Мелиорация 07

Устройство дренажей гидротехнических сооружений

Одним из необходимых элементов гидротехнических сооружений, которые разрабатываются при проектировании, является противофильтрационная защита.

Противофильтрационные элементы земляной или каменно-набросной плотинычаще всего устраивают для регулирования положения кривой депрессии в теле земляной плотины, для организованного сбора и отвода фильтрационных вод и для предотвращения возникновения фильтрационных деформаций. В каменно-земляных плотинах роль дренажного устройства выполняет низовая упорная призма.

Дренаж подошвы и основания земляной плотины устраивают для снижения порового давления в основании и для выпуска напорных вод из водопроницаемого слоя основания, прикрытого сверху слоем водоупорного грунта.

Классификация дренажей.Дренажное устройство обычно состоит из двух частей: отводящего устройства и фильтра (в большинстве случаев двух-или трехслойного). Многослойный фильтр в литературе очень часто называют обратным фильтром или переходной зоной. Термин «переходная зона» чаще относится к фильтрам в каменно-земляных плотинах. Дренажные устройства по своей конструкции разделяют на три типа (Рис. 2.7.4): наружные (тип I), внутренние (тип II), комбинированные (тип III).

Наружный дренаж в земляных плотинах

Наружный, или наслонный, дренаж не имеет разновидностей. Самостоятельно его применяют сравнительно редко, но часто в сочетании с внутренними дренажами, образуя комбинированные дренажи. Название этого типа дренажа говорит о том, что он находится за пределами основного профиля плотины и не создает укороченного пути фильтрации, поэтому он не может влиять на положение плверхности депрессии.

Чаще всего наслонный дренаж применяют на участках земляных плотин, перекрывающих периодически затапливаемую пойму. Толщину наслонного дренажа (вместе с фильтром) в глинистых плотинах назначают несколько больше глубины промерзания, чтобы защитить низовой откос плотины. Верхняя отметка наслонного дренажа назначается из условия защиты от промерзания откоса при наивысшем положении кривой депрессии вместе с учетом капиллярного подъема. С другой стороны, верхняя отметка наслонного дренажа должна быть выше самого высокого положения горизонта воды в нижнем бьефе с учетом нагона и наката волн.

Наслонный дренаж выполняется из достаточно однородного камня, чем обеспечивается очень высокий коэффициент фильтрации. Крупность камня (D_K) определяется из условия устойчивости при действии волн со стороны нижнего бьефа. Выше максимального уровня воды в нижнем бьефе в наслонный дренаж могут укладываться гравий или щебень.

Если защиты откоса от промерзания не требуется, толщину дренажа без фильтра назначают не менее 3D_K.

Рис. 2.7.4. Типы дренажных устройств:

I - наружный дренаж;II, а - дренажная призма; II, б - плоский горизонтальный дренаж и дренажная лента; II, в- трубчатый дренаж; II, гиII,д-плоский горизонтальный дренаж в сочетании с наклонными дренажными лентами; III, а, б,в-типы комбинированного дренажа

Применение внутренних дренажей в земляных плотинах

Все внутренние и комбинированные дренажи создают кратчайший путь фильтрации. В этом состоит их основное назначение - регулирование положения кривой депрессии. Чем больше приближен дренаж к верхнему бьефу, тем более понижено положение кривой депрессии. Учитывая, что в большинстве случаевфильтрационный расход в силу малости ничем не ограничивается, дренаж можно было бы расположить очень близко к напорному откосу. Однако при этом его стоимость будет расти. Повышенная стоимость дренажа складывается из стоимости получения однородного (или близкого к однородному) камня и фильтра. В результате экономия, которая может быть достигнута за счет устройства более крутого низового откоса при заглублении кривой депрессии, окажется меньше стоимости дренажа. Таким образом, оптимальное решение может быть получено в результате технико-экономического сопоставления вариантов плотин с различным заглублением дренажей в тело плотины.

Дренажная каменная призма (тип II, а) устраивается обычно на русловых участках плотины при ее возведении без перемычек и при перекрытии реки отсыпкой камня в воду. При наличии в большом количестве дешевого камня она может применяться и на других участках плотины.

Плоский горизонтальный дренаж(тип II, б), трубчатый дренаж(тип II, в) (пример трубчатого придамбового дренажа приведен на рис.2.7.5), плоский горизонтальный дренаж или ленточный дренаж в сочетании с наклонными дренажными лентами (тип II, г) используются на пойменных участках плотин на незатопляемых отметках. Большое распространение получил трубчатый дренаж. Если его выполнять из пористого бетона, то отпадает необходимость в укладке фильтра. Если используются перфорированные трубы, то необходима укладка фильтра.

Ленточный дренажчасто используют для дренирования тела упорных призм каменно-земляных и каменных плотин. Такая необходимость возникает при использовании для тела призм полускальных, сильно заглинизированных или слабых выветрелых пород, которые при уплотнении разрушаются, или когда процесс выветривания может продолжаться в теле насыпи. В этом случае проницаемость пород становится малой. Иногда дренаж устраивается и в теле упорных призм, и в основании. Дренажи типа II, д применяют в однородных плотинах из глинистых грунтов для полного перехвата фильтрационного потока. Дренажные сооружения такого типа дороги и могут применяться, когда на месте строительства в достаточном количестве имеется песок, который является основным материалом для такого типа дренажа.

Комбинированные дренажиприменяют при необходимости защиты низового откоса от волнового воздействия со стороны нижнего бьефа. Дренажное устройство типа III, б используется довольно часто в намывных земляных плотинах и выполняется после возведения плотины, чтобы не замыть песком (закольматировать) дренаж во время строительства.

Трубчатый горизонтальный дренаж в сочетании с вертикальным трубчатым дренажем обычно применяется в земляных плотинах для снятия напора в основании, когда более проницаемый слой основания прикрыт сверху менее проницаемым грунтом или когда возникает необходимость понизить выходные градиенты при выходе потока в непосредственной близости от подошвы плотины.

Гранулометрический состав фильтров и переходных зон.Подбор состава фильтров и переходных зон выполняется из условия отсутствия суффозии, контактного размыва и контактного выпора. Следует отметить, что суффозия рассматривается в случае защиты песчаного или другого сыпучего грунта. Она учитывается при подборе первого слоя фильтра в однородной песчаной плотине или второго и третьего слоев фильтров и переходных зон во всех других плотинах.

Толщина фильтровв дренажных сооружениях назначается из условия производства работ не менее 0,15 м и не менее 3D'₉₀, где D'₉₀- диаметр 90%-ной обеспеченности i-го слоя фильтра, но эти рекомендации не относятся к переходным зонам каменно-земляных плотин.

Рис.2.7.5. Придамбовый дренаж на Каневской ГЭС в период строительства (из материаловпроф. В.Н.Жиленкова)

а - трубчатый дренаж до укладки обратного фильтра; б – после формирования обратного фильтра

Содержание