Подземный контур

Подземный контур бетонных и железобетонных плотин на нескальных основаниях в зависимости от физико-механических характеристик грунтов следует предусматривать из следующих конструктивных элементов:

- понура;

- вертикальной преграды в виде шпунта, зуба или противофильтрационной завесы;

- дренажа горизонтального или вертикального.

Надлежит рассматривать следующие основные схемы подземного контура:

1 - бездренажные фундаментная плита и понур;

2 - горизонтальный дренаж под фундаментной плитой;

3 - горизонтальный дренаж под фундаментной плитой и понуром;

4 - вертикальная преграда, пересекающая водопроницаемое основание на всю его глубину;

5 - сочетание из понура, вертикальной преграды, не доходящей до водонепроницаемого слоя, и дренажа, устраиваемого за вертикальной преградой.

При наличии в основании плотины перемежающихся слоев песчаных и глинистых грунтов, а также напорных грунтовых вод в подземном контуре плотины следует устраивать глубинные дренажные скважины.

Схему 1 следует применять при расположении плотины на песчаных грунтах и глубоком (более 20 м) залегании водоупора в случаях, когда общая устойчивость сооружения обеспечивается без специальных мер по снижению фильтрационного давления, а по условию фильтрационной устойчивости грунтов основания требуется предусматривать удлиненный подземный контур. В остальных случаях при указанных геологических условиях надлежит применять схему 2.

Схему 3 следует применять при наличии в основании глинистых грунтов, требующих для обеспечения устойчивости сооружения на сдвиг применения анкерного понура. При этом является обязательным устройство понурного шпунта.

Схему 4 надлежит применять при залегании водоупора на глубине не более 20 м. В этом случае понур допускается не предусматривать.

Схему 5 следует применять для плотин с напором более 10 м, возводимых на средних по проницаемости грунтах.

Понуры

Понуры по конструкции подразделяются на:

- жесткие - в виде покрытий из бетона и железобетона;

- гибкие - выполняемые из грунтов, асфальтовых, полимерных и других материалов, отвечающих требованиям деформативности, водонепроницаемости, прочности, стойкости к химической агрессии;

- смешанной конструкции из гибкого и жесткого участков (анкерные понуры).

Коэффициент фильтрации понура должен быть в 50 и более раз меньше коэффициента фильтрации грунтов основания.

Водонепроницаемые понуры следует предусматривать при грунтах основания из глины или суглинков.

Маловодопроницаемые понуры (с коэффициентом фильтрации К £ 10^-3 м/с) - при песчаных грунтах и супесях.

Для плотин IV класса понур следует устраивать преимущественно из местных материалов (суглинков, глин, торфа, разложившегося не менее чем на 50 %).

Длину понура следует устанавливать на основании результатов расчетов фильтрационной прочности грунта основания и устойчивости плотины, ориентировочно длина понура может составлять:

- для грунтового – (2÷2,5)Н_max;

- для анкерного – (1,4÷2,0)Н_max.

Толщина грунтового понура t_a должна быть t_a ³ DН_иа g_п /I_сr,т, но не менее 0,5 м, где DН_иа - потеря напора от начала подземного контура (от верхнего бьефа до рассматриваемого вертикального сечения понура); I_сr,т - критический средний градиент напора для материала понура, определяемый в соответствии со СНиП 2.06.05-84 «Плотины из грунтовых материалов», g_п - коэффициент надежности по назначению сооружения.

Гибкие водонепроницаемые понуры следует проектировать:

- литыми - из последовательно наносимых слоев литого гидроизоляционного материала с прокладкой армирующей рулонной стеклотканью;

- оклеечными - из рулонных гидроизоляционных материалов в несколько слоев, перекрывая каждым последующим слоем стык нижерасположенного слоя.

Бетонные понуры следует проектировать в виде плит с гидроизоляцией по напорной грани и уплотнением швов между плитами и между понуром и граничащими сооружениями.

Для плотин IV класса при слабодеформируемых грунтах основания допускается применять бетонные понуры без гидроизоляционного покрытия. В этом случае толщину понура следует определять по критическому среднему градиенту напора для бетона I_сr,т = 30.

Анкерный понур следует предусматривать для плотин, расположенных, как правило, на глинистых грунтах.

Жесткие участки анкерного понура следует проектировать в виде железобетонной плиты с оклеечной или литой гидроизоляцией и с выпусками арматуры, заделываемой в анкеруемое сооружение.

Гибкий участок должен воспринимать все деформации (сдвиг и осадку), возникающие в месте контакта с анкеруемым сооружением, и сохранять при этом полную водонепроницаемость.

Для понуров всех видов, за исключением бетонных, следует предусматривать пригрузку их грунтом, предохраняемым от размыва креплением в виде бетонных плит или каменной наброски.

Подготовку основания под понур необходимо предусматривать:

- для понуров из местных материалов при песчаных и супесчаных грунтах основания - уплотнением поверхности основания; в случае крупнообломочных грунтов основания - в виде песчаного переходного слоя толщиной не менее 10 см;

- для бетонного или анкерного понуров - уплотнением поверхности основания и укладкой слоя бетона толщиной 5-10 см;

- для понуров из асфальтовых или полимерных материалов - путем укладки слоя щебня или гравия, пропитанного битумом, или слоя бетона толщиной 5-10 см.

Расчёт нагрузок на понур

Анкерный понур предназначен не только для развития непроницаемого подземного контура, но и для восприятия части силы, сдвигающей плотину. Он представляет собой ж/б плиту толщиной 0,4-0,7 м., арматура которой соединена с арматурой фундаментной части плиты плотины. Водонепроницаемость обеспечивается оклеечной или литой гидроизоляцией её поверхности и слоем глинистого грунта. Узел сопряжения понура с плитой выполняется в виде гибкой конструкции, воспринимающей разность осадок понура и плотины без нарушения её водонепроницаемости.

Вертикальные преграды фильтрационному потоку выполняют в виде шпунтовых стенок или стен в грунте.

Вертикальная пригрузка воды на понур

[33а]

Собственный вес понура

[33б]

Сила взвешивающего давления

[33в]

Сила противофильтрационного давления

[33г]

Посчитаем сумму всех вертикальных сил, для определения силы трения.

[33д]

Определим площадь понура для определения силы сцепления.

[33е]

[33ж]

 

где:

S – Площадь эпюры (м²);

b – ширина водосливной части (м);

=10кН/м³ – удельный вес воды;

(кН/м³) – вес грунта во взвешенном состоянии.

Шпунты

Вид шпунта (металлического, железобетонного или деревянного) следует выбирать в зависимости от геологических условий, расчетного напора и глубины погружения.

Общую глубину погружения шпунта следует принимать не менее 2,5 м, а глубину погружения шпунта в водонепроницаемый слой - не менее 1 м.

Передача силовых нагрузок от сооружения на противофильтрационные шпунты не допускается.

Верховой подплотинный шпунт следует предусматривать при отсутствии понура.

Применение бесшпунтовых схем подземного контура допускается в случае несвязных грунтов основания при наличии понура или при заглублении подошвы верхового зуба фундаментной плиты в водонепроницаемые грунты и при обеспечении низовым зубом фундаментной плиты фильтрационной прочности основания.

При применении в подземном контуре плотины висячих (не доходящих до водоупора) шпунтов расстояние между двумя смежными рядами шпунтов следует принимать не менее суммы глубин их погружения.