Земляная плотина содержит различные компоненты, такие как ширина верха, ядро, свободный борт, корпус, дренажная система и т.д., которые проектируются с использованием эмпирических правил или на основе существующих плотин с аналогичными характеристиками. Каждый компонент земляной плотины должен быть рассчитан на критические условия нагрузки.
Проектирование компонентов земляной плотины
1. Ширина верха земляной плотины
Ширина верха или ширина гребня плотины должна быть достаточной для противостояния сейсмическим силам и волновому воздействию. Линия просачивания должна находиться в пределах ширины плотины, когда водохранилище заполнено. Ширина верха плотины определяется в зависимости от высоты плотины. Ниже приведены формулы ширины верха для плотин различной высоты.
- Для очень низких плотин
W = H/5 + 3 ——- (1)
W = 0,55(H)1/2 + H/5 ———- (2)
W = 1,65(H + 1,5)1/3———- (3)
W = 1,67(H) 1/2 ———- (4)
В конце дорог предусмотрены балюстрады для предотвращения падения автомобилей со склонов.
Верхняя ширина дамбы, используемая в качестве тротуара
2. Центральное ядро земляной плотины
Центральное ядро плотины изготавливается из непроницаемых материалов и служит барьером против просачивания воды через плотину. Прочность на сдвиг материалов ядра должна быть меньше, чем у материалов насыпи.
Иногда существует вероятность возникновения просачивания из-за капиллярного действия воды, чтобы предотвратить это, высота центрального ядра должна быть минимум на 1 м больше максимального уровня водохранилища, а его толщина должна составлять не менее 50% от максимального напора воды.
Различные типы грунтов, классифицированные по градациям, и их пригодность для строительства сердечника приведены в таблице ниже.
Таблица: Различные типы грунтов и их пригодность для строительства активной зоны
Тип грунта
Пригодность
Очень хорошо сортированные смеси песка, гравия и мелких фракций, из которых 15% материала (D85) крупнее 50 мм и 50% материала (D50) крупнее 6 мм.
Очень хорошо
Хорошо сортированная смесь песка, гравия и глинистой мелочи, D85 крупнее 25 мм. Мелкие частицы состоят из неорганической глины (глина с пластическим индексом > 12) или высокопластичной прочной глины (глина с пластическим индексом > 20).
Хороший
Достаточно хорошо сортированный, гравелистый, средне- и крупнозернистый песок со связностью за вычетом мелких частиц, D85 крупнее 19 мм, D50 от 0,5 до 3 мм. Глина средней пластичности (глина с индексом пластичности > 12)
Хорошо
Глина низкой пластичности с небольшим количеством крупной фракции. Индекс пластичности от 5 до 8, предел текучести > 25
Сильты средней и высокой пластичности с небольшим количеством крупных фракций с пластическим индексом более 10.
Плохо
Ядро и внешняя оболочка земляной плотины
3. Внешняя оболочка плотины земляного полотна
Внешняя оболочка также называется кожухом, и ее функция заключается в защите центрального ядра плотины. Она покрывает склоны выше и ниже по течению и изготавливается из водопроницаемой почвы. Уклон, поддерживаемый с обеих сторон плотины, определяется в зависимости от типа используемого грунта.
Таблица: Боковые откосы земляных плотин для различных типов грунтов
Тип грунта
Уклон вверх по течению
(H : V)
Откос вниз по течению
(H : V)
Однородный хорошо градированный
2.5 : 1
2 : 1
Однородный ил
3 : 1
Однородная алевритовая глина (H < 15 м)
Однородная алевритовая глина (H > 15 м)
Песок с глинистым ядром
Песок с RC-диафрагмой
4. Бермы земляной плотины
Бермы устраиваются в земляных плотинах для выполнения следующих функций.
Бермы устраиваются со стороны низовий шириной 1 – 2 м и с интервалом высот 10 – 15 м.
Бермы со стороны низовий дамбы земляного полотна
5. Свободный борт плотины земляного полотна
Свободный борт – это вертикальное расстояние между гребнем плотины и поверхностью уровня воды. Если вертикальное расстояние измеряется от нормального уровня водохранилища до верха плотины, то оно называется нормальным свободным бортом. Если оно измеряется от максимального уровня водохранилища до верха плотины, то оно называется минимальным свободным бортом.
