книги из ГПНТБ / Чернышов, Ф. М. Повышение эффективности путевых работ на многорукавных участках судоходных рек учеб. пособие

также способствует углублению рукавов у ведущих и высоких ко­ ренных берегов и обмелению рукавов, находящихся как непосред­ ственно у пойменных берегов, так и вблизи их. В-третьих, высокий берег обычно сложен породами, устойчивыми против размыва, по­ этому вероятность новообразования подводных кос и осередков, формирующихся, как продукт размыва берега,, в рукавах у таких берегов меньше, чем в пойменных рукавах.

Можно также отметить рекомендации Н. И. Маккавеева и Р. С. Чалова о целесообразности применения при улучшении много­

нию судового хода вдоль ведущего берега. Однако, в отличие от сднорукавного русла, для сложноразветвленного русла понятие о ве­ дущем береге более широкое и может включать элементы субъек­ тивности. ."" -

Конечно,-прежде всего, к ведущему берегу следует относить та­ кой, который управляет плановыми течениями потока и поэтому безотрывно обтекается последним почти во всем диапазоне годово­ го изменения уровня воды в реке, особенно в период прохождения весенних и осенних паводков. Чаще всего такой берег является ко­ ренным и вогнутым, привлекающим к себе наибольшие глубины и •динамическую ось потока. Нижняя вогнутая часть ведущего берега обычно выполняет роль «плеча», с помощью которого осуществля­ ется отклонение главного течения к противоположному берегу. При недостаточно развитой кривизне вогнутого берега,, его ведущую роль по переводу потока к. противоположному берегу «продолжает»,' сопрягающаяся с ним верхняя половина выпуклого-берега. Неред­ ко при малой кривизне вогнутого берега его ведущая роль усилива­ ется наличием у него мысообразных выступов и подпорным эффек­ том от нижерасположенных достаточно крупных высоких островов.

Поскольку естественный переход речного потока от одного бере­ га к другому происходит многократно, то. очень часто ведущими слу­ жат вогнутые участки высоких пойменных берегов. На многорукав­ ных затруднительных участках это прослеживается по размещению на какой-то их части судового хода в рукавах у пойменных берегов. Более того, напрактике в ряде случаев приходится закреплять такое положение судового хода, особенно когда для его переноса к проти­ воположному коренному берегу имеющихся технических средств оказывается недостаточно, или когда естественный ход русловогопроцесса на участке будет еще длительное время направлен на под­ держание на его части главного течения у пойменного берега, либо, в примыкающем к нему рукаве.

Так как ведущий берег должен.являться основной опорной лина-

ей выправительной трассы, то выходит, что при решении задачи ко­ ренного улучшения судоходных' условий многорукавных участков рек приходиться иметь дело с двумя, а то и тремя категориями ве­ дущих берегов. Так, например, в начале таких участков и на подхо­ де к ним ведущими обычно являются коренные высокие берега. За­ тем в качестве ведущих берегов могут оказаться как высокие трудноразмываемые берега крупных островов, так и высокие пойменные берега. В конце многорукавных участков и на нижерасположенных плесовых лощинах ведущими в большинстве случаев снова оказы­ ваются коренные,берега. Примерно такая же схема закрепления вы­

трудноразмываемых грунтов и примыкает к коренному берегу, а размещаемая между верхним и нижним гребнями переката хорошо развитая плесовая лощина примыкает к высокому вогнутому пой­ менному берегу.

