Крепление откосов плотин плитами

Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

Покрытие откосов земляных насыпных плотин

Покрытие земляных откосов устраивают для защиты их от следующих воздействий: а) размыва течением или волнением воды в бьефе; б) разрушения льдом; в) размыва фильтрационным потоком воды, вытекающей из теда плотины (из пор грунта), например при снижении уровня воды в бьефе или откате волн; г) размыва дождевыми водами, стекающими по откосу плотины (низовому), а также по откосу берега в нижнем бьефе; д) разрушения под воздействием ветра; е) прорастания растений с сильно развитой корневой системой; ж) проникания землеройных животных; з) пучения глинистого грунта в зимний период или усадки его летом, когда грунт надводной части откоса может пересыхать и давать трещины. С учетом перечисленных факторов, а также интенсивности их воздействия и устанавливают тип покрытия откоса.

В общем случае покрытие откоса состоит из следующих элементов (рис. 2.68): 1) крепления, защищающего откос от размыва его поверхности водой бьефа, от разрушения его льдом и т. п. (см. выше факторы а, б, г, д); 2) подготовки, укладываемой под креплением; 3) дренажа из крупнозернистого материала, причем дренаж (вместе с обратным фильтром и защитным слоем) иногда может играть роль подготовки; 4) обратных фильтров, предотвращающих вынос мелкозернистых частиц грунта в дренаж или за пределы тела плотины; 5) защитного слоя, который совместно с креплением, подготовкой, дренажем и обратным фильтром защищает глинистый грунт откоса от промерзания и других воздействий, отмеченных выше в п. е, ж, з. Защитный слой выполняют из песчаного или крупнообломочного грунта. Этот грунт должен иметь прочностные (сдвиговые) характеристики, не меньшие, чем грунт, образующий откос плотины. В частных случаях покрытие откоса может состоять только из некоторых перечисленных элементов (например, может отсутствовать крепление или защитный слой и т. п.).

При проектировании покрытия руководствуются следующими правилами: а) покрытие откоса не должно увеличивать его крутизну; б) покрытие должно иметь достаточную устойчивость на сдвиг (на оползание) по поверхности откоса; создание какихлибо упоров, устраиваемых, например, у подошвы откоса, не принимают во внимание при расчете устойчивости покрытия; в) если грунт откоса склонен к зимнему пучению, то общая толщина покрытия в надводной части откоса должна быть не меньше глубины пронизового откоса в местах примыкания его к берегам должно предохранить откос от размыва; ж) грунт плотины, располагающийся под покрытием, должен иметь достаточную плотность с тем чтобы осадка грунта не вызвала значительных деформаций покрытия; з) крепление откоса омываемого водой бьефа можно устраивать не по всей высоте откоса; мощность такого крепления на различных отметках может быть разной, как правило, в этом случае различают основную часть крепления (более мощную, располагающуюся в зоне максимальных волновых и ледовых воздействий) и облегченную. Верхнюю и нижнюю границы основного и облегченного креплений устанавливают согласно СНиП II57—75; покрытие откоса должно располагаться от гребня плотины до границы, находящейся ниже самого низкого уровня воды в бьефе на 3hB, где 1гв — высота волны.

1. Некоторые виды крепления верхового откоса плотины (откоса, подверженного действию воды и льда). Плиты бетонные (армированные) и железобетонные: сборные и монолитные, бетонируемые непосредственно на откосе.

Швы между отдельными плитами могут быть без уплотнения (водопроницаемыми, но малой ширины) или уплотненными. Под плитами должен быть уложен или сплошной дренажный слой (защищенный обратным фильтром) (рис. 2.69), или ленточный дренаж (с обратным фильтром), размещаемый только в пределах швов (стыков) плит; под швами плит вместо дренажа иногда укладывают железобетонные доски. Размеры плит крепления определяют расчетом в зависимости от высоты волн hB и т. п.; наименьшая толщина монолитных плит считается равной 0,15 м. Сборные плиты часто выполняют толщиной 0,1. 0,2 м; размеры их в плане должны определяться грузоподъемностью монтажных кранов.

