Проект волнозащитной плотины

курсовая работа

1.10 Крепление откосов плотины

гребень волнозащитный плотина откос

Откосы плотин подвержены разрушающим воздействиям ветровых волн, течений воды, льда, атмосферных осадков и других факторов (пучение и усадка глинистых грунтов, воздействие ветра, жизнедеятельного землеройных животных и пр.).

Крепление верхового откоса плотины делится на основное, расположенное в зоне максимальных волновых и ледовых воздействий, возникающих в эксплуатационный период, и облегченное - ниже основного крепления. Верхней границей основного крепления, как правило, следует считать отметку гребня плотины. В случае значительного возвышения гребня над расчетным уровнем воды основное крепление следует заканчивать ниже гребня на отметке высоты наката hrun; далее до гребня доводят облегченное крепление.

Нижнюю границу основного крепления следует назначать, считая от минимального уровня сработки водохранилища на глубине:

h = 2•h1%. (26).

При этом нижняя граница основного крепления должна быть ниже минимального уровня сработки водохранилища не менее чем на 1,5t, где t - расчетная толщина ледяного покрова.

Для защиты верхового откоса рекомендуют крепления следующих видов:

а) каменную наброску из несортированного камня (сортированный камень допускается применять при соответствующем обосновании);

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

в) асфальтобетонные;

г) биологические.

Чаще всего применяют крепления из каменной наброски, бетона и железобетона. Асфальтобетонные крепления одновременно являются экраном плотины. Они могут быть однослойными или двухслойными. Как показывает опыт эксплуатации плотин с асфальтобетонными экранами, устройство однослойного крепления предпочтительнее, поскольку двухслойные часто разрушаются из-за вспучивания верхнего слоя. Толщину слоя обычно принимают в пределах 8-12 см. Водонепроницаемые защитные покрытия верхового откоса из асфальтобетона следует укладывать от подошвы до гребня с минимальным количеством швов.

Для предотвращения старения асфальтобетона под влиянием ультрафиолетовых лучей его поверхность покрывают слоем мастики со стабилизирующими добавками или светлой краской. Грунтоцементное крепление выполняют из грунта с добавкой цемента (до 10%) и воды. Грунтоцементную смесь укладывают слоями толщиной до 15 см и уплотняют катками. Крепления из грунтоцемента применяют при высоте волны до 1. Применение конструкций такого типа требует проведения мероприятий по борьбе с противодавлением; к числу их недостатков относится растрескивание при промерзании.

При косом подходе волн может происходить перемещение грунта по пологому откосу. Для предотвращения этого явления целесообразно устраивать на откосе в один или несколько рядов продольные буны или волноломы, покрытые бетонными плитами или камнем. Иногда на пологих волноустойчивых откосах предусматривают дополнительно облегченнее крепление из гравийно-галечникового грунта или посадку древесно-кустарниковой растительности.

Низовой откос плотин в зоне волновых и ледовых воздействий со стороны нижнего бьефа крепится так же, как верховой. Остальную часть низового откоса защищают от атмосферных воздействии и в случае необходимости от разрушения землеройными животными. Для крепления низового откоса из песчаных или глинистых грунтов применяют посев трав по растительному слою толщиной 0,2-0,3 м, отсыпку щебня или гравия слоем толщиной 0,2 м и другие виды облегченных покрытий. Чаще всего низовой откос укрепляют посевом многолетних трав по слою растительного грунта толщиной 20-30 см (сплошным или в клетках из дерна) или одерновкой.

В районах с сухим жарким климатом низовые откосы покрывают уплотненным слоев щебня или гравийно-галечникового грунта толщиной 15-20 см либо применяют другие виды облегченных покрытий.

В северной строительно-климатической зоне толщину слоя крепления низового откоса плотины, отсыпаемого из щебня или гравия, принимают в соответствии с теплотехническими расчетами. Если низовой откос подвержен воздействию льда и волн со стороны нижнего бьефа, его крепление следует рассчитывать так же, как и для верхового откоса.

На низовом откосе необходимо предусматривать организованный отвод поверхностных вод. Для этого по линии сопряжения плотины с берегами и на бермах размешают водопроводящие лотки и кюветы.

Для крепления откосов каменной наброской следует применять, как правило, несортированный камень. Каменные материалы для крепления откосов следует применять из изверженных, осадочных и метаморфических пород, обладающих необходимой прочностью, морозостойкостью и водостойкостью.

При проектировании сооружений откосного профиля и креплений откосов из рваного камня, обыкновенных и фасонных бетонных или железобетонных блоков массу и размеры отдельных камней, число камней размером менее расчетного, а также толщину наброски определяют расчетом согласно [СНиП 2.06.04-82]. Толщину каменной наброски следует принимать с учетом возможности частичного выноса мелких частиц из наброски при волновом воздействии, подвижки крупных камней, уплотнения материала крепления, а также опыта эксплуатации аналогичных креплений, но не менее 3d0,85, где d0,85 - диаметр камня, масса которого вместе с массой более мелких фракций составляет 85% массы всей каменной наброски крепления.

