Комплекс предпринимаемых мер по защите прибрежных зон искусственных и природных водоёмов от размывания, обвала и воздействия волн определяется термином «берегоукрепление» . Как и любые другие строительные работы, берегоукрепление начинается с проекта.

Проект берегоукрепления представляет собой полный пакет технической документации, на основании которой проводятся строительные работы. Пакет документов по проектированию защитных сооружений включает в себя расчёты (экономические, технические), графики и схемы, спецификации, макеты, строительную смету и полное описание строительного процесса.

При проектировании берегоукрепления применяется несколько различных методов.

1) Вариантное проектирование. Базируется на рассмотрении нескольких вариантов различных технических решений. Позволяет определить наиболее эффективное и экономически выгодное решение в данном конкретном случае.

2) Проектирование с использованием «метода аналогий». Надёжный и практичный метод в условиях «сходных ситуаций». Решение использовать проверенные на практике конструкции принимается в аналогичных вариантах.

3) Метод статистики подразумевает обобщение уже имеющихся данных о конструкциях с целью дальнейшего их использования в каждом конкретном случае.

4) Теоретические исследования. Это важнейший метод проектирования берегоукрепительных сооружений. Применение метода теоретических исследований позволяет производить расчёты по определению формы и размеров защитных береговых укреплений, выбирая оптимальное устройство моделей.

5) Натурный (экспериментальный) метод используется в случаях больших и ответственных проектов, когда невозможно применить теоретические расчёты.

Проектирование береговых укреплений - процесс многоступенчатый и сложный. На основании собранных данных о сточных водах и скорости течения производятся предварительные расчёты. Во время проектирования происходит визуализация образа будущего объекта. На стадии создания технического проекта учитываются различные факторы - возможность оползней, состояние берегового склона, степень подмыва берега водоёма. Объём будущих затрат на строительство защитных береговых укреплений определяется с учётом комплексного подхода ко всем сопутствующим факторам.

Защитные сооружения по укреплению берега востребованы на различных участках береговой линии. Благоустройство портовых сооружений, лодочных станций, яхт- клубов, набережные городов, участки береговой линии, не подвергшиеся пока застройке - всё требует берегоукрепительных работ. Даже прибрежная полоса, расположенная невдалеке с автомобильными магистралями, курортными зонами, населёнными пунктами в обязательном порядке должна быть защищена от размыва. Реализация предупредительных мер предохраняет большие города и малые населённые пункты, промышленные объекты и опоры мостов, ценные лесные массивы и окультуренные поля от возможного затопления.

Важнейшим условием успешного градостроения по обе стороны берега реки является надёжная фиксация её прибрежной зоны. Талые воды, волны, течение реки, сильный ветер - эти природные явления обладают мощной разрушительной силой. Решение по строительству защитных сооружений по всей береговой линии принимается с учётом гидрологических особенностей каждого конкретного участка прибрежной полосы. Наиболее надёжный, но и дорогой вид укрепления - вертикальные подпорные стены - используется при строительстве набережных в крупных мегаполисах. Более экономичный вариант укрепления берега реки - строительство откосов.

Береговые откосы условно делятся на три «зоны» - подводная зона, зона переменного уровня и не затопляемая зона, так называемая, надводная. При строительстве береговых откосов применяют различные материалы и методы, с учётом их экономичности, надёжности и эффективности. Подводная зона сооружается при помощи тюфяков из камыша и хвороста с применением гибких железобетонных покрытий и сборных железобетонных плит. Такие виды плит не предусматривают устройство «обратного фильтра». В случаях сильного подводного течения применяется возведение специальных упорных поясов и береговых банкетов.

Строительство зоны переменного уровня происходит с использованием камня, крупнозернистого песка и гравия, железобетонных разрезных плит (с обратным фильтром), габионных укреплений . Каждая плита, соприкасающаяся с грунтом, имеет слой гидроизоляционного покрытия. Предусмотрена система дренажа в виде водоотводных отверстий, расположенных ниже уровня воды.

Не затопляемая надводная зона создаётся при помощи посадки кустарников и засева травой, а также с применением смолы, закрепляющей грунт, и асфальтобетонных покрытий. Берегоукрепление габионами является наиболее востребованной и экономичной конструкцией, применяемой при строительстве городских набережных. И не только.

Слово «габион» переводится с французского языка как «большая клетка с камнями» или «корзина с камнями». Защитные функции габионных конструкций успешно используются уже не одну сотню лет в различных вариантах. В прошлом такие «каменные корзины» применялись при строительстве фортификационных сооружений и выполняли защитные функции во время войны.

Современные сооружения разработаны с учётом применения новейших технологий. По своей сути габион является объёмным контейнером, произведенным из металлической проволоки. Контейнер заполняется природным камнем. Габионные конструкции предусматривают быстрое наполнение с применением ковшовых погрузчиков и удобную транспортировку к месту назначения. Камень, заполняющий габион, может быть любым: гладкий речной камень или карьерный «рваный» щебень. Главное условие - размер камня, наполняющего габион, должен быть чуть больше ячейки габионной сетки. Стандартный габион имеет форму параллелепипеда.