Возвращаясь к изложению п. 3, следует дополнить что к наносопривлекающим необходимо также относить те рукава затрудни­ тельного участка, которые отходят от основного русла (судоходного рукава) под большим углом, так как они обычно активно «отсасы­ вают» наносы. Поэтому их целесообразно оставлять проточными, то есть без особой необходимости не перекрывать запрудами. При на­ личии же нескольких несудоходных рукавов, ответвляющихся от основного русла под большими углами, предпочтение на роль «напосоотсасывающего» рукава следует, отдавать более длинному, как это будет далее показано на схеме 4-рукавного затруднительного для судоходства участка р. Оби (см. рис. 40). Эта же идея успешно реализована Иртышским БУП в приведенном выше примере улуч­

в тех случаях, когда обходной рукав значительно длиннее прямого,

в месте деления потока, в сторону этого короткого рукава. Кроме указанных случаев такое явление может наблюдаться, когда деле­ ние потока на рукава происходит на участке незавершенного закр у глени я естественного русла, т. е. за «оборванной ветвью» нижней части излучины (см. на рис. 7 верхнее деление потока). В этом слу­ чае сформировавшийся под действием центробежных сил попереч­ ный уклон свободной поверхности потока продолжает сохраняться и

на участке его разделения, способствуя направлению наиболее на­ сыщенных наносами придонных слоев жидкости в сторону рукава, примыкающего к выпуклому берегу основного русла (излучине). Поэтому при выборе одного из рукавов в качестве наносоотвлекающего весьма важно иметь данные нивелировки свободной поверхно­ сти для участков деления русла на рукава, пользуясь которыми мы безошибочно сможем установить направление поперечного уклона потока и, следовательно, направление донныхч струй, а с ними и .дви­ жение наносов.

Отметим, что к неперспективным в части судоходства необходи­ мо относить также короткие рукава относительно глубоких рек (при В- 7"ср <20—30), идущие вдоль берега, в том числе и вогнутого, устья которых размещаются перед крутыми поворотами этого бере­ га. В таких рукавах в паводок, а иногда и в течение всего диапазона изменений навигационных уровней воды, наблюдаются обратные те­ чения или образуются тиховоды, способствующие аккумуляции на-

чии ниже многорукавного участка крутого поворота ведущего бере­ га наибольшие затруднения для судоходства обычно возникают именно при прохождении судов и составов вдоль этого берега, из-за; неблагоприятного действия прижимных к нему течений (аналогич­ ные, разумеется, затруднения для судоходства возникают на по­ добных участках и в том.случае, если подходной к повороту участок представляет собой двух или однорукавкое русло). Из отмеченного

следует, что в ряде Случаев неперспективные в отношении судоход­ ства вдольбереговые рукава могут быть эффективно использованы для устранения прижимных (свальных) течений на ведущие (корен­ ные) берега в местах их резкого поворота. В этих случаях указан­ ным рукавам следует придать роль «потокорегулирующих сооружений», для чего необходимо создать в них такое активное «прямое» течение, которое обеспечило бы дальнейшее движение вы­ ходящего из рукава потока на подходе к повороту и на его протя­ жении в виде вдольбереговой «отжимной» транзитной струи. Ско­ рости этой «отжимной» струи должны быть несколько выше скоро­ стей основного потока, чтобы надежнее обеспечивались условия, не­ обходимые для устранения опасного навала судов на ведущий бе­ рег в месте резкого поворота (рис. 27, створ а—а). Для усиления движения потока в таких коротких береговых рукавах и, в особен­ ности, для изменения его движения на «прямое», следует осуществ­ лять принудительный забор воды в их истоках, например, .устрой­ ством со стороны приверха острова руслового водораздельного соо­ ружения (рис. 27, сооружение 1).

Рис. 27. Схема путевых мероприятий по созданию вдольбереговой «отжим­ ной» струи на участке перед крутым поворотом ведущего берега

В ряде случаев, когда ухвостья острб'вов оказываются удаленны­ ми от места поворота берега на значительное расстояние, может возникнуть необходимость в устройстве от ухвостья острова водонаправляющей стрелки, обеспечивающей компактность и активное действие «отжимной» вдольбереговой струи на протяжении всего участка поворота русла (рис. 27, сооружение 2).