Расстояние между нормальным и минимальным фрибордами называется напор от подпора. Для любого типа плотины необходимо обеспечить достаточный свободный борт для предотвращения перелива воды.
Таблица 1: Минимальные значения свободного борта для земляной плотины, рекомендованные U.S.B.R.
Тип водосброса
Высота плотины
Минимальный свободный борт
Неконтролируемый водосброс
Для всех высот
2 – 3 m
Управляемый водосброс
До 60 м
2.5 m
Более 60 м
3 m
Если плотина расположена в регионах с очень низкими температурами, предусматривается дополнительный свободный борт в 1,5 м.
Свободный борт плотины земляного полотна
6. Отсечная траншея плотины земляного полотна
Просачивание воды через фундамент и опоры земляной плотины можно предотвратить с помощью отсекающей траншеи. Подземная эрозия, вызванная действием трубопровода, также может быть предотвращена путем устройства отсекающей траншеи. Ниже приведены рекомендации, которые необходимо учитывать при проектировании отсекающей траншеи для земляной плотины.
Отсечная траншея
7. Защита откосов земляной плотины
Как вверх, так и вниз по течению земляной плотины подвергаются различным проблемам, и для их предотвращения требуется защита откосов.
Склон плотины вверх по течению всегда подвергается волновому воздействию воды, что может привести к разрушению плотины. Для предотвращения этого, 300 мм слой каменной наброски обеспечивается с помощью каменных глыб или камней, уложенных вручную. Он сооружается поверх 150 мм фильтрующего слоя.
Склон плотины вниз по течению может быть поврежден в результате сильных дождей или во время наводнений. Дешевый и лучший метод защиты склона со стороны низовьев – это посадка травы. Тогда вода будет легко сползать с поверхности.
Защита откоса с обеих сторон
8. Дренажная система в земляной плотине
Для земляных плотин необходимы два типа дренажных систем, а именно
Внутренняя дренажная система
Внутренняя дренажная система предназначена для безопасного отвода просачивающейся воды. В качестве фильтрующего материала в этой системе обычно используется песок, гравий и т.д. Просачивающаяся вода проходит четыре стадии, которые выглядят следующим образом:
Дымовой фильтр устанавливается вертикально или с наклоном на нижней стороне активной зоны. Минимальная толщина фильтра должна составлять 1 м. Просачивающаяся вода, собранная фильтром дымохода, поступает в горизонтальный фильтр и передается в скальный жерло. Толщина горизонтального фильтра также должна быть не менее 1 м. Дымоходный и горизонтальный фильтры не нужны, если напор воды составляет 3 м или менее.
Скальный мысок собирает воду из горизонтального фильтра и переносит ее к носовому фильтру. Высота скального мыса должна быть не менее 1 м или 20% от высоты плотины в зависимости от того, что больше. Это не обязательно, если высота плотины менее 3 м.
Носовой дренаж – это последняя система внутреннего дренажа, которая устраивается на нижнем бьефе плотины. Она собирает просачивающуюся воду, поступающую с верха скалы, и отводит ее в поверхностные дренажи.
Внутренняя дренажная система
Система поверхностного дренажа
Система поверхностного дренажа предназначена для отвода дождевой воды с поверхности плотины. В этой системе на наклонной поверхности земляной плотины на стыке берм устраиваются открытые дренажи трапециевидной формы глубиной 30 см. Расстояние от центра до центра между этими дренами составляет 50 м.
Собранная дождевая вода по трубам диаметром 15 см поступает в дренаж, расположенный в нижней части дамбы.
Читайте также: Типы земляных плотин – применение и преимущества
- Топ-5 крупнейших провалов плотин в мире.
- Мосульская плотина в Ираке: Самая опасная плотина в мире.
- 21 тип плотин в строительстве.
- Разрушение плотины в Остине: Одна из крупнейших катастроф в истории США.
- Причины разрушения земляных плотин.
- Воздействие плотин на окружающую среду.
- Факторы, влияющие на проектирование и строительство насыпных плотин.