Проект волнозащитной плотины

 

Среднюю длину волны (м) при известном значении следует определять по формуле:

.      (3.14)

 

Высоту волны i _%-ной обеспеченности в системе h_d,i, м, следует определять умножением средней высоты волн на коэффициент k_i, принимаемый исходя из зависти для безразмерной величины , по графику составленному в результате выполнения лабораторных и натурных измерений элементов ветровых волн в глубоководной и мелководной зонах.

 

 

 

Рис. 3.6. График зависимости величины безразмерной средней высоты волны от безразмерного параметра gL/

для получения коэффициента k_i

 

2.6 Учет осадки при расчете высоты плотины

 

При назначении проектной отметки гребня осадка плотины и ее основания в эксплуатационный период не учитывается. В связи с этим отметка гребня сооружения в момент окончания строительства должна превышать проектную на ожидаемую эксплуатационную осадку.

Для приближенной оценки вертикальных деформаций гребня грунтовой плотины можно использовать эмпирические зависимости, предложенные различными авторами на основании обработки данных натурных наблюдений. Если осадку грунтовой плотины определяют к концу заданного промежутка времени, когда она полностью еще не завершена, то ее называют нестабилизированной, S_t, м.

Размер конечной (стабилизированной) осадки гребня, S_c, м, и ее распределение во времени можно определить по эмпирическим формулам:

 

S_c = –0,453∙ (1 – ехр(0,08∙H_пл))                (3.15)

 

S_t= H_пл h_c∙ехр(–0,693∙t ^-1,157)              (3.16)

 

где Н_пл – высота плотины, м;

t – продолжительность осадки, лет.

Для предварительных расчетов ориентировочно запас на осадку тела плотины можно принимать: для плотин высотой до 10...15 м из песчаных и гравелистых грунтов – 0,01 Н_пл; для плотин из связных грунтов – 0,02 Н_пл.

Запас на осадку основания S_c принимают: для низких плотин на плотных песчаных или суглинистых грунтах мощностью более 0,25 Н_пл – (0,01...0,02) Н_пл , при менее плотных несвязных грунтах – (0,02...0,03) Н_пл  в зависимости от плотности грунтов. Нестабильную осадку основания можно определить по эмпирической формуле

 

S_t=S_c∙(1–2,7^-0.5t)      (3.17)

 

где S_t – осадка за время от начала приложения нагрузки;

S_c – стабилизированная осадка.

 

 

 

2.7 Подбор поперечного профиля плотины

 

Размеры поперечного  профиля зависят от типа плотины, ее высоты, характера грунтов в  основании, а также условий строительства и эксплуатационных требований.

Обычно на гребне плотины устраивают автомобильную  или железную дорогу, размеры которых назначают, руководствуясь требованиями соответствующих нормативных документов, но не менее 4,5 м. Приближенно ширина плотины, b, м, может быть определена по формуле:

 

,                (3.18)

 

где Н_пл – высота плотины, м.

При устройстве по гребню железной дороги ширина однопутного  железнодорожного полотна должна быть не менее 5 и, двухпутного – не менее 7,5 м; ширина гребня мотивы с учетом инспекционных проездов шириной 4 м по обе стороны железнодорожного полотна составляет не менее 13,0–15,5 м. Одежда автомобильной дороги состоит из основания и покрытия. В основании укладываются песчаные или гравийные грунты, для равномерного распределения давлений от сосредоточенных грузов и лучшего дренажа. При устройстве по гребню автомобильной дороги ее параметры и тип покрытия выбирают в зависимости от категории дороги (табл. 3.9 и 3.10).

 

Таблица 3.9

Категория дорог

Категория дороги	Расчетная интенсивность  движения, авт/сут		Народнохозяйственное  и административное значение автомобильных дорог
	приведенная к легковому автомобилю	в транспортных единицах
1	2	3	4
I-а	Св. 14 000	Св. 7000	Магистральные автомобильные дороги общегосударственного значения (в том числе для международного сообщения)
I-б	Св. 14 000	Св. 7000	Автомобильные дороги общегосударственного (не отнесенные к I-a категории), республиканского, областного (краевого) значения
II	Св. 6000 до 14 000	Св. 3000 до 7000
III	Св. 200 до 2000	Св. 100 до 1000	Автомобильные дороги общегосударственного, областного (краевого) значения (не отнесенные к I-б, и II категориям), дороги местного значения
IV	Св. 200 до 2000	Св. 100 до 1000	Автомобильные дороги республиканского, областного (краевого) и местного значения (не отнесенные к I-б, II и III категориям)
V	До 200	До 100	Автомобильные дороги местного значения (кроме отнесенных к III и IVк-ям

Таблица 3.10

Параметры дорог

Параметры элементов  дорог	Категории дорог
	I-a	I-б	II	III	IV	V
1	2	3	4	5	6	7
Число полос  движения	4; 6; 8	4; 6; 8	2	2	2	1
Ширина полосы движения, м	3,75	3,75	3,75	3,5	3	-
Ширина проезжей части, м	2´7,5; 2´11,25; 2´15	2´7,5; 2´11,25; 2´15	7,5	7	6	4,5
Ширина обочин, м	3,75	3,75	3,75	2,5	2	1,75
Наименьшая ширина укрепленной полосы обочины, м	0,75	0,75	0,75	0,5	0,5	-
Наименьшая  ширина разделительной полосы между  разными направлениями движения, м	6	5	-	-	-	-
Наименьшая  ширина укрепленной полосы на разделительной полосе, м	1	1	-	-	-	-
Ширина земляного полотна, м	28,5; 36; 43,5	27,5; 35; 42,5	15	12	10	8

 

Типы дорожных одежд, основные виды покрытий и область  их применения приведены в таблице 3.11.

