которой образуют как бы стенки чаши, наполненной жидкостью. Естественно, что боковые призмы испытывают гидростатическое давление со стороны массы разжиженного ядра. Влага постепенно отдается ядром и просачивается через боковые призмы и основание плотины. Кроме гидростатического давления при намыве вступает в силу новый фактор — гидродинамическое давление фильтрационного потока на фильтрующую среду. Гидродинамическое, или фильтрационное, давление обусловливается лобовым давлением жидкости на частицы среды и трением при протекании жидкости по поровым каналам фильтрующей среды.

При протекании жидкости в поровых каналах фильтрующей среды при достаточно высокой скорости потока мелкие частицы грунта перемещаются в порах между крупными и выходят в области высачивания из тела сооружения. Это явление, называемое суффозией, может быть причиной осадки сооружения и неустойчивости внешних откосов. Чем интенсивнее намыв, тем выше поднимается линия высачивания на внешнем откосе т. е. тем большая часть поверхности внешнего откоса оказывается влажной и тем интенсивнее высачивание. С увеличением интенсивно в большей мере проявляется. Доль откосов образуются шлейфы суффозионного грунта. При этом внешний откос как бы начинает «плыть». Устанавливаемые иглофильтры не всегда в состоянии остановить это явление.

Вода, имфильтрующаяся в тело плотины при намыве, насыщает грунт в области внешних откосов и свободная поверхность грунтовой воды в этой части плотины может оказался выше зеркала воды в прудке-отстойнике.

В результате образовавшегося подпора происходит фильтрация из тела плотины в прудок-отстойник. Иногда можно видеть восходящие вертикальные струйки воды, бьющие из тела плотины в прудок-отстойник. Такие восходящие токи воды оказывают взвешивающее воздействие на грунт, способствуют увеличению пористости и уменьшению сцепления грунта, вследствие чего понижается устойчивость земляной массы.

Устойчивость грунта против суффозионного размыва характеризуется величиной некоторого коэффициента


Формула (356) получена из закономерностей, характеризующих турбулентную фильтрацию, гак как допускается, что явления суффозии наблюдаются при скоростях фильтрации, сответствующих турбулентному режиму фильтрации. При значениях kc, меньших значений, определенных по формуле (356), можно полагать, что суффозии не будет.

Современные землесосные снаряды позволяют получать практически любые интенсивности намыва, но требуется определить пределы увеличения интенсивности намыва, диктуемые устойчивостью намывных сооружений.

Факторами, обусловливающими интенсивность намыва, являются: характеристика намывных грунтов, размеры земляного сооружения, назначение и условия работы сооружения, протяженность по глубине водопроницаемой части основания и водопоглощающая способность основания сооружения, угол заложения внешних откосов, способ намыва и консистенция гидросмеси. Кроме этого, интенсивность намыва зависит также и от высоты (ярусности), на которой ведется намыв.

Что касается первого фактора — характеристики намывных грунтов—то в этом случае имеется в виду прежде всего крупность грунта и его гранулометрический состав. Большое значение имеет наличие примеси глины, если она не отмывается полностью и не уходит через сбросную систему.

Размер намываемого земляного сооружения играет, безусловно, огромную роль в его устойчивости, а следовательно, и в интенсивности намыва. Широкое сооружение даже при наличии ядра, ширина которого занимает определенный процент (30—20%) от ширины плотины, имеет развитые боковые призмы, способные противостоять гидростатическому давлению ядра. При этом величина гидростатического давления, обусловливаемая наличием ядра, не зависит от ширины последнего, а только от его высоты. Кроме того, очень широкие боковые призмы обусловливают большую протяженность пути фильтрации воды из ядра и из прудка-отстойника. Это является причиной ухода огромного количества воды в водопроницаемое основание, если плотина намывается не на водоупоре.

Обжатый профиль плотины не имеет этих преимуществ, а потому не может при прочих равных условиях допустить той же интенсивности намыва, что и широкое (распластанное) сооружение. Абсолютная высота сооружения (над основанием), на которой производится намыв, также имеет большое значение. Чем выше намыв, тем выше линия высачивания, тем менее устойчив откос как вследствие непосредственного влияния фильтрационного потока, так и в результате увеличения весовой нагрузки, каковой является вес верхних ярусов.

По назначению и условиям работы земляные сооружения делятся на ненагруженные и нагруженные, причем нагруженные сооружения следует подразделить на имеющие статическую и динамическую нагрузки.

