Примеры конструкций регуляционных сооружений

 

Примеры конструкций регуляционных сооружений из «мертвых» материалов

 

Дамбы — это обычно невысокие протяженные гидротехнические сооружения с профилем земляных плотин, омываемые с обеих сторон (безнапорные дамбы) или с одной стороны (напорные). Их располагают как в русле реки (для отторжения определенной части русла), так и на пойме.

По назначению дамбы бывают выправительные и обваловывающие.

Выправительные дамбы входят в состав сооружений на трассе выправления потока. Они непосредственно взаимодействуют с потоком, потому рабочие откосы их обычно крепят такими же конструкциями, что и размываемые берега.

Наименьшими бывают размывы у берегов и дамб при закреплении выправительной трассы по ширине устойчивого русла. При увеличении ширины выправительной трассы создаются условия поперечного свала потока и подхода к защитным креплениям под различными углами. В этом случае в местах прижима к облицовке сбойного течения глубина размыва может сильно возрасти.

При выправлении многорукавных неустойчивых русл (II, III и V типы) следует иметь в виду, что на участке выправительной трассы и выше нее произойдет общий размыв, поэтому глубины возможного местного размыва следует считать не от бытовых уровней, а с учетом их последующего понижения. В этих условиях часто бывает полезным строить в русле поперечные пороги-перепады. Они фиксируют уровни в реке; кроме того, горизонтальный верх их способствует выравниванию удельных расходов по ширине русла.

По гребню дамб устраивают проезд для выполнения ремонтных и аварийных работ, потому ширину его назначают не менее 4 м.

На берегу вблизи дамб и на дамбах создают запасы аварийных материалов. Одновременно с основной рабочей выправительной дамбой строят вспомогательные дамбы (от рабочей к берегу), которые называются траверсами. Они разделяют задамбовое пространство на участки с очертанием, близким к квадратам.

На время эксплуатации в задамбовом пространстве либо должна остаться проточная вода, удовлетворяющая санитарным требованиям, либо оно должно быть закольматировано наносами, замыто земснарядами или засыпано, чтобы было пригодным для сельскохозяйственного или рекреационного использования.

Создание выправительных дамб на всей длине русла — весьма дорогое мероприятие. Следует изыскивать возможности выправления русла только по одному берегу (с использованием противоположного как элемента трассы), строить дамбы прерывистыми. В условиях блуждающих русл со слабыми берегами хорошей конструкцией считаются опояски (рис. 10.21). Ширина потока в самой узкой части равна ширине устойчивого русла. В этом случае формируется русло с симметричном профилем и с наибольшими глубинами на оси.

Дамбы обвалования устраивают для защиты сельскохозяйственных земель, населенных пунктов и других объектов от затопления поверхностным потоком во время половодья. Различают две разновидности их: дамбы при обваловании пойменных земель и дамбы в низовьях рек, где поверхность окружающей территории находится вровень с рекой или даже ниже.

 

Шпоры — поперечные или косонаправленные по отношению к течению потока сооружения, не перекрывающие его. Они подразделяются на защитные, выправительные и водозахватные.

Защитные шпоры, обычно короткие, предназначены для защиты от размыва берега, откосов земляных сооружений (дамб и низконапорных плотин).

Выправительные шпоры служат для удержания потока на трассе выправления. Длина их может быть различной, крепят же только головную часть, непосредственно взаимодействующую с потоком.

Водозахватные шпоры строят на реках с большой скоростью течения для привлечения к водозабору дополнительного расхода воды (обычно на горных и предгорных участках рек).

Часть шпоры, непосредственно воздействующая на поток, называется головой ее, а упирающаяся в берег (в специальную врезку) — корнем. Это наиболее уязвимые части шпоры.

Шпоры могут быть глухие и сквозные (проницаемые, например, из сквозных железобетонных тетраэдров или свай-оболочек), затопляемые и при уровне высоких вод (УВВ) и, постоянно переливные. На рисунке 10.23 изображена шпора наиболее простой конструкции, возведенная для защиты берега от размыва. Набегающий на откос поток направляется вдоль рабочего откоса.

В зоне сбойного течения дно размывается. У хорошо построенной шпоры яма местного размыва удалена от головы шпоры на безопасное расстояние. Часто яма размыва формируется непосредственно у головы шпоры, и грунт, из которого она построена, сползает в яму размыва.

