МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА

 

 
"РОЛЬ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА В ОБЕСПЕЧЕНИИ УСТОЙЧИВОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ ЭКОСИСТЕМ "
 
(МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ)
 
Москва 2006

УДК 627.5

ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ РАЗМЫВОВ ОСНОВАНИЙ ГИБКИХ

ПРОТИВОЭРОЗИОННЫХ  БЕРЕГОЗАЩИТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

НА РЕКАХ, ПРОТЕКАЮЩИХ В УРБАНИЗИРОВАННОЙ ЗОНЕ

 

Т.Ю. Хаширова – к.т.н.,  доцент

Кабардино-Балкарский государственный университет, г. Нальчик, Россия

 

Многие реки России протекают в урбанизированной зоне и, как правило, из-за необходимости защиты прилегающей территории надежно защищены от боковой водной эрозии берегоукрепительными сооружениями. На горных и предгорных участках таких рек в русле возникает донная эрозия. В результате донной эрозии  разрушаются  берегоукрепительные сооружения и дамбы. В результате этого остро стоит проблема надежной защиты от донной эрозии регулировочными сооружениями, которые являются надежными,  экономичными, экологичными и гармонично вписываются в архитектуру  окружающей среды, являясь объектами достопримечательности.  

Так, например, на р. Нальчик, протекающей в зоне отдыха курортного города Нальчик Кабардино-Балкарской республики, такая проблема стоит остро. Общая протяженность реки, протекающей по урбанизированной зоне, составляет более 10 км с общей стоимостью  защитно-регулировочных сооружений  более 500 млн рублей. Основным способом борьбы с донной эрозией и подмыва дамб являлось строительство перепадов жесткой конструкции и установка тетраподов для предотвращения подмыва берегоукрепительных сооружений. Тетраподы частично защищали подмыв дамб с  откосными креплениями, но русло реки подвергалось донной эрозии. По длине реки глубина размыва в некоторых местах достигает нескольких метров. Установка перепадов жесткой конструкции и опыт их эксплуатации выявил ряд недостатков, таких как: недостаточно полное научное обоснование конструктивных решений перепадов; плановое расположение и  частота их установки; отсутствие расчетного обоснования размеров  отдельных элементов  перепада, приводившее к быстрому их разрушению в процессе эксплуатации.

Опыт эксплуатации защитно-регуляционных сооружений показал, что наиболее эффективными техническими решениями являются гибкие конструкции, так как все они подвержены различного рода деформационным воздействиям, вызванным специфическими условиями работы гидротехнических сооружений в воде. Другой проблемой является недолговечность водосбросной части сооружения, которая подвергается быстрому истиранию наносами, транспортируемыми потоком в паводковый период. Учитывая эти недостатки, предлагается новое техническое решение и способ строительства гибкого сопрягающего сооружения.  Для этого осуществляется подготовка основания, для чего производятся все необходимые земляные работы (см. рис. 1). Далее монтируется водослив  из отдельных блоков, которые заблаговременно изготавливаются индустриальным методом на железобетонных заводах. Толщина  отдельных блоков  зависит от возможной статической и динамической нагрузки и может  быть равной  0,3-0,7 м, а высота определяется расчетами и составляет 2-6 м. Сверху блока закреплен швеллер, который имеет повышенную сопротивляемость истиранию. По бокам блоков  имеются закладные элементы, которые приставляются друг к другу и монтируются соединительной проволокой  путем скручивания ключом. Для этого у ключа предусмотрены отверстия, в которые вставляются концы скручиваемой проволоки, и его вращением производится их скрутка.  Для обеспечения герметичности между блоками помещается герметик. В качестве герметика может использоваться рубероид, битум.

Гребень водослива для усиления износостойкости против действия наносов укреплен металлическим швеллером. Установка блоков осуществляется по нивелиру так, чтобы гребень был горизонтален. В блоках  водослива  с низовой и с верховой сторон  предусмотрены петли, к которым присоединяется плетеная сетка. Количество петель на каждом блоке может быть 3-6 шт., и с низовой стороны они могут быть установлены в два ряда. Плетеная сетка  представляет собой рулоны длиной 10 м и шириной 1,5-2,5 м, которые укладываются путем их разматывания [2]. Рулоны  плетеной  сетки  укладываются с образованием нахлеста шириной 10-20 см и по всей длине с шагом 15-30 см скручиваются соединительной проволокой.  Так, с низовой стороны  водослива  укладывается плетеная сетка, которая покрывается высокопрочным бетоном. Толщина проволоки плетеной сетки 6¸7 мм, а толщина слоя высокопрочного бетона может быть в пределах 0,3-0,7 м. Таким образом сооружается  армобетонный водобой,  длина которого определяется расчетом из условия гашения избыточной энергии водного потока. Количество укладываемых слоев плетеной сетки  может быть больше одного и зависит от высоты водослива. Так, в случае, если количество плетеных сеток две и больше, то водослив с армобетонным водобоем представляют собой Г-образную подпорную стенку, способную воспринимать изгибающие нагрузки.

