Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Основы проектирования гидротехнических сооружений, лесных бирж и рейдов приплава

Седрисев Д Н, Рубинская А В, Аксёнов Н В, Кожевников А К,

4.1. Типы и конструкции берегоукрепительных сооружений

Для защиты береговой полосы водоемов и водотоков, а также причалов и других ГТС в портах и на береговых лесных складах от воздействия течения, волн, льда и других природных факторов возводятся берегоукрепительные сооружения.

Многообразие искусственных мер, применяемых для защиты берегов, может быть сведено к двум принципиально различным методам – активному и пассивному. Берегоукрепительные сооружения, способные удерживать и накапливать наносы за счет изменения гидравлической структуры потока, относятся к активным, или наносоудерживающим. Это берегоукрепительные шпоры, буны, подводные волноломы с траверсами и некоторые другие [17].

Сооружения в виде защитных покрытий, основной функцией которых является непосредственное ограждение берегов от разрушающего действия волн и течения, называют пассивными или волнозащитными.

Берегоукрепительные сооружения бывают трех типов: тяжелые, легкие и в виде вертикальной стенки. К тяжелому типу относятся сооружения из бетонных и железобетонных плит, асфальтовых покрытий, каменной наброски и др. Берегоукрепительные сооружения легкого типа строят в виде гравийной, щебеночной или песчаной отсыпки, фашинного и хворостяного покрытий, посадок различных растений.

Одним из наиболее распространенных способов крепления береговых откосов является каменная наброска. Обычно для этих целей применяется рваный камень средних размеров (от 15 до 70 см), так как применение мелкого камня не обеспечивает устойчивости откоса, а камни крупных размеров образуют большие щели, нарушающие целостность откоса. Крепление из каменной наброски (рис. 4.1) состоит из обратного фильтра или дренирующего слоя из песка, щебня и гравия, на котором располагается слой камня. Каменная наброска обычно опирается на упорную призму, назначение которой состоит в предотвращении оползания камней и вымывания грунта. Обычно крепление каменной наброской применяется при следующих условиях: высота подводного откоса от 2 до 8 м; расчетная высота судовой волны – до 1 м, ветровой волны от 0,7 до 2 м; грунты, слагающие откос, песчаные и глинистые; толщина льда – до 1 м.

Иногда для защиты откосов применяют ящики и клетки из различных материалов, а также мешки из проволочной сетки, называемые габионами, которые заполняют камнем. Габионы имеют размеры: длина – 1,5–2 м, ширина – 1/3 длины и высота 1/8–1/10 длины. Укладываются на откос габионы длинной стороной параллельно урезу. Достоинство габионной кладки состоит в том, что, обладая гибкостью, такой вид берегоукрепления не разрушается при неравномерных осадках грунта, хорошо удерживает грунт от вымывания и свободно пропускает воду. На морях и водохранилищах для защиты берега применяется наброска из фасонных блоков: диподов и тетраподов. Такие блоки обладают хорошей волногасящей способностью и устойчивостью, их рекомендуется применять
при высоте волн свыше 2 м.

Для крепления откосов часто применяют железобетонные и асфальтовые плиты.

Рис. 4.1 – Варианты берегоукрепления из каменной наброски:
а – в виде каменной призмы; б – в виде слоя камня:
1 – крепление дна щебнем или гравием; 2 – наброска камня; 3 – упор;
4 – покрытие надводного откоса; 5 – подсыпка откоса песчаным грунтом;
6 и 7 – подсыпка в основании наброска; 8 – каменная наброска;
9 – граница основного крепления; 10 – облегченное крепление

На рис. 4.2 представлена схема крепления откосов сборными железобетонными разрезными плитами. Для такого вида крепления применяются плиты различных размеров и форм: прямоугольные, шестиугольные, ребристые, сплошные и с отверстиями. Плиты 1 укладываются на трехслойный обратный фильтр, нижний слой которого толщиной 10 см состоит из крупнозернистого песка 4, средний (также 10-сантиметровый слой) – из мелкого щебня или гравия 3, а верхний слой толщиной 15 см – из крупного щебня 2.

Между собой плиты скрепляют шарнирными хомутами или сваркой выпусков арматуры. В качестве опоры для плитного берегоукрепления служит каменная призма или железобетонная упорная плита. Такой вид крепления применяют при высоте волн до 1,5 м и толщиной льда до 0,6 м.

