Морей, озёр , водохранилищ , каналов и др.) от разрушающего воздействия волн, течений, напора воды и льда и других природных факторов. Берегоукрепительные сооружения возводятся для предупреждения разрушений берегов и затоплений населённых пунктов, промышленных объектов, дорог, мостов, линий связи, ценных лесных и сельскохозяйственных угодий, культурных и исторических памятников и т.п.
Требования, предъявляемые к берегоукрепительным сооружениям: эффективность работы и надёжность (долговечность) конструкций, простота устройства, возможность максимального использования местных строительных материалов и проведения ремонтно-восстановительных работ, экономичность.
Берегоукрепление производят в пределах акваторий портов и на открытых побережьях. В первом случае оно призвано защитить от размыва незастроенные участки береговой линии и обеспечить благоустройство территории порта. Во втором случае берегоукрепительные сооружения строятся для защиты от размыва участка сопряжения прибрежной полосы с курортными комплексами, населёнными пунктами, промышленными объектами, железными и автомобильными дорогами.
Укрепление берега особенно актуально при сооружении водоотводных каналов, водосбросов дамб , при строительстве опор, конусов мостов, насыпей для железнодорожных путей, автомагистралей.
По основному материалу берегоукрепительные сооружения подразделяются на деревянные, каменные, стальные, бетонные и железобетонные.
По характеру взаимодействия с водным потоком берегоукрепительные сооружения подразделяются на активные, использующие энергию потока на работу по намыву и сохранению береговых наносов, и пассивные, противопоставляющие водному потоку только прочность и устойчивость своей конструкции.
К активным берегоукрепительным сооружениям на морях и озёрах относятся наносозадерживающие полузапруды (буны), молы и волноломы, на реках – поперечные полузапруды, регулирующие дамбы, струенаправляющие щиты.
Пассивные берегоукрепительные сооружения на морях – волноотбойные стены, наброска из крупных блоков и фигурных массивов, на реках – каменная наброска, тюфяки, габионы, бетонные и железобетонные плиты и др.
Выбор комплекса берегоукрепительных сооружений и их типов зависит от рельефа берега, его гидрогеологического режима и геологического строения.
Мол – гидротехническое оградительное сооружение для защиты акватории порта от волнения, примыкающее одним концом к берегу. Одновременно мол может служить для размещения причалов и перегрузочных устройств.
В портах, расположенных на открытом берегу, сооружают два сходящихся или параллельных мола с воротами между ними (парные молы). Если порт расположен в бухте, берега которой частично защищают акваторию от ветра и волн, обычно ограничиваются одним молом. Конструкция и тип мола в основном определяются гидрологическим режимом и геологическими условиями района расположения порта.
Различают молы:
- откосного типа – сооружаемые наброской из камня или бетонных массивов;
- вертикального типа – в виде стенок, возводимых из каменной кладки, бетонных или железобетонных массивов;
- комбинированного типа (сочетание первых двух типов).
Головная (выдвинутая в море) часть мола делается на 1–1,5 м выше остальной, и на ней устанавливают сигнальный огонь или маяк.
Волнолом , или волнорез – гидротехническое сооружение на воде (в море, на озере, водохранилище или реке), предназначенное для защиты береговой линии или акватории порта от волн, течений, льда и наносов. От мола отличается тем, что не примыкает к берегу.
Различают волноломы гравитационного типа, свайные, плавучие, гидравлические, пневматические, оградительные (окруженные водным пространством) и берегозащитные (расположенные непосредственно у берега).
Щит струенаправляющий предназначен для направления потоков и увеличения пути движения сточных вод в сооружениях очистки.
Полузапруда (буна, поперечная дамба) – гидротехническое сооружение, предназначенное для регулирования режима водного потока и защиты морского или речного берега от размыва. Для устройства полузапруды применяют грунт, камень, бетон, фашины, габионы. Устанавливают полузапруды вертикально или под некоторым углом к берегу. Донные полузапруды служат для предохранения от размыва оснований береговых сооружений (дамб, подпорных стенок и др.).
В зависимости от целей и местных гидротехнических условий в берегоукреплении используются различные конструкции и материалы. Берегоукрепительные сооружения могут быть выполнены в виде стенок набережных или в виде укрепительных одежд, уложенных на соответствующим образом спланированный откос берега.
Откосное берегоукрепление может быть выполнено быстрее и со значительно меньшими затратами, чем сооружение стенок набережных. Однако берегоукрепительные сооружения этого типа не всегда могут быть применены. Необходимо иметь в виду, что если берег реки, подлежащий укреплению, достаточно высок и сложен слабыми горными породами, то для обеспечения устойчивости откоса потребуется выделить полосу территории значительной ширины (при высоте берега 15 м над уровнем воды и среднем уклоне откоса 1:3 потерянная полоса территории составит 45 м). Отказ от использования такой значительной полосы береговой территории при ограниченных размерах строительной площадки не всегда возможен.