Достоинства габионных сооружений неоспоримы. Это достаточно недорогая конструкция, удобная и очень простая при монтаже. Габионы превосходно гармонируют с любым ландшафтом. Эти укрепления очень долговечны, совершенно безопасны с экологической точки зрения. Более того, со временем корни посаженных растений сплетаются с габионными конструкциями , одновременно укрепляя их и украшая. Современные производители предлагают габионы разнообразной формы из металлической сетки с различным покрытием. Чаще всего это оцинкованная сетка, но может быть гальфановое либо поливинилхлоридное покрытие. Форма сегодняшних габионов разнообразна: в виде коробки, цилиндра или плоского прямоугольника, разделённого на несколько секций. Такие прямоугольные габионы с секциями называют «матрацы Рено».

Плоскостная конструкция малой высоты и большим покрытием напоминает матрац - отсюда и название. Изготавливают «матрацы Рено» из сетки двойного кручения. Боковые кромки усиливаются проволокой большого диаметра, и этот фактор придаёт конструкции необычайную прочность, а также позволяет равномерно распределять нагрузку. Перегородки (деление на секции) установлены через каждый метр по всей длине габиона для придания дополнительной прочности и надёжности всей конструкции.

«Матрацы» наделены превосходными гидравлическими характеристиками, что позволяет их повсеместно использовать в качестве защитных сооружений дна и берега различных водоёмов от размыва. Для строительства берегоукрепляющих сооружений отлично подходит сетка с ПВХ покрытием - поливинилхлорид предохраняет от коррозии, обладает устойчивыми характеристиками по отношению к агрессивной химической среде.

Габион - универсальная защита с широким спектром применения. Простота монтажа габионов является ещё одним их важнейшим преимуществом. Берегоукрепление габионами производится без применения сложной грузоподъёмной техники и какого-либо специального оборудования. Работа ведётся по следующей схеме - выполнение откосов, закрепление грунта, установка габионов. Грамотный профессиональный подход к укреплению берега реки или искусственного водоёма решает одновременно несколько задач:

Защита прибрежной полосы от разрушения;

Использование прибрежной территории в различных целях;

Предотвращение последствий паводков;

Элемент ландшафтного дизайна.

Но не только габионные конструкции применяются для защиты береговой линии. Выбор вида берегоукрепляющего сооружения во многом зависит от геологического строения прибрежной зоны. Для защиты городских набережных часто приходится использовать бетонные и железобетонные конструкции, особенно на участках, подверженных оползням. Геоморфологический рельеф берега является основным фактором, от которого зависит выбор оптимальной конструкции. Учитывается и общий архитектурно-дизайнерский замысел при строительстве прибрежной зоны.

Защита морского берега предусматривает два способа: сооружения активного метода и пассивного. Активные сооружения предназначены гасить энергию волн в значительной степени ещё на подходе непосредственно к берегу. При строительстве сооружений «активного типа» предусматривается возможность накопления наносов на береговой линии, что со временем приводит к расширению пляжа естественным путём. Образование наносов создаёт дополнительную «линию защиты» прибрежной полосы. Для решения таких задач строятся волноломы или возводятся конструкции, называемые бунами.

Волноломы - монолитные блоки, изготовленные из бетона. Различают два вида волноломов - надводные, возвышающиеся над поверхностью моря и подводные (затопленные). Находятся они, как правило, в 30-40 метрах от береговой линии. Волноломы выполняют и волнозащитную роль.

Строительство бун преследует цель расширения линии пляжа путём накопления и удержания природных наносов. Буны строятся из различных материалов: железобетона, камня, шпунта металлического.

Сооружения, относящиеся к пассивному методу защиты, осуществляют защиту берегового откоса от внешних воздействий. К ним относятся берегоукрепительные стенки откосного и ступенчатого вида. Нередко при возведении защитных сооружений применяется комплексный подход. Укрепления с применением обоих методов называют комбинированными. Как правило, пассивный метод оптимален в портовой зоне, а применение активного или комбинированного типа чаще встречается на открытых побережьях. Строительство защитных береговых сооружений ведётся с учётом перспективного развития данной береговой линии.

Волноотбойные стенки .

Отличаются такие стенки по функциям и условиям работы в зависимости от их расположения на защищенных (портовых) акваториях или на открытых побережьях.

Портовые вертикальные стенки. Помимо берегозащиты, часто служат и причалами для отстоя мелких судов. Работая в условиях сравнительно небольшого волнения (h =1,0–1,5 м), они относительно просты в устройстве.

Гравитационные стенки выполняют, как правило, из кладки бутобетонных массивов с каменной призмой и щебеночным контрфильтром (рис.), шпунтовые стенки – в виде заанкеренного больверка (рис.). Общим недостатком этих сооружений является их свойство отражать волны, что приводит к образованию толчеи на акватории порта.

а – портовая гравитационная из бетонных массивов; б – то же, шпунтовая с разгрузочной тыловой призмой; в – внепортовая без пляжа (бермы); г – то же, с пляжевой зоной; 1 – массивы; 2 – крепление откоса булыжником; 3 – анкерная тяга; 4 – шпунтовая стенка.

