Земляные плотины, их типы и устройство

Наиболее древними водоподпорными сооружениями являются плотины из грунта и камня. Не потеряли своего назначения они и в настоящее время. В связи с развитием гидротехнического строительства в отдаленных и неосвоенных районах как в России, так и за рубежом, число гидроузлов с земляными и каменнонабросными плотинами в последние десятилетия постоянно растет.

Земляные плотины, как правило, строятся без водопропускных отверстий, т.е. являются глухими. Для сброса воды и подвода ее к турбинам ГЭС в гидроузле строятся из бетона водосливные и станционные плотины, которые, примыкая к земляным плотинам, создают единый напорный фронт гидроузла. Такое сочетание плотин характерно для низконапорных гидроузлов и гидроузлов среднего напора.

В высоконапорных гидроузлах, построенных на скальном основании, каменнонабросная плотина полностью перекрывает русло реки, а вода в нижний бьеф к турбинам подводится по туннелям.

Земляная или каменнонабросная плотина в поперечном разрезе имеет трапецивидную форму (рис. 14.1), где широкое основание опирается на русло реки, а по верхнему основанию (гребню плотины) выполняется проезд (автомобильная или железная дорога).

Откос плотины, обращенный в сторону водохранилища, называется верховым, а откос, обращенный в сторону нижнего бьефа, – низовым.

Так как практически все грунтовые материалы, уложенные в тело плотины, являются фильтрующими, то при проектировании плотины решаются две задачи.

- уменьшить потери воды на фильтрацию через тело плотины и основание;

- обеспечить фильтрационную устойчивость водоподпорного сооружения, т.е. исключить ее размыв.

Первая задача решается размещением в теле плотины, а в необходимых случаях и в основании противофильтрационных элементов. Наклонный противофильтрационный элемент, примыкающий к верховому откосу, называется экраном, вертикальный элемент называется ядром, а при малой толщине диафрагмой. Для предотвращения фильтрации через основание экран сопрягается с горизонтальным противофильтрационным элементом – понуром, а ядро, заглубленное в основании, образует дополнительный элемент – зуб. Обычно противофильтрационные элементы выполняются из слабофильтрующих грунтов (глина, торф). Там, где нет таких грунтов, их изготовление производится из бетона, асфальта, железобетона, стали, полиэтиленовой пленки.

В последние годы наиболее широкое применение находят вертикальные диафрагмы из асфальтобетона. Высокая надежность таких диафрагм обусловлена вязкостью, ползучестью и пластическому течению асфальта, что способствует самозалечиванию трещин, которые могут появляться при деформациях плотин (осадки, смещение).

Для обеспечения фильтрационной устойчивости тела плотины осуществляется сбор и отвод фильтрующейся через тело плотины воды. С этой целью в примыкании низового откоса к основанию выполняется дренаж, который обычно состоит из каменной призмы и наклонного обратного фильтра, включающего в себя несколько слоев сыпучих материалов. К откосу каменной призмы примыкает слой гравия или щебня, затем идут слои более мелкого щебня или гравия, а затем слои песка от крупного до средней крупности. Поступающая через тело плотины вода проходит через обратный фильтр в каменную призму без выноса частиц грунта, которые задерживаются в порах между частицами обратного фильтра. Размеры дренажа рассчитываются так, чтобы фильтрующаяся через тело вода вся поступала в дренаж и не выходила на низовой откос плотины.

Верховой откос плотины защищается со стороны водохранилища от действия волны железобетонными плитами или каменной наброской.