Противофильтрационные устройства каменнонабросных плотин
Противофильтрационными устройствами каменнонабросных плотин являются диафрагмы и экраны (негрунтовые). Диафрагмы каменнонабросных плотин имеют в основном ту же конструкцию, что и диафрагмы земляных плотин (см. § 2.25). Поэтому ниже рассмотрим только конструкции экранов. Различают следующие основные виды негрунтовых экранов: железобетонные (редко бетонные), асфальтобетонные, деревобитумные и металлические. Экран должен быть водонепроницаем, а также обладать достаточной прочностью и гибкостью, чтобы он мог легко приспосабливаться к деформациям тела плотины, не теряя при этом своей водонепроницаемости.
Сопряжение негрунтового экрана с основанием осуществляют с помощью бетонного (иногда армированного) зуба, в котором в случае высоких плотин может быть устроена потерна, служащая для создания и (при необходимости) периодического восстановления инъекционной завесы в основании рованного крупнообломочною грунта или мелкого камня. Подэкрановый выравнивающий слой в виде сухой кладки выполняют из относительно крупных камней. Внешнюю поверхность его выравнивают тонким слоем бетонной смеси (до 15... 20 см). Слои камня, образующие подэкрановую кладку, располагают или горизонтально, или перпендикулярно откосу (рис. 4.5). Минимальную толщину подэкрановой кладки, измеряемую перпендикулярно откосу, принимают в верхней части плотины 0,5...1,5 м; книзу слой подэкрановой кладки утолщается и для высоких плотин толщина его часто оказывается равной (0,05...0,08) Z.
Подэкрановый выравнивающий слой из крупнообломочного грунта или мелкого камня имеет толщину в зависимости от условий производства работ (не менее 3 м по горизонтали, с тем чтобы на горизонтальной поверхности этого слоя при его возведении мог расположиться каток). Данный слой должен тщательно уплотняться. Подэкрановый слой из крупнообломочного грунта более экономичен, чем из сухой кладки. Однако в случае крупнообломочного грунта верховой откос плотины приходится делать более пологим, а следовательно, увеличивать объем плотины (см. § 4.2).
1. Железобетонные экраны. В настоящее время эти экраны наиболее распространены. Их выполняют в виде железобетонных плит, бетонируемых на месте (на поверхности подэкранового выравнивающего слоя). Обычно различают: 1) однослойные железобетонные экраны, расположенные непосредственно на выравнивающем подэкрановой слое или на прослойке из битума или образованной битумными матами, которыми предварительно покрывают подэкрановую кладку. Они состоят из одного слоя плит, между которыми имеются горизонтальные температурноусадочные и осадочные швы, а также вертикальные температурноусадочные швы. При отсутствии битумных матов эти швы должны быть уплотнены (например, диафрагмами в виде мс таллических листов). Толщина плит в верхней части экрана составляет 0,25...0,30 м; внизу—0,40...0,50 м; расстояние межд\ швами — от 12...18 до 1,5...2,0 м; в нижней части экрана расстояние между горизонтальными швами уменьшается. Концы плит распо лагают на особых бетонных ребрах (балках), заделанных в подэкрановую сухую кладку (рис. 4.6, а, б); плит, обусловленного осадкой плотины, то их обычно армируют или одиночной арматурой, располагаемой по оси плиты, или двойной арматурой. Как отмечалось, сопряжение экрана с основанием достигается с помощью зуба, заделанного в скалу. Сам экран от зуба отделяется водонепроницаемым швом, играющим роль шарнира. Иногда через этот шов пропускают арматуру. На рис. 4.6, в и 4.7 для прцмера приведены две схемы сопряжения экрана со скальным основанием.
2. Условия работы железобетонных экранов. При наличии скального основания и небольшой высоте плотины, т. е. в условиях, когда деформации верхнего клина невелики, иногда идут на устройство однослойного железобетонного экрана без битумной прослойки; при этом водонепроницаемость экрана обеспечивается самими бетонными плитами экрана (швы между которыми уплотнены). При устройстве под однослойным экраном битумной прослойки (уложенной на подэкрановую сухую кладку и выполненной битумными матами), с одной стороны, увеличивается водонепроницаемость экрана, улучшается приспособляемость к деформациям плотины за счет скольжения (в процессе деформации плотины) бетонных плит по битуму, имеющему при определенной температуре малый коэффициент трения; с другой стороны, в связи с малым коэффициентом трения битума бетонные плиты экрана могут оказаться неустойчивыми (могут оползать по поверхности откоса). Чтобы предотвратить возможность такого оползания бетонных плит, необходимо прианкеровать плиты к сухой подэкрановой кладке и сделать эти плиты достаточно толстыми, чтобы сдвигающая сила, направленная вдоль линии откоса, могла быть принята зубом экрана и при этом не возник бы продольный изгиб бетонной части экрана (свободно скользящей по битуму). Однослойные экраны с битумной прослойкой можно применять для плотик небольшой высоты на скальном основании. В случае многослойного экрана, применяемого при сравнительно больших ожидаемых деформациях тела плотины, водонепроницаемость его обеспечивается только битумными прослойками. Во избежание оползания железобетонных плит экрана по битуму их прианкеровывают к подэкра новому выравнивающему слою из сухой кладки. На рис. 4.8 показан трехслойный экран (схематично показаны только два анкера 3 и 4, а также две подвешенные к ним гирлянды плит).
3. Асфальтобетонные экраны выполняют с учетом сказанного в § 2.25, где описывались эти экраны применительно к земляным насыпным плотинам. Асфальтобетон укладывают на подэкрановую кладку, например, в два слоя, толщиной каждый 8 см. Сверху такой экран защищают покрытием, выполненным из плнт пористого бетона. Асфальтобетон должен иметь достаточно большой коэффициент трения, чтобы не произошло оползание экрана. На рис. 4.9 показан пример сопряжения такого экрана со скальным основанием.
4. Деревобнтумные экраны выполняют из деревянных брусьев (через каждые 1,5...2,0 м), заделываемых в подэкрановую кладку по линии наибольшего ската верхового откоса. По этим брусьям в горизонтальном направлении в нет сколько слоев настилают доски толщиной 6...7 см. В каждом слое доски кладут вразбежку, чтобы при их набухании не произошло пучения экрана. Швы между досками одного ряда перекрываются досками вышележащего ряда. Между слоями досок прокладывают битумные маты. Доски и брусья во избежание их гниения предварительно антисептируются.
5. Металлические экраны выполняют из листов стали толщиной 6... 10 мм, укладываемых непосредственно на цементную подготовку толщиной 5 см, нанесенную на подэкрановую кладку. В отдельных местах стальные листы, сваренные между собой, прикрепляют к подэкрановой кладке анкерными болтами (рис. 4.10, а). Верх экрана заканчивается парапетом. Внизу экран сопрягается зубом с основанием. Через каждые 12 м устраивают компенсаторы (рис. 4.10,6). Металлические экраны отличаются большой гибкостью.
