Земляные плотины
Super Sait-1

При проектировании земляных плотин устанавливают размеры ширины гребня, высоту напора, крутизну откосов, превышение гребня над нормальным или максимальным уровнем воды в верхнем бьефе и др.

Ширина гребня плотины

Ширина гребня плотины зависит от ее высоты и вида проезда по нему. В том случае, когда гребень не служит проезжей дорогой, его ширина при высоте плотины до 6 м должна быть не менее 2,5 м, а при высоте плотины 6-10 м -3-4 м.
При наличии по гребню проезжей дороги его ширину рассчитывают по нормам дорожных организаций и создают согласно классу дороги (табл. 1).
Земляные плотины

В том случае, когда дорога предназначена для внутрихозяйственных передвижений, гребень обрабатывают по типу грунтовых дорог с приданием ему скатов по 3 - 5% в обе стороны, что обеспечивает скат воды вдоль оси гребня. При проезде по гребню межхозяйственного транспорта гребень замащивают камнем на песке с тщательной утрамбовкой или покрывают асфальтом.
По обеим сторонам гребня устанавливают ограждение в виде деревянных или бетонных столбиков толщиной 16-18 см. Их устанавливают на расстоянии 2-2,5 м один от другого. В некоторых случаях столбики соединяют друг с другом толстыми металлическими прутьями.
Высота напора

Глубина воды перед плотиной зависит от ряда условий. Прежде всего, от назначения и рельефа. В головном пруде при постоянном дебете воды в водоисточнике высота напора должна обеспечивать самотечную подачу воды в магистральный канал. Высота его зависит от уровня воды в зимовальных прудах, которые строят вблизи плотины головного водоема.
При пересыхающем водоисточнике после прохождения паводка напор рассчитывают таким образом, чтобы создать в головном пруду запас воды, необходимый для снабжения прудов рыбопитомника в течение всего года. При этом учитывают потери на фильтрацию воду сквозь ложе водоема и водоподающие каналы, испарение, ледяной покров.
Для нагульных прудов при постоянном дебете воды в водоисточнике напор зависит в основном от проектируемой средней их глубины согласно виду выращиваемой рыбы. В нагульных же прудах, построенных на временном водоисточнике, напор перед плотиной определяют с учетом их средней глубины, фильтрационных процессов и наличия других потребителей воды, например для орошения сельскохозяйственных угодий.
Превышение гребня плотины над нормальным (НПУ) или максимальным (МПУ) уровнем воды в верхнем бьефе

Превышение гребня над расчетным уровнем воды в водоеме определяют по выражению, приведенному З.П. Орловой:
d = hн + Δh + а,

где hн - высота наката ветровой волны на откос, м;
Δh - высота ветрового нагона волны, м;
а - запас высоты плотины над высотой наката волны (не менее 0,5 м).
Вследствие сложности определения hн и Δh для практических целей превышение назначают в 1,5-2 м. Превышение гребня над максимальным горизонтом воды в водохранилище можно определять по табличному материалу (табл. 2).
Земляные плотины

При определении превышения гребня над МПУ учитывают строительный запас на осадку плотины (5-6%).
Заложение откосов

В зависимости от характера грунтов, из которых насыпают тело плотины, и от ее высоты определяют заложение откосов. Заложение откоса плотины - это отношение высоты плотины к длине основания откоса.
Для плотин высотой до 10 м основание верхового откоса в зависимости от характера грунтов превышает высоту плотины не менее чем в 3 раза, а для плотин большей высоты - в 4-7 раз. Низовой откос назначают более крутым. Заложение его принимают не менее 1:2 (табл. 3).
Земляные плотины

Земляные работы при строительстве плотин и дамб занимают основную их стоимость при наличии простейших водосбросных сооружений. В связи с этим важным является определение объема земли, насыпаемой в тело плотины или дамбы.
Вычисления производят на основании построений продольного разреза плотины, поперечных сечений в каждой точке и плана плотины.
Построение профилей и плана земляной плотины руслового пруда

