Примечания: 1. Грунтовые противофильтрационные устройства неоднородной плотины при большой их толщине называют верховыми (черт. 1, б) или центральными (черт. 1, в) призмами (противофильтрационными) соответственно их расположению.
2. Конструкции тела плотины могут сочетаться с различными конструкциями противофильтрационных устройств в ее основании; выбор зависит от геологии основания и обосновывается расчетами и технико-экономическим сопоставлением вариантов. Возможно сопряжение тела плотины с основанием без противофильтрационных устройств.
Черт 1. Виды земляных насыпных плотин
а-ж - см. табл. 3; 1 - тело плотины; 2 - поверхность депрессии; 3 - дренаж; 4 - крепление откосов; 5 - верховая грунтовая противофильтрационная призма; 6 - диафрагма; 7 - верховая призма; 8 - низовая призма; 9 - переходный слой; 10 - экран из негрунтовых материалов; 11 - грунтовое ядро; 12 - центральная грунтовая противофильтрационная призма; 13 - шпунт или стенка; 14 - понур; 15 - инъекционная (цементационная) завеса (висячая); 16 - зуб; 17 - грунтовый экран; h - высота плотины; b - ширина плотины понизу; bum - ширина противофильтрационного устройства понизу; bup - ширина плотины по гребню; mh - коэффициент верхового откоса; mt - коэффициент низового откоса
В северной строительно-климатической зоне земляные насыпные плотины в зависимости от температурного состояния грунтов, конструкции тела и противофильтрационных устройств подразделяют на основные типы и виды, указанные в табл. 3.1 и на черт. 1.1.
Таблица 3.1
|
Тип плотины |
Элементы плотины |
Вид плотины |
|
Земляная насыпная талая |
Тело плотины |
Однородная (черт. 1.1, а) |
|
|
|
С грунтовым экраном (черт. 1.1, б) |
|
|
|
С ядром (черт. 1.1, в) |
|
|
|
С центральной призмой (черт. 1.1, г) |
|
|
|
С диафрагмой (черт. 1.1, д) |
|
|
|
С экраном из негрунтовых материалов (черт. 1.1, е) |
|
|
Противофильтрационное устройство в основании плотины |
С зубом (черт. 1.1, б, в, е) |
|
|
|
С инъекционной (цементационной) завесой (черт. 1.1, е) |
|
|
|
Со стенкой, шпунтом (черт. 1.1, д) |
|
Земляная насыпная мерзлая |
Тело плотины |
Однородная с мерзлотной завесой (черт. 1.1, ж) |
|
|
|
С ядром и с мерзлотной завесой (черт. 1.1, з) |
|
|
|
С центральной призмой и с мерзлотной завесой (черт. 1.1, и) |
|
|
Противофильтрационное устройство в основании плотины |
С мерзлотной завесой (черт. 1.1, ж, з, и) |
|
|
|
С зубом и мерзлотной завесой (черт. 1.1, з) |
Черт. 1.1. Типы и виды земляных насыпных плотин, возводимых в северной строительно-климатической зоне
а - и - см. табл. 3.1; 1 - тело плотины; 2 - поверхность депрессии; 3 - дренаж; 4 - крепление откосов; 5 - теплоизоляционный слой; 6 - диафрагма; 7 - верховая призма; 8 - низовая призма; 9 - переходный слой; 10 - экран из негрунтовых материалов; 11 - грунтовое ядро; 12 - центральная грунтовая противофильтрационная призма; 13 - шпунт или стенка; 14 - грунтовый экран; 15 - инъекционная (цементационная) завеса; 16 - зуб; 17 - цементационная галерея; 18 - замораживающая система; 19 - линия раздела талого и мерзлого грунтов; h - высота плотины; b - ширина плотины понизу; bum - ширина противофильтрационного устройства понизу; bup - ширина плотины по гребню; mh - коэффициент верхового откоса; mt - коэффициент низового откоса
2.2*. При проектировании земляных насыпных плотин на нескальном основании следует отдавать предпочтение однородным плотинам, а также плотинам с грунтовым противофильтрационным устройством (призмой, ядром, экраном).
При проектировании плотин в северной строительно-климатической зоне на нескальных основаниях, сложенных из мало- и среднесжимаемых при оттаивании мерзлых грунтов, предпочтение следует отдавать мерзлым плотинам с ядром, а на сильнольдистых основаниях - мерзлым плотинам с центральной противофильтрационной призмой.
