Движение наносов

Наносы на пляже и на подводном прибрежном склоне находятся в постоянном движении вследствие воздействия на них течения и волнения. Перемещение наносов зависит от крупности их частиц и от скорости струи воды.

При волнении частицы воды у дна движутся с переменной скоростью, соответственно этому движутся и наносы. Скорости движения воды при прохождении гребня волны значительно больше, чем при прохождении ее впадины, поэтому частицы наносов определенной крупности будут продвигаться только к берегу, что и ведет к намыву пляжа. Очень мелкие частицы, не требующие большой скорости, перемещаются в сторону моря.

Наносы в зависимости от способа передвижения могут быть: взвешенные, состоящие из мельчайших илистых и глинистых частиц, поднимаемые со дна волнением и переносимые во взвешенном состоянии главным образом течением; полувзвешенные, состоящие из более крупных частиц, многократно поднимаемых волнением со дна и совершающих в период своих кратковременных подъемов скачкообразные перемещения под влиянием прибоя и прибрежного течения.

Донные катучие, состоящие из частиц, перемещение которых вследствие их крупности (галька и гравий) совершается перекатыванием или скольжением по дну при увеличении волнения и скорости придонного течения.

Донные оплывания являются результатом стекания илистых жидких отложений к пониженным местам дна, например в искусственно созданных прорезях подходных каналов.

При господствующем направлении волнения и течения имеет господствующее направление и движение наносов.

На большинстве прямолинейных участках побережья наблюдается транзит наносов, когда уносимый объем наносов компенсируется приносимым, благодаря чему сохраняется устойчивость береговой черты.

Волнение может отличаться от господствующего, и движение наносов соответственно изменяет направление – некоторое количество наносов как бы блуждает в пределах данного участка. Это явление носит название миграции наносов.

На выпуклом берегу при фронтальном подходе волн движение наносов идет в разные стороны от оси – будет наблюдаться размыв берега. На вогнутом берегу при фронтальном подходе волн движение наносов справа и слева идет к оси бухты, создавая условия для аккумуляции наносов.

Различают береговые наносы, которые могут передвигаться вдоль берега на большие расстояния; и морские наносы, перемещающиеся с моря на берег.

В результате штормового волнения песчаные и галечно-песчаные пляжи иногда оказываются размытыми. Размыв пляжей происходит в зимний штормовой период, а намыв - в период летних затишей. Обычно пляжи размываются катастрофически быстро, а намываются медленнее, едва заметно для наблюдения.

Режим движения наносов существенно влияет на расположение портов оградительных сооружений. Так выдвижение мола на прямолинейном участке побережья может привести к нарушению транзита наносов, вследствие чего происходит интенсивное наращивание берега со стороны господствующего направления движения наносов и, наоборот, разрушение берега с другой стороны.

Рис.2.8. Заносимость порта Мадрас:

1 – новые ворота; 2 – защитная шпора; 3 – старые ворота; 4 – новый урез; 5 – первоначальный урез

 

Пример неудачного расположения оградительного мола применена в порту Мадрас (Индия) (рис.2.8). Следовательно, необходимо стремиться к такому расположению оградительных сооружений, при котором естественный режим движения наносов был бы нарушен в наименьшей степени.

Если же этого избежать нельзя, что одновременно с оградительными сооружениями проектируют комплекс сооружений, обеспечивающих защиту порта от заносимости, а побережье от размыва.

2.7. Влияние морской воды на строительные материалы

Под воздействием гидрофизических, гидрохимических и гидробиологических факторов гидротехнические сооружения разрушаются.

К гидрофизическим факторам, определяющим долговечность бетонных сооружений в морской воде, относится попеременное обмерзание и оттаивание поверхностей бетонных и железобетонных сооружений. Замерзание в порах бетона приводит в начальный период к появлению большого числа мелких (волосяных) трещин. При последующих процессах замерзания и размораживания эти трещины развиваются в более крупные, и проникающая через трещины вглубь бетона химически агрессивная вода способствует коррозии арматуры и разрушению бетона. С целью увеличения срока службы сооружения в этих условиях следует применять морозостойкие, водонепроницаемые, высокопрочные плотные бетоны, а также предусматривать специальную защиту сооружения в пределах переменного уровня (торкрет, пропитку бетона горячим битумом под повышенным давлением и т.д.)

Долговечность железобетонных сооружений может быть увеличена благодаря применению напряженно армированного бетона и использованию толстостенных конструкций. Однако достаточно эффективных мер защиты до сих пор не найдено.

