Черт. 2. Схемы основных видов дренажа
в русле: а— дренажный банкет; б — наслонный дренаж. На берегу: в — трубчатый дренаж; г — горизонтальный дренаж; д—ж — комбинированные дренажи; 1 — дренажный банкет; 2 — поверхность депрессии; 3 — обратный фильтр; 4 — наслонный дренаж; 5 —труба; 6 — дренажная лента; 7 — отводящая труба; 8 — отводящая канава: df — максимальная глубина промерзания; mt— коэффициент низового откоса: bb — ширина банкета поверху
Дренаж талой плотины, возводимой в северной строительно-климатической зоне, следует располагать в непромерзающей части профиля плотины (черт. 1.1, а).
2.53. Для устройства обратного фильтра дренажа должны применяться несвязные естественные или получаемые дроблением грунты, а также искусственные пористые материалы — пористый бетон и др. (п. 2.71).
Дренажный коллектор следует проектировать из камня, бетонных, железобетонных, асбестоцементных, гончарных труб и др. с учетом агрессивности воды.
2.54* Дренажный банкет (черт. 2, а) следует выполнять, как правило, на русловых участках плотины при ее возведении без перемычек и при перекрытии реки отсыпкой камня в воду.
Превышение гребня дренажного банкета hs (при отсутствии наслонного дренажа) над максимальным уровнем нижнего бьефа (черт. 2, а, б) следует определять с запасом на волнение, величину которого устанавливают в соответствии с п. 2.12* но не менее 0,5 м. Ширину банкета поверху назначают из условий производства работ, но не менее 1 м.
При сопряжении тела плотины с дренажным банкетом должна быть обеспечена фильтрационная прочность сопряжения за счет устройства обратного фильтра по внутреннему откосу банкета. При наличии в основании мелкозернистого грунта и больших выходных градиентов напора под дренажным банкетом надлежит предусматривать горизонтальный обратный фильтр. Гребень дренажного банкета следует защищать от засорения поверхностными стоками.
2.55* Наслонный дренаж (черт. 2, б) следует выполнять на участках плотины, перекрывающих затопляемую пойму, а также при отсутствии на месте строительства достаточного количества камня.
Толщину наслонного дренажа с обратным фильтром следует назначать из условий производства работ, но не менее величины
t = 5ds,85 + tf (3)
где ds,85 — диаметр частиц, масса которых вместе с массой более мелких фракций составляет 85 % массы грунта всего дренажного слоя; tf — толщина обратного фильтра.
Материал наслонного дренажа должен сопрягаться с материалом обратного фильтра и защищать низовой откос от волнового воздействия в нижнем бьефе, а в некоторых случаях — и от промерзания.
Превышение гребня наслонного дренажа hs над максимальным уровнем нижнего бьефа следует принимать, как и для дренажного банкета (п. 2.54*), с учетом высоты выклинивания фильтрационного потока на низовой откос плотины и глубины промерзания.
2.56. Трубчатый дренаж (черт. 2, в) следует применять, как правило, на тех участках плотины, где в период ее эксплуатации вода в нижнем бьефе отсутствует или присутствует кратковременно.
Трубчатый дренаж следует предусматривать из бетонных или асбестоцементных труб (перфорированных) с заделанными или незаделанными стыками, с обсыпкой обратным фильтром.
Сечение дренажных труб следует определять гидравлическими расчетами. Диаметр дренажной трубы следует принимать не менее 200 мм.
По длине трубчатого дренажа необходимо предусматривать смотровые колодцы, располагаемые с учетом рельефа местности и требуемых уклонов.
2.57. Горизонтальный дренаж (черт. 2, г) следует проектировать в виде сплошного дренажного слоя или отдельных горизонтальных поперечных или продольных дренажных лент, выполняемых из крупнозернистого материала и защищаемых обратным фильтром.
2.58. Комбинированный дренаж (черт. 2, д — ж) представляет собой одну из возможных комбинаций дренажей, указанных в пп. 2.54* — 2.57. Отметку гребня банкета комбинированного дренажа (см. черт. 2, д) следует назначать с учетом условий перекрытия русла реки.
