Поперечное сечение земляной плотины представляет собой обычно трапецию (рисунок 6) или близкую к ней фигуру с ломаным очертанием боковых сторон, называемых откосами. В зависимости от применяемых для тела плотины материалов и их размещения в сооружении, а также способов обеспечения водонепроницаемости, земляные плотины делятся на следующие основные типы:
Рисунок 6 - Основные типы земляных плотин
I - плотины из одного, более или менее однородного, вполне удовлетворительного материала, например, из песка, супеси, суглинка (рисунок 6а);
II - плотины из нескольких и разных грунтов: из суглинка и супеси, или из глины, супеси и песка и т. п., располагаемых в известном порядке; тип Па - с водонепроницаемым грунтом на верховой, напорной стороне (рисунок 66) и Пб - с водонепроницаемым грунтом в центральной части (рисунок 6в). Тип II применяется в тех случаях, когда в распоряжении строителей не имеется одного вполне удовлетворительного материала в достаточном количестве;
III - плотины с водонепроницаемым покрытием - экраном; тип Ша - с пластичным экраном, представляющим собой слой глины, суглинка или торфа (рисунок 6г); тип Шб - с жестким экраном - из бетона и железобетона, дерева, металла (рисунок 6д); применяются в тех случаях, когда основной материал плотины сильно водопроницаем;
IV - плотины с водонепроницаемой внутренней преградой; тип IVa – с ядром (рисунок 6е), выполняемым из пластичного материала (глина, жирный суглинок); тип IVб - с жесткой диафрагмой, выполняемой из бетона, железобетона, металла, дерева и т. п. (рисунок 6ж); этот тип применяется в тех же условиях наличия грунта, что и тип III;
V - плотины каменно-земляные - из земли и камня, в которых, однако, преобладает земля, и лишь меньшая, низовая часть выполнена из камня (рисунок 6з).
Эта классификация предполагает надежное водонепроницаемое основание. Но земляные плотины можно строить практически почти на любых основаниях, кроме разве сильно разжиженных илистых грунтов или глубоких торфяников, или пород, характеризующихся крайней неравномерностью механических свойств. Это обстоятельство является одним из крупнейших преимуществ земляных плотин.
Однако в случае водопроницаемого основания, простирающегося на ту или иную глубину до водоупора, необходимо надежное сопряжение водонепроницаемых частей плотины с водонепроницаемыми слоями основания или во всяком случае принятие мер по защите от вредных явлений фильтрации в основании. В соответствии с этим описанные выше типы плотин получают дополнительные отличия.
При наличии скального основания водонепроницаемая часть плотины (экран, диафрагма и пр.) должна быть соединена со скалой зубом или бетонной шпонкой (рисунок 7а, б). При наличии сильной трещиноватости в скале под зубом или диафрагмой устраивается цементационная или битумная завеса.
В плотинах, строящихся на водопроницаемых грунтах (песчано-гравийная смесь, галечник, крупнозернистые пески, трещиноватые полускальные породы), предусматривают дополнительные противофильтрационные устройства в основании.
При наличии нескального основания, если водонепроницаемый грунт (глина, скала и т. п.) расположен на приемлемой глубине, плотину сопрягают с водоупором зубом (глиняным, бетонным) или шпунтовой стенкой, идущими соответственно от экрана, ядра или диафрагмы плотины (рисунок 7в, г, д, е). При глубоком залегании водонепроницаемого пласта или его отсутствии устраивается понур, являющийся продолжением экрана или другой водонепроницаемой части плотины (рисунок 7ж) и удлиняющий пути фильтрации в основании. Вместо понура при устройстве в теле плотины ядра или диафрагмы под последними опускается «висячий» зуб или шпунтовая стенка (рисунок 7з).
Плотины с зубом глубиной до 3-3,5 м (рисунок 7д) применяют в тех случаях, когда водопроницаемый слой грунта в основании имеет небольшую мощность. Этот слой грунта прорезают зубом, заглубляя его в водоупор не менее чем на 0,5 м. Ширину зуба понизу задают с учетом удобства производства работ по подготовке траншеи с устойчивыми откосами.
Плотины с диафрагмой (рисунок 7е) применяют при небольшой и средней мощности водопроницаемого основания. В последнем случае диафрагмы можно выполнять висячими, т. е. не доходящими до водоупора. Диафрагмы могут быть жесткими и гибкими. Глубину заложения и размеры диафрагм устанавливают фильтрационными и статическими расчетами.
Рисунок 7 - Типы сопряжений плотин с основанием
Плотины с экраном и понуром (рисунок 7ж). Горизонтальный понур является продолжением наклонного экрана, и выполняют его из таких же грунтов, что и экран. Длину понура определяют фильтрационными расчетами по допустимым расходам и скоростям фильтрационного потока при выходе его в нижний бьеф, однако её принимают равной не более пяти-шести напоров на плотину.