Как определить заложение откосов дамбы



Ландшафтная архитектура и зеленое строительство | Totalarch

Вы здесь

Строительство плотин

Устройство водоема связано со строительством ряда гидротехнических сооружений, объединяемых общими условиями совместной работы и местоположением и называемых гидроузлом. Так, при строительстве водоема с целью благоустройства территории основными сооружениями гидроузла можно назвать собственно водоем, плотину, при необходимости дамбы, водосбросное сооружение и водоспуск (водовыпуск). Основную роль играет плотина, обеспечивающая регулирование стока (аккумуляцию воды в водоеме). Для того чтобы правильно запроектировать и построить плотину, необходимо предварительно провести ряд инженерных изысканий, результаты которых уточнят место расположения плотины, надежность сопряжения плотины с дном и берегами водотока, возможные потери на фильтрацию, приток воды поверхностного и грунтового стока и др.

С этой целью проводят следующие виды инженерных изысканий: топографические, геологические, гидрологические, гидрогеологические, завершающиеся камеральными работами и лабораторными анализами собранных в полевых условиях материалов (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Графические материалы изысканий (по И.М. Шармановскому): а — водосборная площадь; б — план проектируемого водоема; в — геологический профиль по створу плотины; г — литологическая колонка буровой скважины N°1; д — условные обозначения грунтов; е — компрессионная кривая

Створом плотины называется предполагаемое место расположения плотины на водотоке. Наиболее желательным местом расположения створа является то место, в котором горизонтали поверхности земли близко подходят друг к другу, берега крутые, а выше по течению горизонтали «раздвигаются», образуя расширение значительного объема. Это место и будет являться наиболее удобным для строительства плотины исходя из соображений топографии. Если просмотреть весь водоток (а речь идет, в первую очередь, о водоемах на местном стоке), то станет ясно, что удобных мест имеется не одно, а несколько. Поэтому приходится решать вопрос с привлечением других материалов изысканий.

На основе топографических изысканий определяют объем чаши водоема при разных уровнях воды.

Определенную конкретизацию могут внести материалы геологических изысканий, показывающих, в каком створе грунты более прочные, более надежные, обладающие слабыми фильтрационными свойствами. Место расположения таких фунтов и определит предпочтительный створ будущей плотины. Изменяя место расположения створа, необходимо считаться с тем, что при движении вверх по водотоку одновременно изменяется (уменьшается) площадь бассейна (водосборной площади), а следовательно, и объем годового поверхностного стока.

В результате гидрологических изысканий определяют площадь водосбора и различные характеристики стока и, в первую очередь, объем годового стока. При этом могут возникнуть различные соотношения между потенциальным объемом чаши водоема и объемом годового стока, которые помогут выбрать оптимальный створ, тип регулирования стока, а при большом объеме стока — решить вопрос о создании не одного, а целого каскада водоемов, расположенных на одном и том же водотоке.

Результаты гидрогеологических изысканий позволяют выявить наличие водоносных горизонтов, их расположение и величину подземного стока, определяющую возможное подземное питание водоема.

По результатам всех этих изысканий и лабораторных исследований выбирается окончательное расположение одного или нескольких гидроузлов. В последнем случае необходимо считаться с тем, что экономическая эффективность создания отдельных гидроузлов каскада будет различной и предпочтение следует отдать наиболее эффективному, если его объем и площадь акватории будут отвечать заданным требованиям.

Основным сооружением гидроузла является плотина. Плотины классифицируются по отношению к пропуску стока, основным используемым материалам, особенностям конструкции, способу возведения и по другим признакам.

По отношению к пропуску стока плотины подразделяют на глухие, водосливные и фильтрующие (наподобие бобровых деревянно-веточных плотин).

По основным используемым материалам плотины могут быть грунтовые (однородные и неоднородные), каменные, каменно-набросные, габионные, каменно-земляные, намывные, из армированного грунта, деревянные, ряжевые, бетонные, железобетонные и др.

По особенностям конструкции плотины из бетона и железобетона можно подразделить на гравитационные, контрфорсные, арочные и др.

По способу возведения земляные плотины можно подразделить на насыпные с уплотнением, намывные, взрывонабросные и др. ***

***В данной статье рассматриваются земляные насыпные глухие плотины IV класса, которые наиболее часто применяются на объектах ландшафтной архитектуры (СНиП 2.06.05-84 «Плотины из грунтовых материалов»).

Земляные насыпные плотины по конструкции тела и плотинные водоемы по уровням воды характеризуются следующими основными терминами и показателями: тело плотины, гребень плотины, высота плотины, ширины плотины понизу, ширина противофильтрационной призмы понизу, верховой (мокрый) откос, низовой (сухой) откос; нормальный подпорный уровень (НПУ), форсированный подпорный уровень (ФПУ), уровень мертвого объема (УМО) (рис. 6.2).