Массу отдельного элемента m или mz, т, соответствующую состоянию его предельного равновесия от действия ветровых волн, необходимо определять: при расположении камня или блока на участке откоса от верха сооружения до глубины z = 0,7•h по формуле:

; (27)

то же, при z > 0,7•h по формуле

; (28)

где kfr - коэффициент, принимаемый по табл. 3.14; при > 15, а также при наличии бермы kfr следует уточнять по опытным данным;

р - плотность воды, т/м3,

рm - плотность камня, т/м3.

Для берегозащитных сооружений за рубежом те же значения рекомендуется определять в соответствии с действующими там нормативными документами. Так, вес защитного элемента, находящегося на откосе может быть определен:

, (29)

где Wr - вес отдельного защитного элемента,

рm - плотность материала защитного элемента,

л - угол наклона откоса,

КD - безразмерный коэффициент (приведен в таблице 15 для откосов с заложением от 1/1,5 до 1/3).

Таблица 14. Значения коэффициента kfr

Элементы крепления

Коэффициент kfr

при наброске

при укладке

Камень

0,025

-

Обыкновенные бетонные блоки

0,021

-

Тетраподы и другие фигурные блоки

0,008

0,006

Из таблицы видно, что значение КD, а соответственно и минимальный вес элемента существенным образом зависят от формы защитного элемента. Очевидным недостатком приведенной формулы является отсутствие учета длины волны, воздействующей на сооружение.

Толщина слоя защитных элементов обычно принимается равной максимальному размеру двух элементов, т.е. в защитном слое предполагается наличие двух элементов. Рекомендуемая ширина сооружения по гребню составляет три максимальных размера защитных элементов.

При проектировании крепления откосов из несортированной каменной наброски необходимо, чтобы значение коэффициента kgr зернового состава находилось в границах заштрихованной зоны, приведенной на графике для определения допустимого зернового состава несортированной каменной наброски для крепления откосов рис. 9.

Таблица 15. Значения коэффициента КD

Толщина защитного элемента

Откос

Волна

Разбивающаяся

Неразбивающаяся

Тетрапод

2

4,5

5,5

Долос

2

8,0

16,0

Рваный камень

2

1,6

2,8

Значение коэффициента kgr должно определяться по формуле:

, (30)

где m - масса камня, т;

mi - масса камня, большая или меньшая расчетной, т;

Db,i и Db - диаметры фракций камня, см, приведенные к диаметру шара, имеющего массу соответственно mi и m.

При пологости откосов ctg > 5, укрепляемых несортированной разнозернистой каменной наброской, расчетную массу камня m, т, соответствующую состоянию его предельного равновесия от действия ветровых волн, необходимо определять по формуле при с умножением результатов на коэффициент k, определяемый по табл. 16.

Таблица 16. Значения коэффициента k

ctg

6

8

10

12

15

Коэффициент k при

0,78

0,52

0,43

0,25

0,2

Минимальное содержание фракций диаметром Dba, соответствующим расчетной массе камня в несортированной разнозернистой наброске, должно приниматься в соответствии с табл. 17.

Таблица 17. Минимальное содержание фракций диаметром Dba

Коэффициент разнозернистости D60/D10

5

10

20

40 - 100

Минимальное содержание фракций диаметром Dba, % (по весу)

50

30

25

20

Монолитные железобетонные крепления откосов следует проектировать, как правило, в виде секций размером не более 4545 м каждая, разделенных между собой температурными поперечными и осадочными продольными швами. Секции крепления следует проектировать состоящими из отдельных плит.

Плиты, как правило, следует принимать прямоугольной формы с соотношением сторон 1 2, где bsl - меньшая сторона, располагаемая перпендикулярно урезу воды; размер bsl назначается, равным 0,4 , где - расчетная длина волны, но не более 20 м. В пределах каждой секции армирование должно быть непрерывным.

Крепление откосов из сборных железобетонных плит следует проектировать с омоноличиванием их в секции. При соответствующем обосновании допускается крепление из неомоноличенных плит.

Максимальный размер плит следует устанавливать исходя из условий транспортирования и удобства укладки их на откос. Толщину монолитных и сборных железобетонных креплений следует определять расчетом, а также при соответствующем обосновании - по имеющимся аналогам. Толщину плит крепления рекомендуется определять по формуле:

, (31)

где - угол наклона плит к горизонту;

К - коэффициент, принимаемый для сплошных плит равным 0,14, для щелевых - 0,07;

- удельный вес воды;

m1 - удельный вес материала плиты;

l - длина плиты в направлении нормальном к урезу воды.

Обратные фильтры под креплением откосов, выполненным в виде каменной наброски, плит с открытыми швами или со сквозными отверстиями и т.п., могут состоять из одного слоя разнозернистого материала или двух слоев материалов с различными по крупности частицами, а также из искусственных водопроницаемых материалов (стекловолокна, минеральной ваты и др.).

Под обратными фильтрами на откосах из глинистых, мелкозернистых песчаных или разжижающихся при динамических нагрузках грунтов следует укладывать песчаную пригрузку, зерновой состав и толщину которой устанавливают на основании данных исследований и расчетов. Под креплениями из монолитных или сборных железобетонных плит (с уплотненными швами или замоноличенных в секции) на откосах из песчаных или глинистых грунтов следует, как правило, укладывать однослойный обратный фильтр. Допускается применение монолитных железобетонных бесфильтровых креплений при соблюдении условий, обеспечивающих надежную работу конструкции.

2. Расчетный раздел

Делись добром ;)