Откосное укрепление берега также не может быть применено в случае необходимости использования береговой полосы для причала судов и организации погрузочно-разгрузочных работ.
При благоустройстве береговой полосы в пределах населённого пункта могут применяться как откосные берегоукрепительные сооружения, так и набережные стенки в зависимости от архитектурно-планировочного решения береговой полосы.
При проведении берегоукрепительных работ в зоне зелёных насаждений находят применение комбинированные двухъярусные берегоукрепительные сооружения, состоящие из низкой, затопляемой паводковыми водами подпорной стенки и откоса, закреплённого дерновым покровом и кустарниковой растительностью. Набережные такого типа, помимо их основного использования как берегоукрепительных сооружений, могут также служить для организации отдыха населения.
В комплекс городских набережных, помимо берегоукрепительных сооружений, входят специальные устройства в виде сходов – причалов, лестниц и др. Стенки городских набережных покрывают на уровне тротуаров карнизным камнем и ограждают решетками или парапетами.
Ю.В. Богатырева, А.А. Беляков
Для защиты береговой полосы водоемов и водотоков, а также причалов и других ГТС в портах и на береговых лесных складах от воздействия течения, волн, льда и других природных факторов возводятся берегоукрепительные сооружения.
Многообразие искусственных мер, применяемых для защиты берегов, может быть сведено к двум принципиально различным методам - активному и пассивному. Берегоукрепительные сооружения, способные удерживать и накапливать наносы за счет изменения гидравлической структуры потока, относятся к активным, или наносоудерживающим. Это берегоукрепительные шпоры, буны, подводные волноломы с траверсами и некоторые другие .
Сооружения в виде защитных покрытий, основной функцией которых является непосредственное ограждение берегов от разрушающего действия волн и течения, называют пассивными или волнозащитными.
Берегоукрепительные сооружения бывают трех типов: тяжелые, легкие и в виде вертикальной стенки. К тяжелому типу относятся сооружения из бетонных и железобетонных плит, асфальтовых покрытий, каменной наброски и др. Берегоукрепительные сооружения легкого типа строят в виде гравийной, щебеночной или песчаной отсыпки, фашинного и хворостяного покрытий, посадок различных растений.
Одним из наиболее распространенных способов крепления береговых откосов является каменная наброска. Обычно для этих целей применяется рваный камень средних размеров (от 15 до 70 см), так как применение мелкого камня не обеспечивает устойчивости откоса, а камни крупных размеров образуют большие щели, нарушающие целостность откоса. Крепление из каменной наброски (рис. 4.1) состоит из обратного фильтра или дренирующего слоя из песка, щебня и гравия, на котором располагается слой камня. Каменная наброска обычно опирается на упорную призму, назначение которой состоит в предотвращении оползания камней и вымывания грунта. Обычно крепление каменной наброской применяется при следующих условиях: высота подводного откоса от 2 до 8 м; расчетная высота судовой волны - до 1 м, ветровой волны от 0,7 до 2 м; грунты, слагающие откос, песчаные и глинистые; толщина льда - до 1 м.
Иногда для защиты откосов применяют ящики и клетки из различных
материалов, а также мешки из проволочной сетки, называемые габионами,
которые заполняют камнем. Габионы имеют размеры: длина - 1,5-2 м,
ширина - 1/3 длины и высота 1/8-1/10 длины. Укладываются на откос
габионы длинной стороной параллельно урезу. Достоинство габионной кладки
состоит в том, что, обладая гибкостью, такой вид берегоукрепления не
разрушается при неравномерных осадках грунта, хорошо удерживает грунт от
вымывания и свободно пропускает воду. На морях и водохранилищах для
защиты берега применяется наброска из фасонных блоков: диподов
и тетраподов. Такие блоки обладают хорошей волногасящей способностью
и устойчивостью, их рекомендуется применять
при высоте волн свыше 2 м.
Для крепления откосов часто применяют железобетонные и асфальтовые плиты.
Рис. 4.1 - Варианты берегоукрепления из каменной наброски:
а - в виде каменной призмы; б - в виде слоя камня:
1 - крепление дна щебнем или гравием; 2 - наброска камня; 3 - упор;
4 - покрытие надводного откоса; 5 - подсыпка откоса песчаным грунтом;
6 и 7 - подсыпка в основании наброска; 8 - каменная наброска;
9 - граница основного крепления; 10 - облегченное крепление
На рис. 4.2 представлена схема крепления откосов сборными железобетонными разрезными плитами. Для такого вида крепления применяются плиты различных размеров и форм: прямоугольные, шестиугольные, ребристые, сплошные и с отверстиями. Плиты 1 укладываются на трехслойный обратный фильтр, нижний слой которого толщиной 10 см состоит из крупнозернистого песка 4, средний (также 10-сантиметровый слой) - из мелкого щебня или гравия 3, а верхний слой толщиной 15 см - из крупного щебня 2.