Рис. 6.2. Виды земляных насыпных плотин: а — однородная; б, в — неоднородные; г — с экраном из негрунтовых материалов; д — с фунтовым ядром (вертикальным или наклонным); е — с негрунтовой диафрагмой; ж — с грунтовым экраном; з — продольный разрез плотины; 1 — крепление откосов; 2 — тело плотины; 3 — кривая депрессии; 4 — дренаж; 5 — верховая грунтовая противофильтрационная призма; 6 — низовая призма; 7 — переходный слой фунта; 8 — центральная фунтовая противофильтрационная призма; 9 — зуб; 10 — экран из негрунтовых материалов; 11 — верховая призма; 12 — грунтовое ядро; 13 — инъекционная (цементационная) висячая завеса; 14 — противофильтрационная диафрагма; 15— шпунт или стенка; 16 — фунтовый экран; 17 — гребень; НПУ — нормальный подпорный уровень; УНБ — уровень воды в нижнем бьефе; h —высота плотины; b — ширина плотины понизу; b um — ширина противофильтрационной призмы понизу; b up — ширина плотины по гребню; m h — коэффициент верхового откоса; m t — коэффициент низового откоса; L пл — длина плотины по гребню

Земляные плотины классифицируются по конструкции поперечного профиля, противофильтрационных устройств и способу возведения.

По конструкции поперечного профиля земляные плотины подразделяются на следующие типы: из однородного грунта, из неоднородного грунта, с экраном из негрунтовых материалов, с экраном из грунта, с ядром, с диафрагмой (стенкой, шпунтом).

По конструкции противофильтрационных устройств в основании земляные плотины подразделяются на следующие типы: с понуром, с зубом, с инъекционной завесой, с диафрагмой (стенкой, шпунтом).

По способу возведения земляные плотины подразделяются на следующие типы: с механическим уплотнением грунта; без механического уплотнения грунта (с отсыпкой пионерным способом насухо или с отсыпкой в воду).

При возведении плотин следует руководствоваться следующими соображениями. Земляные плотины, дамбы, противофильтрационные устройства напорных сооружений в виде экранов, ядер и понуров можно возводить отсыпкой грунта как в сухих условиях, так и в воду.

При устройстве противофильтрационных устройств наиболее пригодны глинистые грунты с коэффициентом фильтрации K p > 0,05. Допускается применять также искусственную грунтовую смесь, содержащую глинистые, песчаные, дресвяные и крупнообломочные грунты. Состав смеси должен быть проверен в производственных условиях или на опытных отсыпках.

Крутизну откосов плотин и дамб при проектировании и строительстве определяют исходя из физико-механических характеристик грунтов; действующих на откосы сил (собственной массы, влияния воды, сейсмических, динамических, внешних нагрузок на гребне и откосах и др.); высоты плотины; производства работ и условий эксплуатации.

Ориентировочные значения заложений откосов (коэффициента заложения откоса m) земляных насыпей плотин из глинистых и песчаных грунтов при наличии в основании грунтов с прочностью, сопоставимой или больше, чем в теле плотины, можно принять по табл. 6.1.

Для более точного определения коэффициентов заложения устойчивых откосов можно воспользоваться графиком, составленным для различных грунтов. Откосы грунтовых плотин могут иметь переменное заложение, что экономит объем грунта, используемого при возведении плотины. При этом коэффициент заложения т уменьшается в части, примыкающей к гребню плотины, и увеличивается при приближении к основанию.

На откосах средних и высоких плотин рекомендуется устраивать бермы, которые увеличивают устойчивость откосов, облегчают поверхностное водоотведение, и улучшают производственные и эксплуатационные условия. На верховом откосе бермы служат упором крепления и облегчают условия осмотра и ремонта. На низовом откосе бермы используют для служебного проезда, предотвращения размыва водами поверхностного стока (с устройством кюветов или лотков), устройства сооружений для контроля за кривой депрессии и управления задвижкой донного водоспуска. Бермы обычно располагают через 10. 15 м по высоте при ширине 3 м (для проезда) и не менее 1. 2 м, если проезд не предусмотрен.

Гребень плотины при минимальной ширине 4,5 м должен возвышаться как над нормальным подпорным уровнем (НПУ), так и над форсированным подпорным уровнем (ФПУ). Превышение отметки гребня плотины над отметкой уровня воды определяют для двух расчетных случаев: над отметкой НПУ и над отметкой ФПУ расчетной вероятности превышения по формуле

где h н — высота наката на откос ветровой волны, м; ∆h — высота ветрового нагона волны, м; а — запас по высоте плотины, равный или больше 0,5 м.

Высоту наката ветровой волны на откос hн определяют по специальным методикам, изложенным в справочниках проектировщика гидротехнических сооружений.

Высоту ветрового нагона ∆h ориентировочно можно определить по формуле

где w — скорость ветра расчетной вероятности превышения на высоте 10 м над уровнем воды, м/с; D — протяженность охваченной ветром акватории, м; g — ускорение силы тяжести, м/с2; Н — расчетная глубина, м; α — угол между продольной осью водоема и направлением ветра.