Внепортовые волноотбойные стенки работают в условиях штормового волнения открытых участков побережья. Они значительно сложнее и разнообразнее по устройству. С целью смягчения волновых ударов и снижения высоты всплесков, а также для отбрасывания массивов воды от защищаемого берега или сооружения лицевой грани стенок часто придается сложное криволинейное очертание, вырабатываемое в результате предварительных лабораторных исследований и изучения опыта эксплуатации существующих сооружений. Стенки подвергаются интенсивному истирающему воздействию песка и гравия во время штормового волнения, поэтому их лицевые грани покрывают соответствующей антиабразионной облицовкой. Интенсивность волнового воздействия в значительной степени зависит от наличия или отсутствия перед сооружением пляжной полосы, бермы или другой защитной зоны.

Стенки без пляжа (бермы) подвергаются особенно сильным волновым ударам, сопровождающимся высокими всплесками, большими размывающими скоростями и интенсивным стирающим воздействием твердых частиц. Возводят их при небольших волнениях. Для защиты от подмыва повышения устойчивости бермы либо заглубляют в грунт, либо опирают на мощный упорный массив, либо снабжают зубом (рис.).

Стенки с пляжной зоной (рис.) испытывают значительно меньшее воздействие волн, гасящих часть своей кинетической энергии и защитной пляжной зоне. При достаточной ширине пляжа такие стенки испытывают воздействие волн лишь при сильных штормах.

Стенки с защитной бермой возводят при отсутствии пляжной зоны. Берма ослабляет удар волны о стенку, однако не уменьшает истирающего действия твердых частиц, так как скорость и сила волнового потока в этих условиях могут заметно возрасти.

Стенка с береговым барьером испытывает смягченные удары волн и ослабленное воздействие потока. Конструктивно береговой барьер обычно выполняют в виде массивовой наброски.

Все типы волноотбойных стенок испытывают, помимо волновых нагрузок и воздействий распорное давление грунта со стороны берега.

Откосные берегозащитные сооружения и укрепления отличаются между собой, прежде всего конструкцией защитного слоя (одежды) откоса, выполняемой из камня, бетонных плит или массивов, различного рода синтетических материалов и т.п.

Каменно–набросанные откосные сооружения наиболее просты по устройству. Они представляют собой выровненную наклонную либо ступенчатую двухслойную (верхний слой из камня массой 0,75 – 100 кг, нижний – 30 кг) каменную наброску толщиной порядка 1, подстилаемую контрфильтром из щебня или гравия (рис.) на открытых побережьях масса камня, количество слоев и толщина наброски могут заметно возрасти.

Облицовка откосов одиночным или двойным булыжным, клинкерным или брусчатым (притесанные камни) мощением по гравийно-щебеночной подготовке (рис.) более сложна в изготовлении. Выполняют ее плоской, ломаной и криволинейных очертаний поперечного сечения. В связи с большой трудоемкостью в настоящее время облицовку применяют редко.

Покрытия откосов отличаются многообразием вариантов конструктивных решений (рис.): сборные бетонные или плоские железобетонные или ступенчатые плиты, асфальтобетонные покрытия, защитные покрытия из каменной выкладки с заполнением зазоров раствором, фасонные блоки и т.д. Для повышения волногасящих качеств покрытия его поверхность часто выполняют с искусственной шероховатостью в форме отдельных выступов, ступеней и т. п.

Массивовая кладка также находит достаточно широкое распространение в откосных берегоукрепительных сооружениях, как из массивов правильной формы, так и фасонных блоков. Располагают ее, как правило, на каменной призме с гравийно–щебеночным контрфильтром; может образовывать как плоскую, так и ступенчатую формы откоса.

Массивовая наброска, как правило, двухслойная, требует большей толщины защитного слоя, однако, имея большую пористость и в случае фасонных блоков повышенную зацепляемость и не реагируя на неравномерные осадки, является весьма надежным сооружением с высокими волногасящими качествами. Расход бетона на единицу длины сооружения из массивовой наброски удается заметно снизить, а подготовку над наброской существенным образом упростить и удешевить при использовании специальных фасонных блоков (рис.).

Комбинированные откосные сооружения состоят из отдельных частей рассмотренных выше конструкций. Сравнительно сложная технология возведения этих сооружений иногда оправдывается общими окончательными показателями технико–экономической целесообразности их строительства.

Буны, шпоры, траверсы. Эффективность наносоудерживающего действия бун зависит, прежде всего, от профиля (контура) сооружения.

Профиль буны на берегах с галечными наносами должен перекрывать своими контурами профиль равновесия устойчивого образования наносного материала, откладывающегося всегда с наветренной (верховой) стороны буны. Такое сооружение называется буной полного профиля (рис.). Если контур буны не перекрывает профиль равновесия пляжа по высоте (низкая буча) или длине (короткая буна), то такой пляж не сохраняется, наносной материал угоняется через сечение, не перекрываемое буной. В условиях песчаного берега наносы откладываются не только с наветренной (верховой) стороны буны, но главным образом в зонах с пониженными скоростями вдоль береговых течений с подветренной (низовой) ее стороны. По своему устройству буны могут быть гравитационными, свайными и комбинированными.