Очевидно, что такие сооружения должны быть сооружениями весеннего регулирования, иначе при высоких уровнях воды они мо­ гут стать причиной аварий для проходящих судов. Незатопленными

должны быть и отметки острова, к которому примыкают оба соору­ жения. В противном случае последние следует продолжить по остро­ ву до их полного сопряжения (рис. 27, см. пунктирные линии).

В отдельных случаях, наряду с постановкой сооружений 1 я 2 (см. рис. 27), следует выполнять и углубление вдольберегового ру­ кава. Это может значительно повысить его пропускную способность, а следовательно, и улучшить «отжимные» качества выходящего из рукава потока.

Отметим, что в описанных выше случаях для ликвидации при­ жимных к берегу течений может возникнуть необходимость в созда­ нии на подходном к повороту участке искусственной вдольберегрвой протоки, если при этом отсутствуют островные образования а есте­ ственное деление потока на рукава. С таким положением можно встретиться и на однорукавкых затруднительных участках, где так­ же целесообразно создание искусственной вдольбереговой протоки перед крутым поворотом русла. В частности, такой метод нами предложено использовать для улучшения судоходных условий засемафоренного до настоящего времени участка «Лейские Щеки* (рис. 28,а я б), то есть для 2-образных участков, являющихся в настоящее время также наиболее затруднительными для судоход­ ства [15].

Рис. 28. Затруднительный участок «Щеки»,, р. Лены

Образование искусственной протоки может быть использовано в отдельных случаях и для защиты ведущего берега от дальнейшего его размыва в излучинах. Это, например, можно осуществить с по­ мощью устройства спрямления, сохраняя при этом главное течение и судовой ход в излучине, стабилизируя в ней за счет отвлечения определенного расхода воды процесс незавершенного меандрирования. Такое мероприятие может оказаться особенно эффективным, когда проектируемая трасса спрямления рзмещается в трудноразмываемых грунтах, а еще лучше — в неразмываемых.

Кроме того, спрямляющие прорези-каналы могут эффективно ис­ пользоваться для отвлечения расхода воды из излучин и на развет­ вленных участках рек. В частности, такое мероприятие предполага-

ряде мест из-за интенсивной эрозии сформировались глубины до 20—30 м от проектного уровня^ во-вторых, отвести транзитную су­ доходную трассу из излучины (главного русла) в протоку Чехлоней и, в-третьих, сохранить проточность воды в излучине, что весьмаважно для размещаемого на ее правом берегу крупного населенно­ го пункта.

крупного щебня или даже гравия, то есть достаточно несложную и высокопроизводительную схему производства берегоукрепительных работ. Однако при наличии особо сложных и неблагоприятных ус­ ловий для закрепления легкоразмываемых высоких вогнутых бере­ гов (как это имеет место в приводимом примере), в целях избежа­ ния больших объёмов ремонтных работ по досыпке щебня, дополни­ тельно к спрямляющему каналу необходимо предусматривать воз-

перед створом естественного деления потока, но это обычно приво­ дит к работе сооружения в более тяжелых ледовых условиях. К предпочтительности первого варианта расположения регулирующе­ го сооружения следует также отнести и то, что при этом корневая его часть может оказаться за плечом вышерасположенного мысообразного коренного берега и не будет воспринимать на себя активного воздействия весеннего потока (см. рис. 29). Дополнительно заме­ тим, что для решения поставленной здесь задачи одного выправи­ тельного сооружения может оказаться недостаточно и в последую­ щем необходимо будет возвести запруду в поперечной протоке (см. на рис. 29 створ а—а), если эта протока начнет развиваться, или же затопляемую при'низких уровнях воды запруду, в основном русле несколько ниже устья этой протоки (см. на рис. 29 створ б—б), если совместная гидравлическая работа канала и полузапруды по пере­ распределению расхода воды окажется недостаточно эффективной в паводочный период. Не исключено также, что в этом случае наи­ более эффективным сооружением может оказаться продольное незатопляемое в паводок сооружение, размещаемое от приверха ост­ рова справа от спрямляющего канала и одновременно перекрыва­ ющее по створу а—а поперечную протоку. Вероятность в потребно­ сти дополнительной постановки такой запруды-в'.'рассматриваемом и подобных ему случаях вполне возможна, поскольку русло реки в излучине имеет чрезмерно большие глубины, вплоть до ее слияния с левобережной протокой.

