Объекты ланд архитек

1 - оnииочное мощение; 2 - плита крепления; 3 - раструб; 4 - опора; 5 - звенья круглых труб; 6 - гравийно-песчаная подготовка

Более эффективными являются водосбросы с малыми удельными расхода­

ми воды (до 0,5 м3jс). Они более просты, более зрелищны с точки зрения

ландшафтной архитектуры и удобны в эксплуатации. Водосбросы устраивают в виде лотков - быстротоков с нормальной шероховатостью.

Водосброс из монолитного бетона представляет собой лоток трапецеидаль­

ного сечения с любым коэффициентом заложения откоса (обычно т= 1). Во­ дослив, быстроток и водобойный колодец разделены швами. Размеры отдель­

ных участков в пределах швов колеблются обычно в пределах 12 ... 14 м2• Бетон

укладывают толщиной 0,10 ... 0,15 м на подготовку из гравия или щебня тол­

щиной 0,10 м. Между водосливом и быстротоком, а также между быстротоком

и водобойным колодцем устраивают заборные стенки. Перед водосбросом со­

оружают ледазащитную стенку. Водобойный колодец образуется за счет выем­

ки и насыпи буферной дамбочки, облицованной монолитным бетоном. Вмес­ то водобойного колодца может быть устроена водобойная стенка. Сравнитель­

ный экономический анализ показал, что водосброс из монолитного бетона в 2,3 раза дешевле сифонного водосброса.

Водоспуски. По конструкции они бывают открытыми и закрытыми. В земля­ ных плотинах обычно устраивают закрытые трубчатые водоспуски из металли­ ческих, асбестоцементных и железобетонных труб. В конце трубчатых водо­

130

1 2

5 4

Рис. 6.6. Закрытый трубчатый водоспуск с низовым затвором:

1 - канат; 2 - натяжной конец; 3 - выходной оголовок с затвором; 4 - диафрагмы; 5 -

стальной трубопровод

Применеине этого водоспуска возможно при разности отметок наивысшей

точки оси сифона и минимального уровня воды в отводящем русле не более 7 м. В работу водоспуск запускается с помощью вакуум-насоса. Гашение энергии в нижнем бьефе происходит в воронке размыва или колодезном гасителе.

Закрытый трубчатый водоспуск с низовым затвором (рис. 6.6) выполняется

из металлических труб диаметром 150 .. .400 мм. Пропускпая способность со­

ставляет 0,02 ... 0,77 м3/с при напоре 0,5 ... 7,0 м. Для уменьшения скорости

фильтрации вдоль трубы предусмотрены диафрагмы и обсыпка водонепрони­ цаемым грунтом. Входной и выходной оголовки расположены на основании из бетонных или деревянных свай. На входном оголовке устанавливают решет­

ку с просветами 20 мм и ремонтный затвор; на выходном - рабочий затвор.

Ремонтный затвор устанавливают не всегда. Энергия потока на выходе гасится

в воронке размыва, а также гасителем свайного или колодезного типа.

Ремонт плотин. При реставрации памятников садово-паркового искусства часто приходится сталкиваться с необходимостью реставрации и реконст­ рукции земляных плотин. Особенностью плотин прошлых веков является то,

что они, как правило, не соответствуют современным нормам проектирова­

ния и строительства. Это несоответствие заключается в отклонении от совре­

менных норм таких показателей, как ширина гребня, коэффициенты зало­ жения верхового (мокрого) и низового (сухого) откосов, отсутствии дре­

нажных призм и других элементов дренажа, а также отсутствии противо­

фильтрационных экранов, зуба, шпунтовых стенок, ядра и т.д. Водосбросы старых плотин были, как правило, грунтовыми и часто не закрепленными

на гребне. Проектирование (если оно вообще было) и строительство таких

плотин производилось без соответствующего гидрологического и геологи­ ческого обоснования, что делало эти сооружения беззащитными перед ли­ цом катастрофических половодий и паводков, приводивших к разрушению

плотин в зоне грунтовых водосливов, мостовых переходов или даже всего тела

плотины1 • При реставрации таких плотин часто приходится сталкиваться с

зарастанием верховых откосов кустарниковой, а низовыхдревесной и кус­

тарниковой растительностью.

1 Достаточно ярким примером таких явлений явилось половодье 1908 r. в Подмосковье,

когда расход воды вероятностью превышения 0,3 ... 0,4% достигли разрушаютих размеров, в

результате чего было разрушено и даже полностью смыто большое количество плотин.

