Конструктивные части плотины
Гребень плотины, как правило, используют для проезда автотранспорта. Ширина его в этом случае определяется категорией дороги, ее принимают по СНиП. При отсутствии проезда ширину гребня задают не менее 3 м. При определении отметки гребня плотины (рис. 5.7) из условия недопущения перелива воды через него превышение d над расчетным уровнем воды в водохранилище определяют по формуле:
Если на гребне плотины выполнен парапет, превышение d считают от его верха до расчетного уровня воды в водохранилище; при этом отметка гребня должны быть не менее чем на 0,3 м выше НПУ и не ниже отметки ФПУ.
Расчет по формуле (5.3) ведут для двух расчетных уровней — НПУ и ФПУ. В качестве расчетной принимают большую отметку. При определении d нпу скорость ветра W принимают 1 %-ной обеспеченности, наблюдаемой в течение года, а при ФПУ — 50 %-ной обеспеченности, наблюдаемой в сроки форсировки уровня.
Расчетную обеспеченность высоты волны принимают для плотин I и II классов не менее 1 %; III и IV—не менее 3 %.
При устройстве проезда гребень шютины выполняют как дорогу в насыпи. Составными частями дороги будут проезжая часть, обочины, ограждения и дренажные устройства. В состав проезжей части входят покрытие и основание. Тип покрытия определяется категорией дороги. В большинстве случаев на твердое покрытие укладывают слой асфальта толщиной 3...5 см.
На прямолинейных участках дороги проезжую часть выполняют с двусторонним поперечным уклоном, принимая равным его 15...40 о/оо в зависимости от типа покрытия. Уклон обочин при двускатном профиле увеличивают на 10...30 о/оо по сравнению с уклонами проезжей части. Увеличение уклонов связано с большей шероховатостью обочин.
На криволинейных участках гребня дорогу выполняют с виражом, придавая проезжей части односторонний уклон.
Вдоль гребня плотины с обеих сторон в пределах обочин ставят ограждения в виде столбов (надолбы), низких стенок и парапетов (рис. 5.8).
В поперечном профиле дороги ограждения ставят на расстоянии не более 0,5 м от бровки гребня, а по длине плотины, если они выполнены в виде столбов и тумб, через 4...6 м.
Конструкция гребня плотины с дорогой, имеющей покрытие проезжей части по типу булыжной мостовой, показана на рисунке 5.9.
В грунтовых плотинах заложение откосов зависит от вида грунта и его сдвиговых характеристик. Устойчивость откосов подтверждается расчетом. Расчеты можно выполнить лишь после определения геометрических размеров поперечного профиля плотины и выполненных фильтрационных расчетов.
Предварительно заложение откосов задают, используя опыт плотиностроения.
Откосы выполняют с постоянным или переменным заложением по высоте (рис. 5.10). В низких плотинах обычно принимают постоянное заложение, а в средних и высоких — переменное, что уменьшает объем насыпи.
На верховых откосах их выполняют в местах изменения заложения откосов и расположения упоров крепления (см. f и. 5.4), а также по условиям производства работ. Бермы применяют и в перемычках, включенных в тело плотины. На низовых откосах бермы размещают через 10... 15 м по высоте плотины, увеличивая это расстояние в высоких плотинах.
Бермы с кюветами на низовых откосах служат для перехвата ливневых вод. Их используют для заглубления кривой депрессии, если она близко подходит к низовому откосу, а также для эксплуатационного проезда и размещения оголовков пьезометров. Бермам придают уклон в сторону кювет, а бровки берм полезно закреплять дерновыми лентами или бетонными опоясками.
Элементы крепления низового откоса с помощью дерновых клеток показаны на рисунке 5.11.
Для предохранения откосов от разрушения ветровыми волнами применяют крепление, в состав которого входят покрытие, воспринимающее силовое воздействие, и подготовка, укладываемая обычно по типу обратных фильтров.
Крепление верхового откоса делится на основное, располагаемое в зоне воздейстия волновых и ледовых сил, и облегченное, располагаемое ниже и выше основного крепления.
