3 Строительство селезащитных сооружений

Сели – это временные грязекаменные потоки, образующиеся в горных долинах в периоды выпадения в горах сильных дождей или при быстром таянии снега и льда. Эти могут быть сотни тысяч, а иногда миллионы кубометров воды, насыщенной твердым материалом, которые устремляются с гор на равнины и разрушают на своем пути здания, инженерные сооружения, уничтожая зачастую целые населенные пункты вместе с людьми. Доля твердого материала в селевых потоках может достигать и даже превышать половину его объема. Твердые включения имеют размеры от глинистых частиц до крупных каменей массой в несколько десятков тонн. Материал селей (грязь, песок, камни) откладывается в предгорных равнинах слоем до 1м и более. Сельскохозяйственные угодья, живописные места отдыха превращаются при этом в каменистую пустыню.

Борьба с селями представляет очень сложную проблему, ибо в самом процессе возникновения селей остается еще много неясного, а мероприятия по защите от селей сопряжены с большими затратами. По этим причинам все работы по защите от селей должны выполняться по проекту, разработанному организацией, имеющей соответствующую лицензию, прошедшему общую и экологическую экспертизу.

Мероприятия по борьбе с селями можно разбить на два направления:

• организационно-хозяйственные (профилактические, пассивные) мероприятия,

• инженерные (коренные) мероприятия, включающие возведение инженерных сооружений и агролесомелиоративные мероприятия.

К организационно-хозяйственным относятся мероприятия, которые, как и при защите от оползней, не требуют специальных инвестиций и предполагают лишь различные ограничения, запреты и организационные мероприятия. Это – запреты на строительство в пределах селеопасных русел дорог, зданий, водозаборов, правильное использование горных склонов, недопущение уничтожения растительности, в том числе разрушения ногами животных дернового покрова и, соответственно, улучшение, расширение пастбищ и т.д. Кроме того, исключительно важным является создание специальных служб наблюдения и оповещения населения о возникновении селей.

К инженерным (коренным) относятся мероприятия, связанные со значительными материальными затратами. Они, как уже отмечалось, включают строительство специальных инженерных сооружений и проведение комплекса агротехнических и лесомелиоративных мероприятий. Последние предполагают широкое использование лесопосадок на селеопасных водосборах.

Отечественные строительные нормы по инженерной защите территорий от опасных геологических процессов (СНиП 22-02-2003) выделяют следующие виды противоселевых сооружений:

• селезадерживающие сооружения, способные останавливать селевой поток и аккумулировать содержащийся в нем материал в оборудованных для этого местах – селехранилищах;

• селепропускные сооружения, позволяющие безопасным образом пропускать селевые потоки через защищаемый объект или направлять их в обход этого объекта;

• селенаправляющие сооружения, которые, находясь выше селепропускных сооружений, направляют селевой поток в эти (т.е. селепропускные) сооружения или непосредственно в селехранилища селезадерживающих сооружений;

• стабилизирующие сооружения, способные ослаблять динамическое действие селевого потока или полностью прекращать его движение;

• селепредотвращающие сооружения, способные предотвращать селеобразующие паводки;

К селезадерживающим сооружениям относятся различные плотины, задерживающие селевой поток, или котлованы, которые могут его вместить полностью или частично, превращаясь в селехранилища. Плотины могут быть

• глухими,

• с отверстиями (сквозные).

Глухие плотины полностью задерживают селевой поток и образуют селехранилища. Сквозные плотины задерживают крупные камни и пропускают остальную массу, превращая селевой поток в менее опасный водный.

Все селезадерживающие плотины проектируются, как правило, без противофильтрационных устройств и без затворов. Размеры плотин, в том числе возвышение гребня, принимаются в проекте, исходя из ожидаемого объема селя и ожидаемой высоты его последнего вала. Глухие плотины обычно проектируются однородными и возводятся из местных грунтовых материалов. Работы по возведению таких плотин обычно производятся механическим способом, но в ряде случаев могут использоваться направленные взрывы. Технология возведения земляных плотин аналогична возведению дамб (см. раздел 1.2). Сквозные плотины возводятся из бетона, железобетона, каменной кладки.

Если в качестве селезащитного сооружения откапывается котлован (селехранилище), то его объем принимается также исходя из ожидаемого объема селевых потоков. Извлекаемый из такого котлована грунт используется обычно для отсыпки селезадерживающих плотин, дамб, в связи с чем необходимо предварительно составлять баланс грунтовых масс (часть II раздел 1.2.3).

Время заиления селехранилища согласно указаниям СНиП 22-02-2003 принимается не менее 25 лет. На практике известны случаи, когда создавались гигантские селехранилища со сроком службы более 100 лет (урочище Медео у г. Алма-Ата, 1971г.). В большинстве же случаев ограничиваются значительно меньшими сроками, и главное внимание уделяют своевременному предупреждению о возникающих селевых потоках.

Селепропускные сооружения направляющие селевой поток в обход защищаемого объекта или через этот объект представляют:

• каналы для пропуска селя через населенные пункты (или в обход их), промышленные предприятия и прочие объекты подобного типа;

• селеспуски для пропуска селя через линейные объекты – дороги, каналы, нефтепроводы, газопроводы и проч.

