Дренажи земляных насыпных плотин
Помимо дренажа диафрагм и экранов различают еще два типа дренажа: 1) дренаж низового клина плотины и 2) дренаж основания плотины.
1) Дренаж низового клина земляной насыпной плотины (см. рис. 2.2, 2.3) устраивают почти всегда. Его назначение: 1) снизить кривую депрессии и тем самым увеличить устойчивость низового откоса плотины, а также избавиться от опасности пучения грунта в зимний период;2) пресечь выход фильтрационного потока из грунта непосредственно в нижний бьеф и тем самым предотвратить возникновение внешней суффозии;
3) организованно отвести воду, просочившуюся через плотину, в нижний бьеф. Дренаж должен иметь надлежащую пропускную способность и по возможности быть доступен для осмотра и ремонта. С точки зрения повышения устойчивости низового откоса дренаж желательно приблизить возможно больше к оси плотины, чтобы достигнуть наибольшей степени осушения наиболее опасного отсека обрушения низового откоса. Однако, приближая дренаж к оси плотины, мы при этом увеличиваем расходы воды, фильтрующейся через тело плотины, а также пьезометрические уклоны фильтрационного потока, а следовательно, снижаем казуальную фильтрационную прочность плотины и ее основания.
В случае высоких плотин, выполненных из суглинистого или супесчаного грунта, в целях ускорения консолидации насыпи и устранения вредного влияния порового давления воды иногда устраивают горизонтальные или вертикальные дрены в толще низового клина (центральной части) тела плотины. Дренаж низового клина плотины выполняют из грунта и камня надлежащего качества. В отдельных случаях для увеличения пропускной способности дренаж выполняют с применением бетонных или асбестобетонных труб (перфорированных или только с неуплотненными стыками) и защищают соответствующим обратным фильтром.
Различают следующие основные типы дренажа низового клина плотины:
1) дренажный банкет (рис. 2.78, а), образованный наброской камня, диаметр которого при наличии волнения воды в нижнем бьефе устанавливают, сообразуясь с указаниями § 2.24. Гребень банкета должен возвышаться над самым высоким уровнем воды нижнего бьефа на величину do, устанавливаемую с учетом нагона воды ветром и наката волн; d0 не должно быть менее 0,5... 1,0 м. Ширину дренажного банкета Ь0 поверху назначают по условиям производства работ, но не менее. 1,0 м. По внутреннему откосу банкета укладывают обратный фильтр; внутренний откос т банкета следует принимать равным естественному откосу материала, образующего обратный фильтр. При наличии в основании плотины несвязного мелкозернистого грунта и больших выходных скоростей фильтрации под дренажным банкетом также устраивают обратный фильтр (горизонтальный). Гребень банкета иногда покрывают слоем крупнообломочного грунта, чтобы защитить поровое пространство банкета от заиления его частицами грунта, например смываемыми дождевыми водами с поверхности низового откоса. Банкет должен быть запроектирован так, чтобы кривая депрессии была заглублена под поверхностью низового откоса на величину а, удовлетворяющую условию2) наслонный дренаж (рис. 2.78,6), толщину которого назначают по условиям производства работ, но не менее (2,5...3,0). Размеры а и d0 (см. рис. 2.78) принимают такие же, как и для дренажного банкета. При фильтрационных расчетах потерями напора в дренаже следует пренебрегать (сравнительно с потерями напора в теле плотины), поэтому поверхность воды в пределах дренажа следует считать горизонтальной (рис. 2.78, а, б);
3) трубчатый дренаж (рис. 2.78, в), выполненный из труб, например бетонных, уложенных с соответствующим уклоном. Диаметр труб определяют гидравлическим расчетом и округляют до ближайшего большего сорта ментного значения. Минимальный допускаемый диаметр трубы 0,2 м. Считают желательным, чтобы скорость v движения воды в трубе была в пределах 0,25-0,75 м/с. Размер а (см. рис. 2.78, а) определяют по формуле (2.78). По длине трубчатого дренажа через каждые 50...200 м устраивают смотровые колодцы (которые иногда могут выполнять и роль перепадов). Дренажную трубу (если она выполнена не из пористого бетона) следует защищать обсыпкой в виде обратного фильтра. Коэффициент откоса т обратного фильтра назначают в соответствии с углом естественного откоса грунта, образующего фильтр. Ширина Ь дренажа (вместе с обратным фильтром) должна удовлетворять условию Ь0,5 q/k, где k — коэффициент фильтрации грунта и q — фильтрационный расход, приходящийся на единицу длины тела плотины (рассчитанный в предположении, что плотина расположена на водонепроницаемом основании). Иногда бетонную трубу дренажа заменяют какойлибо другой трубой или крупнозернистой отсыпкой. В последнем случае вместо трубчатого дренажа получается горизонтальная продольная дренажная лента (рис. 2.78, г);
4) горизонтальный дренаж в виде сплошного дренажного слоя или в виде отдельных поперечных или продольных дренажных лент выполняют из крупнозернистого материала и защищают обратным фильтром или только сверху, или сверху и снизу;
5) комбинированный тип дренажа, представляющий собой одну из возможных комбинаций дренажей, рассмотренных выше (см, рис. 2.78, д, е, ж).
