10415

Высоту волны i%-ной обеспеченности в системе hdi , м, следует определять умножением средней высоты волн на коэффициент ki, принимаемый по графи-

кам рисунка [4, прил. А, рис. А2] для безразмерной величины gL/Vw2 [4, п. А7].

Далее конструируется профиль плотины и её сопряжение с основанием, соответствующие требования приведены в [2, раздел 6].

Ширина гребня плотины определяетсяпо [24, табл. 5.12]соответствующей ширине земляного полотна автомобильной дороги назначенной категории.

Подошва плотины устраивается горизонтальной или в виде зубьев – уступов [10, с. 150] с уклоном 10 ÷ 150. Сопряжение плотины с береговыми склонами рекомендуется выполнять в виде горизонтальных ступеней [10, стр. 156], [14, стр. 244], обеспечивая устойчивость каждой секции плотины на склоне.

Удаление (съем) грунта в основании плотины должно быть минимальным и обосновано расчётами плотин на прочность и устойчивость с учётом мероприятий по укреплению грунта основания [2, п. 6.44]. При этом с учётом имеющегося геологическогоразреза нужно снять восновании слойнесвязанных грунтов до скалы, и для лучшего сопряжения удалить верхний сильновыветрелый слой скалы от 2 до 6 м. Выравнивание контактных поверхностей скальных оснований бетонных плотин не допускается [2, п. 6.45].

Разрабатывается чертёж профиля плотины, показанный на Рис. 2.2, состоящий из его очертаний и конструктивных элементов, таких как цементационная завеса,дренажтела плотины и основания,разработка которых приводится далее.

2.2.Цементация основания

Втех случаях, когда основание плотины сложено грунтами со средним коэффициентом фильтрации k ≥ 0,1 м/сут, в составе подземного контура плотины должны предусматриваться противофильтрационные устройства (цементационная завеса, понур) и дренаж [2, п. 10.7].

Цементация основания бывает двух типов – противофильтрационная и укрепительная [2, п. 6.46, 6.47].

11

Противофильтрационная (или глубинная) цементация образует цементационную завесу, целью которой является уменьшение противодавления на плотину и сокращение фильтрационных расходов через основание. Глубина цементационной определяется положением водоупора и напором на плотину. Водоупором, согласно классификации [5, прил. А, табл. А.2] считается грунт

где q – удельное водопоглащение, л/мин; k – коэффициент фильтрации, м/сут. При неглубоком залегании водопроницаемых пород рекомендуется противофильтрационную завесудоводить до кровли водоупора [2, п. 6.48]. При значительной толще водопроницаемых пород или отсутствии данных о положении водоупора глубина цемзавесы назначается в зависимости от напора на плотину.

Она составляет [8, с. 272], [9, с. 48]:

где S – глубина завесы; H – напор на плотину.

Расстояние a2 от напорной грани плотины до оси цементационной завесы должно быть, как правило, (0,10 ÷ 0,25) B (где B – ширина подошвы плотины), если подземный контур плотины состоит только из цементационной завесы и дренажа [2, п. 10.7].

Укрепительная (площадная) цементация выполняется на незначительную глубину и принимается для укрепления недостаточно прочных пород основания и обеспечения лучшей связи бетона с основанием [8, с. 270], [9, с. 39].

Так в верховой части подошвы плотины, перед противофильтрационной завесой, делается связующая цементация в виду, возможного появления в этой зоне растягивающих напряжений. Связующая цементация делается для заполнения неплотностей между бетоном плотины и скалой основания. Для её выполнения в основании бурятся скважины на глубину 3 ÷ 5 м.

13

В низовой части (иногда и средней) подошвы плотины делается укрепительная цементация, поскольку здесь развиваются значительные сжимающие напряжения. Глубина укрепительной цементации основания изменяется от 7 до 15 метров.