Одним из важнейших элементов насыпной земляной плотины является дренаж тела плотины, который проектируется и стоится для отвода воды, фильтрующейся через тело и основание плотины; предотвращения выклинивания фильтрационного потока на низовой (сухой) откос; снижения уровня кривой депрессии для повышения устойчивости низового откоса; повышения устойчивости верхового откоса при быстром понижении уровня; отвода воды профильтровавшейся через экран, тело и ядро плотины.

Рис. 6.3. Конструкции основных видов дренажа плотин в русле (а — дренажный банкет; б — наслонный дренаж) и на берегу (в — трубчатый дренаж; г — горизонтальный дренаж; д. ж — комбинированные виды дренажа): 1 — кривая депрессии; 2 — обратный фильтр; 3 — дренажный банкет; 4 — наслонный дренаж; 5 — труба (дрена); 6 — отводящий канал; 7 — отводящая труба; 8 — дренажная лента; d f — максимальная глубина промерзания; m t — коэффициент низового откоса; b b — ширина банкета поверху; n s — превышение верха призмы над уровнем воды в нижнем бьефе

Рис. 6.4. Типы креплений верхового откоса плотин (размеры указаны в м): а — одиночное мощение; б — двойное мощение; в — наброской камня в плетневые клетки; г — хворостяной выстилкой; д — железобетонными плитами; 1 — слой камня толщиной 0,3. 0,5 м; 2 — песчано-гравийная подготовка толщиной 0,1 м; 3 — колья диаметром 5. 8 см, длиной 1,5 м; слой гравия или щебня толщиной 0,10. 0,15 м

Дренажные устройства в зоне низового (сухого) откоса могут иметь различную конструкцию (рис. 6.3). Выбор конструкции, в первую очередь, зависит от типа плотины, ее размеров и используемых грунтов. Дренажный банкет обычно устраивают на русловых участках плотины. Превышение гребня дренажного банкета над максимальным уровнем воды в нижнем бьефе определяют расчетом, но оно должно быть не менее 0,5 м. Ширину поверху принимают из условий производства работ и конструкции, но она не должна быть менее 1 м. Наслонный дренаж устраивают на участках плотины, перекрывающих затопляемую пойму. Толщину наслонного дренажа с обратным фильтром определяют из условий производства работ, но она должна быть не меньше величины t, определяемой по формуле

где d s, 85 — диаметр частиц, масса которых вместе с массой более мелких фракций составляет 85 % от массы всего дренажного слоя, м; t f — толщина обратного фильтра, м.

Превышение гребня наслонного дренажа h s над максимальным уровнем воды в нижнем бьефе принимают, как и для дренажного банкета.

Трубчатый дренаж из бетонных или асбестоцементных труб (перфорированных) с заделанными и незаделанными стыками обсыпают обратным фильтром. Диаметр дренажных труб определяют гидравлическим расчетом, но принимают не менее 200 мм. Толщина каждого слоя обратного фильтра должна быть не менее d s, 85 . но не менее 200 мм. Верховой (рис. 6.4) и низовой откосы крепятся различными способами.

Источник: Строительство и эксплуатация объектов ландшафтной архитектуры. Теодоронский В.С.

Источник

Порядок выполнения работы

ЛАРАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ОРГАНИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА

ДАМБЫ ОБВАЛОВАНИЯ

Пояснения к работе

1.1.1. Защита территории от затопления

Городские территории, расположенные на берегах рек, морей, водохранилищ и других водоемов, достаточно часто подвергаются различным физико-геологическим процессам в результате воздействия волн и течения рек. Береговым территориям свойственно наличие опол­зней, оврагов, размытых берегов, подмы­тых береговых склонов.

Наибольшую опасность, связанную иногда с человеческими жертвами, пред­ставляет затопление городской террито­рии при повышении уровня воды в реках во время половодий и паводков. В этом случае затоплению подвержены в первую очередь наиболее низкие участки — пой­менные территории.

Половодье— фаза водного режима реки, которая характеризуется наиболь­шей в году водностью, высоким и дли­тельным подъемом уровня воды. Полово­дье вызывается на равнинных реках снеготаянием (весеннее половодье), на вы­сокогорных — таянием снега и ледников (летнее половодье). Для рек одной кли­матической зоны половодье ежегодно по­вторяется в один и тот же сезон, но с раз­личной интенсивностью и продолжительностью. В период весеннего половодья равнинные реки нашей страны несут 60-70, а в степных районах до 90% об­щего годового количества воды.

Паводок— быстрый и сравнительно кратковременный подъем уровня воды в каком-либо створе реки, обычно возникающий от дождей и завершающийся почти таким же быстрым его спадом. В отличие от половодья паводок возникает нерегулярно, но величина поднятия уровня расхода воды при нем могут в отдельных случаях превышать уровень и наибольший расход половодья.