Гравитационные буны и шпоры могут быть в поперечном сечении откосного профиля: каменно–набросные, из массивовой наброски (из обычных или фасонных блоков), из местных материалов; вертикального профиля: из массивовой крупноблочной кладки (правильной или фасонной формы), из массивов–гигантов и т.п.

Свайные буны могут быть простейший однорядкой конструкции – из деревянных либо железобетонных свай или металлических труб и т.п.; двухрядной – с заполнением из песка, гравия, щебня, камня; сложной сборной свайно–стеночной – с пролетными перекрытиями из железобетонных брусьев, щитов и других элементов; комбинированными – гравитационные и свайные.

Подводные берегоукрепительные волноломы задерживают и сохраняют в пространстве между волноломом и берегом наносный материал, забсываемый штормовым волнением со стороны моря на огражденную защищенную акваторию.

Подводные волноломы: а – из бетонных массивов с переднее наклонной гранью (обычный гравитационный); б – зафиксированный колоннами – оболочками; в – двухкурсовый (двухъярусный); г – облегченной конструкции; 1 – берменные массивы; 2 – сваи.

Эффективность действия волнолома в большей степени зависит от отметки его гребня. При надводном положении гребня наносный материал перебрасывается через гребень с малой интенсивностью. При слишком низком заложении гребня возможен угон ранее отложившегося пляжевого материала, особенно песка. В строительной практике чаще всего встречаются гравитационные и набросные подводные волноломы.

Комбинированное сооружение бун с волноломами называют траверсами.

Гравитационные сооружения могут быть нескольких типов. Кладки из массивов массой до 100 т с передней наклонной гранью является наиболее распространенной в отечественной практике конструкцией (рис.) на плотных коренных породах массивы могут устанавливать непосредственно на дно, предварительно выровненное водолазами. При размываемых грунтах они располагаются на постели из камня массой до 100 кг с галечно–щебеночным контрфильтром толщиной соответственного порядка 1 и 0,5 м.

Берма сооружения в случае необходимости погружается берменными массивами или плитами. Для увеличения устойчивости массивы иногда фиксируют сваями (рис.). При значительных глубинах кладка может быть двухъярусной (рис.). Тонкостенные железобетонные конструкции (рис.) применяют реже.

Набросные подводные волноломы, встречающиеся чаще в зарубежной практике, состоят, как правило, из каменного ядра, покрытого массивами, фасонными блоками или плитами.

Берегоукрепительные сооружения − сооружения для защиты берегов водоёмов (рек, морей, водохранилищ, каналов и др.) от разрушающего воздействия волн, течений, напора воды и льда и др. природных факторов. Возводятся для предупреждения разрушений (размывов) берегов и затоплений населённых пунктов, промышленных объектов, дорог, мостов, линий связи, ценных лесных и с.-х. угодий, культурных и исторических памятников и т. п. В курортных зонах Б. с. используются для сохранения, создания и расширения пляжей. Требования: эффективность работы и надёжность (долговечность) конструкций, простота устройства, возможность максимального использования местных строительных материалов и проведения ремонтно-восстановительных работ, экономичность. По характеру взаимодействия с водным потоком подразделяются на активные, использующие энергию потока на работу по намыву и сохранению береговых наносов, и пассивные, противопоставляющие водному потоку только прочность и устойчивость своей конструкции. К активным на реках - поперечные полузапруды , регулирующие дамбы , струенаправляющие щиты. Пассивные на реках - каменная наброска, тюфяки, габионы , бетонные и железобетонные плиты и др.

7.3. Набережные

Набережная - сооружение, окаймляющее береговую линию моря, реки. Набережная служит для придания берегу правильной формы, укрепления его, предохранения от размыва, для удобного прохода и проезда вдоль берега (городские набережные), для причала судов непосредственно к территории, облег чения передачи грузов, а также перехода пассажиров с берега на судно и обратно (портовые набережные). Набережные в городах − проезды (улицы), расположенные вдоль берегов и ограниченные с одной стороны городской застройкой или парком. Набережные как сооружения выполняются обычно в виде подпорных стенок, реже в виде сквозной конструкции эстакадного типа.

Рис. … Типы берегоукрепительных сооружений:

а-г - откосного типа; д, е - полуоткосного типа; 1 - каменная наброска из сортированного камня; 2 - обратный фильтр; 3 - упор (каменный банкет); 4 - засыпка (песок, песчаногравелистый грунт др.); 5 - каменная наброска из несортированного камня; 6 - профиль переформирования; 7 - бетонная или железобетонная плита; 8 - упор (массив); 9 - выкладка камнем массой не менее 100 кг; 10 - упор (обыкновенный или пустотелый массив); 11 - каменная постель; 12 - разгрузочная каменная призма; 13 - шпунт или сплошной ряд свай; 14 - оголовок, 15 - анкерная тяга; 16 - анкерная плита

В основу архитектурной классификации набережных могут быть положены следующие признаки: функциональное назначение и профиль гидротехнических конструкций.

