Намывные плотины
Намывными называют плотины, доставку и укладку грунта в тело которых проводят средствами гидромеханизации. Преимущества намывных плотин — механизация всего процесса по разработке и укладке грунта, ведение работ при любых погодных условиях и некоторое сокращение затрат.
В зависимости от материала и способов возведения намывные плотины подразделяют на однородные и неоднородные (рис. 5.42).
Для намыва применяют связные и несвязные грунты. Для предварительной оценки применимости карьерных грунтов для намыва можно использовать график гранулометрического состава (рис. 5.43). Целесообразно использовать песчаные грунты I и II групп. Супеси III группы, суглинки IV группы, гравийные и галечниковые грунты V группы применяют при технико-экономическом обосновании. Гравийные грунты следует использовать для упорных призм, а суглинки и глины — для ядра.
Намыв проводят по картам, которые обваловывают по периметру грунтовыми дамбочками первичного и попутного обвалования (первичное обвалование выполняют для первой карты, примыкающей к основанию плотины).
Надводный и подводный намыв (рис. 5.44). Надводный намыв ведут на пойменных участках при отсутствии воды в русле реки. В этом случае возможно выполнять однородные и неоднородные плотины.
Подводный намыв характерен для русловых участков рек, где можно получить только однородные ПЛОТИНЫ С заложением откосов, соответствующих углу естественного откоса в воде. Его выполняют без подготовки основания под плотину; илистые наносы в рыхлом состоянии можно при намыве отжать за пределы контура плотины.
Способы намыва грунта. При возведении намывных плотин основные способы намыва — эстакадный, безэстакадный и низкоопорный (рис. 5.45).
Эстакадный способ намыва применяют редко, для небольших плотин его можно использовать. Распределительный трубопровод укладывают на эстакады, определяющие ярус намыва, высотой до 5 м. Эстакаду выполняют из дерева или металлических инвентарных опор. После окончания намыва очередного яруса деревянные стойки эстакады остаются в грунте. Опоры инвентарных эстакад поднимают краном и устанавливают на следующем ярусе намыва.
Более совершенным является безэстакадный способ намыва. Распределительный трубопровод укладывают на намытый грунт параллельно оси карты. Гидросмесь сосредоточенно выпускают из концевого трубопровода. После того как будет намыт слой грунта требуемой толщины, концевое звено трубопровода наращивают (отсоединяют) при челночном ведении работ. В результате будет намыт слой грунта по всей карте. Толщина слоя намыва 0,2...0,3 м при укорочении распределительного трубопровода и 0,6... 0,7 м при наращивании его.
В низкоопорном способе намыва ставят низкие инвентарные стойки, на которые укладывают распределительный трубопровод. Гидросмесь выпускают сосредоточенно из концевого звена трубопровода или рассредоточенно, когда наряду с выпуском из торца происходит выпуск гидросмеси из торцов всех звеньев по длине карты намыва, для чего торцы их смещают один относительно другого. Толщину слоя здесь увеличивают до 1... 1,2 м. После намыва очередного слоя грунта опоры поднимают и вновь устанавливают в предварительно пробуренные скважины специальной универсальной машиной.
Гидросмесь на карте намыва можно распределить по односторонней, двусторонней и мозаичной схемам намыва.
Односторонняя схема намыва позволяет получить однородную грунтовую плотину при использовании песчаных грунтов с коэффициентом неоднородности не более 3...5. Двустороннюю схему намыва применяют для плотин с глинистым (суглинистым) ядром и центральной мелкопесчаной зоной. Мозаичную схему намыва используют для песчаных и гравелистых грунтов с коэффициентом неоднородности <5.
Односторонний намыв со свободным растеканием гидросмеси. Со стороны низового откоса выполняют дамбочки обвалования, причем первичные дамбочки работают как дренажные призмы. В примыкании к внутреннему откосу дамбочек обвалования укладывают распределительные трубопроводы, используя эстакадный, безэстакадный и низкоопорный способы распределения гидросмеси. Выпускаемая гидросмесь из трубопроводов свободно растекается от низового откоса к верховому, образуя пологий пляж намыва (рис. 5.46, а). Данную схему намыва грунта со свободным растеканием гидросмеси применяют также для возведения дамб без укрепления верхового откоса, как мероприятие по подготовке основания под сооружения при за- мыве пазух бетонных сооружений и укреплении берегов.
Среднее значение уклонов при свободном растекании зависит от грунтов и расхода гидросмеси и находится в пределах 0,025...0,045 (меньшее значение для песков, большее для гравелистых грунтов).
Односторонний намыв с фиксируемым верховым откосом. При одностороннем намыве можно выполнить плотину с проектным верховым откосом (рис. 5.46,6), так как наиболее крупные фракции грунта выпадают вблизи выпуска гидросмеси, а мелкие — у верхового откоса. Со стороны низового откоса отсыпают дамбочки обвалования и укладывают трубопроводы, как и в предыдущей схеме. По образующей верхового откоса выполняют фильтрационные дамбочки, в результате чего и получается плотина с заданным очертанием откоса.
