Противофильтрационные устройства проектируют из грунтовых и негрунтовых материалов. При проектировании противофильтрационных устройств необходимо обеспечить их сопряжение друг с другом, с основанием по подошве и в береговых примыканиях, то есть создать сплошную противофильтрационную завесу.
Противофильтрационные устройства в теле плотины
В грунтовых плотинах, тело которых выполнено из сильноводопроницаемых грунтов, применяют противофильтрационные устройства (ПФУ). Их назначение – уменьшить фильтрационные потери воды через тело плотины, а также повысить устойчивость низового откоса.
Основные противофильтрационные устройства в теле плотины – ядра, экраны, диафрагмы. Схемы этих устройств, характерных для грунтовых плотин представлены на рисунке 2.
Грунтовые плотины с пластичным экраном. Под экраном понимается противофильтрационное устройство, располагаемое по верховому откосу плотины (рисунок 2е). Экран уменьшает фильтрацию воды через тело плотины. Его обычно устраивают из суглинка, смеси глины (не больше 40%) и песка, глинобетона (глина – 24%, песок – 36%, гравий – 40% по объему), реже из торфа.
Заложение внутреннего откоса экрана принимают из условия устойчивости откоса плотины, на котором он уложен. Толщину экрана, которая измеряется нормально к его откосу, поверху задают из условия производства работ, но не менее 0,8 м, а внизу не менее 0,1 напора. Гребень экрана должен быть выше отметки ФПУ с учетом ветрового нагона и наката волн.
Для защиты от промерзания с верховой стороны экран покрывается защитным слоем (пригрузкой) из гравийно-песчаного грунта, песка, супеси, гравия или щебня. Толщина защитного слоя не менее 1-1,5 м у основания плотины и не менее глубины промерзания выше максимального уровня воды в водохранилище.
Пластичные экраны более удобны для осмотра и ремонта, чем ядро, поэтому при возведении земляных плотин их устраивают чаще.
Плотины с экранами из негрунтовых материалов (рисунок 2ж). Жесткие экраны применяют при отсутствии соответствующих грунтов для пластичного экрана. Их делают из бетона или железобетона. Такие экраны имеют сложную конструкцию и более высокую стоимость по сравнению с пластичными. Кроме того при осадке тела плотины в жестких экранах могут появляться трещины. Поэтому они применяются редко.
Находят распространение экраны из полимерных пленок. Они достаточно прочны, химически инертны и хорошо свариваются горячим способом. Для недопущения разрыва пленки при колебаниях температуры и осадке тела плотины предусматривают компенсаторы. Для экранов применяют полиэтилен, поливинилхлорид, бутилкаучук, полиамид и т.п. толщиной 0,2 мм и более. Пленки укладывают на откосы плотины с заложением не менее 3. Подобные экраны защищаются специальными подстилающими и защитными слоями, которые защищают экран от среза и прокалывания.
Плотины с грунтовым ядром. Ядро уменьшает фильтрацию воды через тело плотины и устраивается из тех же материалов, что и пластичный экран. Возвышение гребня ядра над ФПУ принимают с учетом только ветрового нагона. Условия для назначения размеров ядра по верху и по низу те же, что и для пластичного экрана. Плотины с ядром более устойчивы к деформациям оснований, чем плотины с экраном.
Плотины с диафрагмой. Возводятся при отсутствии соответствующих грунтов для ядра. Диафрагмы выполняются из бетона, железобетона (толщина – не менее 0,3 м), металла и битумных материалов. Диафрагмы плотин не доступны для осмотра. В них, как и в жестких экранах, из-за разности гидростатического давления на гранях могут появляться трещины, поэтому подобные устройства применяются редко.