По функциональному признаку различают набережные прогулочные, набережные зоны отдыха, транспортные, причальные.

В зависимости от конструкции набережная может быть с вертикальным, полуоткосным или откосным профилем.

Укрепление берегов камнем

Рис. …. Габионное укрепление берега

Рис. … Железобетонное крепление берега р. Иртыш в Тюмени

Рис. …. Железобетонное крепление откоса берега

Рис. … Вертикальное берегоукрепление берега из каменной кладки

Возможна классификация набережных и по другим признакам, например природным (ландшафтная, городская), по профилю прибрежной территории (одноярусная, двухъярусная и т.д.).

Перечисленные типы не всегда встречаются в чистом виде. Иногда те или иные условия подсказывают различное сочетание этих типов.

Прогулочная набережная представляет собой пешеходную аллею или благоустроенный тротуар вдоль реки. Это, как правило, неширокая набережная, допускающая лишь местный подъезд транспорта. На такой набережной возможны сходы и спуски к воде, видовые площадки, беседки, в том числе зеленые, малые архитектурные формы. По своему масштабу такая набережная близка к набережной на закрытом водоеме в парке. Здесь могут быть места для ужения рыбы, читальные павильоны, стенды для газет, места для тихого отдыха, площадки для кормления птиц, зимой - лыжная трасса.

Набережная − зона отдыха представляет собой парковую территорию у реки, с пляжем или наплавной купальней. Транспортные подъезды и в этом случае должны допускаться лишь для работ по уходу за благоустройством. На такой набережной может быть организован прокат лодок, причал для прогулочных речных судов.

Рис. …. Набережная р. Волги в г. Ярославле

Рис. … Набережная в одной из Европейских стран

Рис. … Набережная р. Волги

Рис. … Верхневолжская набережная в г. Н. Новгороде

Рис. … Набережная

Назначение и виды береговых укреплений. Береговые укрепления возводят при коренном улучшении затруднительных участков в реках с различными типами руслового процесса. Они защищают берега рек от размыва течением, судовыми волнами, грунтовыми водами, а также от разрушения ледоходом. Береговые укрепления позволяют закрепить судовой ход у ведущего берега, ликвидировать источники поступления наносов в реку, предупредить повреждения гидротехнических сооружений у берегов, сохранить строения, земли и леса в прибрежной полосе реки.

Основная задача берегоукрепительных работ состоит в предотвращении размыва вогнутых берегов. Для этого проводится анализ русловых переформирований участка, чтобы установить протяжение подверженного размыву откоса берега, а также анализ гидрологических данных (высота уровня, скорость течения, количество наносов и др.), которые позволяют выбрать вид береговых укреплений и их конструкцию.

Различают береговые укрепления активного и пассивного действия. Первые заметно влияют на структуру потока в районе берега, а вторые – только защищают береговой откос от размыва.

Основными укреплениями, влияющими на структуру потока у берега, являются берегозащитные шпоры (короткие высокие полузапруды). Система таких шпор обычно располагается у вогнутого берега, способствуя уменьшению скоростей течения вдоль защищаемого берегового откоса, что приводит к уменьшению и даже к прекращению размыва берега, а в ряде случаев и к образованию нового берегового откоса после заполнения наносами промежутков между шпорами. Иногда шпоры возводят при строительстве полузапруд для обеспечения устойчивости противоположного легкоразмываемого прямолинейного или слабоизогнутого берега, чтобы обеспечить необходимый размыв дна в пределах судового хода.

Берегоукрепительные высокие шпоры особенно эффективны на малых и средних реках, где после непродолжительного высокого паводка с большими скоростями течения наблюдается длительная межень с малыми скоростями течения. На таких реках только в половодье наблюдается размыв берегов, который удается предотвратить такими шпорами.

Другим видом берегоукрепительных сооружений, влияющих на структуру потока, являются укрепления берега, создающие дополнительную шероховатость русла вблизи размываемого берега или непосредственно на его откосе. К таким укреплениям относятся: сквозные свайные ряды; свайные козловые кусты; гибкие металлические тюфяки из проволоки; искусственные водоросли и др. Основное назначение этих укреплений – уменьшение скоростей течения в районе берегового откоса созданием дополнительного сопротивления потоку.

Особенно хорошие результаты получаются при использовании таких укреплений на реках, где поток переносит большое количество наносов. В этом случае защита берега от размыва способствует отложению более крупных наносов в зоне расположения таких укреплений. В результате образуется устойчивый береговой откос, обеспечивающий благоприятные условия для судоходства.

Пассивными укреплениями, защищающими берега от размыва, являются береговые покрытия. Они закрепляют благоприятное для судоходства положение размываемого берега или защищают выправительные и другие сооружения от обхода потоком в местах их примыкания к берегу.

Береговые покрытия могут быть сплошными, закрепляющими береговой откос на всей длине его размыва, или ленточными, которые покрывают только отдельные по длине части берегового откоса (ленты) , расположенные через определенные расстояния.

Сплошные береговые покрытия оказываются наиболее эффективными при улучшении судоходных условий на реках со сравнительно невысоким, но продолжительным паводком и значительными скоростями течения. На таких реках размыв берегов происходит в течение длительного периода времени, поэтому предотвратить его разрушение удается только сплошным покрытием берега.