131

(90

90

5

91

92

93

94

95

Рис. 6.7. План переустройства плотин (по И. М. Шармановскому):

1 - льдозащитная: стенка; 2 - направляющие валики; 3 - дренаж труб<штый и труба мя: отвода фильтрационных вод; 4 - водобойная: стенка; 5 - быстроток; 6 - подсыпка тела плотины; 7-

заделка промоин

Часто встречающимся видом повреждения является образование оврагов на месте боковых водосбросов. В таких случаях производят реконструкцию глу­ хих земляных плотин в земляные водосливные плотины. Тогда русло образо­

вавшегося оврага перекрывают глухой земляной плотиной, а существующую

глухую плотину реконструируют в земляную водосливную плотину.

Реконструкцию можно произвести с повышением напора воды путем под­

сыпки двусторонних дамб и низового откоса водосливной части плотины. Если же реконструкция производится без увеличения напора воды и объема водо­ ема, то ниже гребня плотины (на 0,8 ... 1,0 м) устраивают выемку для водо­

сливной части с подсыпкой низового откоса в пределах водосливной части

(рис. 6.7).

132

При реконструкции плотин целесообразно максимально использовать су­ ществующие материалы: булыжник, бутовый камень, бетонные и железобе­

тонные конструкции и т. д.

6.6. Устройство водоемов-копаней

Если сделать вертикальный разрез водоема, то профиль откосов и дна мо­ жет быть самым различным. Наиболее простой вариантэто береговой от­ кос, устойчивый в естественном состоянии или связанный с креплением, если его угол превышает допустимый для данного типа грунта, и почти го­ ризонтальное дно. Выбор угла естественного или искусственного откоса (су­

хого - выше уровня воды; мокрогониже уровня воды) в первом прибли­

жении можно произвести по СНиП 2.02.01-83* <<Основания зданий и соору­ жений». Основным показателем, на который необходимо ориентироваться, является угол внутреннего трения q>. Нормативные значения угла внутреннего

трения q> песчаных и пылевато-глинистых грунтов в зависимости от коэффи­

циента пористости приведены в табл. 6.2, 6.3.

Таблица 6.2. Нормативные значения угла внутреннего трения ер песчаных грунтов

в зависимости от коэффициента пористости

133

Угол внутреннего трения характеризует сопротивление грунтов сдвигу. Ко­

эффициент пористости представляет собой отношение объема пор к объему твердой фазы грунта.

Показатель текучести характеризует пластичное состояние глинистых грун­

тов в зависимости от их влажности, которая влияет на свойства грунтов.

В зависимости от показателя текучести грунтов им присваивают дополни­

тельные наименования:

По форме дна водоемы-копани можно подразделить на плоские, слабонак­ лонные, параболические, сферические и т.д. По глубине водоемы могут иметь

дно одно-, двух-, трехступенчатое и т.д. (в зависимости от назначения водо­

ема). Во всех случаях строительства водоема-копани необходимо помнить о

том, что его зарастание связано с глубиной. При глубине 1... 1,5 м и более зарастание происходит более медленно. Поэтому часто стремятся избегать со­ здания малых глубин. А это при ограниченных размерах водоема возможно

достичь лишь при условии крепления подводных откосов, позволяющих де­

лать их значительно более крутыми (вплоть до вертикальных), по сравнению с

углом внутреннего трения.

Крепление сухих откосов водоемов рассмотрено в подразд. 5.2. Крепление

мокрых откосов водоемов-копаней имеет свои особенности и по применя­

емым материалам подразделяется на три основные категории: крепление из

местных материалов, искусственных материалов на базе природных компо­

нентов и современных синтетических материалов.

В качестве примера приведем перечень указанных видов материалов для

крепления преимушественно мокрых откосов водоемов всех типов.

А. Из местных материалов:

1) фашинное;

2) фашинно-каменное (полосами);

3) плетневое;

4) плетневое с гравийным или песчано-гравийным фильтром;

5) деревянным забором;

6) шпунтовой стенкой;

7) свайной стенкой;

8) ложно-свайной стенкой;

9) каменным мощением по плотной естественной поверхности; 1О) каменным мощением по песчаной или щебеночной подготовке;

11) каменной (бутовой) кладкой на uементном растворе;

12) сухой бутовой кладкой;

13) ряжевыми конструкuиями из дерева с заполнением булыжником, ка-

менным сколом, гравием, щебнем и т.д.;

14) габионными стенками и матами в металлических сетках.

Б. Из искусственных материалов на базе природных компонентов:

1) монолитным бетоном с поверхностной обработкой или без нее;

134

вием;

5) сплошными бетонными плитами;

6)бетонными плитками (типа тротуарных);

7)камеино-плиточной кладкой;

8)каменной кладкой в деревянных клетках;

9)плиточной кладкой в деревянных клетках. В. Из современных синтетических материалов:

1)геоткань в комбинации с типами А, Б;

2)геоткань с геосетками;

3)геоткань с георешетками и заполнителем;

4)геокаркас с заполнителем.