Сравнительно простой вид крепления берегов представляют собой асфальтобетонные покрытия, отличающиеся отсутствием обратного фильтра, невысокой стоимостью и простотой ремонта. Такие покрытия бывают монолитными и сборными. Монолитные асфальтобетонные покрытия наносят на заранее спланированный и уплотненный откос. Сборные асфальтовые покрытия в виде армированных плит укладываются на надводном откосе, после чего производят сварку арматурных выпусков и заполнение швов между плитами горячим битумом. На подводные откосы асфальтовые плиты укладывают внахлестку.

Берегоукрепление из хвороста обладает гибкостью и благодаря этому хорошо сохраняется при деформации основания. Наиболее простая конструкция – хворостяная выстилка, состоящая из нескольких слоев хвороста (рис. 4.3). Поверх каждого слоя укладываются прутяные канаты, закрепленные при помощи забитых в грунт ивовых кольев. Для предотвращения всплытия хворостяной выстилки ее перегружают камнями.

Рис. 4.2 – Схема крепления откосов сборными железобетонными разрезными плитами:
1 – сборная железобетонная плита; 2 – крупный щебень; 3 – мелкий щебень или гравий;
4 – крупнозернистый песок; 5 – каменная призма; 6 – шарнирный хомут

Для укрепления берегов часто используют хворостяные тюфяки и камышитовые ковры. Хворостяной тюфяк представляет собой эластичную конструкцию, состоящую из рассыпанного хвороста, уложенного двумя перекрещивающимися слоями и стянутого двумя сетками из хворостяных канатов или из проволоки.

Камышитовый ковер состоит из камышитовых полотен, на которые укладывают камышитовые фашины (фашинами называют пучок камыша или хвороста, перевязанный в двух или трех местах проволокой или вицами). Полотна вместе с фашинами размещают на каркасе из сварной арматурной сетки.

В некоторых случаях дорогостоящие типы берегоукрепления могут быть заменены посадкой растительности на откосе. Прорастающая корневая система кустарников, а также их ветви и листья защищают береговые откосы от воздействия волн и течений. Благодаря растительности на береговом откосе увеличивается шероховатость русла, что приводит к уменьшению скорости течения на примыкающих к берегу участках и смягчает удары льдин.

Берегоукрепление посевом трав и одерновкой применяют на надводных откосах, затапливаемых только в паводок. Такой вид укрепления защищает береговые откосы от размыва дождевыми водами и ветровой эрозии [6].

Рис. 4.3. Укрепление откосов хворостяной выстилкой:
1 – тюфяк с загрузкой камнем в плетневых клетках; 2 – выстилка;
3 – загрузка камнем; 4 – колья

Перспективной следует считать защиту берегов пологими песчаными намывными пляжами с переменным уклоном. При этом рекомендуются следующие коэффициенты заложения откосов:

– ниже меженных уровней – 2,5–4,0;

– от меженных до максимальных весеннего половодья – 7–20;

– от максимальных половодья до уровня наката волны – 4–10;

– до сопряжения с берегом 1,5–2,5.

Берегозащитные сооружения в виде тонкой стенки представляют собой сваи или шпунт, забитые в ряд плотно друг к другу. Для предотвращения опрокидывания стенки ее часто укрепляют анкерными связями, устанавливаемыми через 3–4 м друг от друга.

Рис. 4.4. Вариант конструкции берегоукрепления в виде вертикальной стенки:
1 – железобетонный шпунт; 2 – шапочный брус; 3 – каменное покрытие; 4 и 7 – подсыпка
из песка;5 и 6 – поверхности откосов из песчаного и глинистого грунта; 8 – проектное дно;
9 – средний строительный уровень; 10 – уровень забивки стенки

Для защиты берегов в настоящее время применяют вертикальные стенки из незаанкерованного или заанкерованного железобетонного шпунта. Конструкция берегоукрепления в виде вертикальной стенки из незаанкерованного шпунта таврового сечения (рис. 4.4), разработанная институтом «Гипроречтранс», рекомендована для грунтов, допускающих забивку шпунта при высоте подводного крепления до 3,5 м и высоте волны от 0,7 до 2,0 м.