Плотины из грунтовых материалов

4.12*. Для материала, предназначенного к укладке в тело плотины ниже поверхности воды или подверженного ее воздействию, коэффициент размягчаемости должен быть не ниже 0,9 для изверженных и метаморфических пород и 0,8 - для осадочных. Меньшие значения коэффициента размягчаемости допускается принимать при соответствующем обосновании.

4.13. К грунтам противофильтрационных устройств (экранов, понуров, ядер, слабоводопроницаемых призм), переходных слоев и обратных фильтров каменно-земляных плотин предъявляют те же требования, что и к соответствующим элементам земляных насыпных плотин.

Если противофильтрационное устройство возводят средствами гидромеханизации, необходимо, чтобы грунт удовлетворял требованиям, предъявляемым к грунтам намывных плотин.

4.14. Для переходных слоев и обратных фильтров каменно-земляных плотин следует использовать, как правило, карьерные разнозернистые грунты.

Применение для этих целей обогащенных грунтов, полученных сортировкой, промывкой, добавлением или смешиванием различных фракций, следует допускать только при соответствующем технико-экономическом обосновании. Во всех случаях надлежит отдавать предпочтение однослойным переходным слоям и обратным фильтрам.

ОЧЕРТАНИЕ ОТКОСОВ ПЛОТИНЫ 4.15. Основные размеры поперечного профиля каменно-земляных и каменно-набросных плотин следует назначать в соответствии с требованиями пп. 2.9-2.15.

4.16. Ширину берм на откосах плотин необходимо принимать из условия обеспечения требуемого осредненного значения крутизны откосов, но не менее 3 м.

4.17. Крутизну откосов каменно-земляных и каменно-набросных плотин следует назначать по расчету (пп. 5.10*-5.13*).

При назначении крутизны откосов плотин, возводимых направленным взрывом, необходимо учитывать начальную крутизну откосов, свободно формирующихся в результате сброса грунта взрывом.

ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА 4.18*. При проектировании противофильтрационных устройств из грунтовых и негрунтовых материалов каменно-земляных и каменно-набросных плотин следует учитывать требования пп. 2.38*-2.50.

4.19. Противофильтрационные устройства каменно-земляных и каменно-набросных плотин должны сопрягаться с основанием и береговыми склонами и сохранять водоупорность, прочность и гибкость при возможных относительных смещениях.

4.20. Градиент напора фильтрационного потока для ядра или экрана из глинобетона или глинистого грунта каменно-земляных плотин следует принимать по критерию фильтрационной прочности (п. 5.5*).

4.21. Между грунтовым противофильтрационным устройством и крупнообломочным материалом тела плотины надлежит предусматривать обратные фильтры и переходные слои.

Толщину переходных слоев следует назначать исходя из условия производства работ с учетом возможных горизонтальных смещений плотины и принимать не менее 3 м.

Между негрунтовым противофильтрационным устройством и грунтом тела плотины следует также предусматривать переходные слои.

4.22. Материалы переходных слоев и обратных фильтров плотин следует принимать в соответствии с требованиями разд. 5.

Зерновой состав переходных слоев плотин I и II классов надлежит уточнять экспериментально с учетом условий их работы.

4.23. Для повышения фильтрационной прочности грунтовых противофильтрационных устройств каменно-земляных плотин следует предусматривать:

а) уширение ядра или экрана на береговых примыканиях и в основании;

б) укладку дополнительного слоя обратного фильтра в пределах сопряжения грунтового противофильтрационного устройства с основанием и берегами;

в) возведение экрана или ядра из разнозернистых глинистых грунтов, способных в случае образования трещин их закольматировать.

4.24*. Противофильтрационные устройства каменно-набросных плотин выполняют, как правило, из железобетона, бетона, асфальтобетона, полимерных материалов. Допускается применение металла (см. рекомендуемое приложение 9*).

4.25. Железобетонные экраны в зависимости от высоты плотины и ожидаемой осадки могут быть двух типов: жесткие (однослойные) и гибкие (многослойные). Для высоких плотин следует, как правило, предусматривать гибкие конструкции железобетонных экранов.

Железобетонные экраны следует проектировать в соответствии с требованиями СНиП 2.06.08-87.

4.26. Однослойные железобетонные экраны следует предусматривать из отдельных плит с поперечными температурными продольными осадочными уплотненными швами. Разрезку экрана на плиты следует предусматривать с учетом конфигурации береговых склонов.

Для предотвращения оползания и отслаивания экрана от тела плотины плиты должны иметь анкеры, заделываемые в подэкрановую кладку.

Толщину плит железобетонного экрана и их армирование следует определять в соответствии с расчетом устойчивости плит на откосе, прочности при действии волновых, ледовых и монтажных нагрузок, а также с учетом деформации откоса плотины.