К гидрохимическим факторам относятся химическое разрушение бетона и коррозия металла. Даже пресная вода нередко содержит соли, делающие ее агрессивной к бетону и металлу: морская вода всегда содержит соли магния, серной кислоты и другие. Наиболее солеными морями, омывающие берега России, являются Северное, Белое, Берингово и Охотское, в которых соленость воды колеблется от 30 до 35 мг/л. Черное, Азовское и Каспийское моря – 12^о/_оо – 18^о/_оо, наименее соленым является Балтийское море – 10^о/_оо.

По мере приближения к берегам соленость уменьшается, а в заливах, в которые впадают реки, она незначительна.

Из общего количества солей, содержащихся в морской воде, в среднем 88,7% составляют хлориды (NaCl, MgCl), сульфаты (MgSO4, CaSO4, K₂SO₂); на долю остальных составляющих приходится 0,6%. Учитывая некоторое непостоянство химического состава морской воды, при выборе материала для конструкций портовых гидротехнических сооружений в каждом отдельном случае, необходимо иметь химический анализ воды. Кроме солей морская вода может содержать до 100^о/_оо свободной агрессивной кислоты: вода Черного моря сильно насыщена сероводородом.

Химическое разрушение бетона является следствием того, что в результате химической реакции образуется гипс. Последний вступая в соединение с трехкальциевым алюминатом, образует соль Девала, называемой бациллой цемента.

Мерами борьбы с химическим разрушением бетона являются: прибавление к портландцементу гидравлических добавок пуццолан, карбонизация бетонных изделий и т.д.

Коррозия металлов происходит интенсивно выше уровня воды в условиях избыточного кислорода и периодического смачивания, и менее интенсивно ниже уровня воды. Наибольшая коррозия наблюдается в зоне переменного уровня воды. Вторая опасная зона находится на границе «грунт-вода», т.е. на уровне дна.

По имеющимся данным уменьшение толщины элементов за 100 лет составляет для стали 1,4 – 4,5 мм. В железобетоне отрицательную роль играет не столько ослабление сечения арматуры, сколько происходящее при этом расслоение бетона.

Методы защиты металлов от коррозии – применение различных покрытий, специальных добавок меди и других металлов при изготовлении элементов.

К гидробиологическим факторам относятся влияние древоточцев, гниение и органических обрастаний сооружений. В морях России наблюдаются древоточцы в основном двух видов. К первой группе относят моллюсков червовидной удлиненной формы из рода Тередо. В Черном море и в районе Владивостока эти моллюски, известные под названием «шашель», достигают длины 14-30 см. Они разрушают деревянные элементы по всему сечению при помощи ходов, диаметр которых составляет 10-15 мм и даже 20 мм, направленных вдоль волокон.

Вторая группа древоточцев – ракообразные из рода Лимнория. В отличие от моллюсков, которые протачивают дерево внутри (при внешней его сохранности), ракообразные разрушают дерево на поверхности. Они проделывают в дереве ходы диаметром примерно 1 мм на расстоянии 5 мм от поверхности, а после того, как наружный подточенный отваливается, проникают глубже. Выше поверхности воды и ниже дна древоточцев не наблюдается.

В Туапсе и Новороссийске дерево применять нельзя даже для вспомогательных сооружений – срок службы деревянных свай менее года.

Деревянные гидротехнические сооружения подвергаются и гниению: различного вида грибы, питаясь клетчаткой, превращают древесину в труху. В сухом воздухе и под водой древесина не гниет. Наибольшему разрушению дерево подвергается в зоне переменного горизонта воды. При малой влажности развития грибов прекращается из-за недостатка воды, а в насыщенной водой древесине – от недостаточного количества воздуха.

Эффективной защиты древесины от древоточцев и гниения до настоящего времени не найдено.

Для защиты древесины одновременно от древоточцев и гниения применяют различные антисептики.

Известны случаи повреждения бетона и камня камнеточцами.

О влиянии органических обрастаний на сохранность бетонных сооружений в Черноморских портах начали исследовать в 1909-1930гг. В верхних слоях воды (2-3 м глубины) обычно преобладают растительные обрастания, в зоне глубин от 3 до 5 м – смешанные (растительные и животные), а ниже – животные. Пока можно отметить малое практическое влияние органических обрастаний.

Гидробиологические факторы оказывают определенное влияние на ход процесса коррозии в элементах стальных конструкций.