Гидротехнические сооружения (Часть 1)
Бетонные водосбросные плотины на нескальных основаниях
Бетонные плотины на нескальных основаниях отличаются по форме от плотин на скальных основаниях своей распластанностью и большим весом за счет того, что сопротивление плотины сдвигу по основанию в 1,5-4 раза меньше сопротивления сдвига по скале и малых относительно скалы допустимых нагрузок на основание.
Эти особенности нескальных оснований делают неэкономичным, а часто и невозможным строительство на них высоких плотин и высота их ограничивается напорами до 40-50 м. Конструктивные схемы плотин, особенно схемы их фундаментной части и подземного контура диктуются инженерно-геологическими свойствами грунтов основания.
Общие свойства связных глинистых грунтов
Глинистые грунты составляют около 50% мощности всех осадочных пород и являются наиболее распространенным типом пород. К ним относятся различные глины и суглинки делювиальные, озерные, старичные, ледниковые, озерно-ледниковые, морские и др.; лёссы и илы, которыми характерны верхние надпойменные террасы, водоразделы средней и южной полосы, а также заболоченные земли.
В глинах с d<0,005 мм содержится от 30 до 60%, большие значения- для более тяжелых глин. Коэффициент фильтрации к = Ах10-6-Ах10-8 см/с. Пористость - 0,34-0,41, сцепление - 0,04- 0,052 МПа (4-5,2 т/м2).
Свойства несвязных сыпучих грунтов
Сыпучие грунты принято делить на грубообмолочные и пески. К грубообмолочным относятся грунты с угловатыми неокатанными обломками - щебень и дресва и соответствующие им по размеру окатанные обломки - галька и гравий. Грубообломочные породы четвертичного возраста обычно сыпучие, а дочетвертичного возраста обычно всегда сцементированы различными солями. Сцементированная щебенка носит название брекчий, сцементированная галька - конгломератов, при цементации гравия - гравелитов.
Комплексы нескальных грунтов
Нескальные основания для плотин редко встречаются однородными на большой площади и по глубине. Обычно имеют слои и линзы различных пород, различной толщины и наклона грунтов. Особенно неблагоприятными оказываются линзы из слабых илистых и глинистых пород, они нередко определяют несущую способность основания и существенно влияют на конструкцию плотины. На рис. 9.29 приводится пример геологического строения, когда основание сложено тремя различными породами.
Требования, предъявляемые к основаниям, и подготовка оснований под плотины
Основания плотин считаются благоприятными, если они обладают достаточной несущей способностью и сопротивляемостью сдвигу, мало деформируются под нагрузкой и при фильтрации в них воды не подвержены химической суффозии, по составу однородны (нет слабых прослоек), напластования близки к горизонтальным; сохраняют свои качества как в период строительства, так и в период длительной эксплуатации. На практике редко встречаются такие благоприятные основания, поэтому приходится проводить специальные мероприятия по устранению недостатков.
Схемы бетонных плотин на нескальных основаниях
Схему любой плотины на нескальном основании можно решить только при совместном учете трех основных требований: обеспечения устойчивости плотины на сдвиг при сохранении прочности основания; получения наименьшего значения фильтрационного противодавления при обеспечении фильтрационной, прочности основания; гашения избыточной энергии сбрасываемого через плотину водного потока.
Схемы плотин на нескальных основаниях
Профиль плотины условно можно разделить на две части: верхнюю часть 2, 3, 4, 5 (рис. 9.1, а), нижнюю - 1, 2, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 15. В верхнюю часть
Формирование подземного контура плотины
Как уже отмечалось в гл. 3, схема подземного контура формируется в зависимости - от геологического строения, типа основания и требований, предъявляемых к подземному контуру: минимальное фильтрационное давление, сохранение фильтрационной прочности основания. Если основания из несвязных грунтов, относительно однородных, и водоупор расположен на большой глубине, смыкание с ним плотины нецелесообразно.
Примеры построенных плотин
Примером плотины типа II с плоским подземным контуром является Иваньковская на Волге: 8 секций плотины пролетом по 20 м расположены на маловодопроницаемых грунтах (морене), 4 секции - водосливные (рис. 9.1, а) и 4 - двухъярусных (см. рис. 9.1, б).
На рис. 9.3 показан тип III плотины с одношпунтовым подземным контуром с королевым висячим шпунтом, глиняным понуром с дренажами под телом плотины, водобоем и рисбермой на песчаном основании при водоупоре на большой глубине.
Определение основных размеров подземного контура
Как ужеотмечалось, оптимальные размеры подземного контура устанавливаются технико-экономическим сравнением вариантов. В вариантах стоимость устройств в нижнем бьефе можно принимать постоянной, поскольку для разных вариантов контура она изменяется не существенно.
Фильтрационная прочность основания
Ранее отмечалось, что существуют предложения, по которым проверяется запроектированный подземный контур на недопущение развития облегченных ходов фильтрации. При этом средний пьезометрический уклон запроектированного подземного контура должен быть не больше допустимого. В СНиП.П-16-76 «Основания гидротехнических сооружений» приводятся значения допустимых пьезометрических уклонов.
Конструкции элементов подземного контура. Понуры.
По степени водонепроницаемости понуры подразделяют: на водонепроницаемые и слабоводопроницаемые с коэффициентом фильтрации порядка 10-6 см/с. Первые используются при глинистых и суглинистых грунтах основания, вторые - при песчаных и супесчаных.
По конструктивным решениям понуры подразделяют на гибкие и жесткие.
