Строительство плотины

Плотина это гидротехническое сооружение служащее для подъема, удержания и регулирования уровня воды в водоеме.Строительство плотины  может создаваться из различных материалов,таких как бетон, камень но чаще всего используют местные грунты, такие как суглинки, глины и супеси.

Прежде чем начинать строительство плотины район строительства обследуют. Проводят так называемые геологические изыскания местности. При проведении изысканий закладывают буровые скважины через каждые 25 метров на глубину не менее десяти метров. Также делаются шурфы которые позволяют исследовать поверхностные слои грунта.

Несколько буровых скважин закладывают непосредственно в зоне заполнения. Внимательно исследуется состав грунтов,так как при наличии сильно водопроницаемых грунтов таких как лессовые грунты или  песчаные создать водохранилище или плотину невозможно. Подпорный уровень водохранилища назначают исходя из целесообразного затопления местности зеркалом водохранилища.

Бровку плотины возвышают в таком случае над расчетным уровнем воды в водохранилище не менее чем на один метр.Обычно ширина плотины берется по расчету исходя из расчетного объема воды в водохранилище и давления воды на внутренние стенки плотины.

Рисунок-1.Поперечное сечение земляной плотины

При опасности фильтрации воды через основание плотины устраивают противофильтрационный зуб-4 и дренаж-3. Бровка земляной плотины должна возвышаться над нормальным подпорным уровнем (НПУ) и прогнозируемым (ФПУ) форсированным подпорным уровнем не менее чем на метр. В любом случае всегда берется по расчету. При значительной высоте земляной плотины (выше 10-12 метров) устраивают берму-2, склоны  которой впоследствии укрепляют.

Грунт плотины считается всегда водопроницаемым в большей или в меньшей мере,( зависит от типа грунта и степени уплотнения) поэтому исходя из этого в теле плотины состоящей из грунта имеют место процессы образующие фильтрационный поток. Между нормальным подпорным уровнем и уровнем фильтрационного потока образуется кривая депрессии АВ с зоной поверхности менисков насыщенной капиллярной водой.

Уплотненный грунт плотины расположенный выше поверхности менисков заполнен частично воздухом и пленочной водой, концентрация которой ближе к вершине уменьшается. Для удобства, при расчетах фильтрации воды через тело насыпи, пленочной и капиллярной водой пренебрегают.

Но при проектировании тела плотины всегда учитывают наличие в порах грунта такой воды. Высота капиллярного поднятия воды зависит от типа грунта и от степени уплотнения, например для мелкопесчаных грунтов -0,5-1,0 м. Для глинистых грунтов больше.

 

Рисунок-2. Основные типы земляных насыпных плотин

На рисунке-2 обозначены следующие позиции:

1- суглинок, 2- песок; 3- гравий; 4-экран грунтовый, 5-экран из не грунтового материала; 6-понур, 7-ядро, 8-диафрагма.

В случае когда плотина отсыпана из песка устраивают экран из глины, суглинка или торфа со степенью разложения более 70%. Если поверхностные слои грунтов в основании плотины водопроницаемы, для того чтобы предотвратить опасность фильтрации закладывают в теле плотины водонепроницаемое ядро из глинистых грунтов (смотри рисунок ж). Глинистые грунты должны обладать маленьким  коэффициентом фильтрации.

Водонепроницаемая часть плотины ( на рисунке ядро, экран, диафрагма ) соединяется со скальным основанием  посредством зуба или бетонной шпонкой. Под основанием зуба или бетонной шпонки устраивают противофильтрационную завесу.

При наличии нескального основания и расположения водоупора на приличной глубине часть водонепроницаемой плотины сопрягают с водоупором посредством грунтового зуба, завесой или шпунтовой стенкой.

Диафрагма (смотри рисунок з) это водонепроницаемый элемент в теле плотины который может быть выполнен из железобетона, асфальта, металла, различных полимерных материалов и дерева. Если плотина у основания возведена из водопроницаемого грунта, тогда его перед плотиной покрывают понуром образующий с экраном одно целое (смотри рисунок е).

Сброс паводковых вод и излишек воды

Для сброса паводковых вод или образовавшихся  излишков у края плотины на уровне подпертого горизонта устраивают мост на плотном материковом грунте. Постройка плотины требует очень тщательного производства работ. Известны много случаев когда плотины разрушались через пару лет после строительства а водохранилище восстановить не удавалось.

Обычно к строительству плотин привлекают гидротехников. При строительстве плотин обычно удаляют наносный грунт до материкового на дне оврага. Расчищают уступами склоны оврага в местах сопряжения с плотиной,тщательно уплотняют грунт в теле плотины.

Укрепление берегов плотины бетонными плитами

 Если плотина сооружается из местных пригодных для таких целей грунтов то откос плотины со стороны пруда укрепляют бетонными плитами или мощением на щебне или камне. Для экономии затрат при возведении плотин проводят укрепление откосов бетонными плитами только со стороны воды.

С другой стороны в целях укрепления склона сажают деревья и кустарники. В зависимости от зоны климатической в которой строиться  плотина, могут быть использованы ясень, дуб, клен, сосна, береза, тополь и другие виды деревьев. Из кустарников используют акацию,терн, шиповник и другие. В пределах полосы  насаждений развивают травянистый покров.

Травянистый покров способен значительно укрепить своей мощной корневой системой откосы плотины. Проект активных мероприятий по укреплению оврага а также склонов плотины разрабатывают на основе данных которые собирают в процессе геологического изыскания местности. Необходимо иметь детальный план оврага на котором располагается плотина, а также детальный план прилегающей к плотине водосборной площади в масштабе 1 : 2000.

Активные мероприятия по закреплению грунтового основания насыпей плотин преследуют следующие цели:

1. Снижение и замедление притока воды по склону плотины.

2. Закрепление вершины плотины, так как наиболее сильно размывается вершина плотины.