Большинство городов исторически сложилось вблизи рек, на побережьях морей и других водоемов. Поэтому затопленные территории в городах не редкость. В Российской Федерации примерно 250 крупных и больших городов страны находятся под угрозой наводнений вследствие половодий и паводков. Территории, подверженные затоплению во время подъемов уровней воды, за средний год составляют в стране около 70 млн. га.

В зависимости от причин возникно­вения и продолжительности воздействия различают временное и постоянное за­топления.

Временные затоплениясвойственны территориям, расположенным на берегах рек с неурегулированным режимом. Они происходят в результате повышения го­ризонта воды при таянии снегов и при обильных дождях и носят, как правило, сезонный характер. Пропускная способ­ность русла реки зависит от площади жи­вого сечения потока в русле и скорости его течения. При увеличении расхода воды, поступающей в русло реки, увели­чивается площадь его затопления и ско­рость течения потока. Увеличение пло­щади живого сечения потока происходит за счет затопления пойменной части реки, что и приводит к периодическим затоплениям городских территорий, рас­положенных в поймах рек. Временные затопления могут происходить также при сбросе излишних расходов воды через существующие дамбы.

Постоянное затопление территории происходит при крупных гидротехни­ческих работах, связанных со строитель­ством гидроэлектростанции и устрой­ством водохранилищ, возведением пло­тин и решением ряда других народнохо­зяйственных задач. При создании водо­хранилищ наивысший уровень воды верхнего бьефа является постоянным и называется нормальным подпорным уровнем.Постоянному затоплению под­вергаются территории городов, посел­ков или отдельные объекты, располо­женные на отметках ниже нормального подпорного уровня. Временные и посто­янные затопления городских террито­рий сопровождаются их подтоплением, что в совокупности влечет за собой ак­тивизацию других неблагоприятных физико-геологических явлений. Задачи защиты территорий населенных мест от затопления при строительстве водохранилищ и других крупных гидротехнических сооружений (постоянное затопление) решаются при проектировании и строительстве этих сооружений.

Защита территорий при временном повышении уровня воды в реках осуществляется в процессе проектирования и строительства городов.

Защита городов, сельских населенных пунктов и промышленных объектов от затопления и подтопления должна обеспечить надежное их функционирование, в том числе коммунальных, транспортных и других территориальных систем и отдельных сооружений. Притом, наряду с этим, осуществляется также защита недр, сельскохозяйственных и природных ландшафтов.

Проект сооружений инженерной защиты должен обеспечить их надежность, возможность проведения систематических наблюдений за их работой, а также максимальное использование местных строительных материалов. Наряду с этим, при проектировании противопаводковых систем на реках необходимо учитывать требования комплексного использования водных ресурсов водотоков.

Классы сооружений инженерной защиты, как правило, назначаются не ниже классов защищаемых объектов и в зависимости от народнохозяйственной значимости.

Классы постоянных гидротехнических сооружений инженерной защиты водохозяйственного типа назначают в соответствии с требованием СНиП 2.06 15-85 (Инженерная защита территории от затопления и подтопления).

При разработке проектов по защите от наводнения и подтопления разрабатываются экологические и природоохранные мероприятия, которые позволили бы снизить до минимума причиненный вред сельскому, рыбному и иному хозяйству, а также промышленным объектам, городам и населенным пунктам.

1.1.2. Методы защиты территории от затопления

Способы защиты затапливаемых го­родских территорий зависят от высоты расчетного горизонта высоких вод и пло­щади территории, подверженной затоп­лению, особенностей использования дан­ной территории, ценности защищаемого жилищного фонда и промышленных предприятий, инженерного городского хозяйства и природных особенностей территории.

В борьбе с затоплением используются различные методы, основные из них — сплошная подсыпка территории до незатопляемых отметок; обвалование защища­емой территории путем ограждения ее за­щитными дамбами, сокращение наиболь­ших расходов реки в пределах городской территории, регулирование стока и расхо­дов путем устройства водохранилищ выше города по течению реки, обводного русла и пр.; увеличение пропускной спо­собности реки в пределах территории го­рода для пропуска наибольших расходов при более низких горизонтах путем изме­нения поперечного профиля русла реки.

Применение перечисленных мероп­риятий обычно ограничивается территорией города или его части и участком реки в пределах городской черты. В не­которых случаях они могут осуществ­ляться вне городской территории, выше по течению реки, например, путем созда­ния водохранилища, регулирующего рас­ходы и уровни воды в реке.

Мероприятия по защите городских территорий от затопления можно выпол­нять как отдельно, так и в комплексе, причем во многих случаях целесообраз­но сочетание различных мероприятий. Тот или иной вариант защиты террито­рии от затопления принимается на осно­ве технико-экономического обоснования.

