Глава 14

БЕРОГОЗАЩИТНЫЕ И РЕГУЛЯЦИОННЫЕ СООРУЖЕНИЯ

14.1. Берегозащитные сооружения

Берега водотоков, водоемов и откосы специальных гидротех­нических сооружений водоснабжения и канализации, сложенные размываемыми грунтами, в большинстве случаев с целью их стаби­лизации требуют защиты от воздействия течений, волнения, льда, от повреждений плавающими предметами, а также от ветровой и дождевой эрозии. Берегозащитные сооружения должны быть просты по конструкции, обладать необходимой прочностью и устой­чивостью (от сползания по откосу), иметь минимальную стоимость и отвечать требованиям надежности.

406

Берега не крепят в том случае, если допустимо отступление бе­реговой линии. Например, на водохранилище под действием вол­нения перерабатывается откос до такого уклона, при котором раз­рушительное действие волнения полностью гасится на отмели. Та­кой устойчивый откос устанавливается за большой интервал време­ни, и при этом берег отступает от первоначального положения на значительные расстояния (см. гл. 2).

Необходимость строительства берегозащитных сооружений, их компоновка и конфигурация, а также сроки возведения зависят от местных условий, общего характера застройки и перспективы ис­пользования района, а также от места расположения защищаемо­го объекта относительно уреза. Например, при решении вопроса о креплении берега водоема в районе строительства сооружений водоснабжения и канализации могут рассматриваться несколько компоновок сооружений. Во-первых, можно вообще не закреплять берег, удлинив подводящие коммуникации (трубопроводы, галереи, коллекторы) от водоприемных или сбросных сооружений до бере­говых сооружений, и расположить последние за пределами зоны переработки берега. Во-вторых, можно защитить существующий берег и проектируемые откосы у гидротехнических сооружений от переработки и разрушения. И наконец, в-третьих, можно распо­ложить береговые сооружения в зоне переработки берегов на таком расстоянии от исходного уреза, на который берег будет размыт через определенный период времени, например через 25 лет, и предусмотреть крепление берега на 26-м году эксплуатации соору­жений. При этом, естественно, крепление берега обойдется дешевле, чем во втором варианте, однако стоимость самих сооружений воз­растет при этом за счет удлинения подводящих коммуникаций. Окончательный вариант выбирают на основании технико-экономи­ческого сравнения по минимуму приведенных затрат.

Возможность отказа от крепления берега предусматривается СНиП 2.04.02—84 [14] только в том случае, если водозаборное со­оружение запроектировано с самотечными или сифонными линия ми, а водоприемный сеточный колодец и насосная станция — за пределами возможной переработки берега моря, водохранилища или озера. Длина защищаемого участка берега определяется ин­женерно-хозяйственной необходимостью, топографией побережья, режимом потока наносов. Опыт проектирования и эксплуатации берегозащитных сооружений показал, что возведение этих соору­жений на ограниченном участке побережья нецелесообразно, при этом интенсифицируется процесс размыва берегов ниже постро­енных сооружений (по направлению потока наносов). На водоемах крепление берегов следует вести на участке, совпадающем с гра­ницами зарождения и прекращения потока наносов, начиная с ни­зовой стороны навстречу потоку наносов. При невозможности та­кого решения необходимы мероприятия против низового размыва.

На реках границы крепления назначают в соответствии с ти­пом и формой руслоформирующего процесса и наличием размы-

407

ваемых участков. При расположении водозаборных сооружений на вогнутом берегу излучины, сложенной легкоразмываемыми поро­дами, рекомендуется крепить весь участок вогнутого берега излу­чины (вверх против течения от створа сооружения и вниз по тече­нию до окончания излучины), пляж на противоположном берегу, а также вышележащие перекаты, осередки, участки возможного раз­мыва русла, где может образоваться перешеек, при ярко выра­женных формах руслового меандрирования, пойменной или русло­вой многорукавности.

Берегозащитные сооружения делят на пассивные (волноотбой­ные и волногасящие) и активные (пляжеудерживающие). Пассив­ные методы предусматривают сооружения, которые воспринима­ют непосредственно воздействие волн, льда и течений и чисто механически защищает берега от разрушения, К ним относятся на­бережные и волноотбойные стены, защитные наброски, откосные со­оружения различной конструкции.

Практика берегозащиты показала, что наилучшей защитой бе­регов водоемов от разрушения являются пляжи. Для создания или сохранения этих форм рельефа осуществляют активный метод бе­регозащиты путем строительства комплекса специальных соору­жений— бун, подводных волноломов, траверсов. Волноотбойные и волногасящие берегозащитные сооружения широко применяют на реках, водохранилищах и морях.

