Дренажи земляных плотин

Дренажи плотин служат для понижения кривой депрессии, предотвращения выхода фильтрационного потока на низовой откос и отвода профильтровавшейся воды через тело плотины в нижний бьеф. Дренаж является хорошим средством для повышения устойчивости низового откоса, так как при более глубоком расположении его в теле плотины снижается фильтрационная сила и увеличивается устойчивость откоса.

Дренаж должен:

- обладать достаточной неизменной во времени пропускной способностью, обеспечивающей полный отвод поступающей к нему воды;

- не допускать выноса частиц грунта из тела и основания плотины;

- быть по возможности легко доступным для контроля и наблюдения за его работой;

- обеспечивать положение кривой депрессии от поверхности низового откоса ниже глубины промерзания;

- иметь рабочую часть выше расчетного уровня воды в нижнем бьефе.

Земляные плотины без дренажей допускаются до 5 м, если устойчивость низового откоса не вызывает сомнения. Плотины большей высоты могут быть выполнены без дренажей в следующих случаях;

1)   при проницаемом основании и низком стоянии уровня грунтовых вод, когда кривая депрессии проходит в теле плотины и обеспечена глубина промерзания от плоскости низового откоса до кривой депрессии;

2) в плотинах из разнородных грунтов, у которых низовой клин выполнен из материала с большим коэффициентом фильтрации по сравнению с грунтом тела плотины, так как в этом случае низовой клин выполняет роль дренажа;

3) имеются противофильтрационные преграды, за которыми кривая депрессии расположена близко к поверхности земли;

4)  когда грунтовый поток выходит на низовой откос, но отсутствуют фильтрационные деформации и в то же время обеспечена общая статическая устойчивость низового откоса, несмотря на повышенное значение фильтрационной силы.

При устройстве плотин без дренажа в соответствии с пунктом четвертым необходимо учитывать режим работы водохранилища, от которого собственно и зависит возможность устройства бездренажных плотин.

Дренаж в земляных плотинах состоит из двух основных частей:

а) приемной в виде того или иного устройства, обеспечивающего поступление грунтового потока, и предупреждающего фильтрационные деформации;

б) отводящей, которая транспортирует профильтровавшуюся воду в нижний бьеф.

По конструкции и расположению в теле плотины дренажи делятся на наружные, внутренние и комбинированные.

Местоположение внутреннего дренажа зависит от расстояния кривой депрессии до поверхности низового откоса с учетом глубины промерзания. Чем больше дренаж вдвинут в тело плотины, тем благоприятнее условия для фильтрационного потока в зимний период. Однако вместе с тем повышаются градиенты в зоне дренажа и увеличивается фильтрационный расход. Глубоко вдвинутые дренажи повышают устойчивость низового откоса за счет уменьшения фильтрационных сил, но эксплуатационные условия ухудшаются ввиду затруднительности ремонтных работ.

Гидротехническая практика выработала значительное количество конструкций дренажей. Применение той или иной конструкции обусловливается типом плотины, грунтами ее тела и основания и зависит от наличия материалов для дренажей. При прочих равных условиях тип дренажа должен отвечать условиям экономической целесообразности, простоте выполнения и механизации всех процессов при его устройстве. Опыт показывает, что стоимость дренажей составляет до 30% стоимости плотины, поэтому ясно, что выбору рационального типа дренажа придается большое значение.

Основные типы дренажей, которые зарекомендовали себя в плотиностроении, следующие: 1) дренажная призма, 2) плоский горизонтальный дренаж, 3) ленточный дренаж, 4) комбинированный, представляющий собой сочетание первых двух типов дренажей, 5) внутренний каменный, 6) трубчатый горизонтальный и вертикальный; 7) наслонный и прочие.

Каждый из перечисленных типов дренажей имеет свои достоинства и недостатки, оценить которые лучше всего при рассмотрении дренажа в конкретных условиях.

Дренажи должны нормально работать как в летний, так и в зимний период. В районах с продолжительными морозными периодами устья отводящей части дренажа следует утеплять, защищая от обмерзания. Закупорка выходного сечения дренажа ледяными пробками неизбежно повлечет к повышению кривой депрессии с вытекающими из этого последствиями.

У подошвы низового откоса для отвода выходящей из дренажа воды устраивают сборные канавки с уклоном в сторону пониженных мест, чаще в направлении к водотоку.