г. Москва

Сретенский бульвар, д. 6

стр. 1, офис 4

8-905-014-0095

sapropel-nn@mail.ru

5.3. Намыв плотин и дамб

Способом гидромеханизации возводятся земляные сооружения – плотины и дамбы, при этом распределение и укладка грунта производятся непосредственно в намываемое сооружение.

По распределению грунта намывные плотины делятся на однородные, у которых состав грунта не меняется или мало меняется по всему поперечному профилю (рис. 5.2аб) неоднородные с ядром из мелких частиц и неоднородные с экраном, у которых при намыве на верховом откосе образуется экран из мелких частиц (рис. 5.2в, г, д, е).

Однородные намывные плотины с принудительно формируемыми откосами возводятся высотой до 50 м. Неоднородные плотины при наличии соответствующих карьерных грунтов строятся с принудительно формируемыми откосами высотой до 100 м. Плотины со свободно формируемыми откосами на слабых грунтах без крепления откосов допускаются высотой до 10–15 м.

Критерием оценки технической возможности возведения намывных плотин и экономической целесообразности выбранной конструкции служит зерновой состав карьерных грунтов. Предварительная оценка пригодности карьерного грунта для намыва плотин разной конструкции производится по кривым гранулометрического состава данного грунта. Для намыва однородных плотин предпочтительными являются песчаные грунты. Применение гравийных грунтов целесообразно для неоднородных плотин с мелкопесчаным ядром или мелкопесчаной центральной зоной. Супеси и лессовидные грунты рекомендуются для намыва однородных плотин или ядерной зоны неоднородных плотин. Суглинки и глины применяются для ядра плотин. Гравийные и галечниковые грунты — для устройства фильтрующих дамбочек и упорных призм.

При намыве неоднородных плотин ширина ядра из суглинистого и супесчаного грунтов назначается в пределах 10–20% ширины плотины на данной высоте.

Различают следующие способы намыва плотин и дамб:

Среди технологических схем намыва различают следующие: двустороннюю, одностороннюю, мозаичную и намыв под воду (рис. 5.3).

Двусторонняя схема намыва плотин и дамб производится в следующем порядке (рис. 5.4). По краям будущей плотины отсыпают с эстакады, подвесной дороги или другим способом каменные треугольные или трапецеидальные призмы, по внутреннему откосу которых располагают однослойные песчано-щебеночные фильтры.

Схемы намыва плотин

Рис. 5.3. Схемы намыва плотин

а — двусторонняя; б — односторонняя; в — мозаичная; г — схема намыва под воду; 1 — дамба обвалования; 2 — прудок-отстойник; 3 — водосбросный колодец; 4 водосбросная труба; 5 — труба с выпусками; 6 — банкет; 7 — обратный фильтр; 8 — намыв под воду; 9 — надводный намыв; 10 — гребень плотины; 11 — распределительные лотки; 12 — поворотная концевая труба; 13 — намываемый участок; 14 — лебедка; 15 — плавучий пульповод; 16 — понтон

 

Затем начинается процесс намыва. При небольшой ширине плотины или дамбы пульпа подается по одному центральному трубопроводу, установленному на эстакаде по оси плотины, при возведении больших плотин — по двум трубопроводам, идущим вдоль откосов (рис. 5.4а). От трубопроводов на определенных интервалах ответвляются поперечные распределительные трубы или короткие боковые выпуски, прикрепляемые к тройникам основного трубопровода. Огражденная с боков насыпными дамбами, намываемыми из камня и щебня, пульпа разливается близ откосов и течет к середине профиля плотины, образуя пруд-отстойник.

 

Схемы возведения намывных дамб

Рис. 5.4. Схемы возведения намывных дамб

а — двусторонний намыв неоднородной плотины с ядром; б — односторонний намыв однородной плотины; 1 — распределительный пульпопровод; 2 — дамбы попутного обвалования; 5 — фильтрующие дамбочки; 4 — дамбы (с фильтром первичного обвалования); 5 — откос намыва, 6 — граница отстойного прудка; 7 — граница ядра

 

Скорость движения пульпы по выходе из распределительных труб будет наибольшей у откосов плотины и уменьшится к середине профиля плотины. Благодаря такому изменению скорости из пульпы выпадают сначала крупные частицы (гравий, галька) у откосов плотины, образуя боковую призму, далее по направлению к середине профиля выпадают более мелкие песчаные частицы с образованием промежуточной зоны, затем в пруде-отстойнике оседают глинистые (или мелкопесчаные) частицы, создавая ядро плотины.