Сплошное укрепление берегового откоса при высоких и непродолжительных паводках требует больших затрат и может быть оправдано преимущественно в тех случаях, когда оно необходимо для нескольких отраслей народного хозяйства.

Расчет берегозащитных шпор. При расчете берегозащитных шпор сначала определяют их длину, высоту и расстояние между ними , а затем проверяют устойчивость крепления голов грунтовых шпор при обтекании их потоком и при воздействии на них ледовых нагрузок.

Длина каждой шпоры определяется очертанием создаваемого берегового откоса, т.е. расстоянием между существующей линией (урезом) берега и границей выправительной трассы, и составляет обычно 20-50 м (рис. 10.39). Расшифровка буквенных обозначений дана выше, применительно к формулам (10.44-10.50).

Рис. 10.39. Берегозащитные шпоры:

а – план расположения сооружений; б – продольный разрез по оси сооружения

Берегозащитные шпоры существенно выше, чем полузапруды меженного действия. Отметки гребней их голов обычно принимают без особого расчета на 2.5-3.5 м над проектным уровнем. При этом гребню шпоры конструктивно придается продольный уклон от 1:10 до 1:25 с подъемом к берегу, к которому они примыкают. Часто отметка гребня их корня совпадает с меженной бровкой берега.

Речной откос головы шпоры обычно имеет заложение от 2.5 до 3.0 , а заложения верхнего (напорного) откоса и нижнего (сливного) откоса зависят от технологии возведения и крупности грунта, из которого отсыпается тело сооружения. При намыве землесосом шпор из песка в поток со скоростью течения от 0.5 до 1.5 м/с заложение верхнего откоса составляет примерно 3-5 , а нижнего 5-15 .

При отсыпке тела сооружения с помощью одночерпаковых или многочерпаковых снарядов или пионерным способом с помощью бульдозеров, заложения откосов получаются существенно меньше. Приближенно можно принимать заложение верхнего откоса равным т в =т 0 + 0.5 , а нижнего – m н = m 0 +1.0 , где т 0 – заложение откоса из того же материала в спокойной (без течения) воде.

Расстояние между шпорами, расположенными на прямолинейном или слабокриволинейном участке русла (см. рис. 10.39, а), назначают равным критическому расстоянию, вычисляемому по выражению

, (10.44)

где:  – коэффициент, показывающий, во сколько раз расстояние S кр от головы сооружения до точки пересечения кривой растекания потока с границей выправительной трассы больше длины шпоры l ш .

Коэффициент  зависит от сопротивления русла движению потока, определяемого гидравлическим коэффициентом сопротивления

, (10.45)

где: С – коэффициент Шези;

В – бытовая ширина русла;

h с – средняя глубина в поперечном сечении.

Численное значение коэффициента  определяется по номограмме (рис. 10.40), на которой h ш – средняя высота шпоры. Штриховая линия показывает последовательность при пользовании номограммой.

Рис. 10.40. График зависимости коэффициента

= f (B , ,h ш /h)

При проектировании шпор на криволинейном участке вогнутого берега критическое расстояние находится по следующему выражению

. (10.46)

Параметры  и  определяются по следующим формулам:

, (10.47)

, (10.48)

где: r 0 – осредненный радиус кривизны вогнутого берега (выправительной трассы) .

Проверка устойчивости крепления шпоры из каменной наброски сводится к определению диаметра камней, которые будут находиться в состоянии равновесия под действием течения в районе головы шпоры. Такой расчет можно сделать по формуле В.В. Баланина

, (10.49)

где:  г – скорость течения около головы шпоры ;

 – угол наклона речного откоса головы шпоры ;

 к и  – плотность, соответственно, камня и воды .

При этом скорость у головы шпоры определяют по формуле В.В. Дегтярева

, (10.50)

где:  б – скорость течения в районе головы шпоры в бытовом состоянии при уровне, совпадающем с отметкой гребня головы шпоры ;

 ш – площадь поперечного сечения, занимаемая телом шпоры ;

 – полная площадь поперечного сечения в створе сооружения при отметке уровня воды вровень с гребнем головы шпоры .

При возведении шпор из грунта и других мелкообломочных материалов сооружения получаются достаточно массивными. Поэтому во время кратковременного ледохода возможны только местные повреждения верхового откоса в виде отдельных выпоров грунта выше места удара плывущей льдины. Чтобы обеспечить длительную работу, головная (верхняя по течению) шпора, воспринимающая основную нагрузку от ледового воздействия, делается более массивного профиля с укреплением верхового и низового откосов, а также гребня и головы сооружения.

Расчет береговых покрытий. При расчете берегового покрытия в первую очередь находят его длину и ширину и определяют крупность камня или толщину железобетонных плит, либо асфальтового тюфяка. Кроме этого, проверяется устойчивость укреплений на воздействие волн и ледовых нагрузок.

