4. Визначення незатоплюваних відміток

Розрахункові горизонти води є вихідними даними для визначення незатоплюваних відміток (гребня дамби чи намиву). На малих річках при невеликому поширенні затоплення розрахункова незатоплювана відмітка визначається за формулою

(4.10.6)

де Z_c – розрахункова відмітка води, м;

a – запас, що приймається 0,5 м.

На великих річках, водоймищах та морях незатоплювана відмітка визначається за формулою

(4.10.7)

де ∆h – висота вітрового нагону, м.

Висота нагону визначається за даними натурних спостережень чи за формулою

(4.10.8)

де W – розрахункова швидкість вітру на висоті 10 м над рівнем водойми, м/с;

D – довжина вітрового розгону, м;

H – середня глибина водойми, м;

α – кут між урізом води та напрямком вітру, °.

Розрахункова швидкість вітру для споруд берегоукріплень І та II класів розрахункової забезпеченості складає 2%, III та IV – 4%.

При розрахунку міцності та стійкості споруд берегоукріплень розрахункову забезпеченість висоти хвилі приймають рівною 1%.

10. Методи захисту територій від затоплення

1. Регулювання стоку та збільшення пропускної здатності

Захист від затоплення методом регулювання стоку чи трансформація максимальних витрат здійснюється у період найбільшої витрати та найвищих рівнів пропусків в нижній б’єф водоймища, але тільки таких витрат, що відповідають рівню води в річці нижче незатоплюваної відмітки міської території. Витрата води Q, що скидається, залежить від розмірів акумулюючої водойми W_b, рельєфу місцевості, максимальної витрати повені Q_max, форми гідрографа та розрахункового об’єму повеневого стоку W_p.

При розрахунку витрати води приймають лінійну схематизацію гідрографа у вигляді трикутника чи трапеції (рис. 4.11.1). Для малих річок наближене значення

(4.11.1)

Рис. 4.11.1. Зміни максимальної витрати води при акумуляції:

1 – гідрограф притоку; 2 – гідрограф скидання через споруду

Збільшення пропускної здатності русла ріки можна досягти за допомогою розширення та заглиблення, а також випрямлення колін. При заглибленні русла для запобігання розмиву на ділянках, де збільшується уклон дна, і при підпорі з нерегулюючої ділянки величина поздовжнього уклону повинна розраховуватися за формулою Шезі:

(4.11.2)

де V – середня незамулююча для низової і нерозмиваюча для верхової ділянок швидкість течії, м/с;

C – коефіцієнт Шезі;

R – гідравлічний радіус, м.

Цей метод використовується на малих річках з невеликими площами водозбору.

2. Незатоплювані дамби обвалування

Для захисту населених пунктів, промислових зон та сільськогосподарських угідь від затоплення під час повені використовують незатоплені дамби.

Обвалування території потребує менших об’ємів робіт порівняно із суцільною підсипкою.

Але ці дамби ускладнюють поверхневий стік, пониження ґрунтової води, потребують обладнання насосних станцій та регулюючих резервуарів.

При проектуванні обвалування розробляють декілька варіантів трасування дамб, вибираючи більш оптимальний, включаючи реконструкцію планування та забудови міста на затоплених територіях. Траса дамби повинна бути мінімальної довжини (рис. 4.11.2).

Рис 4.11.2. Типові схеми обвалування:

1 – межа затоплення; 2 – траса дамби обвалування; 3 – насосна станція; 4 – обвідний канал

Відстань між дамбою та берегом залежить від стійкості русла, умови підмиву берегових схилів, поперечного уклону території, планувальних рішень, а також ступеня стиснення русла під час проходження повені.

В практиці використовують насипні та намивні дамби з однорідного ґрунту. Використання піщаних ґрунтів допускається при забезпеченості фільтраційної стійкості ґрунтів дамби.

Поперечний переріз дамби має форму трапеції (рис. 4.11.3).

Рис. 4.11.3. Поперечний переріз дамби:

а – г – відповідно звичайна, з бермами, з пологими низовим і верховим укосами;

1 – розрахунковий горизонт води; 2 – кріплення дамби; 3 – дренаж; 4 – основа дамби; 5 – меженний горизонт води; 6 – біологічне кріплення

Для зменшення фільтрації роблять протифільтраційні обладнання (екрани, ядра, понури) з малонепроникних ґрунтів з коефіцієнтом фільтрації менше 0,0001 см/добу. Для захисту міських територій від затоплення можна використовувати дамби обжатого профілю (рис. 4.11.4). Напірний укіс дамби виконують у вигляді підпірних хвилевідбійних стінок.

Рис. 4.11.4. Дамби обжатого профілю

При проектуванні дамб з ґрунтових матеріалів слід врахувати зерновий склад, межу пластичності, питому вагу ґрунту, вологість, кут внутрішнього тертя, коефіцієнт фільтрації, питоме зчеплення, коефіцієнт ущільнення, показники фільтраційної міцності, хімічні властивості.

