Fanti8

2.1.1.2. Ustalenie wymiarów i kształtu zapory (rys. 2-5). Nachylenie skarp /upory wyznaczane jest w oparciu o obliczenia ich stateczności przy uwzględnieniu właściwości fizyczno-mechanicznych materiału zapory i podłoża oraz zjawisk filtracyjnych.

W pierwszym przybliżeniu nachylenie skarp z gruntów niespoistych bez wypływu wody ze skarpy wyznaczamy ze wzoru

1

m — tg a —

[2-1]

gdzie: m ctg « — współczynnik nachylenia skarpy,

• a — kąt nachylenia skarpy względem poziomu, n — współczynnik bezpieczeństwa (pewności) (patrz tabl. 1-6),

cp — kąt tarcia wewnętrznego gruntu.

W przypadku wypływu wody ze skarpy (z uwzględnieniem ciśnienia •.pływowego) przy założeniu wypływu równolegle do powierzchni skarpy

_[2.₂₎

gdzie: y„. — ciężar objętościowy wody,

—• ciężar objętościowy gruntu z uwzględnieniem wyporu.

Ponieważ wartość y_opw bliska jest na ogół wartości y_w, można z przybliżeniem wyznaczyć kąt a ze wzoru

tg ^a~ ~2n~    ^[2'^2al

Wzór [2-1] stosujemy dla skarp odpowietrznych, ponieważ wypływ wody ze skarpy na ogół nie występuje dzięki stosowaniu drenażu części odpowie l.rznej zapory.

b.

Rys. 2-5. Podstawowe wymiary zapory z miejscowych materiałów h — wysokość zapory, Ah — wzniesienie korony nad statycznym poziomem piętrzenia (bez falowania Ah — h_z, z falowaniem Ah = h_e + h_w + h'_z), PP ~~ statyczny poziom piętrzenia, PK — rzędna korony zapory, bk — szerokość korony, b_p — szerokość podstawy, m_lt m₂ — współczynniki nachylenia skarp odwodnej i odpowietrznej, a_lt a₂ — kąty nachylenia skarp odwodnej i odpowietrznej, h_u h₂ — głębokości wody górnej i dolnej, DW — poziom dolnej wody

Dla skarp odwodnych należy stosować wzory [2-2], a to z uwagi na występowanie ciśnienia spływowego przy obniżeniu rzędnej piętrzenia. Ponieważ bardzo szybkie obniżenie poziomu wody w zbiorniku występuje na ogół rzadko i nie powoduje katastrofalnych skutków, wskazane jest w tym przypadku przyjmowanie zmniejszonego współczynnika bezpieczeństwa (jak dla obciążeń wyjątkowych). Dla gruntów żwirowych i narzutu kamiennego uwzględnianie ciśnienia spływowego wg wzorów [2-2] jest zbyteczne, dlatego też skarpy odwodne zapór chronionne są z reguły warstwą ochronną z takich właśnie gruntów. .

Nachylenie skarpy z gruntów spoistych zależy nie tylko od właściwości gruntu, ale również od jej wysokości. Naturalna skarpa z gruntu spoistego utrzymuje się w formie zakrzywionej powierzchni — w górnej części stromej, a niżej coraz łagodniejszej, przy czym kształt tej powierzchni zależy od spójności, gruntu.

Nachylenie skarpy z gruntu spoistego wyznaczyć można orientacyjnie ze wzoru Behera

l:m = tg«=i(tg<p+^)    [2-3|

gdzie: tp — kąt tarcia wewnętrznego, przyjmowany przy uwzględnieniu

wilgotności gruntu, c — spójność gruntu (kohezja),

Y₀ — ciężar objętościowy gruntu (dla skarpy odwodnej należy przyjąć y₀ = y_Qpw, tj. grunt nasycony wodą z uwagi na możliwości obniżenia poziomu piętrzenia, lecz przy zmniejszonym — jak dla przypadku'wyjątkowego — współczynniku bezpieczeństwa), fi — wysokość zapory (skarpy).

c

Uwaga: zwrócić uwagę na jednostki miar, aby wyraz był bezwy-miarowy.

Przy zaporach wysokich może być celowe wykonanie skarpy w postaci powierzchni łamanej, o nachyleniu malejącym ku dołowi.

Jak wynika z przytoczonych wzorów, skarpa odpowietrzna jest na ogół bardziej stroma od skarpy odwodnej.

Podłoże o małej wytrzymałości na ścinanie (grunty spoiste w stanie plastycznym, namuły itp.) powoduje konieczność stosowania bardziej łagodnych skarp.

Dla zapór o wysokości nie przekraczającej 5 m można przyjmować nachylenie skarp wg tablicy 2-1, przy czym, o ile w podłożu nie ma torfów lub namułów, zbyteczne jest sprawdzenie stateczności skarp.

W pozostałych przypadkach należy przeprowadzić obliczenia stateczności zgodnie z p. 2.1.7.

Skarpy odpowietrzne zapór o wysokości większej niż 15 m wyposażone są w ławeczki (por. rys. 2-21), umieszczone w odstępach ok. 10 m w pionie.

51)