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 + 0,008Н,

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.