4. В принимаемых схемах коренного улучшения многорукавных затруднительных участков состав выправительных сооружений в

Рис. 29. Использование спрямляющего канала для целей судоходства и защиты берега р. Оби в районе крупного населенно­ го пункта

ния, то есть незатопляемые при половодьях и паводках. В связи с этим выправительные сооружения целесообразно подразделять на три следующих основных типа:

1)сооружения меженного регулирования, гребни которых не превышают проектный уровень больше чем на 0,5—2,0 м;

2)сооружения с отметками гребней, превышающими проектный уровень воды на 2,0—4,0 м, а иногда и более; которые в дальнейшем именуются повышенными сооружениями;

3) сооружения весеннего регулирования — незатопляемые при

участка. Поэтому на приводимых ниже возможных схемах улучше­ ния судоходных условий многорукавных участков даются ориенти­ ровочные высотные отметки рельефа па островах и берегах относи­ тельно проектного уровня.

Для сооружений 2-го и 3-го типов в специальных расчетах осо­ бое место должны занять расчеты на ледовые нагрузки, поскольку последние в условиях Сибири и Севера могут оказаться определя­ ющими при выборе конструкций как русловых, так и пойменных или береговых, а также откосозащитных сооружений. Так, напри­

жения меженного регулирования нецелесообразно, так как они бу­ дут подвергаться ежегодному разрушению.

Приведенные рекомендации по применению на многорукавных затруднительных участках более высоких сооружений, активно воз­ действующих на весенний поток, не идут вразрез й с данными инже­ нерной практики как прошлых лет, так и последующего времени. В

Кроме того, в этом же бассейне широко используются отвалы грун­ та для повышения отметок поверхностей осередков (до 6—7 м над проектным уровнем) с целью их трансформации в острова.

Рациональная пропорция между сооружениями перечисленных типов должна устанавливаться для каждого улучшаемого участка в зависимости от его условий. В качестве общей рекомендации можно лишь "указать, что с возрастанием устойчивости русла многорукав­ ных участков степень использования на них сооружений меженного регулирования должна увеличиваться. Очевидно, предпочтение со-

оружениям меженного регулирования должно отдаваться и в тех случаях, когда судовой ход на участке прижат к высокому или веду­ щему берегу. На участках с очень подвижным руслом основное ме­ сто в улучшении их судоходных условий следует отводить повышен­ ным сооружениям и сооружениям весеннего регулирования. При этом необходимо иметь в виду, что размеры повышенных и весен­ них сооружений должны определяться из условия обеспечения ими своевременного размыва, отложившегося на перекате во время па­ водка слоя наносов с тем, чтобы при наступлении межени габариты судового хода оказывались бы не.менее гарантированных. Поэтому в практике проектирования таких сооружений не следует считать в качестве основной задачи — недопущение . отложений наносов на перекатах во время весеннего половодья. Более того, выполнение подобного требования высокими сооружениями может привести к чрезмерному размыву русла в местах их размещения и нежелатель­ ному отложению большого количества наносов на нижерасположен­ ных участках.

К сооружениям весеннего регулирования и в какой-то мере к повышенным-'сооружениям следует также прибегать, когда ставит­ ся задача сбора многорукавного русла в однорукавное, и если эко­ номически такое мероприятие' оказывается вполне оправданным.

В заключение следует особо остановиться на понятии повышен­ ных и высоких запруд, так как в.настоящее время уже имеется не­ сколько примеров удачного использования повышенных запруд для

.улучшения судоходных условий на реках, например, на р. Конда [16].

,В частности, на этой реке построено 9 таких запруд, имеющих пре-( вышение гребней над проектным уровнем от 2,5 до 3,7 м, и которые

•за период работы в течение 4—8 лет значительных повреждений.не получили.