Для выбора укрепления размываемого берегового откоса, прежде всего, проверяют его на устойчивость от воздействия скоростей течения. Для определения скоростей течения в струе у берега строят натурные или теоретические планы течения на улучшаемом участке реки при расчетных уровнях воды: средневысокий уровень паводка и среднемеженный уровень воды. Если средневысокий уровень паводка выше отметок поймы, то за расчетный принимается уровень воды вровень с отметками пойменных или меженных бровок берега, так как в это время наблюдаются наибольшие скорости течения в меженном русле.

Полученные в результате построения планов течения значения скоростей течения в струе, примыкающей к береговому откосу, позволяют обоснованно выбрать такой тип укрепления берега, при котором будет обеспечена надежная защита берегового откоса от размыва потоком. При этом допускаемая скорость течения для выбранного укрепления должна быть больше максимальной расчетной скорости потока с некоторым запасом.

Таблицы значений допускаемых скоростей для различных типов укрепления берегов приведены в соответствующих технических условиях, ведомственных нормах и правилах проектирования береговых укреплений, например, в Руководстве по улучшению судоходных условий на свободных реках .

Длина укрепления берегового откоса устанавливается на основе анализа совмещенных планов участка реки и планов течения при характерных уровнях воды за несколько лет. При этом начало и конец укрепления выбираются с запасом в 15-20 м по сравнению с началом и концом зоны размыва берега.

Для определения ширины берегового укрепления откос разбивается на четыре зоны: I – зону подводного откоса (ниже низких меженных уровней); II – зону переменных уровней (во время весеннего и летне-осеннего паводков); III – зону наката волн и нагонных явлений; IV – зону надводного откоса (см. рис. 10.41).

Ширина крепления в каждой зоне равна

, (10.51)

где: Н i – высота зоны ;

m i – заложение (пологость откоса берега в зоне) .

Высоту первой зоны Н 1 которая является запасом в креплении надводного откоса над высотой наката волн на берег с учетом высоты ветрового нагона воды у берега, принимают согласно строительным нормам и правилам, как для сооружений III - IV класса , соответственно, не менее 0.5-0.3 м при вероятности превышения наибольшего уровня воды соответственно 3-10%.

Высота второй зоны Н 2 равняется сумме высот наката h н волны на откос и ветрового нагона воды  h

. (10.52)

Рис. 10.41. Схема к расчету берегового укрепления (покрытия):

1 – первоначальное положения подводной части покрытия; 2 – береговое покрытие;

3 – укрепление горизонтального участка низкого (затопляемого) берега

При этом высоту наката волны вычисляют по формуле

, (10.53)

где: К ш – коэффициент шероховатости и проницаемости откоса или крепления ;

h ш и  в – соответственно высота ветровой или судовой волны и длина волны ;

т – заложение откоса берега .

Высота ветрового нагона воды у берега

, (10.54)

где: K – коэффициент пропорциональности ;

 в – расчетная скорость ветра на высоте 10 м от поверхности воды ;

D – длина разгона волны ;

h c – средняя глубина водоема вдоль линии разгона ;

 – угол между нормалью к линии берега и направлением ветра .

Расчет на высоту наката ветровой волны и нагон воды выполняют только при укреплении берегов на устьевых участках больших рек, а на судовую волну – только на небольших реках и в узких судоходных рукавах разветвлений русла, а также на участках, где судовой ход проложен вблизи берега.

Высоту третьей зоны Н 3 определяют по данным многолетних наблюдений за уровнями воды по опорному гидрологическому посту как разность среднего из наибольших уровней весеннего паводка и низкого меженного уровня. Если средний из наибольших уровней паводка выше пойменного берега, то высоту третьей зоны находят как разность отметок поймы и низкого меженного уровня.

Кроме того, при такой низкой пойме величины H 2 и b 2 равны нулю, а ширина крепления b 1 заходит за бровку пойменного берега и принимается равной примерно 3-5 м .

Высота четвертой зоны H 4 равна сумме бытовой глубины h б у подошвы откоса при низком меженном уровне воды и глубины возможного местного размыва h p неукрепленного дна в том же месте после выполнения берегоукрепительных работ:

. (10.55)

Глубину местного размыва неукрепленного дна непосредственно около конца подводного крепления можно приближенно определить по формуле И.А. Ярославцева

, (10.56)

где:  c – средняя скорость течения в струе у берега ;

m = ctg  – заложение подводной части откоса берега ;

 – угол между направлением течения при расчетном паводке и направлением берегового откоса (принимают не менее 30°) ;

d – диаметр частиц грунта на дне, который по кривой гранулометрического состава принимают соответствующим 85% обеспеченности (при d < 1 мм последний член в этой формуле можно не учитывать) .

Таким образом, полная ширина крепления берегового откоса

. (10.57)

При отсутствии необходимых данных для выполнения расчетов глубины местного размыва дна у низа крепления, ширина крепления у интенсивно размываемых крутых берегов доводится до линии наибольших глубин. Если подводный откос в нижней части заметно уполаживается, то крепление дна доводится до подошвы откоса с запасом 10-15 м .

Заложения откосов для надводного откоса при всех конструкциях укрепления, кроме биологических и каменной наброски, не должны быть круче 1:2 во избежание оползания укрепления откосов.