2.3. При возведении плотин в две или несколько очередей следует, как правило, проектировать их однородными или неоднородными - с противофильтрационной верховой призмой или с экраном.
2.4*. Земляные плотины, дамбы, противофильтрационные устройства напорных сооружений в виде экранов, ядер и понуров можно возводить отсыпкой грунтов в воду.
Грунт отсыпают в воду как в искусственные прудки, так и в естественные водоемы (без постройки перемычек и организации водоотлива) с учетом глубин и скоростей течения.
ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ
2.5*. Земляные насыпные плотины можно возводить из всех видов грунтов, за исключением:
а) содержащих водорастворимые включения хлоридных солей более 5 % по массе, сульфатных или сульфатно-хлоридных более 10 % по массе;
б) содержащих не полностью разложившиеся органические вещества (например, остатки растений) более 5 % по массе или полностью разложившиеся органические вещества, находящиеся в аморфном состоянии, более 8 % по массе;
в) сильнольдистых и льдистых грунтов.
Указанные в подпунктах «а» и «б» грунты допускается применять для создания тела плотины при наличии соответствующего обоснования и при условии проведения необходимых защитных инженерных мероприятий, а также соблюдения правил охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами.
В северной строительно-климатической зоне допускается применение мерзлых слабольдистых грунтов при возведении земляных насыпных плотин при соответствующем обосновании.
2.6*. Для создания грунтовых противофильтрационных устройств в теле и основании плотины (экранов, ядер, понуров, зубьев) следует применять слабоводопроницаемые грунты.
При выборе этих грунтов надлежит учитывать следующее:
а) наиболее пригодными грунтами для образования противофильтрационных устройств являются глинистые с коэффициентом фильтрации k < 0,1 м/сут. и при числе пластичности Ip 0,05 (при соответствующем обосновании Ip 0,03);
б) допускается применять искусственную грунтовую смесь, содержащую глинистые, песчаные, дресвяные и крупнообломочные грунты. Состав грунтовой смеси следует определять по результатам исследований и проверки его в производственных условиях на опытных отсыпках и выбирать на основании технико-экономического сравнения вариантов;
в) для экранов и понуров плотин III и IV классов допускается применять торф (с учетом указаний п. 1.5*), причем необходимо предусматривать защитное покрытие из минеральных грунтов.
В северной строительно-климатической зоне допускается применение торфа в качестве материала для экранов и понуров плотин при соответствующем обосновании;
г) допускаемые величины засоленности грунтов, предназначенные к укладке в ядра и противофильтрационные призмы мерзлых плотин, следует устанавливать по результатам теплотехнических расчетов и на основании технико-экономического сравнения вариантов.
2.7*. Песчаные грунты (мелкозернистые, средней крупности и крупные) следует применять для однородных плотин и плотин с центральной или верховой противофильтрационной призмой, если обеспечивается фильтрационная прочность грунтов плотины, а величина фильтрационного расхода воды через ее тело допустима по результатам водохозяйственных и энергоэкономических расчетов.
2.8*. Песчаные и крупнообломочные грунты при необходимой прочности, морозостойкости и водостойкости и при обеспечении сопряжения с противофильтрационным устройством и основанием допускается применять без ограничений для призм земляных насыпных плотин. Возможность укладки этих грунтов в тело плотины определяется фильтрационным, термовлажностным и напряженным состоянием плотины.
ОЧЕРТАНИЯ ОТКОСОВ И ГРЕБНЯ ПЛОТИНЫ
2.9. Крутизну откосов плотины надлежит назначать исходя из условия их устойчивости с учетом:
а) физико-механических характеристик грунтов откосов и основания;
б) действующих на откосы сил: собственного веса, влияния воды (взвешивания, фильтрационных сил, капиллярного давления), сейсмических, динамических, внешних нагрузок на гребне и откосах и др.;
в) высоты плотины;
г) производства работ по возведению плотины и условий ее эксплуатации.
При предварительном назначении крутизны откосов допускается пользоваться аналогичными данными построенных сооружений с последующей проверкой расчетом устойчивости откосов.
При наличии на верховом откосе плотины экрана, образованного материалом, имеющим более низкие значения ?? и с по сравнению с соответствующими характеристиками грунтов тела плотины, крутизну верхового откоса следует назначать с учетом не только возможности обрушения откоса в целом, но и сдвига экрана по контакту с телом плотины, а также сдвига защитного слоя по поверхности экрана.