Сплошная подсыпка— одно из ос­новных мероприятий по защите городских территорий от затопления (рис. 1.1). Она ограничивается земляными работа­ми и осуществляется вертикальной пла­нировкой. Отвод поверхностных и при необходимости грунтовых вод произво­дится обычными способами. Сплошная подсыпка, как правило, применяется на относительно небольших по площади территориях и при наличии резервов грунта. Сплошная подсыпка или намыв территории характеризуется значитель­ными объемами земляных работ по срав­нению, например, с сооружением дамб обвалования, но с учетом архитектурно-планировочных требований сплошная подсыпка территории часто более целе­сообразна, чем устройство дамб обвало­вания, поскольку она обеспечивает сво­бодный доступ архитектурных ансамб­лей к водной поверхности и возможность застройки территории отдельными учас­тками. Однако ее нельзя выполнять при существующих капитальной застройке и ценных зеленых насаждениях.

Сплошная подсыпка экономически целесообразна, если средняя высота ее не превышает 1,5—2 м при сравнительно малой дальности перевозки необходимо­го объема грунта.

Рис. 1.1. Защита городской территории от за­топления сплошной подсыпкой:

ГМВ — горизонт меженных вод; ГВВ — горизонт высо­ких вод; ГП — граница подсыпки

Обвалование затопляемых террито­рий более преимущественно по сравне­нию со сплошной подсыпкой благодаря значительно меньшим объемам земляных работ (рис. 1.2). Однако наличие дамб зат­рудняет организацию стока поверхност­ных вод, что вызывает необходимость в проведении специальных мер по обеспе­чению стока — создание насосных стан­ций перекачки, регулирующих емкостей и т.д. Усложняется и задача понижения уровня грунтовых вод, требуется устрой­ство дренажной системы с перекачкой со­бранных вод в водоемы. Кроме того, дам­бы отрезают территорию города от водно­го пространства, затрудняют выход заст­ройки к воде, что с градостроительной точки зрения, конечно, нельзя рассматри­вать как положительное явление.

Обвалование применяют на сравни­тельно значительных по площади терри­ториях, а также на территориях с суще­ствующей капитальной застройкой и ее участках, ценных в архитектурно-исто­рическом отношении.

Рис. 1.2. Обвалование затопляемых территорий:

1 — дамба обвалований; 2 — граница возможного за­топления территории

Сокращение наибольших расходов реки достигается посредством регулирования стока и имеет большое значение, так как исключает необходимость мероприятий по непосредственной защите городской территории от затопления. Защита методом регулирования стока заключается в перераспределении расходов (наибольших расходов и наивысших уровней). Уменьшение максимальных расходов происходит в результате создания и использования водохранилища в верхнем поотношению к городу течении реки, которое задерживает часть стока.

Устройство водохранилищ, регулирующих уровень воды в реках, вызывает значительные по объему работы, особенно при большом речном стоке. Наиболее рационален этот метод при комплексном использовании водохранилища для энергетики, при обводнении рек судоходства и пр.

Увеличение пропускной способности русла реки для пропуска в пределах городской территории наибольших расходов водыпри более низких горизонтах достигается путем его расчистки и углубления, а также расширения русла и увеличения продольного уклона дна (рис.1.3). Данный метод позволяет понизить расчетную отметку поверхности территории или отметку верха дамбы за счет понижения расчетного уровня воды в реке, однако он сопровождается сравнительно большими объемами земляных работ. Область применения — малые реки.

Рис. 1.3. Увеличение пропускной способности русла реки:

1 – существующее русло; 2 – новое русло; ГВВ (1) – горизонт высоких вод при существующем русле; ГВВ (2) — горизонт высоких вод при новом русле.

Выбор того или иного варианта защитных мероприятий производится на основе сравнения технико-экономических показателей, включающих и эффект, получаемый от тех или иных градостроительных решений.

1.1.3. Проектирование защитных мероприятий

При необходимости защиты террито­рии от временного или постоянного за­топления наиболее часто используют сплошную подсыпку затопляемых терри­торий и их обвалование.

Сплошная подсыпка осуществляется на основе специального проекта, в кото­ром устанавливаются: граница и площадь затопления территории при расчетном уровне воды; граница и площадь подсы­паемой территории; высота насыпи по участкам; средняя высота подсыпки; объем земляных работ; резервы грунта; способы доставки грунта и уплотнения; расчет необходимого числа машин, меха­низмов, снарядов и пр.

Основа разработки проекта — повы­шение существующих отметок рельефа до незатопляемого уровня с расчетной минимальной отметкой, устанавливае­мой в зависимости от расчетного гори­зонта высоких вод и при необходимости учета волнового воздействия.

Обвалование территории. Для защиты территорий от затопления применяют две принципиально различные схемы обвалования: схему общего обвалования и схему обвалования по участкам.

Схема общего обвалования характеризуется устройством одной дамбы, полностью отгораживающей всю территорию от водохранилища. Эта схема применяется при отсутствии на защищаемой территории водотоков, а также при наличии небольших водотоков, когда есть целесообразность принудительно перекачать их сток через дамбу в водохранилище.

Схема обвалования по участкам применяется на территориях, пересекаемых большими оврагами или реками с большим расходом воды, перекачка которого нецелесообразна.