Достаточно распространенным является крепление в виде монолитной армированной плиты, разрезанной температурно Рис 2.69. Противодавление на бетонные пли осадочными швами на ты ПРИ снижении уровня воды или откате

При отсутствии в плитах фильтрационных отверстий и при наличии под плитами сплошного дренажного слоя могут возникнуть следующие неблагоприятные обстоятельства (см. рис. 2.69): при достаточно быстром снижении уровня воды в бьефе или при откате волн уровень воды в дренажном слое может оказаться выше уровня воды в бьефе на некоторую высоту АЛ, причем давление воды, находящейся в порах дренажного слоя (обусловленное перепадом А К), может вызвать обрушение плит. В этих условиях надо обеспечить воде выход из дренажа в канал. На рис. 2.70 для примера приведена одна из возможных конструкций крепления откоса бетонными плитами. В верхней части крепления может быть предусмотрен парапет.

Каменная наброска выполняется слоем толщиной 2,5. 3,07, где D — средний диаметр камня. Камень должен обладать достаточной прочностью, морозостойкостью, не размокать и не растворяться в воде. Приближенно

Наброску располагают на слое крупнообломочного грунта, защищенного обратным фильтром. Для примера на рис. 12.71 приведен один из возможных вариантов крепления откоса каменной наброской. В случае сильного волнового воздействия, а также при отсутствии достаточно крупного камня каменную наброску выполняют в бездонных железобетонных ящиках (размером от 1,5X1.5 до 2,0X2,0 м), установленных на гравийной и песчаногравийной подготовке.

Мостовая (одиночная или двойная) выполняется из камней диаметром 0,25. 0,30 м, укладываемых на слое крупнообломочного грунта толщиной 0,2. 0,3 м. В настоящее время мостовую устраивают редко, так как мощение не поддается механизации.

Облегченное крепление в виде слоя крупнообломочного грунта применяют при сравнительно малых волнах (высотой менее 1,0 м) в случае сооружений III и IV классов. Крутизну откоса, имеющего указанное крепление, обычно уменьшают. В соответствующих случаях пологий (волногасящий) откос, имеющий облегченное крепление, приходится сопоставлять в техникоэкономическом отношении с вариантом откоса нормальной крутизны, покрытого обычным креплением.

Грунтоцементное покрытие применяют при отсутствии камня. Его выполняют из грунта, цемента и воды. Грунтоцементную массу укладывают слоями толщиной б до 0,15 м (рис. 2.72) и уплотняют катками. Такое покрытие может повреждаться при промерзании.

2. Некоторые виды покрытия низового откоса плотины (не омываемого водой бьефа): а) уплотненный слой гравия или щебня толщиной 0,15. 0,20 м; б) выстилка (с приколом) дерном толщиной 0,2. 0,3 м; в) слой растительной земли толщиной 0,2 м с посевом специальных трав (биологическое покрытие). Тип покрытия откоса должен устанавливаться на основании техникоэкономического сопоставления различных конструкций покрытия. При таком сопоставлении необходимо учитывать наличие соответствующего материала, производственные возможности строительства, возможность широкой механизации работ, продолжительность производства работ по выполнению данного покрытия, а также сезонность (или непрерывность) этих работ, род грунта, образующего откос, и наличие (или отсутствие) агрессивных вод, условия эксплуатации покрытия.

1.10 Крепление откосов плотины

гребень волнозащитный плотина откос

Откосы плотин подвержены разрушающим воздействиям ветровых волн, течений воды, льда, атмосферных осадков и других факторов (пучение и усадка глинистых грунтов, воздействие ветра, жизнедеятельного землеройных животных и пр.).

Крепление верхового откоса плотины делится на основное, расположенное в зоне максимальных волновых и ледовых воздействий, возникающих в эксплуатационный период, и облегченное — ниже основного крепления. Верхней границей основного крепления, как правило, следует считать отметку гребня плотины. В случае значительного возвышения гребня над расчетным уровнем воды основное крепление следует заканчивать ниже гребня на отметке высоты наката h_run; далее до гребня доводят облегченное крепление.