2.59. Размеры дренажных устройств в виде плоских дренажей или дренажных лент следует определять гидравлическими и фильтрационными расчетами с учетом условий выполнения дренажа.
2.60* Вид дренажных устройств может меняться на различных участках плотины, и их конструкцию следует выбирать на основании технико-экономического сравнения вариантов в зависимости от:
а) вида плотин, инженерно-геологических и гидрогеологических условий основания и берегов;
б) физико-механических характеристик грунтов для дренажей;
в) условий производства работ;
г) климатических условий района строительства;
д) условий эксплуатации и температурного режима сооружения;
е) стелени агрессивности воды.
2.61. Дренажи тела плотины, как правило, не устраивают в следующих случаях:
а) при возведении плотин на водопроницаемом основании, в которых депрессионная поверхность без устройства дренажа оказывается достаточно удаленной от поверхности низового откоса и не попадает в зону промерзания;
б) в низовой части плотин с экранами, ядрами и диафрагмами при условии обеспечения отвода профильтровавшейся воды;
в) в плотинах, низовая часть которых выполнена из каменной наброски или из другого крупнообломочного материала (гравийного, галечникового и т. п.).
2.62. В случае, если земляная плотина сопрягается с бетонной, дренажи их должны быть увязаны между собой.
2.63. В местах примыкания плотины к береговым участкам, расположенным выше уровня нижнего бьефа в межень, должен быть предусмотрен организованный отвод воды, профильтровавшейся через плотину (например, горизонтальный дренаж).
2.64. При строительстве земляных насыпных плотин на водонасыщенных грунтах, в которых под нагрузкой возникает поровое давление, которое нарушает прочность основания и не может быть уменьшено за счет снижения интенсивности возведения плотины, поверхность основания в пределах низкой части плотины следует покрывать горизонтальным дренажем, а для отвода воды, отжимаемой из грунта основания, рекомендуется дополнительно устраивать вертикальные дрены. Необходимость и размеры такого дренажа и расстояние между вертикальными дренами должны быть обоснованы расчетом консолидации основания с учетом интенсивности возведения плотины.
2.65* Устойчивость верхнего слоя грунта основания в нижнем бьефе следует оценивать расчетом на выпор от действия восходящего фильтрационного потока, если этот слой имеет водопроницаемость меньшую, чем нижележащий грунт.
При недостаточной устойчивости слоя грунта подошвы низового откоса плотины надлежит устраивать вертикальный дренаж, прорезающий этот слой и снижающий противодавление.
Вместо вертикального дренажа, при соответствующем обосновании, следует предусматривать пригрузку основания за низовым откосом плотины с устройством при необходимости обратного фильтра.
ОБРАТНЫЕ ФИЛЬТРЫ
2.66. Обратные фильтры надлежит предусматривать на контакте дренажа (или пригрузки) и дренируемого тела плотины, ядра, экрана или основания плотины.
Материалы обратного фильтра следует подбирать из условия обеспечения фильтрационной прочности сопрягающихся грунтов в месте контакта в процессе возведения и в период эксплуатации плотин.
Обратные фильтры допускается не устраивать при специальном обосновании; в частности, устройство такого фильтра по контакту с дренажем необязательно, если дренируемое тело сложено гравелистыми песками, гравийными грунтами и т.п.
2.67. Зерновой состав материала обратного фильтра должен быть подобран с учетом физических характеристик дренируемого грунта и имеющихся местных фильтровых материалов. Состав фильтра должен исключать:
а) отслаивание глинистого грунта на контакте с материалом фильтра — для плотин из глинистого грунта или плотин на глинистом основании;
б) проникание (просыпание) частиц защищаемого грунта в поры фильтра на участках нисходящего фильтрационного потока — для плотин из песчаного грунта;
в) выпор и вдавливание частиц грунта в поры фильтра — для песчаного основания на участках восходящего потока;
г) размыв защищаемого грунта на границе с фильтром — в случае фильтрационного потока, направленного вдоль контакта (контактный размыв);
д) кольматаж фильтра мелкими частицами, выносимыми фильтрационным потоком из защищаемого грунта, вынос которых допускается в проекте;
е) опасную для прочности фильтра суффозию в самом слое фильтра.
