Проектирование гребня плотины

4.1.2 Проектирование гребня плотины

Гребень плотины необходим для придания устойчивости поперечному профилю плотины. Ширину гребня назначаем, исходя из категории проектируемой дороги, равной 8 м. Длина плотины по гребню составляет 199 м. Проезжую часть дороги укрепляем одеждой, в состав которой входят покрытие и основание. Покрытие выполняем щебенистым, толщиной 0,2 м. Основание выполняет роль дренирующего слоя. Вода из дренирующего слоя корытного профиля отводится через дренажные воронки на откосы. Воронки располагаются по обеим сторонам корыта в шахматном порядке на расстоянии 4 м друг от друга. Для стока поверхностных вод гребень выполняем с поперечным уклоном 4% в обе стороны от оси. По краям гребня с обеих сторон устанавливаем сигнальные столбики через 3 м друг от друга. Отметка гребня определена расчетом и составляет 79,6 м.

4.1.3 Проектирование откосов плотины

Откосы плотины ломаного очертания. Крутизна их зависит от высоты плотины, грунтов тела плотины и основания, способов производства работ. Принимаем следующее заложение откосов:

верхового – m₁ = 3,0

низового - m₂ = 2,5

На обоих откосах проектируем бермы на отметке 67,00 шириной по 4 м. Берма низового откоса отводит в нижний бьеф дождевые и талые воды. Для этого ей придаем поперечный уклон 2% в сторону откоса и устраиваем на внутренней стороне кювет-канаву. Эта берма также служит для надзора и ремонта откоса.

Верховой откос плотины подвергается действию волн пруда, ледяного покрова, атмосферному влиянию, поэтому укрепляем его от отметки 67,00 до отметки 59,10 гравийно-галечниковой обсыпкой, а выше до отметки гребня плотины – железобетонными плитами ПКО-10 (4×2). Плиты укладываем на подготовку из щебня толщиной 0,2 м и омоноличиваем в карты. Крепление верхового откоса производится как с гребня, так и с бермы верхового откоса.

Низовой откос засеваем многолетними травами по слою растительного грунта толщиной 0,2 м для ослабления разрушающего действия атмосферных осадков и ветров. Чтобы грунт не оползал, нарезаем на откосах борозды.

4.1.4 Проектирование дренажа

Дренаж плотины предназначен для:

ü  недопущения выхода фильтрационного потока на низовой откос;

ü  понижения кривой депрессии, а следовательно, повышения устойчивости низового откоса;

ü  отвода воды, фильтрующейся через тело плотины и основание в нижний бьеф;

ü  предотвращения возникновения фильтрационных деформаций.

В проекте принято дренажное устройство в виде дренажной призмы из камня. Со стороны тела плотины дренаж окружен обратным фильтром из щебня

d = 20-40 мм и разнозернистого песка. Толщина слоев фильтра 20 см. Дренаж имеет форму трапеции со следующими разрезами:

- высота – 4м;

- ширина по верху – 2 м;

- заложение откосов m₁ = 1,5; m₂ = 2,5.

4.1.5 Проектирование противофильтрационных устройств

Противофильтрационным устройством является ядро в центральной части плотины. Ось ядра совмещена с осью плотины. Ядро отсыпается из суглинков. В поперечном сечении оно имеет форму трапеции с размерами: ширина поверху – 3м, понизу в русловой части – 16 м, крутизна откосов 1:0,25. Верх ядра возвышается над ФПУ на высоту капиллярного поднятия.

4.1.6 Проектирование сопряжения тела плотины с основанием и берегами

Для предотвращения вредных последствий фильтрации в основании плотины и для повышения её устойчивости против плоского сдвига проектируем в основании замок. Врезка осуществляется в коренные породы на глубину от 1,0 до 9,6 м. Ширина замка по дну 4 м, крутизна откосов 1:1,0.

Сопряжение тела плотины с берегами выполняется планировкой откосов наклонными уступами. Перед насыпкой тела плотины в основании удаляется растительный грунт и грунты с высоким коэффициентом фильтрации. Затем пропашным плугом рыхлится основание и уплотняется кулачковыми катками толщиной слоя 20-30 см.

4.2 Расчет плотины на фильтрацию

Целью фильтрационного расчета является определение положения кривой депрессии в теле плотины и полного фильтрационного расхода.

Расчет ведем при отметке НПУ в пруде.

Определяем напор по формуле:

Н = НПУ - тальв. = 74,5 – 51,25 = 23,25 м (4.12)

Определяем положение раздельного сечения:

ΔL =  · Н =  · 23,25 = 9,96 ≈ 10 м (4.13)

Аналитически определяем расстояние от раздельного сечения до начала дренажа и проверяем его графически:

L=ΔL+( ГП- НПУ)·+В_гр+В_бер+( ГП - др.)· - ( др –

- осн.)· =10+(79,6-74,5)·3+8+4+(79,6-55,25)·2,5-(55,25-51,25)·1,5=

= 92,18 м (4.14)

где ΔL – раздельное сечение, м;

ГП – отметка гребня плотины, м;

НПУ – отметка нормального подпорного уровня, м;

В_гр – ширина гребня, м;

В_бер – ширина бермы, м;

 - заложение низового откоса;

 - заложение верхового откоса;

осн. – отметка основания, м;

др – отметка верха дренажа, м;

 – заложение внутреннего откоса дренажа.

Приводим грунт тела ядра к грунту тела плотины:

Я =  ·  =  · 10 = 2500 м (4.15)

где  - коэффициент фильтрации грунта тела плотины, =0,08м/сут;

 - коэффициент фильтрации грунта тела ядра, =0,08 м/сут;

 - средняя толщина ядра, м.

 =  =  = 10 м

Определяем приведенную длину:

L_пр. = L + Я -  = 92,18 + 2500 – 10 = 2582,18 м (4.16)

Определяем ординату кривой депрессии на входе в дренаж:

h₁ =  -  =  - 2582,18 = 0,1 м (4.17)

Определяем заход кривой депрессии в дренаж:

I =  =  = 0,05 м (4.18)

Строим кривую депрессии по уравнению:

y² = 2 h₁· х, м² (4.19)

Задаемся значением «х» и вычисляем «у», сводя расчеты в таблицу 4.1

Таблица 4.1

Строим кривую депрессии в системе координат ХОУ.

Определяем удельный фильтрационный расход через тело плотины:

q_ф = К_ф · h₁ = 20 · 0,1 = 2 м³/сут/м (4.20)

где К_ф – коэффициент фильтрации грунта тела плотины,

К_ф= 20 м/сут.

Полный фильтрационный расход будет:

Q_ф =  q_ф·L_пл= 0,5·2·199 = 199 м³/сут (4.21)

где L_пл – длина плотины по гребню, м.