Намыв плотины ведется ярусами. В каждом ярусе свой пруд‑от­стойник. Вода из пруда удаляется частично путем фильтрации через боковые щебеночно-каменные дамбочки, частично — путем спуска через постепенно наращиваемый стояк-колодец с горизонтальной отводной трубой. После возведения плотины колодец забивается глиной.

Для получения центрального ядра намыв следует производить симметрично относительно оси плотины и равномерно. В противном случае ядро получается неправильной формы, с песчаными языками и карманами.

Самая верхняя часть плотины выполняется насыпным способом с укаткой. Стойки эстакад остаются в плотине, схватки и раскосы по мере наращивания намыва постепенно удаляются.

Двусторонняя схема намыва применяется при возведении плотин выше уровня воды с укладкой распределительных пульпопроводов вдоль откосов намываемой плотины параллельно друг другу. В центре сооружения образуется прудок-отстойник, где осаждаются мелкие частицы, формирующие ядро плотины. Для успешного сброса мелких фракций применяют беспрудковый намыв.

При возведении песчаных однородных плотин необходимо обеспечивать сброс частиц размером менее 0,01 мм и частично размером 0,01–0,05 мм. При намыве неоднородных плотин сброс глинистых частиц принимается с учетом требования, чтобы содержание в ядре глинистых частиц размером d < 0,005 мм не превышало 20%. Иначе ядро получается широким, медленно твердеющим и опасным в отношении оползней.

При намыве неоднородных пород прудок должен находиться в центральной части сооружения и может отклоняться в ту или другую сторону на расстояние до 10% ширины намыва. Формируемое прудком ядро следует за отклонениями прудка-отстойника, в результате чего образуются языки и карманы песчаных и глинистых фракций в контакте ядра с боковыми призмами. Борьба с этими нежелательными явлениями ведется регулированием расхода гидросмеси из труб, уменьшением скорости движения потоков и их рассредоточением, а также регулированием уровня прудка. Установлено, что при двустороннем намыве с прудком-отстойником вместе со сбросной водой отмываются частицы крупностью до 0,1 мм. При беспрудковом двустороннем намыве сброс мелких фракций будет большим и может достигнуть 16%.

При одностороннем намыве у низовой бровки плотины предварительно отсыпается каменная призма с фильтром до отметки выхода ее гребня из воды (рис. 5.4б). Напорный пульпопровод с боковыми короткими выпусками располагается на гребне этой призмы. Выпадающий из пульпы грунт в воде ложится с откосом 1:4, а после выхода из воды с откосом 1:12–1:18. Наиболее крупные фракции выпадают вблизи выпуска пульпы из трубопровода, наиболее мелкие — у верхнего откоса плотины. После готовности нижнего яруса переходят к намыву следующих. Пульпопровод последовательно перекладывается на ограждающие дамбочки из намытого грунта. Для придания плотине проектного уклона верхнего откоса и ограничения растекания пульпы по верхнему откосу устраиваются подсыпные фильтрующие дамбочки из гравия или щебня.

Односторонняя схема намыва применяется при надводном намыве плотин, укреплении берега, расширении существующих сооружений, подготовке основания. По этой схеме возводятся земляные плотины и дамбы с пологими откосами, когда в основании залегают обводненные слабые породы, не поддающиеся удалению землеройными машинами. Намыв по односторонней схеме может осуществляться эстакадным, безэстакадным и низкоопорным способами с укладкой пульповода вдоль низового откоса плотины. Гидросмесь свободно растекается в сторону верхнего бьефа. Выпадение твердых частиц происходит постепенно, что приводит к образованию относительно пологого верхнего откоса. При необходимости увеличения откоса в верхнем бьефе устраиваются заградительные дамбы для образования прудка-отстойника. Низовой откос плотины формируется и профилируется путем отсыпки попутного обвалования. К достоинствам этой схемы по сравнению с двусторонней схемой намыва относятся уменьшение необходимого количества труб для пульповодов, отсутствие водосбросных устройств и уменьшение объема работ по обвалованию.