Нижнюю границу основного крепления следует назначать, считая от минимального уровня сработки водохранилища на глубине:

При этом нижняя граница основного крепления должна быть ниже минимального уровня сработки водохранилища не менее чем на 1,5t, где t — расчетная толщина ледяного покрова.

Для защиты верхового откоса рекомендуют крепления следующих видов:

а) каменную наброску из несортированного камня (сортированный камень допускается применять при соответствующем обосновании);

б) бетонные монолитные, железобетонные сборные и монолитные с обычной и предварительно-напряженной арматурой;

Чаще всего применяют крепления из каменной наброски, бетона и железобетона. Асфальтобетонные крепления одновременно являются экраном плотины. Они могут быть однослойными или двухслойными. Как показывает опыт эксплуатации плотин с асфальтобетонными экранами, устройство однослойного крепления предпочтительнее, поскольку двухслойные часто разрушаются из-за вспучивания верхнего слоя. Толщину слоя обычно принимают в пределах 8-12 см. Водонепроницаемые защитные покрытия верхового откоса из асфальтобетона следует укладывать от подошвы до гребня с минимальным количеством швов.

Для предотвращения старения асфальтобетона под влиянием ультрафиолетовых лучей его поверхность покрывают слоем мастики со стабилизирующими добавками или светлой краской. Грунтоцементное крепление выполняют из грунта с добавкой цемента (до 10%) и воды. Грунтоцементную смесь укладывают слоями толщиной до 15 см и уплотняют катками. Крепления из грунтоцемента применяют при высоте волны до 1. Применение конструкций такого типа требует проведения мероприятий по борьбе с противодавлением; к числу их недостатков относится растрескивание при промерзании.

При косом подходе волн может происходить перемещение грунта по пологому откосу. Для предотвращения этого явления целесообразно устраивать на откосе в один или несколько рядов продольные буны или волноломы, покрытые бетонными плитами или камнем. Иногда на пологих волноустойчивых откосах предусматривают дополнительно облегченнее крепление из гравийно-галечникового грунта или посадку древесно-кустарниковой растительности.

Низовой откос плотин в зоне волновых и ледовых воздействий со стороны нижнего бьефа крепится так же, как верховой. Остальную часть низового откоса защищают от атмосферных воздействии и в случае необходимости от разрушения землеройными животными. Для крепления низового откоса из песчаных или глинистых грунтов применяют посев трав по растительному слою толщиной 0,2-0,3 м, отсыпку щебня или гравия слоем толщиной 0,2 м и другие виды облегченных покрытий. Чаще всего низовой откос укрепляют посевом многолетних трав по слою растительного грунта толщиной 20-30 см (сплошным или в клетках из дерна) или одерновкой.

В районах с сухим жарким климатом низовые откосы покрывают уплотненным слоев щебня или гравийно-галечникового грунта толщиной 15-20 см либо применяют другие виды облегченных покрытий.

В северной строительно-климатической зоне толщину слоя крепления низового откоса плотины, отсыпаемого из щебня или гравия, принимают в соответствии с теплотехническими расчетами. Если низовой откос подвержен воздействию льда и волн со стороны нижнего бьефа, его крепление следует рассчитывать так же, как и для верхового откоса.

На низовом откосе необходимо предусматривать организованный отвод поверхностных вод. Для этого по линии сопряжения плотины с берегами и на бермах размешают водопроводящие лотки и кюветы.

Для крепления откосов каменной наброской следует применять, как правило, несортированный камень. Каменные материалы для крепления откосов следует применять из изверженных, осадочных и метаморфических пород, обладающих необходимой прочностью, морозостойкостью и водостойкостью.