Состав фильтра должен обеспечивать "самозалечивание" трещин в ядре в случае их образования.
Для плоти III и IV классов и временных сооружений допускается отслаивание связного грунта в порах фильтра на глубину, не влияющую на его прочность (на 0,5 d0,max, где d0,max — максимальный диаметр пор фильтра).
2.68. Число слоев обратного фильтра и их состав следует определять на основании технико-экономического сравнения вариантов, при этом необходимо стремиться к назначению возможно меньшего числа слоев фильтра.
2.69. Материал обратного фильтра дренажей для плотин I и II классов следует проверять экспериментальным путем на грунтах и в условиях работы, в которых он будет находиться в сооружении, а для плотин III и IV классов — согласно соответствующим расчетам.
2.70. Толщина каждого слоя обратного фильтра по фильтрационным условиям должна быть не менее 5 ds,85, но не менее 0,2 м.
Толщину слоев обратных фильтров необходимо назначать с учетом производства работ и технико-экономических расчетов.
2.71. Для устройства обратных фильтров следует применять естественные несвязные или получаемые дроблением грунты из твердых морозостойких каменных пород, не содержащие водорастворимых солей, и гранулированные шлаки (предварительно исследованные в лаборатории).
СОПРЯЖЕНИЕ ТЕЛА ПЛОТИНЫ С ОСНОВАНИЕМ, БЕРЕГАМИ И БЕТОННЫМИ СООРУЖЕНИЯМИ
2.72*. Для предотвращения опасной фильтрации по контакту земляной плотины с ее основанием следует предусматривать меры, зависящие от характера и состояния грунтов основания и обеспечивающие плотное примыкание грунта тела плотины к грунту основания.
В проектах плотин, возводимых на нескальном основании, следует предусматривать мероприятия по подготовке основания, в том числе по вырубке леса и кустарника, выкорчевыванию пней, удалению растительного слоя и слоя, пронизанного корневищами деревьев и кустов или ходами землеройных животных, а также по удалению грунта, содержащего значительное количество органических включений или солей, легко растворимых в воде (пп. 1.5* и 2.5*), удалению сильнольдистых грунтов по всей площади основания талой плотины или только под верховым клином мерзлой плотины, и в случае необходимости — мероприятия по созданию противофильтрационного устройства в основании плотин (зуба, стенки, шпунта, мерзлотной завесы и т.п.). При проектировании мерзлых плотин допускается не предусматривать удаление растительного слоя в пределах низовой упорной призмы плотины.
При сопряжении талой плотины с вечномерзлыми грунтами береговых примыканий противофильтрационное устройство плотины следует заводить в берега на глубину зоны оттаивания грунтов береговых массивов при эксплуатации плотины, определяемую теплотехническим расчетом.
При проектировании плотин распластанного профиля частичный или полный отказ от мероприятий по подготовке основания допускается при соответствующем обосновании согласно требованиям п. 3.3*.
При проектировании земляных плотин, возводимых на скальном основании, должно быть предусмотрено удаление разрушенной скалы (в том числе должны быть удалены отдельные крупные камни и скопления камней) на площади сопряжения противофильтрационных устройств плотины с основанием, заделаны разведочно-геологические и строительные выработки.
На участках сопряжения с основанием частей профиля плотины, выполняемых из более водопроницаемых материалов, чем противофильтрационные устройства, удаление разрушенной скалы необязательно.
При наличии в основании поверхностного слоя грунта, имеющего более низкие прочностные характеристики, чем грунт плотины, необходимо определять экономическую целесообразность удаления этого слоя (или его верхней части), учитывая, что при этом откосы плотины могут быть более крутыми.