Опыт показал, что одну шпору делать нельзя: имея два уязвимых места — голову и корень, она может быть разрушена потоком; надо устраивать не менее трех шпор подряд (лишь в особо благоприятных условиях — две). Первую шпору делают малой длины, чтобы опасность ее разрушения была минимальной; вторую строят под защитой ее корня первой шпорой и, наконец, третью и все последующие рабочие шпоры возводят так, чтобы головы их были на запроектированной трассе выправления.

Шпоры бывают разных типов (рис. 10.25).

Часто строят сквозные шпоры, например из железобетонных тетраэдров, сеток и т.д. Следует учитывать, что обилие в реках мусора (растительные остатки) изменит расчетную сквозность, отчего конструкции могут потерять устойчивость или оползут в яму размыва непредвиденной глубины.

На рисунке изображена шпора наиболее простой конструкции, возведенная для защиты берега от размыва. Набегающий на откос поток направляется вдоль рабочего откоса.

Рисунок 5 – Схема регулирования речных потоков для защиты берегов

Прорези. Часто объемы и интенсивность деформаций настолько велики, что защитить от разрушения берег и объекты, расположенные на нем, перечисленными методами и средствами затруднительно. Во многих случаях целесообразнее решить задачу с помощью строительства спрямляющей прорези. Для примера на рисунке 10.26 изображена ситуация, когда головной участок каналаи сооружение на левом берегу находятся под угрозой разрушения потоком. При устройстве прорези (на рис. 10.26 показана штрихом) в нее полностью или частично устремляется поток, и берег у защищаемого объекта больше размываться не будет.

Наносоуправляющие пороги. Перераспределения наносов по ширине русла можно достичь струенаправляющими системами М. В. Потапова. Но такой же эффект дает более простая конструкция — криволинейный донный порог. Он воздействует на поток именно в том месте, где много наносов и где происходит деформация русла, то есть на дне. Поэтому ни мусор, ни лед, ни шуга не нарушают его работы; он не мешает ни судам, ни миграции рыб.

Принцип работы донных порогов пояснен на рисунке 10.27, а и б. Ограниченный по длине донный порог уязвим: около его концов формируются ямы размыва, угрожающие его устойчивости. Поэтому целесообразен порог, на всю ширину русла (рис. 10.27, в). На рисунке 10.27, г приведен пример регулирования многорукавного неустойчивого русла. Ось порога подобрана таким образом, что он формирует в стрежневой части наибольшие глубины; наносы относятся к берегам. На основании опытов рекомендуется назначать высоту порога 0,25...0,35 глубины на вертикали. С помощью наносоуправляющих порогов можно решить ряд задач: стабилизировать поток у водозаборных сооружений, осуществлять борьбу с наносами, шугой и т. п. Особо благоприятные условия для этого создаются,когда один из берегов сложен трудноразмываемыми породами (рис.10.27,д )

Габионные конструкции. Габионные сооружения конструктивно представляют собой заполненные каменным материалом ящики различной формы, изготовленные из стальной оцинкованной сетки двойного кручения с шестигранными ячейками. Корзина заполняется любым каменным материалом (щебень, галька, карьерный камень, небольшие валуны). После заполнения корзин каменным материалом получается строительный элемент – габион.

Габионные структуры относятся к классу гибких сооружений: они воспринимают возможные осадки грунта, реагируя на это незначительными прогибами. При этом разрушения самих габионных структур не происходит, и сооружение продолжает выполнять своё основное функциональное назначение [4].

Аккумулируя на себе частички грунта, габионные сооружения приобретают ещё большую прочность и становятся частью природного ландшафта. Многолетний опыт применения габионов показывает, что сооружения из них относятся к классу постоянных, они благоприятствуют со временем восстановлению состояния естественного равновесия в зоне их возведения. Время полной консолидации конструкции в зависимости от климата и типа сооружения составляет от 1 до 5 лет. После завершения процесса консолидации габионные конструкции приобретают максимальную устойчивость и после этого срок их службы практически не ограничен.

Эти конструкции заполняются камнем на строительной площадке, чтобы сформировать гибкие, проницаемые структуры в виде облицовок, фартуков для защиты от подмыва оснований сооружений и в проектах контроля эрозии грунтов, а так же защиты берегов рек и водоемов от размыва.

Для защиты от размывов откосов насыпей и их оснований, береговых устоев и мостовых опор, речных и морских берегов, вблизи которых размещается земляное полотно, предпочтительно использовать габионные конструкции: цилиндрические и коробчатые габионы, матрацы Рено, систему Террамеш, оцинкованные сетки двойного кручения с ПВХ покрытием и без. Они могут применяться как отдельно, так и в сочетании друг с другом.