На основе данных инженерно-геологических изысканий для проектируемой плотины назначается связующая цементация основания под верховой гранью и противофильтрационная цемзавеса (Рис. 2.3). Глубина связующей цементации составляет около 5 метров; глубина цемзавесы S принята равной толщине водопроницаемых пород S = T = 60 м.

Расчётная толщина цементационной завесы определяется из условий [2, п. 6.49] и [8, с 272]:

Jcr,m – критический градиент напора в завесе, назначается [5, табл. 9];

γn – коэффициент надёжности по степени ответственности сооружения [1, п. 8.16];Δ – коэффициент приведения, определяемы по графикам [8, с 275].

Расстояние между цементационными скважинами устанавливается на основе опытно-цементационных работ (в зависимости от трещиноватости скального основания, качества нагнетаемого раствора и других факторов) в створе гидроузла.Обычноэто–1,5÷4,0м[9,с49],[12,с.287].Приотсутствииопытных данных расстояние между скважинами – lr может быть назначено по графикам [14, с. 542] Рис. 2.4 в зависимости от степени трещиноватости, удельного водопоглащения (q, л/мин) скального массива и напора на плотину (H, м). Характеристики скальных пород в зависимости от их классификации по степени трещиноватости приведены в [5, прил. А].

14

Рис. 2.3. Цементация и дренаж основания

15

На Рис. 2.3 для условий проектируемой плотины (q = 0,17 л/мин; H = 107 м) расстояние между цементационнымискважинами принято равным2 м.Завеса двухрядная,расстояние междурядами –2 м.Так как градиент напора нанизовом конце завесы практически равен нулю [9, с. 49], то из двух рядов скважин вверху завесы до низа цементируемой толщи основания доводится только один ряд. Диаметр цементационных скважин принят 76 мм [9, с. 50].

Нагнетаниецементационных растворовв скважины производится под давлением,обычнопослеукладкинебольшогослоябетонавплотину.Величинадавлениязависитотвесауказанногослоябетонаиповышаетсяпомерезаглубления. Величина давления зависит от консистенции раствора и характера трещиноватости пород [9, с. 50].

Для оценки качества завесы бурятся контрольные скважины [17, с. 20]. Длина контрольныхскважин должна составлять 5 ÷ 10 %отдлины рабочих скважин. Располагать контрольные скважины при однорядной завесе следует между рабочими скважинами, при двухрядной и многорядной завесах – между рядами скважин. На Рис. 2.3 диаметры кругов показывающих цементационную завесу условны, т.к. граница заполнения зависит от локального наличия трещин и подаваемого давления при цементации, которое можно подбирать так чтобы между рядами не было пустот.

Фильтрационные потери через основание плотины могут быть определены по зависимостям, приведённым в [16, стр. 21, 22]. Однако во многих случаях эти потери для плотин на скальных основаниях не играют существенной роли при проектировании и поэтому не являются определяющим фактором при расчёте завесы [16, с. 45].

16

где Hd – напор над расчётным сечением;

Jcr – критический (предельный) градиент напора для бетона плотины. Значение критического градиента напора надлежит принимать в зависимо-

сти от марки бетона по водонепроницаемости: от Jcr = 10 при W4 до Jcr = 50 при W20. При изменении марки бетона по водонепроницаемости на 1 ступень критический градиент напора увеличивается на 5 единиц.

В теле плотины должны предусматриваться продольные и поперечные галереи. По высоте плотины галереи рекомендуется располагать через 15 ÷ 40 м [2,

п. 6.17].

Ширину галерей, предусмотренных для сбора и отвода воды, контроля за состоянием бетона плотины и уплотнением швов, размещением КИА и различного рода коммуникаций, следует назначать не менее 1,2 м, высоту не менее

2,0 м [2, п. 6.18].

Одну из продольных галерей следует проектировать выше максимального уровня нижнего бьефа для обеспечения самотёчного отвода воды из всей вышележащейчастиплотины.Изнижележащихгалерейнеобходимопредусматривать откачку воды. Выпуск воды в нижний бьеф во всех случаях должен осуществлятьсянижеминимальногоуровня[2,п.6.17],т.к.дренажныеустройстваследует размещать в зонах тела плотины и основания, имеющих в период эксплуатации положительные температуры [2, п. 6.16].