При проектировании защиты терри­тории от затопления методом обвалова­ния разрабатываются варианты трасс дамб. Оптимальный вариант выбирается на основании технико-экономического сравнения, а также учета распределения скоростей течения в реке и русловых процессов, находящихся в зависимости от степени сжатия русла при прохожде­нии высоких вод. На основании выбран­ного варианта проектируется расположе­ние дамб в плане. Трассы ограждающих дамб проектируются прямолинейно или по плавным кривым возможно большего радиуса. Расположение дамбы по отно­шению к берегу определяется устойчиво­стью русла, условиями подмыва и размыва береговых склонов и уклоном терри­тории. При положительных значениях перечисленных факторов дамбы обвало­вания могут располагаться относительно близко к берегу. Обычно дамбы имеют форму трапеции (рис. 1.4). Ее ширина по­верху зависит от использования, однако она должна быть не менее 4,5 м, для обес­печения проезда обслуживающего транс­порта при ремонте и в аварийных случа­ях. Дамба может использоваться для дви­жения транспорта, входя в общую транспортно-планировочную структуру горо­да, в частности, как скоростная дорога или общегородская магистраль. Нередко хорошо озелененная дамба служит мес­том отдыха городского населения. В этом случае ширина дамбы поверху устанав­ливается соответствующими расчетами. Решения по использованию дамбы для каких-либо целей должны приниматься на основе технико-экономического и гра­достроительного обоснования, поскольку увеличение ширины дамбы вызывает рост объемов земляных работ и удорожа­ние строительства.

Рис.1.4. Поперечный профиль дамбы обвалования:

1 –верховой (мокрый) откос с креплением; 2 –низовой (сухой) откос; 3 –придамбовый дренаж; а –запас в высоте; в –ширина дамбы по верху; h –высота дамбы

При обваловании территорий оградительные дамбы работают в условиях, близких к земляным дамбам малого и среднего напора, поэтому их проектирование и строительство производится с соблюдением норм и технических условий на эти сооружения.

Крутизна откосов со стороны воды (верховой откос) в зависимости от типа крепления, как правило, принимается 1:2—1:4, со стороны берега (низовой от­кос) 1:1,5—1:2, но могут применяться и пологие откосы крутизной 1:20—1:50. На откосах возможно устройство берм ши­риной 1,5—2 м при высоте дамбы более 10 м. Основой определения размеров по­перечного сечения дамбы являются усло­вия устойчивости откосов, гребня и дам­бы в целом при переработке берегов во­доема, воздействии течения воды, волн и льда, а также условия ограничения филь­трации воды через тело дамбы.

Крутизна откосов сооружений характеризуется коэффициентами заложения откосов:

(1.1)

где L – длина горизонтальной проекции откоса, м;

Н – глубина выемки или высота насыпи, м;

α – угол наклона поверхности откоса к горизонтальной поверхности.

Коэффициенты заложения откосов дамб

Верховой откос подвержен отрица­тельным факторам воздействия воды и льда и должен быть защищен от них по­средством соответствующего укрепле­ния. Низовой откос не подвергается та­ким воздействиям, поэтому может иметь укрепление простейшего типа, например, одерновку поверхности откоса. Типы крепления откосов дамб обвалования та­кие же, как и при сплошной подсыпке: одерновка, мощение камнем, облицовка бетонными плитами и др. В период подъема уровня воды в теле дамбы созда­ется фильтрационный поток. В связи с этим для уменьшения фильтрации в дам­бе предусматриваются водонепроницае­мые ядра: экраны и диафрагмы. Со стороны берега вдоль дамбы прокла­дывается горизонтальный дренаж.

Для выпуска воды из обвалованного пространства в водоем при спаде уровня в последнем устраиваются выпуски — водосбросные трубы и др. Эти водосбросные сооружения располагают в устьях водоотводных канав, коллекторов и других водотоков. Для перекачки ливневых вод из пределов обвалованных территорий устраивают обычные насосные станции. ( рис.1.5).

Рис. 1.5. План территории с мероприятиями инженерной защиты от затопления и подтопления:

1 — граница защищаемой территории, 2 — линия гидрогеологического разреза А — А, 3 — буровая скважина, 4 — дамба обвалования, 5 — нагорные каналы, 6 — береговой дренаж, 7 — насосная станция; относительные от метки: — верхней и нижней границ городской территории, — уровня воды в водохранилище, — основания дамбы, — водоупора

1.1.4. Расчетные уровни воды и отметки территории

Для защиты территории от за­топления необходимо знать горизонт воды, который вызывает затопление. Горизонт воды в реке не по­стоянен. Существуют низкий (межен­ный) и высокий горизонты, которые оп­ределяются за достаточно продолжитель­ный промежуток времени. Поскольку эти значения в разные годы различны, то определяется обеспе­ченность какого-либо горизонта паводка, выражаемая в процентах и показываю­щая вероятность его появления.