На основании топографического материала находят наиболее узкое место долины ручья, реки и т.д. Определяют отметки высот гребня проектируемой плотины по обеим сторонам поймы реки, ручья. Для этого сначала определяют точки высот зеркала воды по обеим сторонам реки, ручья. Зеркало воды пруда проходит по одинаковым по высоте горизонталям.
Напор воды должен отвечать назначению водоема. Превышение гребня над зеркалом воды пруда рассчитывают согласно принятым показателям. Полученные точки высот гребня по обеим сторонам поймы соединяют прямой линией (рис. 13). Эта линия и есть створ плотины пруда. Створ плотины проводят перпендикулярно горизонталям участка строительства плотины.
Земляные плотины

После определения створа плотины приступают к назначению отметок высоты плотины на всех горизонталях, пересекаемых створом. Для этого на топографическом материале находят известную по высоте горизонталь. Например, на рис. 13 выделяется горизонталь с надписью 142. На карте масштаба 1:25 000 сечение горизонталей идет через 2,5 м. Таким образом, следующая возрастающая горизонталь будет иметь высоту 144,5, последующие - 147; 149,5 и т.д. Понижающие к руслу реки и ручья горизонтали уменьшаются на 2,5 м: 139,5; 137; 134,5 и т.д. На горизонталях, пересекаемых линией створа плотины, находят отметки их высот. В нашем примере (см. рис. 13) горизонталь зеркала воды имеет высоту 147,0. Для определения высоты гребня плотины к высоте зеркала воды в водоеме прибавляют расчетное превышение, например 1 м. Значит, высота гребня плотины составит 148 м. Находят отметки гребня плотины по обеим сторонам поймы речки. Для этого сечение между горизонталями 147,0 и 149,5 делят на 5 частей, т.е на 0,5 м, 1 м составит 2 части. Отметка гребня плотины будет находиться на высоте 148,0 м. Расстояние между точками 148,0 м по ширине поймы речки и составит длину земляной плотины.
Отметку дна русла речки определяют следующим образом. Линейкой или циркулем отмеряют расстояние от горизонтали 139,5 до линии свора плотины (см. рис. 13), обозначают это расстояние буквой «А». Затем измеряют расстояние от линии створа до горизонтали 142,0. Обозначают это расстояние буквой «Б». С помощью циркуля определяют, сколько раз уложится расстояние «А» в расстоянии «Б». В нашем примере - 4 раза. Всего же отрезков «А» между горизонталями 139,5 и 142,0 будет 5. Сечение горизонталей идет через 2,5 м. Значит, одно расстояние «А» будет равно 0,5 м. Согласно этому, отметка русла речки составит 140,0 (139,5+0,5 или 142,0-2,0).
После назначения отметок створа плотины их обозначают арабскими цифрами. Отсчет делают слева направо, находясь лицом к водохранилищу.
На основании полученных отметок створа плотины строят ее продольный, поперечный профили и план, необходимые для расчета объема земляных работ при ее возведении. Профили строят на миллиметровой бумаге.
Начинают с построения продольного профиля плотины. Для наглядности горизонтальный масштаб принимают 1:5000, вертикальный 1:200.
Построение продольного профиля

На бумаге наносят сетку высот и расстояние (рис. 14).
Земляные плотины

Отсчеты по вертикальной линии начинают с отметки 139,5, а заканчивают отметкой 149,5. Значит, общая высота линейки составит 10 м. При масштабе 1:200 в 1 см будет 2 м, следовательно, в 10 м укладываются при таком масштабе 5 см. Деление вертикальной линейки производят через 2,5 м, или при указанном масштабе через 1,25 м.
Внизу вертикальной линейки проводят 5 горизонтальных линеек.
Земляные плотины

На линейках снизу вверх пишут: номер сечения, расстояние между сечением в метрах, отметку земли, отметку гребня плотины и высоту плотины в каждой точке сечения.
Для определения расстояний между точками сечений горизонталей створом плотины на карте линейкой или циркулем определяют, сколько миллиметров занимают эти расстояния, переводят в масштаб карты 1:25000, а затем в масштаб 1:5000. При масштабе 1:25000 в 1 мм 25 м. Например, между 1-й и 2-й точками укладывается 10 мм, значит, фактическое расстояние 250 м. При переводе в масштаб 1:5000 это расстояние составит 2,5 см. Затем подобные расчеты делают между следующими точками.
Отметку земли получают согласно высотам в точках сечения. Поскольку отметка гребня плотины находится на одной высоте в каждой точке сечения, несложно вычислить высоту плотины в каждой точке.
Построение поперечных профилей