4.27. Гибкие железобетонные экраны надлежит предусматривать из нескольких слоев плит с прослойками гидроизоляции между ними. Плиты экрана необходимо разделять температурными и осадочными швами и укладывать их в слои с перевязкой швов.

Размеры плит следует выбирать такими, чтобы была обеспечена гибкость экрана в целом при минимально возможном числе швов. Длину и ширину плит, бетонируемых на месте, можно принимать в пределах от 10 до 20 м.

Для обеспечения связи между слоями плит и всего экрана с телом плотины следует предусматривать анкеры или другие конструкции, предотвращающие сползание плит по откосу.

4.28*. Сопряжение негрунтовых экранов плотины с основанием следует предусматривать при помощи бетонного зуба, в котором, как правило, устраивается потерна для создания инъекционной или мерзлотной завесы.

Соединение экрана с зубом следует предусматривать в виде разрезной или гибкой конструкции (слоистой - с заделкой экрана в зуб, шарнирной - с устройством гибкого шва по периметру).

4.29*. Асфальтобетонные экраны и диафрагмы допускается предусматривать при температурных воздействиях на них в периоды строительства и эксплуатации до минус 50 °С.

4.30. Под экраном из негрунтовых материалов следует выполнять подэкрановую подготовку.

Подэкрановую подготовку из уплотненного крупнообломочного грунта или мелкого камня необходимо укладывать по каменной наброске.

Толщину подэкрановой подготовки следует назначать в зависимости от материала экрана, крупности материала подэкрановой подготовки, крупности материала в наброске, высоты плотины и условий производства работ.

ТРЕБОВАНИЯ К ОСНОВАНИЯМ ПЛОТИН. СОПРЯЖЕНИЕ ПЛОТИН С ОСНОВАНИЕМ 4.31*. При оценке грунтов основания следует учитывать требования пп. 1.5*-1.7* и 2.72*-2.82.

4.32. При строительстве плотин на скальном и особенно на нескальном основании необходимо определять расчетом неравномерность осадок основания как в продольном, так и в поперечном направлении их для проверки трещиностойкости противофильтрационных устройств плотин.

4.33. При проектировании каменно-земляных плотин с грунтовыми противофильтрационными устройствами, возводимыми методом отсыпки грунтов в воду, должен быть предусмотрен контакт грунтов этих устройств с грунтом основания.

4.34. Сопряжение грунтовых противофильтрационных устройств плотины со скальным основанием допускается предусматривать в виде торкретирования основания и береговых склонов, врезки и др.

4.35. Для улучшения статической работы, повышения трещиностойкости противофильтрационных устройств высокие плотины, расположенные в узком ущелье, следует проектировать с криволинейной осью, выпуклой в сторону верхнего бьефа.

4.36*. В северной строительно-климатической зоне сопряжение противофильтрационных устройств талых каменно-земляных и каменно-набросных плотин с трещиноватым скальным основанием следует производить с помощью бетонного зуба с потерной для выполнения цементационной (инъекционной) завесы в основании. В пределах подруслового талика цементацию основания следует выполнять до заполнения водохранилища, а в береговых примыканиях - по мере оттаивания основания. На сильнотрещиноватых основаниях следует проводить предпостроечное искусственное оттаивание вечномерзлых грунтов основания с последующей их цементацией до начала заполнения водохранилища.

На контакте грунтовых ядер и экранов талых каменно-земляных плотин с сильнотрещиноватым скальным основанием следует предусматривать устройство слабоармированной бетонной плиты в виде открылков бетонного зуба с укрепительной цементацией основания под ней.

4.37*. На нескальных основаниях, сложенных слабосжимаемыми и слабоводопроницаемыми (в том числе и при оттаивании) грунтами, сопряжение противофильтрационных устройств каменно-земляных плотин с основанием следует производить врезкой их в основание на глубину верхнего разуплотненного слоя. При наличии в основании верхнего слоя аллювиальных отложений из песчано-гравийно-галечниковых грунтов мощностью до 5 м сопряжение следует осуществлять с помощью зуба, входящего в коренные породы основания.

5. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА ПЛОТИН 5.1*. При проектировании плотин I и II классов из грунтовых материалов необходимо выполнять следующие основные расчеты:

а) фильтрационные (пп. 5.3 и 5.4*);

б) фильтрационной прочности (п. 5.5*);

в) обратных фильтров, дренажей и переходных слоев (пп. 5.6 - 5.9);

г) устойчивости откосов, экрана и защитного слоя (пп. 5.10* - 5.13*);

д) напряжений и деформаций (пп. 5.14* и 5.15*);

е) осадок тела плотины и основания (пп. 5.16* и 5.17*);

ж) горизонтальных смещений (п. 5.19*);

з) креплений откосов на прочность от действия волн, льда и др. (п. 5.21).