За расчетный горизонт высоких вод принимается отметка наивысшего уров­ня воды обеспеченностью: 1 % (повторя­емость 1 раз в 100 лет) — для террито­рий, застроенных или подлежащих заст­ройке жилыми и общественными здани­ями, и 10 % (1 раз в 10 лет) — для терри­торий парков и плоскостных спортивных сооружений. Иногда, при особо ценной застройке допускается принимать обес­печенность 0,5 % (затопление 1 раз в 200 лет). Расчетные горизонты высоких вод и обеспеченность — исходные данные для определения отметок, необходимых для защиты городской территории от затоп­ления.

При решении вопросов защиты тер­ритории от затопления важное значение имеет определение отметки гребня дамбы или верхней бровки откоса при сплошной подсыпке. Эти отметки необходимо принимать не менее чем на 0,5 м выше расчетного горизонта высоких вод необходимой обеспеченности в зависимости от функционального значения тер­ритории в необходимых случаях волнового воздействия.

На малых реках и небольших водоемах расчетная отметка гребня дамбы обвалования или верхней бровки откоса сплошной подсыпки ( м ) составит

, (1.2)

где — расчетный горизонт высоких вод, м

— запас, равный 0,5 м.

На крупных водоемах необходимо учитывать воздействие ветровых волн. В этом случае

, ( 1.3)

где — подъем горизонта воды под влиянием ветрового нагона;

— максимальная высота наката волны, м;

— запас, равный 0,5 м.

Подъем горизонта воды (ветровой нагон) определяетсяпо местным наблюдениям. При их отсутствии он принимается равным 0,5 м для малых по площади водоемов и 1 м – для больших. Высота наката волны колеблется в пределах 0,4-1 м. Расчетная схема учета воздействия ветровых волн приведена на рис. 1.6.

Рис. 1.6. Расчетная схема учета воздействия вет­ровых волн

Приведенная формула применима при скорости ветра до 15 м/с и длине разгона волны до 30 км.

1.1.5. Укладка грунта в тело дамбы

Дамбы из местных грунтовых материалов возводят в основном насыпкой механизированным способом с помощью машин для земляных работ.

Для тела дамб пригодны практически любые грунты, кроме растительных, илистых и плывунных. Грунт, укладываемый в тело дамбы, должен быть уплотнен до заданной проектной плотности.

При насыпке дамб используют в основном грунт из карьеров, а также пригодный грунт из расположенных вблизи профильных выемок и зоны затопления. Для выявления потребного грунта составляют баланс грунтовых масс.

Необходимый объем грунта V_к (м 3 ) уточняют по формуле:

(1.4)

где V_н – профильный (геометрический) объем грунта, необходимый для строительства дамбы обвалования, м 3

γ_н – заданная плотность грунта в теле дамбы, кг/м 3

γ_е – плотность грунта в естественном состоянии, кг/м 3

K_n – коэффициент, учитывающий потери грунта при транспортировке (1,02 – 1,025).

Площадь F_к (м 2 ), которую будет занимать карьер, приближенно будет равна (без точного учета площади под откосами):

(1.5)

где Н_к – средняя толщина слоя пригодного грунта в карьере, м.

При проектировании форму карьера в плане принимают прямоугольной с соотношением сторон 2 : 1.

С поверхности карьера удаляют растительный или другой грунт, непригодный для укладки в защитную дамбу.

Объем растительного (почвенного) V_п (м 3 ) слоя, снимаемого с поверхности карьера рассчитывается по формуле:

(1.6)

где h_п – толщина растительного (почвенного) слоя, м.

Объем непригодного грунта (вскрыши) V_в (м 3 ) для строительства дамбы определяется как:

(1.7)

где h_в – толщина слоя вскрыши, м.

При укладке грунта в тело дамбы выполняют 4 операции: отсыпка грунта на карты укладки транспортными средствами; разравнивание бульдозерами, доувлажнение до оптимальной влажности поливомоечными машинами и послойное уплотнение грунта катками. (рис.1.7).

Грунт доставляют на карты укладки автотранспортом и разгружают по всей площади карты в шахматном порядке. Отсыпанный грунт послойно разравнивается с уклоном в сторону верхнего бьефа. Для эффективного использования уплотняющих машин сухие грунты доувлажняют, а переувлажненные грунты подсушивают при послойной укладке. Для увлажнения грунта используют поливочные машины, передвижные насосные станции и автоцистерны. Последней операцией по укладке грунта в тело дамбы является уплотнение грунта. Существуют различные способы уплотнения грунта. Наибольшее распространение получило механическое уплотнение грунта машинами статического действия – катками. Уплотнение грунта на дамбе производят проходами обычно вдоль сооружения с движением катка по кольцевой схеме.

Каждую операцию выполняют на выделенной площадке насыпи, которую называют картой укладки. Расчетную площадь одной карты укладки ( ) определяют по формуле:

, м 2 , (1.8)

где: — объем грунта, поступающего на карту за сутки, м 3 /сут.;

— принятая толщина слоя укладки грунта с учетом свойств грунта и параметров уплотняющей машины, 0,4м.