Размеры селепропускных сооружений, их ориентация устанавливаются при проектировании, исходя из обеспечения их особенностей конкретных условий и необходимой транспортирующей способности потока. При производстве работ все эти параметры должны тщательно контролироваться.

Каналы для пропуска селевых потоков выполняются чаще всего в земляном русле без облицовки откосов. Однако, в ряде случаев канал может иметь ограждающие стены, возвышающиеся над поверхностью земли. В этих случаях возвышение стен над максимальным уровнем селевого потока принимается равным 0,2Н_max, где Н_max – максимальная глубина селевого потока, но не менее 0,5м. На входных участках рекомендуется принимать это возвышение равным 0,5 Н_max . Продольный уклон каналов должен быть не менее 0,1.

Устройство селепропускных каналов с технологической точки зрения аналогично устройству водоотводящих каналов при защите территории от затопления (см. раздел 1.1).

Селеспуски выполняются в виде лотковых каналов, или мостов, в которых вместо проезжей части – лотки. Применение труб для пропуска селевых потоков отечественными нормами не допускается. Селеспуски делаются из сборного или монолитного железобетона. Возвышение стен лотков над максимальным уровнем селевого потока принимается равным 0,5Н_max, но не менее 1,0м (Н_max – так же как и при проектировании каналов, максимальная глубина селевого потока). Возведение лотков – это монтажные или железобетонные работы, описанные в части II настоящего пособия.

Селенаправляющие сооружения, т.е. сооружения, направляющие селевой поток в упомянутые выше селепропускные каналы или селеспуски, а иногда непосредственно на селезадерживающие сооружения – это могут быть

• дамбы (направляющие и ограждающие),

• шпоры, т.е. регуляционные сооружения на предполагаемом пути селевого потока, располагаемые поперек этого потока

Селенаправляющие дамбы, как направляющие, так и ограждающие, проектируются однородными, без противофильтрационных устройств. Напорные откосы таких дамб часто крепятся облицовкой из сборного или монолитного железобетона. Селенаправляющие дамбы отсыпаются из местных грунтовых материалов. Технология их возведения в целом такая же, как и при устройстве дамб обвалования при защите территорий от затопления (раздел 1.1).

При односторонней защите берегов от разрушения селями устраиваются шпоры глухой или сквозной конструкции. Шпоры глухой конструкции могут устраиваться из грунтовых материалов, сухой каменной кладки, реже из бетона. Сквозные шпоры обычно делаются из сборного железобетона. Конструкции сквозных сооружений описаны ниже при рассмотрении стабилизирующих сооружений.

Стабилизирующие сооружения и мероприятия, ослабляющие или прекращающие действие селевого потока, – это каскады запруд, подпорные стены. дренажные устройства, террасирование склонов, агролесомелиорация. Технология выполнения таких мероприятий и возведения большинства упомянутых сооружений уже рассматривалась в предшествующих разделах. Пояснения требуют лишь вопросы, связанные с возведением запруд.

З апруды представляют собой небольшие плотины, выполняемые, глухими или сквозными. Для глухих запруд обычно используются наиболее дешевые местные материалы – камни, гравий, песок, бревна, хворост, различные деревянные устройства (тюфяки, фашины и проч.), реже бетон. Сквозные запруды (селеуловители) делаются из сборного железобетона, реже из деревянных или металлических элементов, а также тросов (сетчатые заграждения). На рисунке 20 показана одна из применяемых конструкций железобетонного сквозного селеуловителя. Такой селеуловитель включает накладные решетки 3, опирающиеся на треугольные рамы 1, которые в свою очередь жестко связаны между собой поперечными распорками 2.

Из названных элементов можно собирать очень большие многоярусные конструкции, перекрывая широкие селевые потоки на высоту более 30м. Собранный таким образом селеуловитель обладает значительной жесткостью и хорошо задерживает крупные включения, пропуская лишь воду с мелкими включениями.

Применяются и другие конструкции сквозных железобетонных селеуловителей, в том числе собираемые из жестких равносторонних треугольников, каждая сторона которых представляет железобетонную балку с отверстиями по концам. За рубежом применяют сквозные запруды высотой до 5…6м из металлического шпунта. Все эти конструкции могут применяться и для полузапруд (шпор).

В ряде случаев эффективными оказываются сетчатые запруды, выполняемые из стальных канатов. Они обычно состоят из одной или двух сеток, подвешиваемых к бортам ущелья и закрепляемые на его дне. На рисунке 21 показана схема запруды из двух сеток – селерезной и заградительной.

Рисунок 21 Гибкая сетчатая запруда:

I (на разрезе А-А) – селерезная сетка, II – заградительная сетка в положении до прохода селя, II’ – то же после прохода селя; 1 – анкерная опора (крепление), 2 – сетка из тросов, 3 – анкерный болт, 4, 5 – продольные и поперечные тросы, 6 – твердая фракция селя

При прохождении селя селерезная сетка 1 принимает на себя первый удар селя и притормаживает твердую фракцию. Далее, в пространстве между селерезной и заградительной сеткой начинается интенсивное выпадение твердой фракции, причем заградительная сетка в конечном счете приходит в положение II’.

