Каменно-земляные плотины
Плотины, тело которых выполнено из каменной отсыпки с противофильтрационными устройствами в виде грунтового экрана или ядра, называются каменно-земляными. В качестве противофильтрационных устройств используют маловодопроницаемые грунты— глины, глинобетон, торф, а также асфальтобетон и полимерные пленки.
Каменно-земляные плотины возводят на скальных и нескальных основаниях. Особенность их — применение переходных зон (слоев) от каменной отсыпки или крупнообломочных грунтов к грунтам противофильтрационных устройств.
Со стороны верхнего бьефа переходные зоны предназначены для предупреждения концентрации напряжений и самозалечивания возможных трещин, появляющихся в противофильтрационных устройствах, а также для недопущения просыпания мелких частиц грунта в поры каменной отсыпки.
С низовой стороны переходные зоны (слои) необходимы для обеспечения фильтрационной прочности грунтового ядра или экрана. Подбор фракций в переходных зонах (слоях) выполняют по методике, принятой для обратных фильтров.
Грунты противофильтрационных устройств в переходных зонах (слоях) и пригрузках со стороны верхнего бьефа уплотняют. Благодаря этому увеличивается плотность грунта, повышается коэффициент ф и снижается Кф.
Связные грунты уплотняют катками и трамбующими плитами, а несвязные с преобладанием песчаных н песчано-гравелистых частиц — виброкатками. Плотность связного грунта достигается при послойной отсыпке толщиной 0,15..,0,2м при оптимальной влажности 16...18 % (устанавливается при опытных уплотнениях грунта). С увеличением или уменьшением влажности плотность при тех же условиях уменьшается.
Каменно-земляные плотины с экраном (рис. 5.41,а). Сопряжение экрана с наброской происходит через переходные зоны, которые выполняют однослойными и многослойными. Предпочтение следует отдавать однослойным переходным зонам. Ширину каждого слоя по горизонтали, при обеспечении встречных разъездов, принимают 4...4,5 м (иногда сокращают до 3,5 м). Экран с верховой стороны, включая и переходные зоны, пригружают защитным слоем из каменной мелочи, песчано-гравелистых грунтов, а иногда и каменной наброской. Пригрузку выполняют переменной толщины, меньшую у гребня и большую у основания. Минимальный размер пригрузки у гребня плотины принимают с учетом глубины промерзания; при этом учитывают также удобство механизированной укладки. Поверх при- грузочного слоя устраивают крепление верхового откоса; целесообразно его выполнять в виде каменной наброски.
Заложение верхового откоса в каменно-земляных плотинах с экраном определяют расчетом в зависимости от сдвиговых характеристик грунтов переходных зон, пригрузки и экрана; обычно ml = 2...4.
Наряду с грунтовыми экранами можно применять экраны из полимерных пленок, например из полиэтилена. Такие экраны укладывают на грунтовую подготовку (подстилающий слой), являющуюся продолжением переходных зон (слоев). Подготовку выполняют из суглинков, супесей и песка (лучше) . Дробленые материалы использовать не допускается. Толщину подготовки принимают не менее 0,3...0,4 м.
Сверху пленку покрывают защитным слоем грунта того же состава и толщины, что и подстилающий слой.
При укладке пленок в экран во избежание разрыва, что может последовать при деформации каменной отсыпки, необходимо предусмотреть компенсаторное устройство.
Толщину синтетической пленки определяют расчетом или по номограммам при определяющих параметрах — среднего диаметра пор грунта и прочностных характеристик пленки.
Каменно-земляные плотины с ядром (рис. 5.41,6). Ядро выполняют из маловодопроницаемых грунтов — глины, суглинка, глинобетона, а для плотин с центральной грунтовой противофильтрационной призмой используют супеси и мелкопесчаные отложения. Для устройства ядер применяют также асфальтобетон и полимерные пленки.
Грунтовое ядро выполняют вертикальным или слабонаклонным, в отдельных случаях применяют комбинацию — верхнюю часть ядра делают вертикальной, а нижнюю—наклонной.
Грунтовым ядрам чаще всего придают трапецеидальную форму, при этом ось ядра обычно совмещают с осью плотины; допускается и смещение оси ядра в сторону ВБ. Размеры ядра поверху назначают из условия удобства работ при отсыпке грунта, но не менее 3 м. Размеры ядра понизу определяют расчетом при принятом допускаемом градиенте напора для материала ядра по формуле (5.7). К грунтовому ядру с обеих сторон примыкают переходные зоны; назначение их такое же, как и в плотинах с экраном.
При сопоставлении двух конструкций плотин (с экраном и ядром) следует учесть, что плотины с экраном имеют некоторые преимущества: независимость укладки экрана от тела плотины; большая часть поперечного профиля свободна от воды; возможность относительно легко восстановить экран при его повреждении и т. д. Объем отсыпки тела плотины с экраном будет больше, чем у плотины с ядром. Условия работы ядра будут значительно лучше, чем у экрана (возможность оползания). В плотинах с экраном проще выполнить цементационную завесу.