2.10. На откосах плотин, как правило, следует предусматривать устройство берм, определяя их число в зависимости от высоты плотины, условий производства работ, типов крепления откоса и его общей устойчивости.
Бермы следует предусматривать на верховом откосе у нижней границы его крепления для создания необходимого упора, на низовом откосе - для служебных проездов, сбора и отвода атмосферных вод, размещения контрольно-измерительной аппаратуры (КИА).
Устройство берм не должно вести к уположению откоса, определенного расчетом.
2.11. Ширину гребня плотины следует устанавливать в зависимости от условий производства работ и эксплуатации (использования гребня для проезда, прохода и других целей), но не менее 4,5 м.
Ширину гребня плотины в местах сопряжения с другими сооружениями или с берегами следует устанавливать в соответствии с конструкцией сопряжения и необходимостью создания площадок.
2.12*. Отметку гребня плотины следует назначать на основе расчета возвышения его над расчетным уровнем воды.
Возвышение гребня плотины надлежит определять для двух случаев стояния уровня воды в верхнем бьефе:
а) при нормальном подпорном уровне (НПУ) или при более высоком уровне, соответствующем пропуску максимального паводка, входящего в основное сочетание нагрузок и воздействий;
б) при форсированном подпорном уровне (ФПУ), при пропуске максимального паводка, относимого к особым сочетаниям нагрузок и воздействий. Возвышение гребня плотины hs, в обоих случаях определяется по формуле
hs = ??hset + hrun1% + a, (1)
где hset - ветровой нагон воды в верхнем бьефе;
hrun 1% - высота наката ветровых волн обеспеченностью 1 %;
а - запас возвышения гребня плотины.
При определении первых двух слагаемых формулы (1) следует принимать обеспеченности скорости ветра для расчета элементов волн, наката и нагона при основном сочетании нагрузок и воздействий (при НПУ) по СНиП 2.06.04-82*, при особом сочетании нагрузок и воздействий (при ФПУ) эти обеспеченности следует принимать для сооружений I - II классов 20 %, для III класса - 30 %, для IV класса - 50 %. Запас а для всех классов плотин следует принимать не менее 0,5 м.
Из двух полученных результатов расчета выбирают более высокую отметку гребня.
При возведении плотины в сейсмических районах отметку гребня следует назначать с учетом высоты гравитационной волны, возникающей в водохранилище в случае образования в нем сейсмотектонических деформаций при землетрясении, определяемой в соответствии с требованиями СНиП II-7-81*.
Отметку гребня плотины проектируют с учетом строительного подъема, назначаемого сверх определенного по п.2.12* возвышения hs. Величину строительного подъема определяют по прогнозируемой осадке гребня согласно пп. 5.16* и 5.17*.
2.13. При наличии на гребне плотины сплошного парапета, рассчитанного на воздействие волн, возвышение его верха над уровнем верхнего бьефа надлежит принимать не ниже значений, полученных, по формуле (1). Возвышение гребня плотины в этом случае назначают на 0,3 м над НПУ или на отметке ФПУ, причем принимают высшую из них.
2.14*. При расположении автодороги на гребне плотины ограждения и направляющие устройства следует выполнять в соответствии с требованиями ГОСТ 23457-86.
2.15. В случае если гребень плотины или ее откосы сложены из глинистых грунтов, следует предусматривать их защиту от сезонного промерзания слоем песчаного, гравийного или щебенистого грунта. Толщину защитного слоя следует назначать в соответствии с теплотехническими расчетами. При соответствующем обосновании допускается не предусматривать устройство защитного слоя.
КРЕПЛЕНИЕ ОТКОСОВ
2.16. Откосы земляных насыпных плотин следует защищать специальными креплениями, рассчитанными на воздействие волн, льда, течений воды, изменения уровня воды, атмосферных осадков, ветра и прочих климатических и других разрушающих откос факторов (проникновения землеройных животных, пучения глинистого грунта в зимний период и др.).
2.17. Для защиты верхового откоса, как правило, следует применять следующие виды креплений:
а) каменные (насыпные);
б) бетонные монолитные, железобетонные сборные и монолитные с обычной и предварительно напряженной арматурой;
в) асфальтобетонные;
г) биологические.
При наличии данных, обоснованных исследованиями или опытом строительства и эксплуатации плотин, допускается применять и другие виды креплений верховых откосов, например, гравийно-галечниковые, грунтоцементные и др.
2.18. Вид крепления следует устанавливать 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, архитектурных требований.