Для крепления откосов применяют водонепроницаемые покрытия — бетонные и железобетонные (сборные и монолитные) плиты, асфальтобетон и водопроницаемые покрытия (каменная наброска, мостовая, иногда из гравийно-галечниковых грунтов). В отдельных случаях находит применение биологическое крепление.
Покрытие из водонепроницаемых материалов рассчитывают на прочность и устойчивость, а водопроницаемое — только на устойчивость от воздействия фильтрационного потока.
Каменная наброска водопроницаема. Работы по ее укладке легко поддаются механизации. Наброску выполняют независимо от температуры воздуха. Разрушенные участки покрытия легко и быстро восстанавливаются, крепление обладает гибкостью и приспосабливается к деформациям откоса.
Наброску выполняют из камня изверженных, метаморфических и осадочных пород, обладающих прочностью, морозо- и водостойкостью.
Конструкция покрытия откоса из каменной наброски приведена на рисунке 5.12, а. Массу отдельного камня из условия устойчивости определяют по формуле:
Покрытие в виде одиночной мостовой (рис. 5.12,6) выполняют редко. Его применяют при высоте ветровой волны менее 1,5 м.
Для повышения устойчивой мостовой камни укладывают в клетки (рис. 5.12,в) из бетонных сборных элементов. В таких покрытиях случайный выпад нескольких камней приводит к локальному разрушению в пределах клетки. При высоте волны более 1,5 м можно применять двойную мостовую (рис. 5.12,г).
Бетонные монолитные плнты применяют при высоте ветровых волн не более 1,5 м. При большей высоте волн требуются расчеты прочности от силового воздействия ветровых волн. Деформационные швы между плитами уплотняют асфальтовой мастикой или деревянными досками, вставляемыми после укладки бетона в плиты.
При повышенной ветровой волне применяют железобетонные плиты сборные и монолитные. Размеры сборных плит определяют расчетом, учитывая грузоподъемность транспортных средств и кранов.
Отдельные плиты объединяют в карты, швы между ними замоноличивают. Между картами делают деформационные швы. Примеры замоноли- ченных швов в железобетонных плитах приведены на рисунке 5.14. Деформационные швы выполняют по той же схеме, но швы заполняют асфальтовой мастикой, что позволяет картам перемещаться в случае неравномерной осадки и температурных деформаций.
Толщину бетонных и железобетонных плит определяют по формуле:
Верхнюю границу основного крепления, как правило, доводят до гребня плотины и только в отдельных случаях границу кре ения выполняют на отметке, соответствующей высоте наката и нагона ветровой волны.
Нижнюю границу основного крепления назначают на глубине, отсчитываемой от УМО). При этом нижняя граница крепления должна быть ниже подводной кромки льда на значение, равное половине толщины льда.
Ниже основного крепления (как и выше) применяют облегченное крепление. Граница его определяется отметкой, ниже которой волновые скорости по откосу не превышают допускаемые для неукрепленного грунта.
На границе сопряжения основного и облегченного крепления выполняют упор, располагая его либо непосредственно на откосе, либо на берме (рис. 5.15). Назначение упора — предупредить возможность сдвига основного крепления по откосу и предохранить концевую часть покрытия от подмыва при воздействии волн.
Пологие (пляжные) откосы устойчивы без крепления. Они выдерживают силовое воздействие при высоте волн до 1,5 м и сохраняют устойчивость за все время эксплуатации.
Для предварительного определения заложения пологих откосов можно использовать график, построенный с учетом длительных наблюдений (рис. 5.16).
Крепление низового откоса выполняют для предупреждения процессов естественного выветривания. Простые и дешевые способы крепления низового откоса — залужение и одерновка. Для ускорения роста трав при залу- жении насыпают на откос слой растительной земли 8,..10 см. Залужение вступает в силу после того, как укрепится корневая система трав; на это требуется время. В какой-то степени предотвратить деформацию откоса можно залужением в дерновых клетках (см. рис. 5.11).
Залужение откосов н дерновое крепление применяют при благоприятных условиях произрастания трав. В районах с жарким климатом и с сильными ветрами откосы защищают слоем гравийно-галечниковых грунтов 10...20 см. Участки низовых откосов, омываемых водой, крепят так же, как и верховые. Верхнюю границу крепления определяют из условия наката волны. Нижней границей крепления будет подошва откоса.