Формы водоемов в плане могут быть самыми разнообразными. Условно их

можно подразделить по форме границы акватории на водоемы правильной геометрической формы (прямоугольные, квадратные, треугольные, много­ угольные, круглые, эллилеовидные и т.д.) и неправильной геометрической формы (фантазийной), наилучшим образом отвечающей стилю ландшафта и

застройки объекта. Последний ВИд насчитывает бесчисленное количество ва­

риантов, часть из которых приведена на рис. 6.8.

Деление водоемов по типам водного питания бьшо приведено ранее. Запол­ нение водоемов водами поверхностного стока достаточно подробно бьшо рас­

смотрено в подразд. 6.4, принудительное наполнение (наливные водоемы) не

нуждается в дополнительных пояснениях, а вот питание грунтовыми водами

часто не используется. Больше того, повальное увлечение пленочными проти­

вофильтрационными экранами часто приводит к тому, что естественное грун­

товое питание чистой водой перекрывается экраном из пленки (или другого

материала), а водоем заполняется менее чистым поверхностным стоком. Во

избежание этого необходимо рассмотреть схему питания водоема грунтовыми

водами тогда, когда этому благоприятствуют гидрогеологические особенно­ сти объекта. А к этим особенностям, в первую очередь, относятся близкое

залегание уровня грунтовых вод и высокая водопроницаемость грунтов.

Для пояснения конструктивных особенностей различных водоемов-копа­

ней и способов их строительства приведем некоторые примеры, в которых

водоемы отличаются друг от друга размерами, типами грунтов, уровнем зале­

гания грунтовых вод и основными типами водного питания.

\. Малый водоем-копань в водопроницаемых грунтах, при глубоком залега­

нии уровня грунтовых вод, водное питание - водами поверхностного стока

или принудительным наполнением (наливной водоем):

•вынос проекта в натуру;

•устройство котлована экскаватором, бульдозером или вручную;

•вывоз грунта за пределы объекта или использование его в элементах гео­

пластики;

•планировка вручную поверхности дна и откосов котлована;

•укладка первичного слоя гидроизоляции (экрана) из местных материалов

(тяжелый суглинок, глина тяжелая или средняя) с просыпкой гравием и уплот­

нением. Этот слой (экран) имеет толщину 0,3 ... 0,5 м (или 1/4 ... 1/3 от слоя воды

135

....

,• ..

.,

.·.

...

, .....:

...

Рис. 6.8. Различные формы акватории водоемов

над ним), укладывается слоями по 0,15 ... 0,20 м с послойным уruютнением механической трамбовкой. Этот экран выводится выше уреза воды на 0,4 ... 0,5 м;

• устройство сверху экрана гравийной пригрузки слоем толшиной 4 ... 5 см с

уплотнением;

• укладка и разравнивание по поверхности основания из гравия слоя круп­

нозернистого песка толщиной О, 1О ... 0,20 м;

•мокрые откосы такого водоема должны быть достаточно пологими (т =

=4 ... 5) во избежание оползания песка;

•при более крутых откосах, особенно в прибрежной части, применение

методов крепления этих откосов (указанных ранее) с одновременным устрой-

136

ством искусственной шероховатости для удержания песка (геосетки, георе­ шетки, геокаркасы и т.д.).

2. Микроводаем в тех же условиях, но с дополнительным применением

синтетических материалов:

•в начальной стадии выполнение тех же операций, но при условии выпол­ нения работ, в основном, вручную;

•укладка на экран из природных материалов половинной толщины

(0,15 ... 0,20 м) геоткани средних номеров (250-450), в качестве основы перед укладкой синтетического противофилыраuионного экрана;

• укладка поверх геоткани синтетического пленочного экрана из полиэти­

лена, резины, бутилкаучука толщиной 1 мм и больше (или бентонитавые

маты);

• покрытие экрана сверху объемной геосеткой и засыпка его песком, гра­

вием;

• в качестве синтетического заменителя песка и гравия (по виду) можно

использовать защитную ткань Еврофол (Eurofol).

3. Среднего размера водоем-копань в водопроницаемых воданасыщенных

грунтах при близком залегании уровня грунтовых вод и грунтовом типе водно­

го питания:

• вынос проекта в натуру и закрепление контура водоема кольями и лен­

тами;

•устройство котлована машинным или ручным способом с утилизацией грунта на месте или вывозом за пределы объекта;

•устройство приямка (зумпфа) в наиболее низкой части и ближе к месту сброса воды;

•откачка воды насосом (землесосом), пропускающим мелкие камни или

при защите насоса мелкой металлической сеткой;

•выравнивание мокрого дна и откосов котлована вручную;

•укладка геоткани средних номеров (250-450) с перекрытнем и скрепле­

нием швов скобами, сшиванием нитями, склеиванием или свариванием с

последующим редким пришпиливанием к дну котлована;

• покрытие поверхности геоткани геосетками, георешетками или геокарка­

сом выбранной высоты с нормативным креплением шпильками к дну и отко­

сам котлована;

• заполнение ячеек гравием, щебнем, галькой, крупным песком или их

сочетанием по выбору ландшафтного архитектора.