Строительство плотин в сейсмических районах на основаниях, сложенных из грунтов, способных разжижаться при динамических воздействиях, требует специальных технико-экономических обоснований.
2.73*. Наклонные поверхности берегов в пределах профиля примыкания плотины должны быть соответственно спланированы, при этом не допускаются нависающие участки в пределах примыкания плотины и уступообразные участки в пределах примыкания противофильтрационного устройства плотины.
При наличии в основании плотин быстровыветривающихся пород в проектах плотин из грунтовых материалов необходимо учитывать изменения свойств этих пород или предусматривать соответствующие конструктивно-технологические мероприятия.
При наличии в скальном основании местных сквозных тектонических нарушений в виде трещин надлежит принимать меры к их расчистке и заделке, а также меры, обеспечивающие фильтрационную прочность материала, заполняющего эти трещины.
2.74*. Для земляных плотин с противофильтрационными устройствами и однородных земляных плотин, выполняемых из глинистых грунтов на сильнофильтрующих (в том числе после оттаивания) аллювиальных отложениях, прикрывающих скальные породы основания, при небольшой (до 5 м) мощности слоя аллювия, как правило, следует доводить противофильтрационные устройства до скалы врезкой зуба.
При мощности аллювиального слоя более 5 м следует сравнивать варианты плотин с ядром и противофильтрационной преградой (цементационной завесой, бетонной стенкой и др.) с плотинами с экраном и понуром.
Проектом необходимо предусматривать сопряжение противофильтрационных устройств плотины с основанием в месте примыкания зуба к скале (например, путем инъекции раствора в месте примыкания, а в случае необходимости — устройства противофильтрационной завесы, в том числе и мерзлотной завесы в основании мерзлой плотины).
Глубину висячей противофильтрационной преграды и длину понура следует устанавливать на основании фильтрационных расчетов.
2.75. При сопряжении противофильтрационных устройств плотины с наклонными неровными поверхностями скальных берегов следует предусматривать подготовку поверхности скалы от гребня плотины (ядра, экрана) к основанию с постеленным уположением, без резких переломов, с наименьшим технически и экономически обоснованным наклоном береговых контактов, срезку выступающих участков поверхности скалы и выравнивание бетоном местных понижений.
Угол между смежными участками поверхности скалы в сопряжении с противофильтрационными устройствами не должен превышать 20°.
Очертание продольного профиля плотины по основанию следует назначать из условия недопущения образования трещин на основе результатов расчета его напряженно-деформированного состояния.
2.76*. В земляных плотинах на сильнотрещиноватых скальных основаниях, по которым (в том числе и после оттаивания) может происходить опасная для тела плотины фильтрация, необходимо предусматривать устройство зуба и противофильтрационной завесы под ним, а также поверхностную инъекцию раствора (цементационного, глинистого или мелкопесчаного) в пределах подошвы противофильтрационного устройства плотины. Проектирование однородных плотин без противофильтрационных устройств в таких случаях должно быть обосновано.
В северной строительно-климатической зоне при проектировании мерзлых земляных плотин на сильнотрещиноватых скальных основаниях следует предусматривать устройство мерзлотной завесы в основании при необходимости с предварительным оттаиванием основания на заданную глубину и его цементацией.
2.77* При проектировании земляных плотин на слабоводонепроницаемом (в том числе после оттаивания) и слаботрещиноватом скальном, полускальном и глинистом основаниях допускается предусматривать укладку грунта тела плотины непосредственно на основание без противофильтрационных устройств.
2.78*. В местах сопряжения тела или противофильтрационного устройства плотины с основанием, берегами и бетонными сооружениями следует предусматривать тщательную укладку и уплотнение грунта вблизи поверхности сопряжения, для чего контактный слой (толщиной 2—3 м) необходимо отсыпать из грунта более пластичного, менее водопроницаемого и более влажного (не более чем на 1—3%), чем грунт остального тела плотины или противофильтрационного устройства.
