4. Определение параметров грунтовой плотины

Геологические условия участка строительства в большой степени определяют возможную высоту подпорных сооружений (плотины).

Выбор типа и конструкции плотины является одним из основных вопросов проектирования, который решается на основании технико-экономического сопоставления различных вариантов исходя из топографических, инженерно-геологических, гидрологических и климатических условий, и прежде всего наличия грунтовых строительных материалов в близлежащих карьерах и максимального использования материалов из полезных выемок.

Для строительства однородных плотин чаще всего используются суглинки и супеси, а также мелкозернистые и среднезернистые пески, обладающие достаточной водонепроницаемостью и фильтрационной прочностью. В данной работе рассматривается грунтовая однородная плотина на супесчаном основании. Отсыпка тела плотины ведется из супесчаного грунта.

В соответствии с исходными данными, в рассматриваемых условиях возможно строительство грунтовой плотины III класса, высота которой должна быть, в соответствии со СНиП 33-01-2003,15-35 м, а бетонной от 10 до 25 м.

Строительная высота плотины определяется в зависимости от отметки НПУ и ФПУ.

Выбор заложения (крутизны) откосов плотины производится на основе опыта строительства и эксплуатации аналогичных сооружений с учетом физико-механических характеристик грунтов тела плотины и основания, действующих на откосы сил, высоты плотины, методов производства работ по возведению плотины и условий ее эксплуатации. Назначенные заложения откосов затем проверяются расчетами статической устойчивости и при необходимости корректируются.

Ориентировочные значения заложений откосов земляных плотин из глинистых и песчаных грунтов при наличии в основании  грунтов с прочностью, не меньшей, чем в теле плотины, приведены табл.П2.11Приложения 2.

Приведенные данные относятся к средним по высоте значениям заложения откосов. В высоких плотинах откосы могут иметь переменное заложение, увеличивающееся сверху вниз, что позволяет запроектировать более экономичный профиль плотины, обеспечивая устойчивость его откосов. Крутизна откосов и размеры профиля плотины зависят не только от природных свойств грунта, но также и от способов его укладки.

Гребень плотины обычно используется для устройства автомобильной или железной дороги, размеры которых назначают, руководствуясь требованиями соответствующих нормативных документов. Основные параметры гребня плотины при устройстве на нем автомобильной дороги приведены в табл. П2.12Приложения 2.

При устройстве по гребню железной дороги ширина его должна быть не менее 13...15,5 м.

Если проезд по гребню плотины не предусматривается, минимальная ширина его должна быть 4,5 м.

Отметку гребня плотины в соответствии с принятыми нормативами, следует назначать на основе расчета возвышения его над расчетным уровнем воды.

Возвышение гребня плотины определяется для двух случаев стояния уровня воды в верхнем бьефе:

а) при НПУ, соответствующем пропуску максимального паводка, входящего в основное сочетание нагрузок и воздействий;

б) при ФПУ при пропуске максимального паводка, относимого к особым сочетаниям нагрузок и воздействий. Возвышение гребня плотины h_s, в обоих случаях определяется по формуле

h_s = h_set + h_run1% + α, (4.1)

где:h_set - ветровой нагон воды в верхнем бьефе;

h_{run 1%} - высота наката ветровых волн обеспеченностью 1 %;

α - запас возвышения гребня плотины.

При определении первых двух слагаемых формулы (4.1) следует принимать обеспеченности скорости ветра для расчета элементов волн, наката и нагона при основном сочетании нагрузок и воздействий (при  НПУ) поСНиП 2.06.04-82*[16], при особом сочетании нагрузок и воздействий (при ФПУ) эти обеспеченности следует принимать для сооружений I - II классов 20 %, для III класса - 30 %, для IV класса - 50 %. Запасα для всех классов  плотин  следует принимать не менее 0,5 м.

Из двух полученных результатов расчета выбирают более высокую отметку  гребня.

Для приближенных расчетов в курсовой работе отметку гребня плотины можно рассчитать по формуле

Г_Р = НПУ + h_нагон + h_иакат+0,5(4.2)

Величины нагона и наката волн определяются по графикам Приложения 2, рис.П2.5, П2.6 в зависимости от уклона реки l_Ри максимальной глубины воды в водохранилище Н, м(при построении графиков принято, что расчетная скорость ветра 20 м/с, верховой откос плотины крепится бетоном).