Между собой плиты скрепляют шарнирными хомутами или сваркой выпусков арматуры. В качестве опоры для плитного берегоукрепления служит каменная призма или железобетонная упорная плита. Такой вид крепления применяют при высоте волн до 1,5 м и толщиной льда до 0,6 м.
Сравнительно простой вид крепления берегов представляют собой асфальтобетонные покрытия, отличающиеся отсутствием обратного фильтра, невысокой стоимостью и простотой ремонта. Такие покрытия бывают монолитными и сборными. Монолитные асфальтобетонные покрытия наносят на заранее спланированный и уплотненный откос. Сборные асфальтовые покрытия в виде армированных плит укладываются на надводном откосе, после чего производят сварку арматурных выпусков и заполнение швов между плитами горячим битумом. На подводные откосы асфальтовые плиты укладывают внахлестку.
Берегоукрепление из хвороста обладает гибкостью и благодаря этому хорошо сохраняется при деформации основания. Наиболее простая конструкция - хворостяная выстилка, состоящая из нескольких слоев хвороста (рис. 4.3). Поверх каждого слоя укладываются прутяные канаты, закрепленные при помощи забитых в грунт ивовых кольев. Для предотвращения всплытия хворостяной выстилки ее перегружают камнями.
Рис. 4.2 - Схема крепления откосов сборными железобетонными разрезными плитами:
1 - сборная железобетонная плита; 2 - крупный щебень; 3 - мелкий щебень или гравий;
4 - крупнозернистый песок; 5 - каменная призма; 6 - шарнирный хомут
Для укрепления берегов часто используют хворостяные тюфяки и камышитовые ковры. Хворостяной тюфяк представляет собой эластичную конструкцию, состоящую из рассыпанного хвороста, уложенного двумя перекрещивающимися слоями и стянутого двумя сетками из хворостяных канатов или из проволоки.
Камышитовый ковер состоит из камышитовых полотен, на которые укладывают камышитовые фашины (фашинами называют пучок камыша или хвороста, перевязанный в двух или трех местах проволокой или вицами). Полотна вместе с фашинами размещают на каркасе из сварной арматурной сетки.
В некоторых случаях дорогостоящие типы берегоукрепления могут быть заменены посадкой растительности на откосе. Прорастающая корневая система кустарников, а также их ветви и листья защищают береговые откосы от воздействия волн и течений. Благодаря растительности на береговом откосе увеличивается шероховатость русла, что приводит к уменьшению скорости течения на примыкающих к берегу участках и смягчает удары льдин.
Берегоукрепление посевом трав и одерновкой применяют на надводных откосах, затапливаемых только в паводок. Такой вид укрепления защищает береговые откосы от размыва дождевыми водами и ветровой эрозии .
Рис. 4.3. Укрепление откосов хворостяной выстилкой:
1 - тюфяк с загрузкой камнем в плетневых клетках; 2 - выстилка;
Ниже меженных уровней - 2,5-4,0;
От меженных до максимальных весеннего половодья - 7-20;
От максимальных половодья до уровня наката волны - 4-10;
До сопряжения с берегом 1,5-2,5.
Берегозащитные сооружения в виде тонкой стенки представляют собой сваи или шпунт, забитые в ряд плотно друг к другу. Для предотвращения опрокидывания стенки ее часто укрепляют анкерными связями, устанавливаемыми через 3-4 м друг от друга.
Рис. 4.4. Вариант конструкции берегоукрепления в виде вертикальной стенки:
1 - железобетонный шпунт; 2 - шапочный брус; 3 - каменное покрытие; 4 и 7 - подсыпка
из песка;5 и 6 - поверхности откосов из песчаного и глинистого грунта; 8 - проектное дно;
9 - средний строительный уровень; 10 - уровень забивки стенки
Для защиты берегов в настоящее время применяют вертикальные стенки из незаанкерованного или заанкерованного железобетонного шпунта. Конструкция берегоукрепления в виде вертикальной стенки из незаанкерованного шпунта таврового сечения (рис. 4.4), разработанная институтом «Гипроречтранс», рекомендована для грунтов, допускающих забивку шпунта при высоте подводного крепления до 3,5 м и высоте волны от 0,7 до 2,0 м.
Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
Для создания безопасных природных условий для последующего строительства, защиты территорий и ландшафтного благоустройства нередко требуется укрепление берегов естественных и искусственных водоемов.
