Проектирование плотин со стальными диафрагмами

1. Грунтовые плотины со стальными диафрагмами могут быть рекомендованы: для строительства в северной строительно-климатической зоне; при отсутствии вблизи строительства грунтов, пригодных для устройства ядра, экрана или обратных фильтров; для районов с очень влажным климатом; во всех других случаях при соответствующем технико-экономическом обосновании их преимуществ перед другими видами плотин.

2. Плотины со стальными диафрагмами могут возводиться из каменной наброски, горной массы, песчаных, гравийных, галечных, дресвяных и щебеночных грунтов.

3. Стальные диафрагмы допускается применять в плотинах I - IV классов.

4. Стальную диафрагму рекомендуется располагать в теле плотины вертикально в плоскости, проходящей по оси гребня или по его верховой бровке.

5. Сопряжение стальной диафрагмы с основанием плотины и береговыми склонами должно осуществляться посредством бетонного зуба, плиты или цементационной потерны с устройством под опорным элементом диафрагмы периметрального шва из битумных или других гидроизоляционных материалов, либо другими способами, обеспечивающими смещение опоры диафрагмы по опорной плоскости при воздействии горизонтальных нагрузок, а также водонепроницаемость шва. С бетонными сооружениями, встроенными в плотину (водосброс, водоприемник и пр.), стальную диафрагму рекомендуется сопрягать заделкой ее в бетон устоев, но с устройством в ней в непосредственной близости от устоя вертикального деформационного шва-компенсатора, обеспечивающего смещения (без натяжения) диафрагмы под действием горизонтальных нагрузок.

6. Стальные диафрагмы следует выполнять из нелегированных углеродистых сталей с пределом прочности 300—400 МПа и относительным удлинением 20—30 %. В условиях длительного воздействия на диафрагму низких температур наружного воздуха (минус 40 °С и ниже) по условиям производства работ рекомендуется применять сталь спокойного плавления типа ВСт3Гпс2 или ВСт3ГпсЗ.

7. В стальной диафрагме следует предусматривать вертикальные и горизонтальные деформационные швы, местоположение которых определяется соответствующими расчетами.

8. Количество и местоположение вертикальных деформационных швов в диафрагме назначаются исходя из эпюры ее плановых горизонтальных смещений от действия гидростатического давления с учетом возможных местных деформаций тела плотины, пересеченности рельефа створа, геологического строения основания. Обязательным следует считать устройство в диафрагме вертикальных швов в местах резкого излома поверхности основания (седловине, бугре, бортах каньона и др.), а также в местах заделки диафрагмы в устои бетонных сооружений и на границах участков основания, сложенных грунтами, резко отличающимися по деформативным свойствам.

9. Количество и местоположение горизонтальных деформационных швов в стальной диафрагме назначают расчетом из условия обеспечения прочности диафрагмы на сжатие, которое возникает вследствие трения о ее поверхности грунта призм плотины при их осадке и действия веса диафрагмы. Напряжение в диафрагме s определяют по формуле

(1)

где Q — вес диафрагмы;

N — нагрузка на диафрагму от трения грунта;

R_у — расчетное сопротивление стали сжатию по пределу текучести;

— коэффициент надежности по ответственности;

A_п — площадь поперечного сечения диафрагмы (расчет ведения на единицу длины плотины).

Нагрузку на диафрагму на глубине х от трения тела плотины определяют как произведение бокового давления на нее грунта на коэффициент трения грунта по стали:

N₁(x) = (r₁l₁ + r₂l₂ + r₃)gf, (2)

r₁; r₂; r₃ — соответственно, плотность грунта верховой и низовой призм плотины и воды;

l₁ и l₂ — коэффициенты бокового давления грунта призм плотины на диафрагму;

g — ускорение силы тяжести;

f — коэффициент трения грунта тела плотины по поверхности стальной диафрагмы;

х — глубина расположения расчетного сечения от гребня плотины.

Расстояние х₁ от гребня плотины до первого горизонтального деформационного шва определяют подбором. Задавшись предварительно толщиной диафрагмы и ординатой х₁, определяют значения Q(х₁) и N(х₁), а также проверяют условие прочности (1).

Местоположение второго третьего и всех последующих швов определяют последовательными расчетами напряженного состояния фрагментов диафрагмы, расположенных между двумя соседними швами с ординатами х_n и х_n+1. В этом случае нагрузку N(х) вычисляют как разность

N(х) = N(х _n+1) - N(х_n). (3)

В опорном фрагменте диафрагмы в пределах зоны его изгиба, равной отношению , в формуле (1) учитывают влияние опорного момента и силы трения опоры по основанию (k — коэффициент постели, EI — жесткость диафрагмы).

Для предварительного проектирования схемы разрезки диафрагмы горизонтальными деформационными швами рекомендуются графики, приведенные на черт. 1.

Черт. 1. Зависимость расстояния между горизонтальными швами диафрагмы по высоте L от толщины диафрагмы d, величины коэффициента трения грунта по диафрагме f и высоты диафрагмы Н

10. В местах расположения в диафрагме вертикальных швов устраивают также поперечные (герметичные) деформационные швы в ее опорном элементе по типу, приведенному на черт. 2.