Земляные плотины возводят при строительстве ГЭС на равнинных реках с развитой поймой. К таким относится построенный каскад гидроузлов на реках Волга, Днепр, Дон, Кама, где на широких поймах и самом русле рек возведены протяженные земляные песчаные плотины огромного объема, намытые способом гидромеханизации из местных песчаных месторождений.
Проектированием плотин, неразрывно связанных с водохранилищами, производят специализированные проектные институты, в частности ОАО «Гидропрект», в котором работают квалифицированные дипломированные инженеры гидротехники.
Для обучения техников и инженеров открытых горных работ, для которых написана эта литература, глава «Проектирование и строительство земляных плотин» изложена в сокращении по сравнению с программой для обучения инженеров гидротехников, но достаточным для ознакомления с конструкциями, расчетами и производством работ.
Конструкция земляной плотины зависит от многих местных природных факторов: грунтов основания, наличия имеющихся местных грунтовых материалов, размеров водохранилища, климатических условий. Поэтому каждая плотина привязывается к местным условиям и её конструкция в каждом случае индивидуальна и не может быть типовой, как в гражданском строительстве. На нескольких примерах построенных плотин приведем их конструктивные элементы.
Рис.1.2. Поперечный разрез русловой намывной земляной плотины Рижской ГЭС [11].
Пример простейшей плотины:
1 тело земляной плотины из песка; 2 гребень плотины дорожное покрытие (гравий асфальт); 3 не фильтрующее основание плотины; 4 крепление бетонными плитами против волнового воздействия на откос; 5 берма на откосе упорная; 6 банкет из каменной наброски для перекрытия русла р. Даугавы; 7 дренажная призма для снижения выхода фильтрационный вод на низовой откос; 8 крепление низового откоса посевом трав.
Назначение каждого элемента плотины понятно из описания.
На рис. 1.3. Показан поперечный разрез плотины с экраном и понуром.
Понур это водонепроницаемое покрытие дна водохранилища, примыкающее к плотине и предназначенное для удлинения пути фильтрации воды под сооружением и снижения фильтрационного давления на его подошву. Устройством понура, достигается уменьшение скорости и расхода профильтровавшейся воды и, следовательно, опасности разрушения основания сооружения фильтрационным потоком. Для устройства понура применяют глину, глинобетон, битумные материалы, торф, бетон, железобетон.
Для уменьшения фильтрации через тело плотины и основания плотины применяют также экраны.
Рис.1.3. Земляная плотина с экраном и понуром на канале им. Москвы [12].
Если в основании плотины залегают хорошо фильтрующие пески, то для уменьшения фильтрации воды через основание и тело плотины, для повышения устойчивости плотины и сокращения потерь воды из водохранилища, применяют так называемые ядра и диафрагмы. Материалом ядра могут служить глина, суглинок, глинобетон, плотно трамбуемые или укатываемые слоями. (рис. 1.4, 1.5)
Диафрагмы (рис. 1.5) могут выполняться не только из бетона, но и из металлического шпунта. Плотины рис. 1.3, 1.4, 1.5 выполнялись сухой отсыпкой грунта.
Рис.1.4. Плотина с ядром, опущенным до водоупора [2].
Диафрагмы (рис. 1.5) могут выполняться не только из бетона, но и из металлического шпунта. Плотины рис. 1.3, 1.4, 1.5 выполнялись сухой отсыпкой грунта.
Рис.1.4. Плотина с ядром, опущенным до водоупора [2].
Рис.1.5. Плотина с глиняным ядром и бетонной диафрагмой [2].
Первой намывной плотиной в России, выполненной способом гидромеханизации, была Ианьковская плотина, выполненная в 1935 1936 гг. под руководством профессора Н. Д. Холина при строительстве при строительстве канала Москва Волга [12].
Плотина надежно сохраняет водохранилище до сегодняшнего времени (рис. 1.6).
Рис.1.6. Типовой профиль Иваньковской песчаной плотины с деревянной противофильтрационной диафрагмой и металлическим шпунтом в основании [12].
Большим достижением российских гидротехников, признанным во всем мире, явилось проектирование и строительство Высотной Асуанской плотины на р. Нил в Египте. В каменно-набросной плотине советские гидротехники выполнили плотный замыв мелким дюнным песком каменную отсыпку, а также осуществили впервые в практике гидростроительства уплотнение с помощью специальной плавучей установки с мощными вибраторами намытого в воду мелкозернистого песка на глубине до 30 м.
Рис. 1.7. Конструктивный профиль Высотной Асуанской плотины на р. Нил [14].
1 мостовая по щебню; 2 трехслойный фильтр (1 м щебня размером 40150 мм, 0,5 м щебня размером 535 мм и 1 м крупного песка d=1,5 мм); 3 карьерная мелочь; 4 дренажные скважины; 5 дюнный песок; 6 уплотненный дюнный песок; 7 камень крупнее 150 мм, замытый песком; 8 кривая депрессии; 9 щебень 40150 мм; 10 каменная наброска с гидроуплотнением; 11 шеллалский песок; 12 уплотненный дюнный песок; 13 уплотненный шеллалский песок; 14 цементноглинистая завеса; 15 цементационные и смотровые галереи; 16 ядра из ила; 17 щебень; 18 понур из глины; 19 щебень размером 40150 мм; 20 песок различной крупности; 21 галька и валуны с песчаным заполнителем; 22 переслаивание супесей, суглинков, песков и песчаников; 23 магматиты