Качество основания играет также большую роль в устойчивости сооружения в период намыва. При этом большое значение имеет водопоглощающая способность основания, причем важно, чтобы грунт основания, насыщаясь водой и принимая нагрузку намываемого сооружения, не превращался в плывунную массу. Водонепроницаемое основание влечет за собой неустойчивость откосов при намыве (вследствие оплывания нижних слоев верхние ярусы обрушаются). При намыве даже двух нижних ярусов линия высачивания поднимается высоко, и откосы проявляют признаки неустойчивости. Сооружения обжатого профиля более экономичны по возведению, а сооружения распластанного профиля более устойчивы при намыве и эксплуатации.

Способ намыва также влияет на устойчивость сооружения и определяет интенсивность намыва. Например, при намыве безъядерных сооружений или сооружений с отощен- ным ядром можно допускать большую интенсивность, чем при намыве сооружений с ядром.

Консистенция гидросмеси также является существенным фактором, влияющим на интенсивность намыва. Большое значение консистенции гидросмеси означает большее количество грунта, укладываемого в тело плотины в единицу времени при работе некоторого гидротранспортирующего агрегата. Незначительная консистенция гидросмеси означает меньшее количество укладываемого грунта в тело сооружения, но большее количество поступающей на карту воды. Однако такое непосредственное понижение интенсивности является односторонним, так как консистенция гидросмеси влияет на плотность укладки грунта и до некоторой степени определяет интенсивность намыва.

На устойчивость сооружения, а следовательно, и на интенсивность намыва влияют также абсолютная крупность материала и способ раскладки его по поперечному сечению тела сооружения при данном его гранулометрическом составе.

Как показали исследования, интенсивность намыва можно повышать прямыми способами (увеличением консистенции гидросмеси и ее расхода на единицу площади карты намыва) и косвенными способами. К последним относятся прежде всего мероприятия, обеспечивающие обжатый профиль плотины, т. е. мероприятия, способствующие повышению устойчиво- . сти откосов плотин как в период их возведения, так и во время их дальнейшего существования. К таким мероприятиям относятся: применение дренажей строительного периода; использование грунтов определенного гранулометрического состава при соответствующей раскладке его по фракциям в теле плотины; выбор соответствующего способа ведения намыва.

Для установления эффективности влияния перечисленных мероприятий на увеличение интенсивности намыва земляных сооружений при лабораторных и производственных исследованиях намыва велись наблюдения за его режимом и режимом движения грунтовых вод, раскладкой грунта по крупности в теле плотины, прудком-отстойником и работой сбросных колодцев, за плотностью укладки грунта и уклоном внутренних и внешних откосов. При этом определяли общий расход гидросмеси Q общий расход подаваемой на карту воды Q, количество сбрасываемой воды и количество воды, фильтрующейся через откосы и основание плотины.

Положение кривой депрессии фиксировалось по нескольким створам плотины. В каждом створе устанавливали несколько пьезометров. Пьезометрами в производственных условиях являлись иглофильтровые трубы, наращиваемые по мере роста плотин. Уровень воды в пьезометре определяли специальным прибором (лотом), опускаемым в пьезометр, с фиксацией момента касания уровня воды в пьезометре по гальванометру.

Выполненными исследованиями установлено, что для намыва в условиях Куйбышев-гидростроя (крупность песка 0,21 мм; коэффициент неоднородности (1,6) допустимы следующие предельные интенсивности намыва: при намыве первого яруса сооружений; при намыве второго и третьего ярусов; при намыве выше третьего яруса интенсивность следует уменьшить до 27 см/сутки.

Перечисленные выше обстоятельства не ограничивают интенсивность намыва под воду.

Гидромеханизация. Учебное пособие для вузов. А. П. Юфин. Изд. 2-е, перераб и доп М., Стройиздат, 1974, 223 с.

Литература

Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции

Зайцев Ю.В., Строительные конструкции заводского изготовления

Е.Ф. Лысенко, Армоцементные конструкции

С.В. Поляков, Каменная кладка из пильных известняков

В. Ермолов, Пневматические строительные конструкции

Журавлев А.А., Вержбовский Г.Б., Еременко Н.Н., Пространственные деревянные конструкции

А.В. Калугин, Деревянные конструкции

Е.К. Карапузов, Г. Лутц, X. Герольд, Сухие строительные смеси

А.А. Пащенко, Теория цемента

Волков В.А., Сантехника: как все устроено и как все починить

А. Грассник, Бездефектное строительство многоэтажных зданий

Д.С. Щавелев, Гидроэнергетические установки

Д.С. Щавелев, Экономика гидротехнического и водохозяйственного строительства

Гидротехнические сооружения. Ч. I. Глухие плотины

Гидротехнические сооружения. Ч. II. Водосливные плотины

Производство гидротехнических работ

Н.П. Розанов, Гидротехнические сооружения

А. П. Юфин, Гидромеханизация

Термоэлектрические преобразователи энергии

Использование возобновляемой энергии

Бетон и железобетон, избранные статьи

Современное состояние и перспективы развития энергетики