При проектировании сооружений откосного профиля и креплений откосов из рваного камня, обыкновенных и фасонных бетонных или железобетонных блоков массу и размеры отдельных камней, число камней размером менее расчетного, а также толщину наброски определяют расчетом согласно [СНиП 2.06.04-82]. Толщину каменной наброски следует принимать с учетом возможности частичного выноса мелких частиц из наброски при волновом воздействии, подвижки крупных камней, уплотнения материала крепления, а также опыта эксплуатации аналогичных креплений, но не менее 3d_0,85, где d_0,85 — диаметр камня, масса которого вместе с массой более мелких фракций составляет 85% массы всей каменной наброски крепления.

Массу отдельного элемента m или m_z, т, соответствующую состоянию его предельного равновесия от действия ветровых волн, необходимо определять: при расположении камня или блока на участке откоса от верха сооружения до глубины z = 0,7•h по формуле:

то же, при z > 0,7•h по формуле

где k_fr — коэффициент, принимаемый по табл. 3.14; при > 15, а также при наличии бермы k_fr следует уточнять по опытным данным;

р — плотность воды, т/м 3 ,

р_m — плотность камня, т/м 3 .

Для берегозащитных сооружений за рубежом те же значения рекомендуется определять в соответствии с действующими там нормативными документами. Так, вес защитного элемента, находящегося на откосе может быть определен:

где W_r — вес отдельного защитного элемента,

р_m — плотность материала защитного элемента,

л — угол наклона откоса,

К_D — безразмерный коэффициент (приведен в таблице 15 для откосов с заложением от 1/1,5 до 1/3).

Таблица 14. Значения коэффициента k_fr

4.4 Крепление откосов

Крепление откосов земляных плотин устраивают для защиты их от размыва течением воды или ее волнового действия, разрушения льдом, размыва дождевыми и талыми водами, стекающими по откосам плотины и других разрушающих откосы факторов.

Крепление верхового откоса плотины делят на основное, расположенное в зоне максимальных волновых и ледовых воздействий, возникающих в эксплуатационный период, и облегченное — ниже или выше основного крепления.

Верхнюю границу основного крепления (ВГК), чаще всего назначают на отметке гребня плотины. В случае значительного возвышения гребня плотины над расчетным уровнем воды, основное крепление заканчивают ниже гребня плотины на отметке высоты наката волны h_1% и далее до гребня доводят крепление в облегченном виде.

Нижнюю границу основного крепления (НГК) назначают ниже минимального уровня сработки водохранилища на глубине, равной двойной высоте волны, соответствующей условиям этого уровня

(4.12)

но не меньше чем 1,5t , где t – толщина ледяного покрова.

Вид крепления устанавливают исходя из технико-экономической оценки вариантов с учетом максимального использования средств механизации и местных материалов, характера грунта тела плотины и основания, агрессивности воды, долговечности крепления в условиях эксплуатации.

Для крепления верхового откоса наиболее часто применяют сборные и монолитные железобетонные покрытия, каменную наброску и несколько реже – асфальтобетонное и биологическое крепление.

Сборные крепления применяют при высоте волны 1%-й обеспеченности до 1,5м и толщине льда не более 0,8м. Сборные плиты изготавливают толщиной от 8 до 20 см размером 1,5×2,5 до 5×5м. Если высота волны более 1,5м, то применяют монолитное покрытие толщиной до 0,5м. Под плитами предусматривается обратный фильтр из песчано-гравелистых, галечных или щебеночных грунтов, а также из искусственных волокнистых материалов рисунок 7. Толщина одного слоя фильтра при ручной укладке не менее 0,1м, при механизированной укладке — 0,2м. Толщина однослойной фильтровой подготовки под каменной наброской или мощением принимается не менее 0,2м.

Толщина сборных железобетонных плит крепления определяется из условия

(4.13)

где — объемная масса бетона;— объемная масса воды,— размерплиты в направлении падения откоса,  — длина волны 1% обеспеченности.

Рисунок 7. Элемент крепления откоса железобетонными плитами

Толщину каменной наброски для предварительных расчетов можно определить по формуле

(4.14)

где — расчетная масса отдельного камня в наброске, кг;— объемная масса камня, кН/м 3 .