4. Крупный водоем-копань в водопроницаемых воданасыщенных грунтах

при близком залегании уровня грунтовых вод и грунтовом водном питании:

•вынос и закрепление проекта в натуре указанными ранее способами;

•устройство котлована методами механизации или гидромеханизации из­ под воды с удалением вынутого грунта за пределы объекта;

•оформление береговой линии путем срезки или отсыпки грунта (в зави­ симости от особенностей рельефа);

•отсыпка песчаного фильтра в воду с вариантами (устройство геоткание­

во-песчаного фильтра при откачке воды; без применения фильтра);

•пригрузка песчаного слоя гравием или галькой (если это необходимо);

•при наличии гравийного или щебневого слоя возможно полное или час­

тичное покрытие слоем крупно или разнозернистого песка.

137

5. Крупный водоем-копань в среднепроницаемых грунтах при глубоком за­

легании уровня грунтовых вод и смешанном типе водного питания поверхност­

ным стоком, водами верховодки, принудительном наполнении:

•вынос проекта и закрепление в натуре;

•устройство котлована механизированным способом;

•утилизация вынутого грунта;

•ручная доработка дна и откосов;

•последующая обработка поверхности дна и откосов различными методами;

•возможно уплотнение механическими трамбовками при отсутствии (или

соткачкой) воды;

•возможность просыпки поверхности сухим глиняным порошком, глинаце­

ментной смесью или разнозернистым песком с последующим уплотнением;

•возможность укладки геоткани, если есть опасность периодической суф­

фозии или в качестве мелкопористой части прямого фильтра;

•отсыпка прямого фильтра из песка, в том числе содержащего мелкие

фракции, слоем толщиной 0,10 ... 0,15 м;

•отсыпка гравия или щебня для пригрузки песка и создания крупнопори­

стой части прямого фильтра слоем толщиной 0,05 ... 0,l0 м;

•в зоне купания отсыпка пляжного откоса и отдельных мелководий песком;

•в случае больших потерь воды на фильтрацию (особенно в первые годы) борьба с ней путем постепенной естественной и искусственной кольматации (порошками глины или пылевато-иловатыми песками).

Изучив некоторые аспекты устройства водоемов-копаней и особенности их

водного питания грунтовыми водами, необходимо ознакомиться с простейши­

ми гидрогеологическими расчетами, позволяющими определить приток грун­

товых вод в котлован как строящегося, так и уже построенного водоема.

При устройстве водоема-копани вначале выкапывают котлован и лишь за­

тем обустраивают дно и откосы будутего водоема. Поэтому при определении

притока подземных вод к водоему прежде всего рассматривают приток вод в

котлован.

При расчетах действительные контуры котлована приводят к фиктивному равновеликому кругу радиусом Ro- Значения ~ могут быть определены:

• для прямоугольных в плане котлованов -

• для котлованов неправильной в плане формы -

138

Приток воды в котлован рассчитывают по формулам установившегася дви­

жения грунтовых вод исходя из двух положений горизонта воды в реке или

водоеме - меженного и паводкового. В первом случае значения притока полу­ чаются минимальными, во второммаксимальными. В зависимости от гид­ равлического состояния водоносного пласта котлованы разрабатываются в условиях безнапорных (наиболее часто встречающийся в практике случай)

или напорных вод.

Котлованы могут быть: совершенными, т. е. доходящими до нижнего водо­

упора и примимающими воду только через стенки, и несовершенными, не до­

ходящими до нижнего водаупора с притоком воды через стенки и дно или

только через дно. Если котлован прорезает неоднородные пласты, состоящие

из слоев различной водопроницаемости, то в качестве коэффициента фильт­ рации К примимается приведеиная величина, определяемая по формуле

К= (htKt) + (h2K2) + ... + (hпКп) ht+h2+ ... +hп '

где h1, h2 , ... , hn - мощности отдельных слоев, м; К1 , К2, ••• , Kn - коэффи­

циент фильтрации этих слоев, мjсут.

В случае доведения дна котлована до нижнего водаупора (совершенные

котлованы) приток воды может быть рассчитан по следующим формулам.

1. В условиях безнапорных вод (рис. 6.9, а):

КН2

Q=1,37~,

lg-

Ro

где Q- приток воды в котлован, м3/сут; К- коэффициент фильтрации во­

доносного пласта, мjсут; Н- мощность безнапорного водоносного пласта, м;

Рис. 6.9. Схема притока воды к широкому, не

вытянутому в длину котловану

совершенного типа:

а- в безнапорных водах; б- в смешанных услови­

139