Шпунты
Применяют стальные, железобетонные и реже деревянные.
Стальные шпунтовые противофильтрационные завесы устраивают из плоского (ШП) или корытного (ШК) шпунта, которые выпускают длиной 12-25 м, погружаются забивкой, вибрированием или с помощью подмыва на глубину до 50 м. Предпочтительнее - плоские шпунты (ШП), как более простые в установке и более дешевые.
Глубокие зубья, стенки и завесы
Обычно используют в тех случаях, когда устройство шпунтовых противофильтрационных завес невозможно по геологическим условиям - наличие большого количества валунов, прослоек, скалы и др. Их выполняют:
а) открытым способом в - котлованах (траншеях) с креплением стенок, с откачкой грунтовых вод;
Конструкции плотин и устройств нижнего бьефа
При проектировании плотин на нескальном основании необходимо учитывать следующие основные особенности: плотины получают осадку и иногда значительную и неравномерную, что приводит к необходимости специальной разрезки плотины швами; необходимо иметь большой вес для устойчивости плотины и других конструкций, что делает их массивными или приходится в плотине вес бетона заменять пригрузкой воды на консольные плиты, а это требует сильного армирования, доходящего в некоторых случаях до 50 кг арматуры на 1 м3 бетона; большие скорости движения воды по основанию приводят к необходимости крепления русла за плотиной, а иногда и перед плотиной.
Выбор удельного расхода воды для плотин на нескальном основании
Расходы, подлежащие пропуску через водосбросы плотин, определяются гидрологическими расчетами с учетом трансформации стока, пропуска расходов через ГЭС, шлюзы и т. п..
Удельные расходы, т. е. расходы на 1 м длины отверстия, пропускаемые через водосбросные сооружения плотин, назначают на основе рассмотрения технико-экономических показателей вариантов плотин с различными удельными расходами. При этом учитывают не только экономические соображения, но и особенности производства работ, а также особенности эксплуатации сооружений.
Разрезка плотины швами
Из условий возможной неравномерной осадки плотины, происходящей из-за неоднородности грунтов основания, а также температурных деформаций (при изменении температуры окружающей среды), устраивают деформационные швы, их делят на постоянные и временные.
Водобойные устройства
В плотинах на нескальном основании часто назначаются донные режимы сопряжения бьефов. Напомним, что наиболее совершенное гашение энергии потока, пропускаемого через плотину, при донном режиме получается при нагоне и затоплении образующегося прыжка. На протяжении длины прыжка требуется мощное крепление русла в виде плиты водобоя. За пределами водобоя крепление русла может быть значительно облегчено.
Гасители энергии потока
Размещаются на водобойной плите, играют реактивную роль в отношении потока, снижая глубину нижнего бьефа, требующуюся для затопления прыжка (вторую сопряженную глубину), на 10-30%, что позволяет существенно повысить отметку водобоя.
Конструкции рисбермы
Гидравлические условия работы рисбермы освещены ранее. До 30-40% не погашенной в водобойной части кинетической энергии водного потока, проходящего через плотину, гасится на рисберме.
Рисбермы могут быть горизонтальные и наклонные. В качестве крепления рисбермы используют бетонные и железобетонные плиты, в том числе сборные, как основной тип крепления, ряжи, заполненные камнем, габионы при небольших напорах, каменная наброска и тяжелые фашины. У водобоя располагаются более мощные крепления и в конце - более легкие. Крепления должны быть гибкими, чтобы они следовали деформациям дна и при этом не разрушались.
Сопрягающие устройства
Это конструкции, с помощью которых плотина примыкает (сопрягается) к различным другим сооружениям гидроузла: зданию ГЭС, шлюзу, рыбоходу, земляной плотине и к берегам.
Фильтрационная прочность грунта обратной засыпки устоя
На контакте грунта обратной засыпки с бетоном устоя возможно наличие случайных облегченных ходов фильтрации за счет несовершенных расчетов по деформации устоя при изменении нагрузки, температуры, разрыхления грунта или недоуплотнения в отдельных местах контакта, оставления опалубки и т. п. Поэтому здесь также целесообразно предусматривать мероприятия, исключающие образование облегченных ходов фильтрации воды, см. гл. 3.
Струенаправляющие сооружения
Когда недостаточно по гидравлическим условиям только верховых открылков, устраивают специальные струенаправляющие сооружения, направляющие поток ортогонально фронту водослива. Это дает возможность избежать снижения пропускной способности водослива из-за косого подхода. Струенаправляющие сооружения обычно выполняются в виде земляных дамб криволинейного очертания в плане (см. рис. 9.16).
Так же рекомендуем посмотреть:
-
Виды торговой мебели
Оборудование для торговли необходимо для того, чтобы осуществлять хранение и демонстрацию различного товара. -
Особенности алюминиевых и медных листов
Современная промышленность нуждается в качественных материалах, которые не будут окисляться и подойдут для штамповки любого типа. -
Использование облицовочной керамической плитки
Сегодня, пожалуй, использованием облицовочной керамической плитки уже и не удивишь совсем никого: встретить ее можно если и не в каждом доме, то в трети точно. -
Как сделать подвесной потолок в офисе
Когда на рынке появился гипсокартон, заниматься ремонтом стало проще. Раньше для отделки можно было использовать кафельную плитку, обои. -
Аренда экскаватора: особенности выбора техники и ее эксплуатации
В строительстве, при проведении дорожных работ, в процессе демонтажа зданий активно используется землеройная техника.