Возможные причины разрушения берега
Причин разрушения может быть несколько, однако все они преимущественно формируются водным и ветровым воздействием: волны, вихревые потоки, вихревые течения на речных изгибах, отливы и приливы, половодья и наводнения.
Сползание грунтовой основы с откоса берега обычно происходит в случаях:
- слабая устойчивость грунтовой основы на сдвиг/смещение;
- чрезмерно большая высота склона вблизи участка разрушения;
- физические, динамические и статические нагрузки на вершину склона;
- наличие на разрушаемом участке достаточно крутого склона (с большим углом наклона);
- землетрясение или физическая вибрация;
- регулярное подмывание берега и воздействие волн;
- изменения уровня и состояния грунтовых вод.
Последствия обрушения береговой линии крайне негативны не только с точки зрения эстетичной составляющей, но и вызывают ряд других проблем: обмеление, разрушение объектов транспортной инфраструктуры (в случае прохождения транспортных магистралей по территории склона или откоса), частичное или полное разрушение домов и других строений из-за смещений грунтовой основы поблизости и т.д.
В зависимости от конкретных условий работы и поставленных задач укрепление берега может проводиться по разным технологиям и с применением различных материалов. Рассмотрим основные методы укрепления берега, используемые в настоящее время в России.
Деревянные сваи
Для укрепления стоячих водоемов часто используются деревянные сваи – это эффективная технология берегового укрепления, способная прослужить в течение многих лет и в условиях быстрого течения, однако нецелесообразная в этом качестве из-за появления многих других более эффективных методов.
Деревянные опоры укреплений не только защищают береговую линию, но и формируют эстетичный вид ландшафта местности. Наиболее популярным является укрепление берега лиственницей. Стоимость работ начинается от 5000 рублей за погонный метр, включая стоимость материалов.
Шпунтовое ограждение
Шпунтовая стенка обеспечивает укрепление берега посредством установки пластиковых или металлических свай в виде оградительной подпорной конструкции, обеспечивающей полное отсутствие вымывания грунта и защиту подводной части берега.
Шпунтовой метод берегоукрепления считается наиболее эффективным (шпунт Ларсена, металлические, ПВХ и композитный шпунт), но не всегда уместным – без установки свай не обойтись в работе на крутых обрывистых берегах в пределах городской или промышленной зоны. Однако в естественной природной среде они будут выглядеть чужеродно.
Береговое ограждение из ПВХ-шпунта
Классический метод защиты берегов – заливка проблемного берега бетоном формирует надежную систему берегоукрепления, однако выглядят такие сооружения неблагородно в любом окружении. Поэтому технология бетонирования обычно использует в редких случаях (строительство плотин, гидроэлектростанций и т.д.) и/или бетонное покрытие покрывается слоем декоративной отделки.
Укладка природного камня
Более дорогой, но и более эстетичный метод защиты береговой линии природным камнем позволяет добиться высокой эффективности укреплений, не менее надежных, чем бетонные. Укладка булыжников или обработанных каменных глыб по дну, руслу и берегам водоема формирует прочную и долговечную конструкцию, монументальную и эстетичную внешне.
Комбинированный способ укрепления берега
Применение комбинированной технологии берегового укрепления необходимо для защиты водоемов с перепадами высот и разными основаниями берегового грунта. Также данный метод популярен для создания прочных и при этом эстетичных защитных сооружений.
Габионное укрепление
Эффективное укрепление берега без изменения его внешнего вида – габионные ящики из металлической сетки наполняются камнями и устанавливаются порогами на береговом склоне, формируя естественную защиту грунта от обрушения.
С годами защитная конструкция становится все более прочной, намытый грунт можно засеять растительным слоем, чтобы придать берегам еще более натуральный внешний вид. Эффективно в спокойных водоемах без течения и волн.
Стоимость работ по монтажу и укреплению берега габионными конструкциями составляет от 5000 рублей за кубический метр, включая стоимость материалов.
Армирование геоматом
Противоэрозионный мат – прочный материал плетеной структуры, позволяющий эффективно закрепить даже уже подвергнувшуюся эрозионному воздействию почву. За счет прочного армирования насыпного материала геомат надежно закрепляет береговой склон, делая его невосприимчивым к негативным природным факторам. С годами корневая система газонных трав укрепляемого берега переплетается со структурой мата, создавая тем самым дополнительные армирующие связи. Материал крайне эффективен на небольших уклонах, на крутых же поверхностях рекомендуется применение решеток объемного типа.
Стоимость работ по армированию и укреплению склонов геоматом начинается от 300 рублей за квадратный метр, включая стоимость материалов.