Рис.1. 7. Схема операций при укладке грунта в тело дамбы:

а – навал грунта; б – послойное разравнивание; в – доувлажнение; г – уплотнение

Объем грунта, поступающего за сутки ( ) рассчитывют по формуле:

, м 3 /сут., (1.8)

где: Q_а смена – сменная производительность одного автосамосвала, м 3 /смену;

N – инвентарный парк автосамосвалов

В нормальных условиях число карт должно соответствовать числу операций, то есть четырем. По мере выполнения операции исполнители последовательно перемещаются с карты на карту. Площадь насыпи по высоте непрерывно меняется из-за изменения длины и ширины. Желательно иметь карты шириной неме­нее двух радиусов поворота механиз­мов. Поэтому на разных отметках и участках насыпи карты будут располо­жены по-разному.

На нешироких протяженных насы­пях и дамбах карты укладки размеща­ют одну за другой.

Для организации непрерывной отсыпки грунта дамбу по высоте разделяют на ярусы (уровни) укладки ( обычно 3 – 4 ) ( рис.1, П 3)

Площадь каждого сечения яруса рассчитывается по формуле:

, м 2 (1.9)

где: В – ширина дамбы в каждом сечении, м.;

L — длина каждого сечения, м.

Количество карт в каждом сечении рассчитывается по формуле:

, (1.10)

1.1.6. Планировка и крепление откосов земляных дамб.

Вблизи поверхности откосов из-за выпирания грунт остает­ся неуплотненным, образуя так назы­ваемую бахрому толщиной 0,2. 0,5 м. При укладке грунта ширину крайних карт увеличивают на толщину бахро­мы. Для рационального использования грунта бахрому срезают с перемещени­ем в тело насыпи различными способа­ми. При этом одновременно осуществ­ляется планировка откосов.

С крутых откосов (m 2) грунт сре­зают периодически по мере возведения насыпи на высоту 1. 1,5 м, используя прицепные грейдеры, тракторные отко-сопланировщики. Пологие откосы планируют бульдозе­рами с перемещением грунта снизу вверх при m 2,0 или вдоль откоса при m 0,12.

После возведения насыпи низовые откосы обычно крепят посевом трав (залужением). Для этого откос должен быть покрыт слоем растительного грунта, который отсыпают сверху от гребня дамбы и при m 2 разравни­вают бульдозером.

Таким же способом покрывают от­косы и другими сыпучими материала­ми, а иногда и бетонной смесью. Для укладки на откосы готовых железобе­тонных плит и распределения бетонной смеси на крутых откосах используют подъемные краны, для которых при не­обходимости устраивают промежуточ­ные временные бермы.

Длину откоса дамбы lот. (м) можно рассчитать по формуле

lот. = hн (1.11)

где — коэффициент заложения откоса насыпи;

hн — высота насыпи, м.

1.1.7. Рекультивация площади карьеров.

Она заключается вприведении их тер­ритории в состояние, пригодное для ис­пользования. Для этого выполняют следующие операции: планировку по­верхности дна карьера; разработку и доставку на дно карьера почвенного растительного слоя; разравнивание растительного слоя толщиной не менее 0,1 м. При необходимости проводят также уположение откосов карьера. Для выполнения всех этих операций используют те же механизмы, что и для подготовительных работ в карьере и основании дамбы (бульдозеры, скреперы, грейдеры).

Порядок выполнения работы

По исходным данным приложений 1 и 2 определить:

— высотную отметку гребня дамбы обвалования ( hг.д. );

— все необходимые параметры дамбы обвалования ( m, H, bгр.; Bосн. ). Вычертить поперечный профиль дамбы;

— объем растительного грунта, снимаемого с основания дамбы;

— геометрический (профильный) объем дамбы обвалования ( Vн ; м³);

— необходимый объём грунта для строительства дамбы (Vк ; м³);

— параметры карьера и объемы растительного слоя и вскрыши;

— потребное количество транспортных средств для отсыпки грунта;

-пояснить технологию укладки грунта в тело дамбы;

— разбить дамбу по высоте на 3 яруса укладки грунта. Определить площадь насыпи яруса ( Fj ; м²);

— рассчитать площадь одной карты укладки грунта ( fк ; м²);

— рассчитать для каждого яруса необходимое количество карт укладки (nк ), все расчеты свести в табл. 2 П 2;

— начертить схемы расположения карт укладки, определить размеры карты (рис.1, П 3 );

— рассчитать объем работ по планировке откосов дамбы.

1. Варианты исходных данных приведены в табл. П.1., подвариант грунтовых условий (табл. 1. П.2) задается преподавателем .

2. Срок строительства дамбы обвалования – 1 год.

3. Условно принято, что укладка грунта в тело защитной дамбы производится при положительных среднемесячных температурах воздуха.

4. Расчетное количество рабочих смен в месяце можно определить, исходя из 22-25 рабочих дней в месяце при двухсменной работе. При малой интенсивности потоков земляных работ можно принимать работу в одну смену, а при очень больших – в три. Продолжительность смены принять 8,0 часов.

Источник