- Для этой категории сооружений указанное выше понятие долж­ но рассматриваться в более широком смысле,.т. е. не только как гео­ метрическое, но и гидравлическое. В первом случае переделяющей является.'величина превышения отметки гребня запруды над про­ ектным уровнем (2—4 м и более). Во втором — величина перепада уровней воды между верхним и нижним бьефами не должна превы­ шать 0,5—0,75 м. Поэтому окончательное определение «высотной»; категории запруды возможно лишь после выполнения соответству­ ющего'гидравлического расчета. Здесь же отметим, что при наличии на запрудах величин перепадов уровней Л z больше указанных, та­ кие сооружения переходят в категорию небольших плотин или про­ сто плотин, требования к расчету которых регламентируются СНиПами или ГОСТами более строго и более полно.

Приведенное деление выправительных сооружений на три кате­ гории не идет вразрез и с известными представлениями об основных фазах руслового процесса в реках. Наиболее активно эти процессы ощущаются в весенний период; затем, имея, в виду перекаты и пере^. катные участки, направленные русловые процессы, обычно связан­ ные с размывом их гребней, происходят во второй половине спада

-58'

уровня и, наконец, Немаловажную роль играют русловые процессы; происходящие при наступлении межени и межнавигационного перио­ да. При этом последние наиболее ощущаются в многорукавных рус­ лах с низкими отметками пойм и островов. Поэтому в зависимости от времени и особенностей характера происходящих на затрудни­ тельных участках русловых процессов, следует решать вопрос о це­ лесообразности использования одного из трех указанных выше ти­ пов сооружений.

5. При осуществлении запроектированной схемы улучшения су­ доходных условий на участке, большое значение необходимо прида­ вать определению очередности возведения выправительных соору­ жений, которая должна находиться в тесной связи с их типами и конструктивными особенностями, а также с предусмотренными сро­ ками разработки землечерпательных прорезей. Особое место в про­ ектных проработках Должен занимать вопрос очередности возведе­ ния намывных грунтовых выправительных сооружений в случае, когда не производится надёжного крепления их гребней и 'откосов, с чем нередко приходиться встречаться в практике строительства.

Не менее важно правильно определить очередность возведения сооружений и разработки прорезей на участках рек, долины и русла которых сложены из легко подвижных грунтов. В таких случаях этот вопрос, по существу, перерастает в определение поэтапности ведения путевых работ. При этом выполнение каждого этапа,'з свою очередь, должно быть увязано по продолжительности с одним, а может быть и двумя гидрологическими годами. Это позволит з последующем гидрологическом году учесть дополнительное влияние осуществленных путевых мероприятий на изменение направленно­ сти или интенсивности русловых.процессов в той части многорукав­ ного участка, где намечено выполнение работ следующего этапа. .

Определение очередности производства путевых работ должно также учитывать возможности их обеспечения необходимыми тех­ ническими средствами и строительными материалами.

В некоторых случаях целесообразно введение очередности в строительство самого выправительного сооружения. Так, например, если возводимое сооружение имеет значительные размеры и недо­ статочно ясно влияние его работы на русловой режим участка, то нередко эти размеры при проектировании назначаются с «надежны­ ми» запасами. Это излишнее увеличение размеров трудно опреде­ лить без натурных наблюдений за гидравлической работой сооруже­ ния, обычно выполняемых в процессе его строительства.

Однако целесообразная очередность возведения выправитель­ ных сооружений^ разработки землечерпательных прорезей, опреде­ ляемая исходя из рассмотренных условий, не должна препятство­ вать; организации одновременного выполнения всех путевых "работ, предусмотренных проектной схемой, если она обеспечивает макси­ мальное сокращение общего срока строительства по объекту и бы­ стрейшее'закрепление нового или существующего положения судо­ вого хода на участке. Ё то же время выполнение путевых работ в оп-