Укрепление георешеткой
Укрепление береговой линии георешеткой один из самых новых методов берегового укрепления. Полимерные объемные георешетки используются для формирования надежного каркаса в основании берегового уклона, а ячейки модулей материала наполняются песком, грунтом, галькой и другими материалами для формирования гибкой системы надежной береговой фиксации.
Классический вид береговой линии скрывает из виду основу конструкции, поэтому мы видим обычный природный берег, который может оставаться чистым или засеянным растительностью.
Именно геосинтетика в последнее время все чаще используется в промышленной и частной берегозащите – цены на георешетки доступны как коммерческим организациям так и физическим лицам.
Стоимость работ по армированию и укреплению склонов георешёткой начинается от 700 рублей за квадратный метр, включая стоимость материалов.
Установка геотекстильных туб
Геотекстильные тубы — это специальные контейнеры, которые при необходимости могут быть любого типоразмера (длины, ширины, окружности), сшитые из высокопрочного полипропиленового геотекстиля. Особое плетение геотекстиля образует поры, которые пропускают воду только в одном направлении — наружу геотекстильной тубы, тем самым обеспечивается удержание внутри контейнера твердых частиц предварительно заполненного грунта или песка. Использование геотекстильных туб позволяет остановить процессы эрозии береговой линии и оградить территорию от разрушительного воздействия паводков даже в труднодоступных местах, где другие технологии защиты и укрепления берега могут быть не эффективны.
Выполнение берегозащитных строительных работ в Северо-Западном регионе страны является распространенной практикой из-за недостаточно высокого качества местных почв, легко поддающихся разрушению под воздействием природных факторов. И не удивительно, что следом за цивилизованной Европой Россия так же переходит на использование более эффективных и менее затратных технологий защиты берегов водоемов от эрозионного разрушения.
Назначение и виды береговых укреплений. Береговые укрепления возводят при коренном улучшении затруднительных участков в реках с различными типами руслового процесса. Они защищают берега рек от размыва течением, судовыми волнами, грунтовыми водами, а также от разрушения ледоходом. Береговые укрепления позволяют закрепить судовой ход у ведущего берега, ликвидировать источники поступления наносов в реку, предупредить повреждения гидротехнических сооружений у берегов, сохранить строения, земли и леса в прибрежной полосе реки.
Основная задача берегоукрепительных работ состоит в предотвращении размыва вогнутых берегов. Для этого проводится анализ русловых переформирований участка, чтобы установить протяжение подверженного размыву откоса берега, а также анализ гидрологических данных (высота уровня, скорость течения, количество наносов и др.), которые позволяют выбрать вид береговых укреплений и их конструкцию.
Различают береговые укрепления активного и пассивного действия. Первые заметно влияют на структуру потока в районе берега, а вторые – только защищают береговой откос от размыва.
Основными укреплениями, влияющими на структуру потока у берега, являются берегозащитные шпоры (короткие высокие полузапруды). Система таких шпор обычно располагается у вогнутого берега, способствуя уменьшению скоростей течения вдоль защищаемого берегового откоса, что приводит к уменьшению и даже к прекращению размыва берега, а в ряде случаев и к образованию нового берегового откоса после заполнения наносами промежутков между шпорами. Иногда шпоры возводят при строительстве полузапруд для обеспечения устойчивости противоположного легкоразмываемого прямолинейного или слабоизогнутого берега, чтобы обеспечить необходимый размыв дна в пределах судового хода.
Берегоукрепительные высокие шпоры особенно эффективны на малых и средних реках, где после непродолжительного высокого паводка с большими скоростями течения наблюдается длительная межень с малыми скоростями течения. На таких реках только в половодье наблюдается размыв берегов, который удается предотвратить такими шпорами.
Другим видом берегоукрепительных сооружений, влияющих на структуру потока, являются укрепления берега, создающие дополнительную шероховатость русла вблизи размываемого берега или непосредственно на его откосе. К таким укреплениям относятся: сквозные свайные ряды; свайные козловые кусты; гибкие металлические тюфяки из проволоки; искусственные водоросли и др. Основное назначение этих укреплений – уменьшение скоростей течения в районе берегового откоса созданием дополнительного сопротивления потоку.
Особенно хорошие результаты получаются при использовании таких укреплений на реках, где поток переносит большое количество наносов. В этом случае защита берега от размыва способствует отложению более крупных наносов в зоне расположения таких укреплений. В результате образуется устойчивый береговой откос, обеспечивающий благоприятные условия для судоходства.
Пассивными укреплениями, защищающими берега от размыва, являются береговые покрытия. Они закрепляют благоприятное для судоходства положение размываемого берега или защищают выправительные и другие сооружения от обхода потоком в местах их примыкания к берегу.