После сооружения армобетонного водобоя [3, 4]  устанавливаются боковые вертикальные устои из монолитного или сборного железобетона. Далее осуществляются необходимые земляные работы для подготовки основания под  армобетонный понур. Для этого бульдозером грунт подгребается к водосливу, и готовится основание для укладки армобетонного понура.

Армобетонный понур может укладываться с заглублением в направлении от водослива, что усилит устойчивость сооружения к действию активных сил. Глубина водобойного колодца  определяется расчетом из условия сопряжения в нижнем бьефе  в форме надвинутого гидравлического прыжка при расходе расчетной обеспеченности. Армобетонный водобой  может укладываться и с обратным уклоном, что улучшит условия работы при сопряжении и устойчивость к действию активных сил.

 

Рис.  1.  Схема производства работ:

1 бетонный блок; 2 металлический швеллер; 3 закладные элементы;

4 – плетеная сетка; 5 – устои; 6 бетон

 

 

Рис. 2.  Общий вид сопрягающего сооружения:

1– водосливные блоки; 2 – бетон в понуре; 3 – плетеная сетка

 

 

 

 

Рис. 3. Схема к определению планового расположения и частоты установки перепадов:  1 – дно реки; 2 – перепады; 3 – русловые отложения; 4 – поток воды

 

С верховой стороны водослива  к петлям  так же путем разматывания рулонов укладывается плетеная сетка, которая покрывается высокопрочным бетоном. Таким образом сооружается армобетонный  понур, который  устраивается по высоте выше, чем армобетонный водобой, так что появляющиеся реактивные усилия образуют реактивный момент, обратный действию активных статических и динамических сил от потока воды. Толщина армобетонного  понура  может достигать 0,2-0,5 м.

У водослива  в месте соединения блоков предусмотрены конструктивно-деформа-ционные швы, которые придают гибкость сооружению и безопасность от действия температурных колебаний. Ширина конструктивно–деформационных швов 5-10 мм.

На реках или каналах с  длинными  большими перепадами, устраиваются гибкие многоступенчатые сопрягающие сооружения.

Другой важный момент для решения проблемы – это научно обоснованное плановое расположение сопрягающих сооружений, учитывающее уклоны реки и фракционный состав грунта поймы (см. рис. 3).  Для этого русло реки по длине разбивается перепадами на участки с уклонами, меньшими, чем действительные уклоны, и гашение избыточной энергии водного потока осуществляется сосредоточенно в водобойных колодцах.  Проектируемый уклон реки, формируемый строительством системы перепадов, определяется с учетом фракционного состава русла реки.

При этом скорость движения потока определяется из уравнения  Шези

                                                                     ,                                                             1)

где С – коэффициент Шези;  R – гидравлический радиус;  i – гидравлический уклон, который можно считать равным уклону дна реки.

Максимальная допустимая скорость vмакс в случае равномерного движения,  при которой начинается движение частиц расчетной фракции грунта, слагающего дно реки или канала, можно определять по формуле Шамова Г.И.

                                                         ,                                                       (2)

где  d – диаметр частиц, меньше которого в данном грунте содержится по весу 60 % частиц; h – глубина потока при расходе расчетной обеспеченности. Расчетная обеспеченность зависит от класса сооружения и тех последствий, которые могут произойти при аварии вызванной донными размывами.

Если приравнять первые два уравнения, можно найти уклон, при котором транспортирование потоком частиц расчетной фракции прекратится:

                                                     ;                                                       (3)

                                                      .                                                          (4)

Коэффициент Шези С можно определить по формуле Штеренлихта Д.В.

                                                     ,                                                          (5)

где    – гидравлический радиус,    ;      – площадь живого сечения потока;

 – длина смоченного периметра;  – коэффициент шероховатости;  для открытых русел =0,025.

Зная общую длину реки  и действительные значения уклона дна русла реки , можно определить длину участка (рис. 1-3) между перепадами по формуле

                                                        .                                                                (6)

Задаваясь значениями высоты  , определяем длину участка между перепадами. Количество участков или количество перепадов [1, 2] будет равно      

                                                           .                                                                   (7)

 

Библиографический список

 

1.         Флейшман С.М. Система запруд-главное средство борьбы с селями. //Гидротехника и мелиорация.  1967.  № 8.

2.         Хаширова Т.Ю., Ламердонов З.Г., Дышеков А.Х. Гибкие сопрягающие сооружения для борьбы с донной эрозией.  //Мелиорация и водное хозяйство.  2005.  № 1.

3.         Патент Российской Федерации № 2256025 МКИ Е 02 Е 02 В 8/06 Гибкое сопрягающее сооружение/ Хаширова Т.Ю.; Заяв.  22.03.2004; опубл. 10.07.2005, Бюл. № 19.

4.         Патент Российской Федерации №2266363 МКИ Е 02 Е 02 В 8/06 Способ строительства гибкого сопрягающего сооружения. /Хаширова Т.Ю.; Заяв.  29.03.2004; опубл. 20.12.2005, Бюл. №35.