Вес камня определяют по формуле П.А.Шанкина

(4.15)

где — коэффициент, зависящий от длины волны, при,=7,2, а если, то=8,2;— коэффициент, принимаемый в зависимости от заложения верхового откоса, таблица 6

Таблица 6. Значение коэффициента

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Верховой откос — плотина

Верховой откос плотины укреплялся дерном, уложенным наискось в три — четыре ряда. Глиной засыпали оба ряда срубов до намеченной высоты ( гребня) плотины. [1]

Если верховой откос плотины расположен весьма далеко от низового и в нижнем бьефе нет воды, то грунтовая вода будет высачиваться на участке ВС I на дневную поверхность низового откоса. [2]

Крепления верховых откосов плотин и дамб гидро-отвалрв следует устраивать только тогда, когда верховой откос не замывается твердыми отходами и когда время, необходимое для намыва из них экрана для крепления откоса, не превышает одного сезона. [3]

Крепления верховых откосов плотин и дамб гидроотвалов следует устраивать только тогда, когда верховой откос не замывается твердыми отходами и когда время, необходимое для намыва из них экрана для крепления откоса, не превышает одного сезона. [4]

Крепление верхового откоса плотины делится на основное, располагаемое в зоне максимальных волновых воздействий с учетом крайних горизонтов воды в водохранилище, и на облегченное, располагаемое ниже основного крепления. [6]

Линия АВ ( верховой откос плотины ) является линией равного напора. [7]

Для предотвращения возможного разрушения от атмосферных воздействий верховой откос плотины крепится железобетонными плитами 2 5X1, 5Х Х0 15 м на слое щебня толщиной 0 20 м в месте примыкания горизонта НПГ на высоту ниже отметки НПГ до гребня плотины. Низовой откос плотины и гребень крепятся посевом многолетних трав на слое растительного грунта толщиной 20 см. Для перехвата фильтрационных вод через тело плотины и предохранения низового откоса от размыва устраивается наклонный дренаж. [8]

При эксплуатации возможны следующие неполадки в сооружениях гидротехнического узла: обводнение нижнего бьефа в результате выхода фильтрационного потока воды; разрушение верхового откоса плотины при волнении воды; оползание низового откоса из-за недостаточной защиты его от размыва и других причин; утечка воды через недостаточно уплотненные швы в галерее донного водоспуска; разрушение верхового откоса льдом. [9]

Он ограничен согласно (4.6) окружностью и2 v2 kv 0, соответствующей свободной поверхности, прямой, проходящей через начало координат и перпендикулярной к верховому откосу плотины , осью и, соответствующей непроницаемому основанию плотины, и, наконец, осью v, отвечающей линии дренажа. Учитывая наличие точки перегиба у депрессионнои кривой, нужно провести надрез по дуге окружности. [10]

Поверхность депрессии в этом случае соответствует положению уровня воды в теле плотины ( рис. 195); она сопрягается с уровнем воды в верхнем бьефе, будучи нормальной в этом месте к поверхности верхового откоса плотины ; понижаясь, кривая депрессии выходит на низовой откос несколько выше уровня воды в нижнем бьефе, образуя промежуток выса-чивания. [11]

Для того чтобы перейти от рассмотренной схемы к реальным профилям плотин, необходимо рассмотреть различные наклоны верхового откоса, отличные от вертикального. Известно, что уклон верхового откоса плотины оказывает малое влияние на величину фильтрационного расхода. [12]

В процессе эксплуатации земляные плотины и дамбы могут деформироваться и разрушаться. Наибольшую — опасность при этом представляют фильтрация и накат волны, вследствие чего могут произойти прорывы, оползни и другие разрушения. При сильных волнах откос плотины со стороны господствующих ветров может разрушаться и его дополнительно защищают специальными креплениями. Для крепления верховых откосов плотин головных и нагульных прудов используют сборные и монолитные железобетонные плиты и другие крепления. Железобетонные плиты на откосы плотин и дамб укладывают, как правило, при строительстве или реконструкции прудов. Хорошо защищают дамбы и плотины от волн и размыва растущие в прибрежной части прудов тростник и камыш. Верхнюю часть верхового откоса и низовой откос обычно засевают травами. [13]