Найкращим для однорідної дамби є ґрунт гранулометричний, який складається з мілких глинистих часток, що заповнюють порожнини більших піщаних та гравійних, не порушуючи зіткнення цих великих часток між собою. Такий ґрунт має великий кут внутрішнього тертя та мале водопроникнення.

В тій частині дамби, де фільтрують воду, не слід використовувати ґрунти з водорозчинними сумішами більше 2%.

Однорідні намивні дамби будують з піщаних ґрунтів.

Ширину гребня дамби визначають залежно від умови виробництва робіт та експлуатації, але не менше 3…4 м (з розширенням через 300…400 м). Якщо гребінь дамби використовується як вулично-дорожня мережа міста, ширину гребня визначають згідно з розрахунком. На укосах влаштовують сходи чи пандуси з уклоном 6%.

Верховий укіс укріплюють влаштуванням кам’яного накиду, бетонних монолітних, збірних залізобетонних плит, асфальтобетонного та біологічного кріплення з верхньої відмітки до глибини . З умов стійкості товщину плит визначають за формулою

(4.11.3)

де η – коефіцієнт, що приймається для монолітних плит 1,0; для збірних – 1,1;

h_1% – розрахункова висота хвилі, м;

В – довжина ребра плити, що направлена нормально до урізу води, м;

m – коефіцієнт і верхового укосу;

ρ_c і ρ – відповідно щільність плити і води, кН/м.

Розрахункова вага каменю

(4.11.4)

де μ – коефіцієнт, що враховує форму каменю. Приймається для масивів – 0,017, для кам’яного накиду – 0,025;

ρ_s – щільність каменю, кН/м³.

Коефіцієнти укосів дамби m та m₁, (низовий укіс) залежно від висоти дамби і ґрунту подані в табл. 4.11.1.

Таблиця 4.11.1

Значення коефіцієнтів укосу дамби

Ґрунти	H = 4 м		H = 7 м		H = 10 м
Ґрунт тіла дамби	m	m1	m	m1	m	m1
Суглинок важкий	2,00	1,50	2,50	1,75	3,00	2,25
Суглинок пиловидний	2,50	2,00	3,00	2,25	3,25	2,75
Лес	2,75	2,25	3,25	2,75	3,75	3,00
Супісок	2,75	2,25	3,00	2,50	3,25	2,75
Пісок дрібнозернистий	3,00	2,50	3,25	2,75	3,50	3,00
Пісок різнозернистий	2,75	2,25	2,75	2,25	3,00	2,50
Пісок крупнозернистий	2,50	2,00	2,50	2,00	2,75	2,25

Для кріплення низового укосу використовують дернування (суцільне чи в клітину), посів трави по шару рослинної землі завтовшки 0,2…0,3 м, відсипку шару щебню чи гравію товщиною 0,2 м та ін.

Берми слід використовувати на верховому укосі в кінці кріплення І її я створення упору, на низовому – для службового проїзду і відведення поверхневого стоку. Ширина берми на верховому укосі – 2 м.

Дренаж є обов’язковим для земляних дамб. Він усуває розмивання низового укосу фільтраційним потоком і забезпечує безпосередньо відведення фільтраційної води через тіло дамби, що сприяє стійкості низового укосу (рис. 4.11.5).

Рис. 4.11.5. Типи дренажів дамб обвалування:

а – трубчастий; в – наслінний; г – наслінний нашарований; в – комбінований; 1 – дернування; 2 – мостіння; 3 – кювет; 4 – зворотний фільтр; 5 – дренажна труба; 6 – привантаження з крупного піску

Висоту дренажної призми роблять не більше 1,5 м.

Якщо рівень води у нижньому б’єфі при великих витратах ріки піднімається вище від верху дренажної призми, над призмою влаштовують похилий дренаж з кам’яного накиду, виводячи його на 0,5…1,0 м вище від максимального горизонту води у нижньому б’єфі (комбінований дренаж).

Ширину призми по верху роблять 0,5…1,0 м. Коефіцієнт укосів дренажної призми приймають у межах 1,0…1,5.

Сполучення дренажу з тілом дамби роблять у вигляді зворотного фільтра з щебню, гравію або крупнозернистого піску завтовшки 0,1…0,2 м. У разі дрібнозернистих піщаних або супіщаних ґрунтів тіла дамби або основи зворотний фільтр дренажу слід влаштовувати з гравію або щебню і піску, але не більше ніж з двох шарів загальною товщиною 0,2…0,4 м.

При проектуванні зворотного фільтра слід керуватися такими умовами:

	(4.11.5)
	(4.11.6)

де D і d – відповідно діаметри обсипки і ґрунту . Індекс при букві показує, яка частина (у відсотках) має розмір діаметром менше D або d.