Рис. 14.1. Береговые подпорные стенки;

в —с наклонной гранью; б — из сборных массивов; в — из шпунтовых свей; е-тетрапод; d — трвбар; е — етабит

Набережные и волноотбойные стенки гравитационного типа вы­полняют из монолитного бетона или из бетонных массивов с вер­тикальной, наклонной, ступенчатой или криволинейной гранью (рис. 14.1). Волноотбойные стенки (при незначительном волнении)

и набережные могут быть построены также в виде свободного или заанкеренного шпунтового ряда из деревянных, стальных или же­лезобетонных свай. Гравитационные стенки располагают либо непо­средственно на грунте при его надлежащей прочности, либо на ка­менной постели. Заглубление подошвы стенки ниже расчетного уровня определяется расчетом стенки на устойчивость от давления грунта за стенкой при откате волн (эксплуатационный случай) и при действии волны без учета грунта за стенкой (строительный случай). Волновые нагрузки на стену при ее различном располо­жении относительно уреза определяют по [13]. Практически заглуб­ление составляет 2... 4 м. Возвышение стенки определяют из соот­ношения

(14.1)

где п_сг — высота расчетной волны на линии прибоя; а,,( = 0,75... 1,5 — запас, принимаемый в зависимости от класса капитальности сооружения, м. Во избежание подмыва волноотбойных стен волна­ми перед стенами необходимо иметь пляж При этом на галечных берегах ширина пляжа должна быть (3...5)/г_сг, на песчаных — не менее ²/sL_run, где L_run — ширина зоны наката волн на свободный пляж- L_run = h_run ctga, h_run — высота наката, определяемая по [13], а — угол наклона поверхности пляжа к горизонту

Для предохранения поверхности стенки от истирания наносами переднюю ее грань облицовывают обычно камнем твердых пород.

Если пляж перед стенкой отсутствует, то устраивают защитные бермы из наброски крупного камня или бетонных блоков различ­ного типа (рис. 14.1) или в виде сплошной платформы, переднюю грань которой следует прикрыть такой же наброской. Наброски из камня или фасонных бетонных блоков могут применяться и в ка­честве самостоятельного берегозащитного сооружения как на реках, так и на водоемах. При надлежащей крупности отдельных элемен­тов наброски эти сооружения обладают высокой надежностью и хорошим берегозащитным эффектом. На водоемах при воздействии волн на сооружения крупность отдельных элементов наброски оп­ределяют на участке откоса от верха сооружения до глубины z = = 0,7/г по формуле

(14.2)

при г>0,7/г

(14.3)

где k_rf — коэффициент, учитывающий степень зацепления элемен­тов между собой и волногасящую способность наброски (табл. 14.1); h, К — соответственно высота и длина волны; р_т, рю — плот­ность элементов наброски и воды; ф — угол наклона откоса к го­ризонту.

14—1324 409

Таблица 14.1. Коэффициент K,t

Наименование элементов	kn	Наименование элементов	*г/
Камень Обыкновенные бетон­ные блоки	0,0250 0,0210	Тетраподы Трибары	0,0080 0,0057

На достаточно пологих берегах вместо стен возводят сооруже­ния откосного типа или осуществляют облицовку (крепление) берегового откоса. Отличие этих двух типов сооружений заключа­ется в том, что нижняя грань откосного сооружения имеет угол наклона больше, чем угол естественного откоса грунта, и поэтому испытывает небольшое давление грунта. Облицовки располагают непосредственно по спланированному откосу берега (или грунто­вого сооружения — плотины, дамбы и др.). Откосные сооружения применяют главным образом на открытых морских берегах, обли­цовки— на акватории морских портов, а также в речных и водо-хранилищных условиях.

Кроме удовлетворения общих требований к берегозащитным сооружениям облицовки должны быть устойчивыми против спол­зания по откосу, обладать гибкостью и подвижностью при возмож­ных просадках грунтов откоса. Типы и конструкции облицовок (покрытий) в зоне воздействия волн, течений и льда принципиаль­но не отличаются от рассмотренных в гл. 13.

По высоте берегозащитные покрытия делят, так же как и на каналах, на основные, облегченные и крепления не заливаемых водой склонов.

Границы крепления откосов по высоте принимают в соответст­вии с конструктивным решением и классом капитальности соору­жения. Крепление заливаемого водой откоса и часть его на при­мыкающем подводном откосе имеют тот же класс капитальности, что и сооружение, у которого они строятся, в то время как незали­ваемый водой участок откоса и остальная часть подводного откоса обычно выполняются с креплением, имеющим класс капитальности на единицу меньше основного крепления.

Верхнюю границу основного крепления определяют на реках отметкой максимального расчетного уровня плюс некоторый запас (обычно 1...2 м выше этого уровня). На водоемах верхнюю грани­цу крепления относительно максимального уровня Л_тах определя­ют по формуле

(14.4)

где а — запас, принимаемый равным не менее 1 м для крепления II и III классов капитальности и не менее 0,5 м для креплений IV класса капитальности.

410

Нижняя граница основного и облегченного креплений должна располагаться на водоемах соответственно на глубине, равной или больше удвоенной высоты волны 1%-ной обеспеченности от мини­мального уровня воды, и на глубине, где максимальные волновые донные скорости равны допускаемым значениям неразмывающих скоростей для грунта откоса и на реках — на 2 м ниже минималь­ного горизонта воды.

Крепление земляных откосов (рис. 14.2) состоит из основного крепления и облегченного крепления на подводном склоне; упора внизу основного крепления для предотвращения его сползания по откосу и сопряжения основного крепления с облегченным крепле-

Рис. 14.2. Компоновка конструктивных элементов на земляном

откосе:

/ — облегченное крепление; 2 — упор основного крепления; 3 — покрытие