Влияние естественных условий района строительства на выбор конструктивного решения
Итак, природные условия района строительства совместно с другими факторами (эксплуатационные требования и нагрузки, методы производства работ, сроки строительства и др.) оказывают самое непосредственное влияние на обоснование и выбор конструкции сооружения.
Влияние природно-климатических условий учитывается в ходе инженерно-технических расчетов по определению нагрузок и воздействий на конструктивные элементы объектов гидротехнического и воднотранспортного строительства. Поэтому расчетному этапу работы по обоснованию этих элементов предшествует сбор и анализ данных о естественных природных условиях предполагаемого района строительства.
Рассмотрим подробно, какие данные, в каком объеме и из каких источников собирают для этих целей. В первую очередь проектировщиков интересуют топографические и гидрографические данные, метеорологическая характеристика района и его климатические условия, а также гидрологические, геологические, геоморфологические, гидрохимические и гидробиологические характеристики.
Значительный объем этих данных содержится в лоциях морей, в статистически обработанных данных наблюдений метеостанций и постов, различных справочниках и строительных нормативных документах. Например, климатические характеристики содержатся СНиП и справочниках. Дополнительно для сбора и анализа данных могут использоваться данные научно-технических отчетов различных организаций, министерств и ведомств, материалы экспедиций, монографии и научные публикации, а также архивные материалы проектных организаций. Если отсутствуют необходимые источники, содержащие исходные данные для расчетов, силами организации-проектировщика проводятся исследования в районе предполагаемого строительства объекта.
К гидрографическим условиям относятся данные о глубинах в месте возведения сооружения.
Топографические условия характеризуют очертание побережья и изрезанность береговой линии, рельеф дна и берега.
К гидрологическим характеристикам водоема относят уровень воды и динамику его колебания вследствие различных причин. Например, астрономические явления могут вызывать приливно-отливные колебания. В отдельных районах возможно колебание уровня воды вследствие сгонно-нагонных явлений под воздействием ветра или сейшевые колебания (волны).
Сейшевые колебания уровня (сейши) - свободные колебания уровня моря в виде стоячих волн в замкнутых и полузамкнутых водоемах, происходящие по инерции после прекращения воздействия внешних сил.
Причиной возникновения сейш могут быть ветер (сгоны - нагоны, шквалы и т.д.), кратковременные резкие изменения атмосферного давления под водоемом (прохождение барических систем), сейсмические возмущения дна моря, приливные явления, длиннопериодные волны.
Самый простой вид имеет одноузловая сейша - когда уровень воды у одного берега бассейна поднимается, а у другого опускается. Сейши бывают и многоузловые, они могут иметь три, четыре узла и более. Отмечено, что в одном и том же бассейне могут возникать сейши с различным количеством узлов. Основными элементами сейши являются период, высота, длина волны и амплитуда.
Период сейши - время, в течение которого масса воды совершает полное колебание. Амплитуда сейш - максимальное отклонение уровня воды от её положения в состоянии покоя. Высота сейш - разность между наивысшими и наинизшими отметками мейшевых колебаний уровня. Длина волны сейш - расстояние между двумя пучностями.
Сейши наблюдаются как в бухтах, заливах, так и в более обширных морских водоемах. В Средиземном море у берегов Сицилии наблюдались сейши с периодом 10-25 мин., местами 75 мин, и высотой до 2 м, а в Алжирской бухте до 1 м высотой при периоде 1-2 мин. На Черном море отмечены сейши с периодом от 10 мин. до 2 ч, в зависимости от местных условий.
Современные наблюдения дают основания предполагать, что собственные колебания водоема типа сейш могут иметь в целом моря и океаны.
Гидрологические характеристики водотоков (реки и каналы): расход, уровень воды и скорость течения.
К необходимым сведениям о метеоусловиях относятся: данные о направлении и скорости ветра, колебании температуры в течение года, количестве осадков и туманах.
Геологические и геоморфологические условия характеризуются данными о строении дна и берегов, слагающих их породах, изменении их рельефа под воздействием внешних факторов (вдольбереговое течение, ветровые волны, движение наносов).
Качество воды определяют на основе изучения физических, гидрохимических и гидробиологических показателей.
К физическим показателям воды относятся температура, ее изменение по глубине и в течение года, прозрачность, цвет, запах, а также акустические свойства, которые учитывают в расчетах, связанных с распространением ударных волн. Для строительства в районах с тяжелыми климатическими условиями необходимы характеристики льда (структура, механические свойства, условия образования).
Гидрохимические условия характеризуются такими показателями, как соленость воды, наличие в ней примесей, их состав и количество.
К гидробиологическим условиям относят данные о гидробионтах, в частности способных разрушить элементы конструкции. К таким организмам относятся, например, древоточцы.
Гидробионты — морские и пресноводные организмы, постоянно обитающие в водной среде. К гидробионтам также относятся организмы, живущие в воде часть жизненного цикла, то есть земноводные. Существуют морские и пресноводные гидробионты, а также живущие в естественной или искусственной среде, имеющие промышленное значение и не ставшие таковыми.
Перечень данных, собираемых для анализа и характеристики природных условий района строительства, может меняться в зависимости от типа конкретного сооружения и регламентируется соответствующим нормативным документом. Например для причального сооружения приведен следующий перечень исходных данных:
• топографические (план участка строительства);
• гидрографические (план промеров глубин, сведения о морских свалках грунта);
• гидрологические и метеорологические (ветер, волнение, уровни моря, ледовый режим, заносимость участка акватории, агрессивность среды, данные по климату);
• биологические (наличие древоточцев);
• геологические и гидрогеологические (геологические профили, физико-механические характеристики грунтов основания, сведения о грунтовых водах);
• данные о сейсмичности, а также о карстовых, оползневых и просадочных явлениях.
Собранные на предварительном этапе данные в дальнейшем используются при определении нагрузок на сооружение в различных расчетных случаях. Нагрузки на сооружения возникают при изменении уровня воды и температуры, от ударных ветровых и стоячих волн, а также вследствие сейсмических воздействий, ударов льдин, расширения льда и т.п.
Исходя из величин расчетных нагрузок, выбирают размеры сечений конструктивных элементов, которые обеспечат необходимую прочность, устойчивость, жесткость сооружения и долговечность его эксплуатации.
Еще раз повторим, что природные условия района строительства непосредственно влияют на выбор и обоснование конструктивных элементов сооружения. Это следует учитывать при разработке концептуальной модели «воднотранспортный объект окружающая среда». На ее основе можно детально исследовать процесс взаимодействия объекта со средой для поиска возможных средств минимизации последствий воздействия на окружающую среду (ОС).
Итак, условия природной среды в месте строительства изначально влияют на выбор конструкции сооружения. Поэтому целенаправленный поиск путей минимизации ущерба ОС при строительстве и эксплуатации объекта не должен сводиться к механическому выявлению этих воздействий и их оценке. Он должен помочь разработать комплекс природоохранных мероприятий (ПОМ).
Поэтому уже на этапе выбора места строительства наряду с технико-экономическими показателями необходимо вводить и учитывать экологический критерий, который целесообразно определять, исходя из условия минимизации ущерба всем компонентам окружающей среды.