Для построения поперечных профилей в каждой точке сечения необходимо знать ширину гребня плотины, высоту плотины в каждой точке и заложение откосов плотины. Например, ширина гребня условно равна 4 м. Заложение верхнего откоса условно составляет 1:3, а сухого - 1:2. Согласно рис. 13, поперечное сечение плотины, например, в точке 2, будет равно: ширина гребня 4 м, высота плотины 1 м, основание верхнего откоса 3 м, основание низового - 2 м, общая ширина оснований плотины 9 м. В масштабе 1:200 высота плотины равна 1,5 см, ширина гребня - 0,8 см. Общая ширина основания плотины в масштабе 1:200 равна 2,6 см. Затем на миллиметровой бумаге строят профиль в точке 2 (рис. 15).
Подобные расчеты производят по каждой точке сечения горизонталей линий створа плотины.
На основании продольного и поперечных профилей плотины строят ее план (рис. 16).
Земляные плотины

В каждом сечении определяют длину основания верхового и низового откосов на основании высоты плотины в данном сечении и заложений откосов.
Зная расстояние между точками сечения горизонталей, линии створа плотины и площадь поперечных сечений, определяют объем земляных работ.
Расчет объема земляных работ по возведению плотины

Расчет производят следующим образом. Сначала вычисляют площадь поперечных сечений в каждой точке. Поперечное сечение напоминает трапецию, а площадь ее определяют как произведение полусуммы оснований на высоту.
Верхним основанием является ширина гребня, а нижним - ширина подошвы плотины. Ее складывают из ширины оснований верхового и низового откосов и ширины гребня.
Поскольку тело плотины в каждой точке сечений разное, то находят среднюю площадь между двумя соседними точками и умножают на расстояние между этими точками. Это и будет объем земли между данными точками сечений. Затем все объемы суммируют и вычисляют общий объем земли необходимый для возведения проектируемой плотины.
Сопряжение тела плотины с основанием и берегами

При постройке плотин из супеси или суглинка на таких же подстилающих грунтах для надежности соединения тела плотины с подстилающими грунтами достаточно удалить кустарник, деревья, снять растительный слой и взрыхлить основание. Для большей надежности соединения тела плотины с грунтом по средней его линии делают зуб в виде трапеции, заполненной глиной или суглинком. Глубина трапеции до 1 м. При наличии в основании прослойки из водопроницаемых грунтов толщиной 2-3 м вместо зуба устраивают замок. Он в виде трапеции перекрывает всю толщину водопроницаемого грунта, заполнен глиной. Замок врезают в водонепроницаемый грунт на глубину до 0,5 м.
При залегании водонепроницаемых грунтов на большей глубине (3-6 м) для предотвращения фильтрации воды через основание плотины применяют комбинацию из зуба со шпунтовым рядом. Верхняя часть водопроницаемого грунта на глубину до 3 м перекрывается зубом, а нижняя -шпунтом.
В том случае, когда водопроницаемый грунт имеет толщину более 6 м, для уменьшения фильтрационных процессов устраивают понур. Понур - это продолжение верхового откоса по всей длине плотины шириной от 2 до 4 напоров. Понур делают из водонепроницаемого грунта. В понуре устраивают 2 зуба: один в начале глубиной 0,5, второй - в месте сопряжения с откосом глубиной 1,0-1,5 м.
После заполнения пруда водой она насыщает тело плотины, в результате чего возможна фильтрация воды сквозь тело плотины. Верхняя граница фильтрационного потока носит название кривой депрессии. Выше ее грунт тела плотины водой не насыщается. Высота кривой депрессии зависит от напора. Кривая депрессии может выходить на сухой откос или упираться в основание плотины (рис. 17).
Земляные плотины

При выходе кривой депрессии на низовой откос возможно вымывание грунта тела плотины с последующим ее разрушением. Поэтому при проектировании плотины проводят расчет фильтрационных процессов таким образом, чтобы кривая депрессии упиралась в ее основание. Расчеты сложные и описаны в специальной литературе.
В некоторых случаях в низовом откосе по всей длине плотины устраивают дренаж для предотвращения ее деформации и разрушения. Дренажное устройство отводит фильтрующуюся воду без выноса частиц грунта. Чаще применяют дренаж из песка, гравия, щебня и гальки: нижний слой из песка, верхний - из гальки (рис. 18).


Super Sait-1