Двусторонний намыв. Поперечный профиль плотины будет иметь ядро из связных (глинистых, суглинистых грунтов) (рис. 5.47, а) или центральную мелкопесчаную зону.
В процессе намыва по образующим откосов возводят дамбочки обвалования. Трубопроводы, по которым доставляется гидросмесь, располагают с двух сторон поперечного профиля, в примыкании к дамбочкам с внутренней их стороны. Гидросмесь движется при свободном растекании к середине профиля плотины. В примыкании к откосам осаждаются наиболее крупные фракции грунта, образуя боковые призмы. Вслед за ними выпадают из гидросмеси более мелкие песчаные фракции, образуя промежуточную зону, за которой будет прудок-отстойник, где осаждаются мелкие (глинистые) фракции грунта, образуя ядро. В середине прудка-отстойника ставят сбросной колодец, куда вместе с водой поступают наиболее мелкие фракции грунта, и дальше поток отводящими трубами транспортируется за пределы контура плотины. После окончания намыва плотины сбросной колодец забивают грунтом того же состава, что и ядро, а отводящие трубы остаются в основании плотины. Ширину ядра определяют расчетом и регулируют уровнем воды в прудке-отстойнике. Верхнюю часть плотины (шапка) обычно выполняют сухим способом или используют продольный намыв грунта (вдоль плотины) .
Мозаичный намыв (рис. 5,47,6). Такой намыв позволяет получить однородную плотину без фракционирования грунтов по поперечному профилю. Мозаичный намыв выполняют из песчаных или гравелистых грунтов и их смесей.
Мозаичная схема намыва обеспечивается при рассредоточенном выпуске гидросмеси из нескольких распределительных трубопроводов, уложенных параллельно один другому и продольной оси карты намыва. В местах выпуска гидросмеси образуются отложения конической формы. В следующем по высоте слое намыва трубопроводы в местах выпуска гидросмеси смещают. Мозаичная схема намыва хорошо сочетается с низкоопорным способом намыва.
Отвод воды происходит в сбросные колодцы, размещаемые по оси карты намыва, при этом вода движется между конусами намыва из грунта.
Расчеты намывных плотин. В намывных плотинах часть расчетов следует проводить для эксплуатационного случая по методике, изложенной в главе 5.1.1.
Кроме указанных, выполняют расчеты, относящиеся к устойчивости боковых призм в процессе намыва плотины. Такой расчет по методу М. М. Гришина и Б. Н. Федорова с использованием схемы (рис. 5.48) состоит в рассмотрении условий равновесия действующих на призму сил — давления грунтового ядра Q (в расчете принимается как тяжелая жидкость с плотностью yi) и собственного веса призмы G с плотностью у2. Условия устойчивости призмы определятся углом ф между нормалью к плоскости сдвига и равнодействующей активных сил R. Плоскость сдвига по DE заранее неизвестна, наиболее опасной будет ха, для которой угол ф достигнет максимума. Угол ф функционально связан со значениями входящими в расчетные формулы.
В процессе намыва плотин двусторонним способом, когда прудок-отстойник заполнен водой, возникает фильтрационный поток и сопутствующая ему сила с направлением в боковые призмы (рис. 5.49), которую определяют при расчете их устойчивости.
Способы оценки раскладки грунта в теле намывных плотин. В способе В. Н. Маслова [45] заданную кривую гранулометрического состава карьерных грунтов перестраивают, в результате получают две кривые — одна из них соответствует грунту ядра, а другая — боковым призмам (см. рис. 5.50).
Расчет раскладки грунта проводят при заданной кривой гранулометрического состава (кривая ОА) следующим образом: задают процент отмывки мелких частиц грунта, например 10%, и отсекают нижнюю часть кривой ОА вращением точки А до пересечения с осью абсцисс в точке В (кривая ВА отражает состав грунта, идущего в намыв сооружения); через ординату, соответствующую 35 %-ному составу грунта, проводят горизонтальную линию до пересечения с кривой АВ в точке L, через которую затем проводят вертикальную прямую CD; кривую ВА вращают вокруг точки В до совмещения с точкой, расположенной на пересечении вертикали CD с горизонталью, отвечающей 85 %-ному составу; полученную кривую BK.F принимают за кривую гранулометрического состава ядра плотины, вращают кривую ВА вокруг точки А до совмещения с точкой М, расположенной на пересечении вертикали CD с горизонталью, отвечающей 15 %-ному составу; полученную кривую AMF принимают за кривую гранулометрического состава упорной призмы.
Способ В. Н. Маслова не учитывает возможность попадания крупных частиц в область ядра, а мелких — в область призмы.