Мозаичная схема намыва (рис. 5.3в) применяется для возведения однородных сооружений из неоднородных пород. Намыв при этой схеме ведется с применением любого из описанных выше способов выпуска пульпы без прудка-отстойника. Выпуск пульпы из распределительных пульпопроводов необходимо осуществлять в такой последовательности, чтобы места выпуска пульпы поярусно смещались друг относительно друга. При таком способе выпуска распределения фракций по крупности в поперечном сечении сооружения не будет. Намытая таким способом плотина будет относительно однородной. Наиболее просто мозаичная схема осуществляется при безэстакадном способе намыва. Коэффициент относительной плотности намытой породы составляет 0,5–0,6.

При перекрытии русел рек намыв плотин осуществляют под воду (рис. 5.3г). В этом случае намыв ведется с концевого понтона, оборудованного подъемным устройством для опускания и подъема торца пульпопровода. При этой схеме намыва резко сокращается величина участка насыщения, которая зависит от расхода гидросмеси и потока реки на участке насыщения. Намыв породы под воду осуществляют против течения с помощью средних и крупных земснарядов, обеспечивающих скорость движения гидромеси 7–8 м/с. Выпущенная против течения гидросмесь частично гасит энергию потока и создает зону затухания, что уменьшает вынос намываемой породы и увеличивает интенсивность намыва перемычки.

Элементы профиля плотины. Заложение откосов зависит от высоты плотины, качества грунта, из которого они выполняются, и свойств основания плотины. Верховой откос подвержен воздействию переменного уровня воды верхнего бьефа, поэтому, как правило, он делается положе низового. Уклон откоса плотины определяется коэффициентом заполнения откоса.

В соответствии со СНиП 2.06.05–84* в качестве предварительных данных могут служить значения коэффициентов заложения откосов однородных плотин, приведенные в табл. 5.5, а при свободном намыве песчаных и гравийных грунтов среднее значение уклонов откосов в зависимости от производительности земснарядов можно назначить по табл. 5.6.

Таблица 5.5

Значения коэффициента заложения откоса плотин

Высота плотины, м Откос
верховой низовой
без дренажа с дренажом
5 2,0 1,5 1,5
15–10 2,5 2,0 1,5–2,0
20–15 2,5–3,0 2,5 2,0–2,5
более 20 3,0–3,5 2,5–3,0 2,0–2,5

 

Таблица 5.6

Среднее значение уклонов из песчаных и гравелистых грунтов

Грунт Расход пульпы, м3
до 2000 2000–4000 более 4000
Песок: мелкий 1:40 1:60 1:100
средней крупности 1:33 1:40 1:65
крупный 1:25 1:33 1:40
гравелистый 1:20 1:25 1:30
гравийный 1:5 1:20 1:25

 

В плотинах высотой более 20 м через 7–10 м по высоте на низовом откосе устраиваются бермы шириной 2,0–3,0 м. Бермы увеличивают устойчивость откоса и служат для отвода выпадающих осадков. Вдоль берм устраиваются кюветы, из которых вода стекает в нижний бьеф по мощеным или бетонным лоткам.

Ширина гребня плотины устанавливается в зависимости от условий производства работ и эксплуатации (использование гребня для проезда, прохода и других целей), но не менее 4,5 м. Для облегчения отвода дождевых вод планировка гребня делается с уклоном 4% в обе стороны.

Для предохранения гребня плотины от разрушения лучше всего защищать его одиночной каменной мостовой толщиной 15 см. При автодвижении по гребню каменная мостовая покрывается слоем асфальта. Вдоль гребня может устраиваться парапет. Возвышение гребня над наивысшим подпорным уровнем верхнего бьефа назначается с учетом ветрового нагона воды, высоты наката ветровых волн и необходимого запаса по высоте сооружения по рекомендациям СНиП 2.06.04–82* и СНиП 2.06.05–84*.

