7 Проектирование насыпной плотины

7.1 Определение основных размеров плотины

Плотина – водоподпорное сооружение, перегораживающее водоток для подъема в нем уровня воды.

При устройстве прудов на местном стоке получили распространение глухие насыпные плотины, которые возводят послойной отсыпкой и послойным уплотнением однородного грунта. Насыпные плотины строят из маловодопроницаемых грунтов (суглинки). Такие плотины отличаются простотой конструкции и позволяют полностью механизировать процесс строительства.

Поперечному профилю плотины придают форму трапеции. Основными элементами плотины являются гребень, мокрый откос, сухой откос и основание. При проектировании плотины необходимо рассчитать высоту сооружения, ширину гребня, ширину основания, а также определить коэффициенты заложения откосов.

Проектную высоту Н_{пл. пр.}, м, вычисляют по формуле:

Н_{пл. пр} = Н_фпу + ∆h_гр, (20)

где Н_фпу – глубина воды у плотины на отметке ФПУ, м;

∆h_гр – превышение гребня плотины над форсированным подпорным уровнем воды, м.

Н_{пл. пр} = 10,1 + 1,7 = 11,8 м

Превышение гребня плотины над уровнем воды на отметке ФПУ рассчитывают по зависимости:

∆h_гр = h_нак + z, (21)

где h_нак – высота наката волны на мокрый откос, м;

z – конструктивный запас. Принимается в интервале 0,8-1,0.

∆h_гр = 0,8 + 0,9 = 1,7 м

Высоту наката волны находим по уравнению Н. Н. Джунковского:

h_нак = 3,2 × h_вол × k_ш × tgα, (22)

где h_вол – высота волны, м;

k_ш – коэффициент, зависящий от шероховатости откоса. Если не предусмотрено крепление мокрого откоса, то коэффициент принимаем равным 1,0.

tgα – тангенс угла, между мокрым откосом плотины и горизонтальной осью.

h_нак = 3,2 × 0,853 × 1 × 0,3 = 0,8 м

Тангенс угла, образуемого мокрым откосом плотины с горизонтальной осью, определяем через коэффициент заложения этого откоса:

tgα = , (23)

где - коэффициент заложения мокрого откоса.

tgα = = 0,3

Коэффициент заложения откоса показывает во сколько раз проекция откоса на горизонтальную ось больше высоты насыпи или глубины выемки. Коэффициенты заложения откосов плотины принимаем в зависимости от гранулометрического состава грунта тела плотины и максимальной глубины воды у плотины (таблица 5).

Таблица 5 – Коэффициенты заложения откосов плотины

Гранулометрический состав грунта тела плотины	Глубина воды у плотины при ФПУ
	до 4 м			4-7 м			7-10 м
	мокрый откос m1	сухой откос m2	мокрый откос m1		сухой откос m2	мокрый откос m1		сухой откос m2
Суглинки	2,0	1,75	2,5		2,0	2,5		2,0
Супеси	2,25	2,0	2,5		2,0	3,0		2,5

Высоту волны рассчитывают по упрощенной формуле Е. А. Замарина:

h_вол = 0,75 + 0,1L, (24)

где L – длина разгона волны, км.

h_вол = 0,75 + 0,1 × 1,03 = 0,853 м

Длину разгона волны принимают равной длине зеркала пруда на отметке НПУ. Длину зеркала пруда замеряют на плане в горизонталях от створа плотины и по масштабу переводят в километры.

Зная высоту плотины, определяем отметку гребня vГр, м:

vГр = vТал + Н_{пл. пр.}, (25)

где vТал – отметка тальвега балки в створе плотины, м.

vГр = 75,6 + 11,8 = 87,4 м

По гребню плотины предусматривают прокладку эксплуатационной дороги с проезжей частью шириной 3 м. на закрайки отводят 1,5 м. таким образом, общая ширина гребня составит 6 м.

При проектировании плотины проводят расчет фильтрационных характеристик грунта тела плотины. В результате этих расчетов устанавливают положение депрессионной кривой в теле плотины, скорости фильтрации и фильтрационные расходы через тело плотины и ее основание.

Депрессионной кривой называется линия пересечения свободной поверхности фильтрационного потока с вертикальной плоскостью в направлении этого потока. Поперечные размеры плотины должны быть такими, чтобы линия депрессии заканчивалась в теле плотины не ближе 3-4 м от подошвы сухого откоса. В легкосуглинистом и супесчаном грунтах линия депрессии образует угол с уровнем воды 15-20^о.

Если линия депрессии выходит в пределах сухого откоса, то при значительном фильтрационном потоке будет происходить вынос мелких частиц грунта из тела плотины. Это снижает устойчивость не только сухого откоса, но и всей плотины.