Береговые покрытия могут быть сплошными, закрепляющими береговой откос на всей длине его размыва, или ленточными, которые покрывают только отдельные по длине части берегового откоса (ленты) , расположенные через определенные расстояния.
Сплошные береговые покрытия оказываются наиболее эффективными при улучшении судоходных условий на реках со сравнительно невысоким, но продолжительным паводком и значительными скоростями течения. На таких реках размыв берегов происходит в течение длительного периода времени, поэтому предотвратить его разрушение удается только сплошным покрытием берега.
Сплошное укрепление берегового откоса при высоких и непродолжительных паводках требует больших затрат и может быть оправдано преимущественно в тех случаях, когда оно необходимо для нескольких отраслей народного хозяйства.
Расчет берегозащитных шпор. При расчете берегозащитных шпор сначала определяют их длину, высоту и расстояние между ними , а затем проверяют устойчивость крепления голов грунтовых шпор при обтекании их потоком и при воздействии на них ледовых нагрузок.
Длина каждой шпоры определяется очертанием создаваемого берегового откоса, т.е. расстоянием между существующей линией (урезом) берега и границей выправительной трассы, и составляет обычно 20-50 м (рис. 10.39). Расшифровка буквенных обозначений дана выше, применительно к формулам (10.44-10.50).
Рис. 10.39. Берегозащитные шпоры:
а – план расположения сооружений; б – продольный разрез по оси сооружения
Берегозащитные шпоры существенно выше, чем полузапруды меженного действия. Отметки гребней их голов обычно принимают без особого расчета на 2.5-3.5 м над проектным уровнем. При этом гребню шпоры конструктивно придается продольный уклон от 1:10 до 1:25 с подъемом к берегу, к которому они примыкают. Часто отметка гребня их корня совпадает с меженной бровкой берега.
Речной откос головы шпоры обычно имеет заложение от 2.5 до 3.0 , а заложения верхнего (напорного) откоса и нижнего (сливного) откоса зависят от технологии возведения и крупности грунта, из которого отсыпается тело сооружения. При намыве землесосом шпор из песка в поток со скоростью течения от 0.5 до 1.5 м/с заложение верхнего откоса составляет примерно 3-5 , а нижнего 5-15 .
При отсыпке тела сооружения с помощью одночерпаковых или многочерпаковых снарядов или пионерным способом с помощью бульдозеров, заложения откосов получаются существенно меньше. Приближенно можно принимать заложение верхнего откоса равным т в =т 0 + 0.5 , а нижнего – m н = m 0 +1.0 , где т 0 – заложение откоса из того же материала в спокойной (без течения) воде.
Расстояние между шпорами, расположенными на прямолинейном или слабокриволинейном участке русла (см. рис. 10.39, а), назначают равным критическому расстоянию, вычисляемому по выражению
, (10.44)
где: – коэффициент, показывающий, во сколько раз расстояние S кр от головы сооружения до точки пересечения кривой растекания потока с границей выправительной трассы больше длины шпоры l ш .
Коэффициент зависит от сопротивления русла движению потока, определяемого гидравлическим коэффициентом сопротивления
, (10.45)
где: С – коэффициент Шези;
В – бытовая ширина русла;
h с – средняя глубина в поперечном сечении.
Численное значение коэффициента определяется по номограмме (рис. 10.40), на которой h ш – средняя высота шпоры. Штриховая линия показывает последовательность при пользовании номограммой.
Рис. 10.40. График зависимости коэффициента
=
f
(B
,
,h
ш
/h)
При проектировании шпор на криволинейном участке вогнутого берега критическое расстояние находится по следующему выражению
.
(10.46)
Параметры и определяются по следующим формулам:
, (10.47)
, (10.48)
где: r 0 – осредненный радиус кривизны вогнутого берега (выправительной трассы) .
Проверка устойчивости крепления шпоры из каменной наброски сводится к определению диаметра камней, которые будут находиться в состоянии равновесия под действием течения в районе головы шпоры. Такой расчет можно сделать по формуле В.В. Баланина
, (10.49)
где: г – скорость течения около головы шпоры ;
– угол наклона речного откоса головы шпоры ;
к и – плотность, соответственно, камня и воды .
При этом скорость у головы шпоры определяют по формуле В.В. Дегтярева
, (10.50)
где: б – скорость течения в районе головы шпоры в бытовом состоянии при уровне, совпадающем с отметкой гребня головы шпоры ;
ш – площадь поперечного сечения, занимаемая телом шпоры ;
– полная площадь поперечного сечения в створе сооружения при отметке уровня воды вровень с гребнем головы шпоры .