Схема поперечного профиля земляного полотна и дорожной одежды автомобильной дороги с нежестким покрытием приведен на рис. 3.7.

 

 

Рис. 3.7. Покрытия автомобильной дороги на гребне плотины: а – покрытие гравием 10...15 см; б – покрытие мостовой из рваного камня; 1 – мостовая верхового откоса; 2 – гравийно-песчаный фильтр; 3 – деревянные надолбы диаметром 15...18 см; 4 – гравийное покрытие; 5 – дренажная канава; 6 – тело плотины; 7 – мостовая из рваного камня; 8 –железобетонные надолбы; 9 – обратный фильтр.

 

Таблица 3.11

Виды покрытий дорог

Типы дорожных одежд	Основные виды покрытий	Категории дорог
Капитальные	Цементобетонные монолитные	I-IV
	Железобетонные  или армобетонные сборные	I-IV
	Асфальтобетонные	I-IV
Облегченные	Асфальтобетонные	III, IV и на  первой стадии двухстадийного  строительства дорог II категории
	Дегтебетонные
	Из щебня, гравия и песка, бработанных вяжущими	IV и V
Переходные	Щебеночные  и гравийные из грунтов и местных  малопрочных каменных материалов, обработанных вяжущими	IV, V и на первой  стадии двухстадийного строительства дорог III категории
Низшие	Из грунтов, укрепленных или улучшенных добавками	V и на первой  стадии двухстадийного строительства дорог IV категории

 

Выбор дорожных одежд нужно проводить с учетом глубины промерзания грунтов в данном районе (рис. 3.8) при помощи карты-схемы глубины промерзания глинистых и суглинистых грунтов (для песков и супесей значение глубины промерзания, указанное на карте, следует увеличить в 1,2 раза). По краям проезжего полотна дороги предусматривают обочины или тротуары для пешеходов. Для организованного стока поверхностных вод  гребню придают односторонний или двусторонний поперечный уклон (1,5–4,0^о), по краям устраивают сигнальные столбики или низкие стенки, а на обочинах – ливнестоки. Покрытие проезжей части выполняют в соответствии с категорией дороги. Его укладывают на подготовку из песчаных, гравийных или щебенистых грунтов.

Если гребень  плотины сложен из глинистых грунтов, для защиты его от промерзания  или высыхания укладывают слои несвязного грунта. Толщина защитного слоя, включая покрытие гребня, должна быть не менее глубины сезонного промерзания грунта в данном районе. По краям гребня предусматривают ограждения в виде волнозащитного парапета (со стороны верхнего бьефа) или различных ограждающих устройств по обочинам дороги (надолбы, стенки и пр.). Пример конструкции гребня показан на рис. 3.9.

 

В сейсмических районах ширину гребня плотины и  его превышение над расчетным уровнем воды обычно назначают несколько большими, чем при нормальных условиях эксплуатации, имея в виду возможность дополнительной осадки сооружения при сейсмических воздействиях, а в особых случаях возможность образования волны при обвалах береговых массивов грунта в водохранилище.

 

2.8 Заложение откосов земляных плотин

 

На предварительных стадиях проектирования заложения откосов земляных плотин назначают, основываясь на опыте строительства и эксплуатации аналогичных сооружений.

Назначенные заложения откосов проверяют расчетами статической устойчивости с учетом действующих на откос сил, физико-механических характеристик грунтов тела плотины и основания, конструктивных особенностей сооружения, условий строительства и эксплуатации и в случае необходимости уточняют. Ориентировочные значения заложений откосов земляных насыпных плотин из глинистых и песчаных грунтов при наличии в основании грунтов с прочностью не меньшей, чем в теле плотины, приведены в табл. 3.12.

 

 

Рис. 3.9. Пример конструкции гребня плотины: 1 – железобетонные плиты крепления; 2 – ливнесток; 3 – парапет;  4 – канал для прокладки кабелей; 5 – асфальтобетонное покрытие; 6 – надолбы; 7 – подготовка из песчано-гравийного грунта

 

Для предварительного назначения заложений откосов намывных плотин средней высоты можно пользоваться данными табл. 3.13 с последующей корректировкой по данным начального этапа намыва. Низовой откос, формируемый принудительно путем отсыпки дамб попутного обвалования, обычно имеет заложение 3–4.

 

Таблица 3.12

Ориентировочные значения заложений откосов земляных насыпных плотин из глинистых и песчаных грунтов

Откос	Высота плотины, м
	5	5–10	10–15	15–50	50
Верховой	2,0–2,5	2,25–2,75	2,5–3,0	3,0–4,0	4,0–5,0
Низовой	1,75–2,0	1,75–2,25	2,0–2,5	2,5–4,0	4,0–4,5

 

На откосах высоких и средней высоты плотин устраивают бермы исходя из производственных и эксплуатационных условий. На верховом откосе бермы служат для создания необходимого упора креплению и обеспечения возможности его осмотра и ремонта. На низовом откосе бермы используют для обеспечения служебного проезда и предотвращения размывов откоса талыми и дождевыми водами. С этой целью бермы располагают через 10–15 м по высоте, а из внутренней их стороне для сбора и организованного отвода стекающих вод устраивают кюветы или лотки. Устройство берм позволяет увеличить ширину плотины по основанию и удлинить пути фильтрации, а в случае необходимости заглубить депрессионную кривую таким образом, чтобы она прошла вне зоны промерзания. Во всех случаях устройство берм не должно вести к общему уположению откоса против расчетного.