Противофильтрационные устройства предназначаются для уменьшения фильтрационного расхода воды, недопущения опасных деформаций грунта плотины и ее основания, а также для повышения устойчивости низового откоса.

Противофильтрационные устройства: экраны, ядра, диафрагмы, понуры — выбираются в зависимости от типа земляной плотины, характера грунтов плотины и основания, наличия на месте пригодных грунтов для противофильтрационных устройств, высоты плотины, положения водоупора основания и условий производства работ.

Толщину грунтового экрана (ядра) плотины или дамбы необходимо увеличивать сверху вниз (см. рис. 5.4а). Минимальный размер экрана или ядра поверху назначается из условия производства работ, но не менее 0,8 м. Во избежание промерзания и разжижения с верховой стороны экран прикрывается достаточно мощным слоем гравия и песка (толщиной 1,5–2,0 м), одновременно служащим и постелью для каменной крепи верхового откоса. Верх грунтового экрана или ядра должен быть не ниже форсированного уровня воды в верхнем бьефе с учетом ветрового нагона воды и высоты наката ветровых волн. При проницаемом грунте основания экран в виде зуба продолжается до водоупора или делается понур.

Ось поперечного сечения ядра принимается, как правило, вертикальной, совпадающей с осью поперечного сечения плотины. Однако в невысоких плотинах ее размещают возможно ближе к верхнему откосу, тогда большая часть профиля плотины будет находиться в сухом состоянии. Сверху ядро должно прикрываться защитным слоем грунта толщиной 1,5–2,0 м для предотвращения промерзания зимой и растрескивания летом. Заложение откосов ядра 0,1–0,2.

При отсутствии на месте строительства плотины глинистых грунтов, пригодных для устройства экрана или ядра, применяются асфальтобетонные экраны и диафрагмы. Экраны выполняются из гидротехнического асфальтобетона, состав его и марка вяжущего вещества подбираются так, чтобы исключалась возможность оплывания экрана при всех возможных температурных режимах.

В плотинах III и IV классов можно применять полиэтиленовые экраны и диафрагмы из стабилизированного полиэтилена. Полиэтиленовые экраны и диафрагмы выполняются соединением (сваркой, клейкой и т.п.) полотнищ полиэтиленовой пленки. Пленка должна быть надежно защищена от механических воздействий, солнечной радиации и др. Подстилающий и защитный слои устраиваются из песчаного грунта с фракциями максимальной крупностью 6 мм. Толщина подстилающего слоя 0,3–0,5 м, защитного — не менее 0,5 м. Песчаный грунт этих слоев подвергается специальной обработке, исключающей повреждение пленки грызунами и растениями.

Дренажные устройства. Дренаж — ответственная деталь земляной плотины. Основное назначение дренажа:

Дренажные устройства низового клина плотины по конструкции подразделяются:

а) на дренажный банкет;

б) наслонный дренаж;

в) трубчатый дренаж;

г) горизонтальный дренаж (в виде сплошного слоя или дренажных «лент»);

д) комбинированный дренаж.

Крепление откосов. Верховой откос разрушается от волнения воды, давления льда, от стока дождевой и талой воды, промерзания и пучения; низовой — от дождевого стока воды и ветра.

Для защиты верхового откоса рекомендуется применять следующие крепления:

а)   каменные (насыпные);

б)   бетонные монолитные, железобетонные сборные и монолитные с обычной и предварительно напряженной арматурой;

в)   асфальтобетонные;

г)   биологические.

Выбор того или иного способа воздействия земляных сооружений определяется на основании технико-экономического обоснования.

  • Разделы

  • Введение
  • Раздел 1. Основные свойства грунтов в технологии намывных работ
  • Раздел 2. Землесосные снаряды для разработки подводных грунтов
  • Раздел 3. Гидравлическая транспортировка разрабатываемого грунта
  • Раздел 4. Намыв строительных площадок и территорий
  • Раздел 5. Намыв земляных сооружений
  • Раздел 6. Намыв пляжей
  • Раздел 7. Охрана окружающей среды при выполнении гидромеханизированных работ
  • Раздел 8. Техника безопасности в гидромеханизации
  • Список литературы