Кроме того, дополнительно следует выполнять:

для неоднородных земляных намывных плотин расчеты фракционирования грунта и устойчивости боковых призм (пп. 3.13, 3.14*, 3.17, 5.12*), расчеты консолидации и перового давления п. 5.18);

для земляных насыпных и каменно-земляных плотин, у которых тело, ядро, экран или основание сложены из глинистых грунтов, - расчеты порового давления при их консолидации и проверку трещиностойкости (пп. 5.18, 5.22*);

для каменно-земляных плотин с ядром, кроме того, - проверку устойчивости на сдвиг низовой призмы плотины.

Для плотин III и IV классов следует ограничиться расчетами, указанными в подпунктах «а» - «г», «е», «з».

Расчеты следует производить для всех характерных поперечных сечений плотин.

При проектировании плотин из грунтовых материалов в северной строительно-климатической зоне необходимо дополнительно к указанным расчетам произвести расчеты температурного режима тела и основания плотины, ложа и бортов водохранилища и русла в нижнем бьефе плотины в ходе ее строительства и эксплуатации (п. 5.23*).

5.2*. Расчеты плотин во всех случаях следует выполнять для основных и особых сочетаний нагрузок в эксплуатационный период работы плотин и для сочетаний нагрузок в период их возведения (строительный период).

Расчеты плотин, возводимых в сейсмических районах, следует выполнять согласно требованиям СНиП II-7-81*.

5.3. Фильтрационные расчеты тела плотины, основания и берегов следует выполнять для:

а) определения фильтрационной прочности тела плотины, ее основания и берегов;

б) расчета устойчивости откосов плотины и берегов;

в) обоснования наиболее рациональных и экономичных форм, размеров и конструкций плотины, ее противофильтрационных и дренажных устройств.

При выполнении фильтрационных расчетов следует учитывать кольматаж ложа водохранилища и верхового откоса плотины при его развитии во времени.

5.4*. Фильтрационными расчетами (а также исследованиями) надлежит определять следующие параметры фильтрационного потока:

а) положение поверхности фильтрационного потока (депрессионной поверхности) в теле плотины и берегах;

б) фильтрационный расход воды через тело плотины, основание и берега;

в) напоры (или градиенты напора) фильтрационного потока в теле плотины, основании, а также в местах выхода фильтрационного потока в дренаж, в нижний бьеф за подошвой низового откоса, в местах контакта грунтов с различными характеристиками и на границах противофильтрационных устройств (черт. 9).

Черт. 9. Фильтрационные деформации в земляных и каменно-земляных плотинах и их основаниях

а - однородная плотина на слоистом основании; б - каменно-земляная плотина на скальном основании; А, Б - сопряжение несвязного и связного грунтов оснований; В - область местного выпора грунта в случае выхода потока на откос; J_e,max - расчетный (максимальный) градиент напора в зоне высачивания потока на уровне воды нижнего бьефа; a - угол наклона низового откоса ядра к горизонту; J_p, J_c, J_u, J_i, J_run - градиенты напора соответственно суффозии, контактного размыва, выпора, входа фильтрационного потока в дренаж, пульсации в обратном фильтре от наката и спада волн

При неоднородном или анизотропном геологическом строении основания указанные в настоящем пункте параметры фильтрационного потока следует определять с учетом этих особенностей.

При выполнении фильтрационных расчетов талых плотин из грунтовых материалов, возводимых в северной строительно-климатической зоне, указанные параметры фильтрационного потока следует определять с учетом изменения границ зон мерзлых грунтов в теле и основании плотины в ходе ее строительства и эксплуатации.

5.5*. Фильтрационную прочность тела плотины, а также противофильтрационных устройств оценивают на основе соответствующих расчетов и экспериментальных исследований грунтов при действующих в сооружении градиентах напора с учетом напряженно-деформированного состояния сооружения и его основания, особенностей конструкции, методов возведения и условий эксплуатации.

Расчеты фильтрационной прочности надлежит выполнять исходя из наибольшего напора, действующего на плотину.

При оценке фильтрационной прочности необходимо выполнить условие

J_est,m £                                                              (5)

где J_est,m - действующий средний градиент напора в расчетной области фильтрации;

J_cr,m - критический средний градиент напора, принимаемый на основании исследований грунтов в условиях, отвечающих реальным условиям эксплуатации сооружения. В предварительных расчетах и при отсутствии необходимых исследований значения J_cr,m могут быть приняты в соответствии с имеющимися аналогами или по табл. 8;

g_n - коэффициент надежности по ответственности сооружений, определяемый по СНиП 2.06.01-86.