При возведении шпор из грунта и других мелкообломочных материалов сооружения получаются достаточно массивными. Поэтому во время кратковременного ледохода возможны только местные повреждения верхового откоса в виде отдельных выпоров грунта выше места удара плывущей льдины. Чтобы обеспечить длительную работу, головная (верхняя по течению) шпора, воспринимающая основную нагрузку от ледового воздействия, делается более массивного профиля с укреплением верхового и низового откосов, а также гребня и головы сооружения.
Расчет береговых покрытий. При расчете берегового покрытия в первую очередь находят его длину и ширину и определяют крупность камня или толщину железобетонных плит, либо асфальтового тюфяка. Кроме этого, проверяется устойчивость укреплений на воздействие волн и ледовых нагрузок.
Для выбора укрепления размываемого берегового откоса, прежде всего, проверяют его на устойчивость от воздействия скоростей течения. Для определения скоростей течения в струе у берега строят натурные или теоретические планы течения на улучшаемом участке реки при расчетных уровнях воды: средневысокий уровень паводка и среднемеженный уровень воды. Если средневысокий уровень паводка выше отметок поймы, то за расчетный принимается уровень воды вровень с отметками пойменных или меженных бровок берега, так как в это время наблюдаются наибольшие скорости течения в меженном русле.
Полученные в результате построения планов течения значения скоростей течения в струе, примыкающей к береговому откосу, позволяют обоснованно выбрать такой тип укрепления берега, при котором будет обеспечена надежная защита берегового откоса от размыва потоком. При этом допускаемая скорость течения для выбранного укрепления должна быть больше максимальной расчетной скорости потока с некоторым запасом.
Таблицы значений допускаемых скоростей для различных типов укрепления берегов приведены в соответствующих технических условиях, ведомственных нормах и правилах проектирования береговых укреплений, например, в Руководстве по улучшению судоходных условий на свободных реках .
Длина укрепления берегового откоса устанавливается на основе анализа совмещенных планов участка реки и планов течения при характерных уровнях воды за несколько лет. При этом начало и конец укрепления выбираются с запасом в 15-20 м по сравнению с началом и концом зоны размыва берега.
Для определения ширины берегового укрепления откос разбивается на четыре зоны: I – зону подводного откоса (ниже низких меженных уровней); II – зону переменных уровней (во время весеннего и летне-осеннего паводков); III – зону наката волн и нагонных явлений; IV – зону надводного откоса (см. рис. 10.41).
Ширина крепления в каждой зоне равна
, (10.51)
где: Н i – высота зоны ;
m i – заложение (пологость откоса берега в зоне) .
Высоту первой зоны Н 1 которая является запасом в креплении надводного откоса над высотой наката волн на берег с учетом высоты ветрового нагона воды у берега, принимают согласно строительным нормам и правилам, как для сооружений III - IV класса , соответственно, не менее 0.5-0.3 м при вероятности превышения наибольшего уровня воды соответственно 3-10%.
Высота второй зоны Н 2 равняется сумме высот наката h н волны на откос и ветрового нагона воды h
. (10.52)
Рис. 10.41. Схема к расчету берегового укрепления (покрытия):
1 – первоначальное положения подводной части покрытия; 2 – береговое покрытие;
3 – укрепление горизонтального участка низкого (затопляемого) берега
При этом высоту наката волны вычисляют по формуле
, (10.53)
где: К ш – коэффициент шероховатости и проницаемости откоса или крепления ;
h ш и в – соответственно высота ветровой или судовой волны и длина волны ;
т – заложение откоса берега .
Высота ветрового нагона воды у берега
, (10.54)
где: K – коэффициент пропорциональности ;
в – расчетная скорость ветра на высоте 10 м от поверхности воды ;
D – длина разгона волны ;
h c – средняя глубина водоема вдоль линии разгона ;
– угол между нормалью к линии берега и направлением ветра .
Расчет на высоту наката ветровой волны и нагон воды выполняют только при укреплении берегов на устьевых участках больших рек, а на судовую волну – только на небольших реках и в узких судоходных рукавах разветвлений русла, а также на участках, где судовой ход проложен вблизи берега.
Высоту третьей зоны Н 3 определяют по данным многолетних наблюдений за уровнями воды по опорному гидрологическому посту как разность среднего из наибольших уровней весеннего паводка и низкого меженного уровня. Если средний из наибольших уровней паводка выше пойменного берега, то высоту третьей зоны находят как разность отметок поймы и низкого меженного уровня.
Кроме того, при такой низкой пойме величины H 2 и b 2 равны нулю, а ширина крепления b 1 заходит за бровку пойменного берега и принимается равной примерно 3-5 м .
