Противофильтрационные устройства

Ядро

Противофильтрационные устройства следует выполнять из слабоводопроницаемых грунтов (глинистых и мелкозернистых песчаных, глинобетона, а также торфа) или негрунтовых материалов (бетона, железобетона, полимерных, битумных материалов и др.) в виде верховой или центральной противофильтрационной призмы, экрана, диафрагмы, ядра, понура, шпунта, стенки, в том числе и создаваемой методом «стена в грунте», цементационной и других завес, а при соответствующем обосновании — в виде комбинированной конструкции из грунтовых и негрунтовых материалов.

Противофильтрационные устройства следует выбирать в зависимости от вида земляной плотины, характеристик грунтов ее тела и основания, наличия необходимых грунтовых или негрунтовых материалов для противофильтрационных устройств, высоты плотины, положения водоупора основания и условий производства работ, от результатов технико-экономического сопоставления вариантов.

Одним из наиболее распространенных противофильтрационных устройств является ядро в теле плотины (рис. 8.12).

Рис. 8.12. Плотина с вертикальным ядром:
1 — ядро; 2 — зуб; 3 — обратный фильтр

Ядро плотины обычно выполняют из глины, жирных суглинков или глинобетона (смесь глины, песка и гравия в пропорции 1: 2: 2÷ 1: 1: 2).

Верх ядра должен возвышаться над НПУ ВБ не менее чем на 0, 5 м. Необходимо также учитывать, что между верхом ядра и гребнем плотины должен быть слой грунта не менее глубины промерзания для предотвращения выпучивания при промерзании зимой.

Толщина ядра поверху определяется условиями производства работ, но не менее 0, 8 м, а заложения откосов 0, 1÷ 0, 2. Толщина ядра понизу определяется из условия недопущения предельно допустимых градиентов напора.

Диафрагма

Аналогичную конструкцию имеют плотины с диафрагмой. Диафрагмы, так же как и ядра устраивают с целью уменьшения фильтрационных расходов и понижения кривой депрессии.

Рис. 8.13. Грунтовая плотина с бетонной диафрагмой:
1 — скала; 2 — глина; 3 — дренаж; 4 — отвод воды; 5 — инъекционная завеса

Различают бетонные, железобетонные, асфальтобетонные, полиэтиленовые и металлические диафрагмы.

Толщину бетонных диафрагм поверху назначают 0, 5÷ 0, 7 м, а боковые грани делают с небольшим наклоном к вертикали 20: 1÷ 10: 1. Чтобы избежать разрушений вследствие температурно-осадочных деформаций диафрагму разрезают швами, имеющими соответствующие уплотнения.

Железобетонные диафрагмы имеют значительно меньшую толщину, чем у бетонных. Они вместе с бетонными не получили широкого распространения в виду неблагоприятных условий работы самой диафрагмы, наличия прогибов вызывающих ее смещение в нижний бьеф, образования трещин и нарушения водонепроницаемости.

Асфальтобетонные диафрагмы получили распространение в каменно-набросных плотинах низкой и средней высоты. Предварительно толщина асфальтобетонной диафрагмы может быть определена по зависимости:

t = а + 0, 008 Н,

где Н — напор в рассматриваемом сечении диафрагмы,

а = 0, 4÷ 0, 5 м.

Применение стальных диафрагм может быть обусловлено отсутствием грунта для создания ядра плотины. Существуют трудности в монтаже вертикального шпунта в связи с возможно ветровой нагрузкой, которая воздействует на шпунт пока не сформировано тело плотины.

Для снижения фильтрации часто совместно с вышеперечисленными устройствами используются в скальном основании цементационные завесы, в нескальном основании шпунтовые стенки или инъекционные завесы.

Экран и понур

а	б

Рис. 8.13. Грунтовая плотина с экраном (а) и с понуром и экраном (б):
1 — экран; 2 — зуб; 3 — понур; 4 — защитный слой; 5 — кривая депрессии

Гребень грунтового экрана (после окончательной осадки плотины) должен быть выше форсированного уровня воды в верхнем бьефе с учетом высоты волны и нагона уровня воды.

Толщину грунтового экрана , измеряемую нормально к оси экрана назначают, исходя из строительных условий, но не менее:

· вверху экрана ;

· внизу экрана , где Н — напор на плотину; — критический градиент напора (для суглинка, глины и глинобетона = 6…10).

При глубоком залегании водоупора следует при экране (ядре) предусматривать устройство понура или завесы (см. рис. 8.13 и 8.14, б). Понур, как правило, следует выполнять из того же материала, что и экран (ядро).

Длину понура следует назначать в зависимости от допустимых фильтрационных расходов, а также по условию недопущения опасных фильтрационных деформаций грунта основания плотины.

Толщину понура следует принимать исходя из условий обеспечения его фильтрационной прочности. Наименьшую конструктивную толщину грунтового понура принимают не менее 0, 5 м.

Асфальтобетонный экран получил достаточно широкое распространение. Их выполняют в один или в два слоя, между которыми устраивают дренаж, слоем пористого асфальтобетона. Применение асфальтобетонных экранов при температурных воздействиях ниже минус 50° С не допускается.

Полиэтиленовый экран устраивают путем сварки или склейки полиэтиленовой пленки. Такой экран укладывают на песчаную подготовку слоем 0, 3÷ 0, 5 м и покрывают его защитным слоем из песка толщиной не менее 0, 5 м.

При использовании полимерных материалов (например, полиэтиленовой, поливинилхлоридной, бутилкаучуковой пленок и др.) для создания противофильтрационных устройств конструкция этих устройств и технология строительства должны обеспечивать защиту их от солнечной радиации и механических повреждений.

В зависимости от величины допускаемых фильтрационных потерь и материала соединение полимерных элементов между собой может быть сварным, клеевым или механическим в виде нахлеста.

Толщину противофильтрационного устройства из полимерного материала следует назначать расчетом исходя из следующих условий:

· величина максимальных растягивающих напряжений в материале не должна превышать величины допускаемого растягивающего напряжения, определяемого требуемой долговечностью;

· зерновой состав контактирующего грунта должен обеспечивать неповреждаемость полимерного материала. В виде исключения, при соответствующем обосновании, допускается снижение требования к неповреждаемости, что должно быть обосновано экспериментальными исследованиями общей и местной фильтрационной надежности сооружения.

Противофильтрационные конструкции из полимерных материалов допускается применять для плотин III и IV классов, а также при надлежащем обосновании, для плотин I и II классов высотой до 60 м.