Область применения земляных плотин

Земляной, точнее грунтовой, плотиной называют сооружение, возводимое из однородных или разнородных по механическому составу грунтов, способное выдерживать разность напоров верхнего и нижнего бьефов (без перелива воды через верхнюю часть плотины).

Гидротехнические узлы сооружений классифицируются по ряду признаков. Так, по назначению их можно разделить на водоподъемные и водохранилищные. Принято и земляные плотины, входящие в состав таких узлов, делить на водоподъемные и водохранилищные. Правда, такое деление носит чисто условный характер, так как всякая водоподъемная плотина неизбежно приводит к созданию водохранилища и, следовательно, может рассматриваться как водохранилищная.

Водоподъемная плотина в гидротехническом узле сооружений составляет часть напорного фронта и служит для поддержания заданного расчетного уровня, при котором обеспечивается то или иное использование водотока (в энергетических целях, для подачи воды в ирригационные системы, увеличения глубин в судоходных целях и пр.). Характерная особенность водоподъемных плотин - их работа при мало колеблющихся уровнях воды в верхнем бьефе и, как правило, при отсутствии в поперечном профиле и основании противофильтрационных устройств. Объясняется это тем, что в подавляющем большинстве случаев вода из верхнего, бьефа сбрасывается в нижний, через бетонную водосбросную плотину, входящую в напорный фронт, поэтому потеря воды на фильтрацию через земляную плотину не имеет значения.

Водохранилищные плотины служат для образования, водохранилищ, в которых происходит накопление воды в период ее избытка с последующим расходованием, когда ощущается ее недостаток. Иными словами, за счет создания водохранилищ производится регулирование речного стока, неравномерно распределенного по времени.

Поскольку запас воды из водохранилищ идет на потребление, потери воды, в том числе и потери на фильтрацию через тело плотины и основание, должны быть сведены  к минимуму. Это обстоятельство предопределяет тип земляной плотины, в которой устраиваются различного  рода противофильтрационные преграды и предусматриваются инженерные мероприятия по уменьшению     потерь воды через ложе водохранилищ.

В типовом решении водохранилищного узла применительно к условиям местного стока можно отметить следующий комплекс сооружений: земляную плотину, водосбросные сооружения, водозаборные сооружения, водоспускные сооружения, дороги и мосты, а в некоторых случаях сюда входит и ГЭС (рис. 1).  Земляная плотина является основным сооружением узла и служит для создания подпора и образования водохранилища. Последнее, преобразуя режим естественного стока, может быть сезонного или многолетнего регулирования. В отдельные многоводные годы, когда объем воды, поступающий в водохранилище при весеннем снеготаянии или ливнях, оказывается больше емкости чаши водохранилища, излишек воды сбрасывается в нижний бьеф через специально устроенные для этого сбросные сооружения. Путь, по которому сбрасывается вода из верхнего бьефа, называется водосбросным трактом. На водосбросном тракте могут быть размещены: подводящий канал, шлюз-регулятор, сбросной канал, сопрягающее сооружение и отводящий канал. В некотором удалении от шлюза-регулятора устраивают ледозадерживающие устройства. Лед остается в верхнем бьефе водохранилищ и постепенно тает.

Один из вариантов размещения сооружений на водосбросном тракте показан на рисунке 2.
Для подачи воды из водохранилища к месту потребления устраивают водозаборные сооружения.    В конструктивном отношении это -

Рис.   1.  Водохранилищный узел  сооружений:
1 - земляная плотина; 2 - подводящий канал; 3 - шлюз-регулятор;  4 - сбросной канал; 5 - сопрягающее сооружение; 6 - отводящий канал; 7 - водозаборное  сооружение:   8 - магистральный  канал;   9 - водопроводящее  сооружение; 10 - русло  водотока;  11 - ледоудерживающие устройства.


Рис. 2. Продольный разрез по водосбросному тракту:
1 - шлюз-регулятор;    2 - сбросный    канал;    3 - сопрягающее    сооружение-перепад, 4 - отводящий  канал


Рис. 3. Водозаборные сооружения в водохранилищном узле:
а - по типу напорной трубы; б - башенный водозабор; в - безбашенный водозабор.

трубы с устройством для регулирования пропуска воды. Для небольших водохранилищ водозабор такого типа состоит из металлической или железобетонной трубы, уложенной, в основании плотины, с затвором на конце (рис. 3, а). Для более высоких плотин берут трубы большого сечения (чтобы во время эксплуатации по ним мог пройти человек), а режим потока в них делают безнапорным. Во входной части такого типа водозабора устраивают башню (рис. 3,б), которая служит для размещения затворов и регулирования подачи воды потребителю. С повышением напора высоту башни увеличивают, а когда обеспечить устойчивость ее становится трудно, переходят к безбашенному типу водозабора (рис. 3, в). Затворы в этом типе размещают в специальной камере, примыкающей к верховому оголовку.

Если водозаборное сооружение и водосбросной тракт размещены на одном берегу, в месте их пересечения устраивают водопроводящее сооружение - акведук или дюкер. Такой вариант показан на рисунке 1 пунктиром.
Водоспускные сооружения служат для полного опорожнения водохранилища, а в некоторых случаях одновременно и для пропусков воды в нижний бьеф. Водоспуски представляют собой трубы, уложенные по основанию плотины в наиболее пониженных точках створа. Регулирование расходов, пропускаемых через трубы, производят затворами или задвижками, устанавливаемыми обычно со стороны нижнего бьефа.

Следует иметь в виду, что полное опорожнение водохранилищ предусматривается только при плотинах небольшой высоты, поэтому и водоспускные сооружения применяются не во всех водохранилищных узлах.

Наиболее полно проявляются особенности земляных плотин в случае, когда они входят в состав водохранилищного узла, поэтому в дальнейшем при расчете и конструировании их будет сделан упор на этой случай. Земляные плотины получили широкое распространение во всех областях гидротехнического строительства и особенно в сельскохозяйственном строительстве, поскольку обладают следующими преимуществами.

1.  Возведение их возможно в любых географических районах, независимо от климатических и грунтовых условий. В сейсмических условиях земляные плотины надежнее прочих, так как не теряют прочности и устойчивости.

2.Для возведения земляных плотин пригодны любые местные грунты, находящиеся непосредственно на месте строительства.

3.Затраты на материал сводятся только к перемещению, укладке и уплотнению его.

4.Стоимость строительных работ земляных плотин, как правило, ниже стоимости плотин из других материалов, при этом большинство работ механизировано и потребность в неквалифицированной рабочей силе сведена
к минимуму.

5. Земляные плотины могут быть любой высоты.

6. Материал тела плотины не теряет своих свойств, а прочность земляного сооружения со временем возрастает.

7.В процессе эксплуатации земляные плотины не требуют затрат на текущий, а тем более капитальный ремонт, исключая, конечно, затраты на поддержание в рабочем состоянии покрытия откосов гребня и пр., что не зависит от состояния самой плотины.

8.Земляные плотины можно неограниченно наращивать по высоте, причем без выключения из работы водохранилища при старом контуре плотины.

Недостатком земляных плотин можно считать невозможность сброса паводковых расходов непосредственно через плотину, но это устраняется путем устройства, водосбросного тракта.

Последнее обновление 06.07.12 20:56