Выбор типа дренажа низового клина плотины осуществляют на основании техникоэкономического сопоставления вариантов. Дополнительно учитывают следующее. Могут иметь место два участка земляной плотины, преграждающей реку (рис. 12.79): русловый участок (здесь в нижнем бьефе имеется вода) и пойменный участок (в пределах которого вода в нижнем бьефе отсутствует). Дренаж в виде банкета должен применяться в пределах русловой части плотины. Если высота дренажного банкета получается большой, то иногда переходят от дренажного банкета или к наслонно му дренажу (см. рис. 2.78,6), или к сочетанию банкета с наслон ным дренажем (рис. 2.78,6). Во всех этих случаях гребень дренажного устройства должен возвышаться над самым высоким уровнем воды нижнего бьефа.
Перечисленные типы дренажа в случае, когда стоимость материала, служащего для их образования, невелика, могут устраиваться и в пределах пойменной части реки. Что касается трубчатого дренажа, то его следует устраивать в пределах пойменной части реки (когда воды в нижнем бьефе непосредственно за этим дренажем нет).
Отвод роды из дренажа в нижний бьеф делают в случае дренажного банкета или наслонного дренажа, причем величину расхода воды, профильтровавшейся через тело плотины, здесь измерить нельзя. Что касается трубчатого дренажа, то его укладывают по намеченной на плане трассе, причем из смотровых колодцев, устроенных по длине этого дренажа (см. выше), делают выводы в виде поперечных труб. Такие выводы объединяют в нижнем бьефе одним коллектором (закрытым — во избежание замерзания воды в нем зимой). Из коллектора вода сбрасывается в реку, в зимнее время — под лед.
На отдельных выводах и в устье коллектора следует устанавливать измерительные водосливы, чтобы контролировать величину фильтрационного расхода. Если на том или другом участке плотины начинает увеличиваться во времени (при постоянном уровне воды верхнего бьефа), то в этом месте происходит опасная суффозия, с которой необходимо бороться. Если не огранизовать соответствующий отвод воды, профильтровавшейся через плотину, то территория поймы будет заболачиваться, что недопустимо.
2. Дренаж основания земляных насыпных плотин. При возведении земляной плотины на глинистом основании, насыщенном водой, вес строящейся плотины будет сжимать это основание и выжимать из него воду. Скорейший отвод этой воды желателен сточки зрения увеличения устойчивости откосов плотины. В этом случае иногда все основание низового клина плотины (или часть его) покрывают сетью горизонтальных дрен или сплошным дренажным слоем (см. выше). Дополнительно в основании устраивают вертикальные песчаные дрены в виде буровых скважин, заполненных песком. Дренажи должны быть защищены обратным фильтром. Если основание плотины покрыто сверху сравнительно тонким слоем глины, подстилаемой песком, то в нижнем бьефе делают вертикальные дренажные колодцы (см. рис. 2.17).