Высота четвертой зоны H 4 равна сумме бытовой глубины h б у подошвы откоса при низком меженном уровне воды и глубины возможного местного размыва h p неукрепленного дна в том же месте после выполнения берегоукрепительных работ:
. (10.55)
Глубину местного размыва неукрепленного дна непосредственно около конца подводного крепления можно приближенно определить по формуле И.А. Ярославцева
, (10.56)
где: c – средняя скорость течения в струе у берега ;
m = ctg – заложение подводной части откоса берега ;
– угол между направлением течения при расчетном паводке и направлением берегового откоса (принимают не менее 30°) ;
d – диаметр частиц грунта на дне, который по кривой гранулометрического состава принимают соответствующим 85% обеспеченности (при d < 1 мм последний член в этой формуле можно не учитывать) .
Таким образом, полная ширина крепления берегового откоса
. (10.57)
При отсутствии необходимых данных для выполнения расчетов глубины местного размыва дна у низа крепления, ширина крепления у интенсивно размываемых крутых берегов доводится до линии наибольших глубин. Если подводный откос в нижней части заметно уполаживается, то крепление дна доводится до подошвы откоса с запасом 10-15 м .
Заложения откосов для надводного откоса при всех конструкциях укрепления, кроме биологических и каменной наброски, не должны быть круче 1:2 во избежание оползания укрепления откосов.
При наличии волнового воздействия на береговое укрепление масса камня, который будет находиться на откосе в состоянии предельного равновесия, определяется по формуле
, (10.58)
где: к и – соответственно плотность камня и воды ;
h в и в – соответственно высота и длина волны ;
т – заложение откоса каменной наброски .
Зная массу камня, который будет устойчив на откосе при воздействии волны, расчетная крупность (диаметр)
. (10.59)
Толщина крепления из наброски сортированного камня должна быть не менее t к 2.5 d к , а при использовании несортированного камня t к 3 d к .
Расчет крепления берега из железобетонных плит сводится к нахождению их толщины по формуле
, (10.60)
где: в – значение волнового противодавления ;
пл и – соответственно, плотность плиты и воды ;
– угол наклона защищаемого откоса берега к горизонту .
При использовании в качестве берегового укрепления гибких железобетонных покрытий их толщину определяют по формуле И.Я. Ярославцева
(10.61)
где: и K – коэффициенты, учитывающие соответственно сплошность покрытия и усилия от пульсационной нагрузки при волновом воздействии ;
c – средняя скорость течения в районе берега .
Значения коэффициентов и K приведены в табл. 10.1.
Современные технологии постоянно совершенствуются. Предлагая все новые и более доступные способы благоустройства окружающей среды. Когда речь заходит об укреплении береговой линии, специалисты предлагают большое количество различных вариантов. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки. Но самым оптимальным считается укрепление берегов габионными конструкциями. Материал прекрасно справляется с влиянием внешних факторов и предотвращает размывание и эрозию грунта. Что же такое габионы? Конструктивно это большие и весьма габаритные блоки, наполнение которых производится любыми сыпучими материалами. Преимущественно это галька, массивные камни или щебень.
Структура решает все
1. Устойчивость и прочность сетчатой структуры габионов предопределяет их эффективность против воздействия грунтовых вод и смещению почвенных слоев.
2. При этом, долговечность таких конструкций весьма внушительна. Берегозащитные укрепления прослужат не менее восьми десятков лет. Причина такой надежности - в заполняющей их растительности. С годами габионы становятся только прочнее.
3. Именно с помощью габионов можно создать идеальную непрерывную береговую линию, эстетичную и прочную, отлично удерживающую «большую» воду в обозначенных пределах.
4. Кроме того, габионы, за счет сетчатой структуры, совершенно не мешают формированию растительного ландшафта берега и не влияют на его разнообразие.
5. Если возникает необходимость в усилении защитных свойств укреплений, габионы можно легко сочетать с другими более традиционными способами и технологиями. Отлично совмещаются с габионами лиственничные террасы и георешетка.
Плюсы и минусы укрепления берега габионными конструкциями
Основными плюсами использования габионов для берегозащиты можно назвать:
- Беспорядочно переплетенные металлические или полимерные волокна образуют различные по высоте «емкости», которые больше похожи на матрас или ящик. Сами по себе они не настолько тяжелые, как может показаться. Поэтому уложить их в нужном порядке на берегу можно и без применения спецтехники.
- А вот заполнение инертными материалами - процесс куда более сложный и кропотливый. Зато в результате вы получаете практически монолитный слой, не восприимчивый ни к перепадам температур, ни к влажности, ни к любым подвижкам грунта.
Так мы работаем
Обращение
к нам —
первичная консультация
составление предварительного коммерческого предложения
Выезд специалиста для следующих работ
— Осмотр и замеры;
— Консультация архитектора / дизайнера
— Фото и видео фиксация;
— Составление Технического задания;