При строительстве талых плотин в северной строительно-климатической зоне при необходимости дополнительно следует предусматривать обогрев контактного слоя грунта противофильтрационного устройства плотины с основанием.
2.79*. При проектировании в основании плотины противофильтрационных устройств (шпунтового ряда, стенки из бетона, глинистого грунта или возводимой методом "стена в грунте" инъекционной завесы, мерзлотной завесы и др.) следует предусматривать сопряжение их непосредственно с противофильтрационными устройствами тела плотины (ядром, экраном или диафрагмой).
2.80. Сопрягающие устройства земляных плотин с бетонными и железобетонными сооружениями должны обеспечивать:
а) защиту земляной плотины от размыва водой, пропускаемой через водосбросные сооружения;
б) плавный подход воды к водоприемным и водосбросным сооружениям со стороны верхнего бьефа и плавное растекание потока в нижнем бьефе, предотвращающее подмыв тела и основания плотины;
в) предотвращение опасной фильтрации в зоне примыкания.
Проекты сопрягающих устройств плотин I и II классов должны быть обоснованы данными гидравлических и фильтрационных исследований.
2.81*. Для обеспечения надежного примыкания тела земляной плотины к бетонному сооружению следует, как правило, предусматривать уклон сопрягающих граней бетонной конструкции в сторону земляной насыпи не более чем 10:1.
Сопряжение земляной плотины с бетонными сооружениями, прорезающими ее тело, следует осуществлять для плотин, имеющих противофильтрационные устройства, в зоне этих устройств, а для однородных плотин — в пределах верхового клина и центральной части плотины.
Сопряжение тела земляной плотины с бетонным сооружением надлежит предусматривать в виде заделанных в него диафрагм, врезающихся в земляную плотину (шпунтового ряда, бетонной стенки и др.). Длину диафрагм сопряжения следует устанавливать на основании фильтрационных расчетов.
В северной строительно-климатической зоне длину диафрагм сопряжения талых и мерзлых плотин с бетонными сооружениями следует устанавливать на основании фильтрационных и теплотехнических расчетов. Сопряжение тела мерзлой земляной (каменно-земляной) плотины, имеющей в своем составе сезоннодействующие охлаждающие устройства (СОУ) с бетонным сооружением (в том числе с водосбросом) следует осуществлять заведением СОУ плотины в сопрягающий устой бетонного сооружения. Установку СОУ в месте примыкания к бетонному сооружению следует предусматривать с шагом, величина которого обосновывается теплотехническим расчетом при учете теплового потока в бетоне сооружения.
Противофильтрационные устройства в основании земляных плотин и бетонных сооружений должны быть взаимоувязаны.
2.82. При сопряжении участков земляной плотины, выполняемых насыпным и намывным способами, необходимо предусматривать мероприятия, не допускающие сосредоточенную фильтрацию в месте сопряжения и неравномерную осадку тела плотины и основания.
ТРЕБОВАНИЯ К РЕКОНСТРУКЦИИ ПЛОТИН
2.83. Наращивание однородной грунтовой плотины на слабоводопроницаемом основании при реконструкции сооружения следует осуществлять как с верховой, так и с низовой сторон плотины.
Увеличение высоты плотины с диафрагмой (ядром) и завесой в основании возможно как с низовой ее стороны — путем наращивания диафрагмы экраном, так и с обеих сторон — с сохранением вертикальной диафрагмы, при этом следует определить необходимость усиления противофильтрационной завесы в основании.
Увеличение высоты плотины с экраном и противофильтрационным устройством в основании возможно только с низовой ее стороны с проверкой фильтрационной прочности экрана (из грунтовых или негрунтовых материалов) и при необходимости с усилением противофильтрационного устройства в основании.
2.84. При реконструкции плотин из грунтовых материалов необходимо предусматривать соответствующие мероприятия по обеспечению нормальной работы дренажа.
2.85. Для надежного сопряжения наращиваемой призмы с низовым откосом плотины растительный слой должен быть убран.