Применение наружных и внутренних дренажей в земляных, плотинах

Чаще всего наслонный дренаж применяют на участках земляных плотин, перекрывающих периодически затапливаемую пойму. Толщину наслонного дренажа (вместе с фильтром) в глинистых плотинах назначают несколько больше глубины промерзания, чтобы защитить низовой откос плотины. Верхняя отметка наслонного дренажа назначается из условия защиты от промерзания откоса при наивысшем положении кривой депрессии вместе с учетом капиллярного подъема. С другой стороны, верхняя отметка наслонного дренажа должна быть выше самого высокого положения горизонта воды в нижнем бьефе с учетом нагона и наката волн.

Выполняется наслонный дренаж из достаточно однородного камня, тем самым обеспечивается очень высокий коэффициент фильтрации. Крупность камня (DK) определяется из условия устойчивости при действии волн со стороны нижнего бьефа. Выше максимального уровня воды в нижнем бьефе в наслонный дренаж могут укладываться гравий или щебень.

В случае если защиты откоса от промерзания не требуется, толщину дренажа без фильтра назначают не менее 3DK.

Все внутренние и комбинированные дренажи создают кратчайший путь фильтрации и в этом заключается их основная роль - регулирование положения кривой депрессии. Чем больше приблизим мы дренаж к верхнему бьефу, тем более понизим положение кривой депрессии. Учитывая, что в большинстве случаев величина фильтрационного расхода нас ничем не ограничивает в силу ее малости, дренаж можно было бы расположить очень близко к напорному откосу, но стоимость его при этом будет сильно расти. Повышенная стоимость дренажа складывается из стоимости получения однородного (или близкого к однородному) камня и фильтра. В результате экономия, которая может быть достигнута за счет устройства более крутого низового откоса при заглублении кривой депрессии, окажется меньше стоимости дренажа. Таким образом оптимальное решение может быть получено в результате технико-экономического сопоставления вариантов плотин с различным заглублением дренажей в тело плотины.

Дренажная каменная призма (тип IIа) устраивается обычно на русловых участках плотины при ее возведении без перемычек и при перекрытии реки отсыпкой камня в воду. При наличии дешевого камня в большом количестве она может применяться ив других участках плотины.

Плоский горизонтальный дренаж (тип IIб), трубчатый дренаж (тип IIв), плоский горизонтальный дренаж или ленточный дренаж в сочетании с наклонными дренажными лентами (IIг) используются на пойменных участках плотин на незатопляемых отметках. Большое распространение получил трубчатый дренаж. Если его выполнять из пористого бетона, то отпадает необходимость в укладке фильтра. Если используются перфорированные трубы, укладка фильтра бывает необходима. Ленточный дренаж часто используют для дренирования тела упорных призм каменно-земляных и каменных плотин. Такая необходимость возникает при использовании для тела призм полускальных, сильно заглинизированных или слабых выветренных пород, которые при уплотнении разрушаются, или когда процесс выветривания может продолжаться в теле насыпи. В этом случае проницаемость пород становится маленькой (см.рис. 14.26), Иногда дренаж устраивается и в теле упорных призм, когда плотина строится в сейсмических условиях.

Дренажи типа IIд применяют в однородных плотинах из глинистых грунтов для полного перехвата фильтрационного потока. Дренажные сооружения такого типа дороги и могут применяться, когда на месте строительства в достаточном количестве имеется песок, который является основным материалом для такого типа дренажа.

Комбинированные дренажи применяют при необходимости защиты низового откоса от волнового воздействия со стороны нижнего бьефа. Тип дренажного устройства IIIб используется довольно часто в намывных земляных плотинах, когда выполняется оно после возведения плотины.

Трубчатый горизонтальный дренаж в сочетании с вертикальным трубчатым дренажем обычно применяется в земляных плотинах для снятия напора в основании, когда более проницаемый слой основания прикрыт сверху менее проницаемым грунтом или когда возникает необходимость понизить выходные градиенты при выходе потока в непосредственной близости от подошвы плотины.

Вертикальный дренаж в основании плотины. В каменно-земляных и каменных плотинах вертикальный дренаж устраивают в основании в виде скважин для перехвата фильтрационного потока, чтобы предотвратить суффозию заполнителя трещин в скальном основании или выпор и суффозию в аллювиальном основании.

Поскольку трубчатый вертикальный дренаж выполняется в аллювиальных отложениях, он должен оборудоваться фильтром. Конструкции фильтров могут быть самыми различными: грунтовые, металлические, бетонные, керамические и т.д. Наиболее предпочтительными являются из пористого бетона или пластмасс.

Отвод воды осуществляется через горизонтальный трубчатый дренаж или галереи.

На рис. 14.5 показана Асуанская плотина с вертикальным трубчатым дренажем, выполненным в низовой упорной призме.

 Рис.14.5 Высотная Асуанская плотина
1 - мостовая по щебню; 2 - трехслойный фильтр (щебень мм - 1 м, щебень мм - 0,5 м и крупный песок d =1,5 мм - 1,0 м); 3 - карьерная мелочь; 4 - дренажные скважины; 5 - дюнный песок; 6 - уплотненный дюнный песок; 7 - камень крупнее 150 мм, замытый песком; 8 - кривая депрессии; 9 - щебень мм; 10 - каменная наброска с гидроуплотнением; 11 - шеллалский песок; 12 - уплотненный дюнный песок; 13 - уплотненный шеллалский песок; 14 - цементно-глинистая завеса; 15 - цементационные и смотровые галереи; 16 - ядро из ила; 17 - щебень; 18 - понур из глины; 19 - щебень мм; 20 - песок различной крупности; 21 - галька и валуны с песчаным заполнителем; 22 - переслаивание супесей, суглинков, песков и песчаников; 23 - магматиты

На рис. 14.6 показана плотина Инфернильо с дренажем в скальном основании, выполненным за противофильтрационной завесой.

Конструкции вертикального трубчатого дренажа показаны на рис. 14.7. На Цимлянском и Волгоградском гидроузлах с 1958 г. работают трубчатые дренажи из винипласта. Глубина их достигает 60 м (d=16,5 см). Длина отдельных перфорированных труб 4 м. Перфорированная часть дренажа обернута гофрированной винипластовой сеткой или стеклотканью и обсыпана песком. Работают дренажные скважины на самоизлив или с откачкой воды.

Размеры отводящих дренажных устройств рассчитывают исходя из ожидаемого расхода фильтрации и с учетом методов строительства дренажа. Сечение горизонтальных дренажные труб определяют из условия безнапорного движения воды. Вдоль по длине дренажной трубы устраивают смотровые колодцы. Выход воды из трубы обычна осуществляют в дренажный банкет в русловой части плотины. Диаметры труб могут достигать 2 м.

 Рис. 14.6 Плотина Инфернильо (Мексика):
1 - ядро плотины; 2 - переходные зоны; 3 -·зоны каменного материала (конгломерат); 4 - экран перемычки; 5 - галерея в основании плотины;  6 -площадная цементация; 7 - скважины цементационной завесы; 8 - дренажные скважины

 Рис. 14.7 Дренажные скважины:
а - из пористого бетона; б - из пластмасс; 1 - бетон плотный; 2 - бетон пористый; 3 - песок; 4 - асбестоцементная труба; 5 - обсадная труба; 6 - отводная труба; 7 - поливинилхлоридная труба; 8, 9 - непроницаемый и проницаемый материал; 10 - перфорированная часть трубы