Для уменьшения фильтрационного противодавления на плотину в её основании, следует предусматривать устройство дренажа в виде вертикальных или наклонных скважин, или горизонтальных дренажных устройств [2, п. 6.15], [2, п. 10.7],[9,стр.107].Дренажная завесапредставляет собой ряд скважин диаметром неменее20÷25смсрасстояниемдруготдругаот2до5м.Профильтровавшаяся вода подаётся через скважины в дренажную галерею, из которой она сбрасывается в нижний бьеф. Иногда вместо дренажной завесы под плотиной устраиваются полости или галереи.

18

Располагаться дренажная завеса должна по возможности ближе к цементационной , но так, чтобы не нарушить зацементированную зону, с учётом условия [2, п. 10.7] – расстояние между дренажными и цементационными скважинами должно быть больше радиуса цементации и не менее 4 м. При назначении расстояния между осями завес можно воспользоваться рекомендациями [9, стр. 51] и принять

где a – расстояние между осями завес, м; lr – расстояние между рядами цементационных скважин, м.

Глубинудренажнойзавесырекомендуетсяназначатьвзависимостиотглу-

Принятые цементационная и дренажная завесы, а также дренаж тела плотины с галереями показываются на Рис. 2.2 и Рис. 2.3.

2.4.Разрезка плотины деформационными швами и их уплотнения

Плотина по длине разрезается на секции, т.к. для предотвращения трещинообразования необходимо предусматривать следующие конструктивные решения

итехнологические мероприятия [6, п. 6.1]:

-разрезку конструкции постоянными деформационно-осадочными швами;

-разрезку конструкции постоянными и временными температурными и усадочными швами;

Обычноконструктивные,осадочныешвысовмещаюттемпературнымиводнойплоскости.Этишвы,являющиесяодновременноиусадочными,располагают через равные промежутки по длине плотины из расчёта, чтобы в секциях плотины, ограниченных швами, не появлялось опасных растягивающих напряжений, вызывающих возникновение трещин. В зависимости от климатических условий (температурного режима), характера основания, состава бетона и ши-

19

рины плотины расстояние между швами в плотине может быть принято в преде-

лах от 7 до 20 м [9, с. 109], [25, с. 260].

Чаще всего применяют плоские по форме швы, при которых секции плотины работают и деформируются независимо. Возможно применение штрабных швов, которые позволяют передавать касательные напряжения от одной секции

кдругой [9, с. 110].

Вкурсовом проекте необходимо принять разрезку плотины на секции швами и разработать конструкцию их уплотнения, в соответствии с [2, п. 6.27 – 6.33]; представить расположение уплотнений на поперечном разрезе плотины и отдельно чертёж конструкции уплотнения.

Дополнительно может быть выполнен расчёт раскрытия швов в следствие сезонныхколебанийтемператур.Влетнийпериодшвымогутсмыкаться,авзимнийимеютмаксимальныераскрытия,сучётомкоторыхназначаетсяширинатемпературного шва.

2.5.Расчёты на прочность и устойчивость

2.5.1. Предпосылки и метод расчёта

Расчёты бетонных и железобетонных плотин должны производиться в соответствии с [1]; [5], [6] и требованиями [2, раздел 8] [2, п.8.1, 10.13].

Расчёты бетонныхижелезобетонныхплотин надлежит производитьпо методу предельных состояний [2, п. 8.2]:

-предельные состояния первой группы (понепригодностикэксплуатации)

–расчёты сооружения на общую прочность и устойчивость, а также на местную прочность его элементов;

-предельные состояния второй группы (по непригодности к нормальной эксплуатации) – расчёты сооружения по образованию трещин и деформациям, а такжепораскрытиюстроительныхшвоввбетонныхитрещинвжелезобетонных конструкциях.

20