Селепредотвращающие сооружения включают

• сооружения, относимые обычно к стабилизирующим, но способные выполнять функции предотвращения селей – нагорные каналы, террасы-каналы,

• плотины для регулирования селеобразующего паводка,

• водосбросы на озерных перемычках.

Нагорные каналы и террасы-каналы применяются для уменьшения максималь­ного расхода дождевых паводков. Это достигается путем пере­хвата склонового стока и перевода его в грунтовый либо для медленного отвода его в сбросные каналы или русла.

Плотины применяют в условиях, когда очаг образования дождевого или гляциального селя находится ниже очага формирования селеобразующего паводка и между этими участками рельеф позволяет создать регулирующую емкость. Плотина должна быть оборудована выпуском воды, обеспечивающим автоматическое опорожнение регулирующей емкости с расходом, не превышающим селеобразующий, а также катастрофическим водосбросом.

Водосбросы на озерных перемычках следует осуществлять для предотвращения прорыва горных озер. Такие озера с низовой стороны (т.е. ближайшей к подошве склона) обычно ограждаются не плотинами, а более простыми сооружениями – перемычками. В таких перемычках делаются водосбросы, которые в период опасных паводков открываются. Строительные нормы по инженерной защите территорий от опасных геологических процессов СНиП 22-02-2003 не дают конкретных указаний по типу и конструкции таких водосбросов (траншейные, туннельные и др.), но указывают, что тип водосброса определяется строительными условиями и ха­рактером озерной перемычки. При составлении проекта противоселевой защиты все эти вопросы решаются на основе тщательного изучения местного опыта, рельефа, инженерно-геологических, гидрометеорологических и прочих условий.

Применение тех или иных защитных сооружений или мероприятий в значительной мере определяется зонами селевого бассейна. На рисунке 22 показаны типичные зоны селевого бассейна, в пределах которых эффективны различные селезащитные мероприятия.

Рисунок 22 Зоны селевого бассейна:

1 – площадь водосбора, 2 – канал стока, 3 – район конуса выноса

Так, в зоне водосбора 1 целесообразны лесонасаждения, устройство дренажных систем, террасирование, нагорные каналы и другие селепредотвращающие сооружения. Деревья закрепляют рыхлый верхний слой грунта, ослабляют процесс размывания и регулируют сток. В то же время в этой зоне, как правило, нет необходимости в устройстве селезадерживающих сооружений типа плотин, потому что основной объем селя, его разрушительная способность формируется ниже, в зонах 2 и, особенно, 3.

В зоне стока 2 значительный эффект дают стабилизирующие, селенаправляющие, в ряде случаев селепропускные сооружения. Это различные запруды (селеуловители), полузапруды, ограждающие дамбы.

Наиболее крупные и дорогостоящие сооружения – плотины, каналы характерны для зоны 3 и нижних участков зоны 2, где сели обычно имеют наибольшую разрушительную силу.

Особенности технологии и организации строительства селезащитных сооружений связаны со следующими обстоятельствами.

Во-первых, сели – явление, присущее лишь горным районам, поэтому работы по устройству селезащитных сооружений должны быть приспособлены именно к таким условиям. Это значит, что работы по возведению селезащитных сооружений должны начинаться с прокладки временных или постоянных дорог, при выборе техники следует отдавать предпочтение мобильным машинам, особенно, на гусеничном ходу. Особое внимание должно уделяться сохранению существующей растительности при земляных и бетонных работах.

Во-вторых, работы целесообразно проводить по возможности в периоды года, когда вероятность возникновения селей минимальна, (отсутствие снеготаяния, минимум дождей), при этом желательно укладываться в предельно сжатые сроки. В противном случае возникший сель может сорвать все начатое строительство и заставить его осуществлять по новому проекту.

В-третьих, местная сеть строительно-монтажных организаций и предприятий стройиндустрии в селеопасных районах должны быть приспособлены к систематическому выполнению работ по защите от селей, т.е. быть готовыми включаться в них в любой момент, обеспечивая необходимую эффективность. Сроки службы селезащитных сооружений весьма ограничены, поэтому через каждые 20…30 лет, а иногда и значительно раньше, работы приходится возобновлять, возводя новые и реконструируя существующие защитные сооружения.

В четвертых, особое значение при защите от селей имеет агролесомелиоративные мероприятия, поэтому работы по возведению селезащитных сооружений всегда должны вестись в едином комплексе с посевами деревьев, кустарника и многолетних трав, проводимыми по соответствующему проекту.

Контрольные вопросы:

1. Что понимается обычно под организационно-хозяйственными и коренными (активными) мероприятиями по борьбе с селями?

2. Перечислите основные виды противоселевых сооружений.

3. Чем отличается работа сквозных и сетчатых запруд от работы глухих запруд?

4. Как связаны виды селезащитных сооружений и мероприятий с зонами селевого бассейна?