При наличии волнового воздействия на береговое укрепление масса камня, который будет находиться на откосе в состоянии предельного равновесия, определяется по формуле

, (10.58)

где:  к и  – соответственно плотность камня и воды ;

h в и  в – соответственно высота и длина волны ;

т – заложение откоса каменной наброски .

Зная массу камня, который будет устойчив на откосе при воздействии волны, расчетная крупность (диаметр)

. (10.59)

Толщина крепления из наброски сортированного камня должна быть не менее t к  2.5 d к , а при использовании несортированного камня t к  3 d к .

Расчет крепления берега из железобетонных плит сводится к нахождению их толщины по формуле

, (10.60)

где:  в – значение волнового противодавления ;

 пл и  – соответственно, плотность плиты и воды ;

 – угол наклона защищаемого откоса берега к горизонту .

При использовании в качестве берегового укрепления гибких железобетонных покрытий их толщину определяют по формуле И.Я. Ярославцева

(10.61)

где:  и K – коэффициенты, учитывающие соответственно сплошность покрытия и усилия от пульсационной нагрузки при волновом воздействии ;

 c – средняя скорость течения в районе берега .

Значения коэффициентов  и K приведены в табл. 10.1.

Для создания безопасных природных условий для последующего строительства, защиты территорий и ландшафтного благоустройства нередко требуется укрепление берегов естественных и искусственных водоемов.

Возможные причины разрушения берега

Причин разрушения может быть несколько, однако все они преимущественно формируются водным и ветровым воздействием: волны, вихревые потоки, вихревые течения на речных изгибах, отливы и приливы, половодья и наводнения.

Сползание грунтовой основы с откоса берега обычно происходит в случаях:

• слабая устойчивость грунтовой основы на сдвиг/смещение;
• чрезмерно большая высота склона вблизи участка разрушения;
• физические, динамические и статические нагрузки на вершину склона;
• наличие на разрушаемом участке достаточно крутого склона (с большим углом наклона);
• землетрясение или физическая вибрация;
• регулярное подмывание берега и воздействие волн;
• изменения уровня и состояния грунтовых вод.

Последствия обрушения береговой линии крайне негативны не только с точки зрения эстетичной составляющей, но и вызывают ряд других проблем: обмеление, разрушение объектов транспортной инфраструктуры (в случае прохождения транспортных магистралей по территории склона или откоса), частичное или полное разрушение домов и других строений из-за смещений грунтовой основы поблизости и т.д.

В зависимости от конкретных условий работы и поставленных задач укрепление берега может проводиться по разным технологиям и с применением различных материалов. Рассмотрим основные методы укрепления берега, используемые в настоящее время в России.

Деревянные сваи

Для укрепления стоячих водоемов часто используются деревянные сваи – это эффективная технология берегового укрепления, способная прослужить в течение многих лет и в условиях быстрого течения, однако нецелесообразная в этом качестве из-за появления многих других более эффективных методов.

Деревянные опоры укреплений не только защищают береговую линию, но и формируют эстетичный вид ландшафта местности. Наиболее популярным является укрепление берега лиственницей. Стоимость работ начинается от 5000 рублей за погонный метр, включая стоимость материалов.

Шпунтовое ограждение

Шпунтовая стенка обеспечивает укрепление берега посредством установки пластиковых или металлических свай в виде оградительной подпорной конструкции, обеспечивающей полное отсутствие вымывания грунта и защиту подводной части берега.

Шпунтовой метод берегоукрепления считается наиболее эффективным (шпунт Ларсена, металлические, ПВХ и композитный шпунт), но не всегда уместным – без установки свай не обойтись в работе на крутых обрывистых берегах в пределах городской или промышленной зоны. Однако в естественной природной среде они будут выглядеть чужеродно.

Береговое ограждение из ПВХ-шпунта

Классический метод защиты берегов – заливка проблемного берега бетоном формирует надежную систему берегоукрепления, однако выглядят такие сооружения неблагородно в любом окружении. Поэтому технология бетонирования обычно использует в редких случаях (строительство плотин, гидроэлектростанций и т.д.) и/или бетонное покрытие покрывается слоем декоративной отделки.

Укладка природного камня

Более дорогой, но и более эстетичный метод защиты береговой линии природным камнем позволяет добиться высокой эффективности укреплений, не менее надежных, чем бетонные. Укладка булыжников или обработанных каменных глыб по дну, руслу и берегам водоема формирует прочную и долговечную конструкцию, монументальную и эстетичную внешне.

Комбинированный способ укрепления берега

Применение комбинированной технологии берегового укрепления необходимо для защиты водоемов с перепадами высот и разными основаниями берегового грунта. Также данный метод популярен для создания прочных и при этом эстетичных защитных сооружений.

Габионное укрепление

Эффективное укрепление берега без изменения его внешнего вида – габионные ящики из металлической сетки наполняются камнями и устанавливаются порогами на береговом склоне, формируя естественную защиту грунта от обрушения.

С годами защитная конструкция становится все более прочной, намытый грунт можно засеять растительным слоем, чтобы придать берегам еще более натуральный внешний вид. Эффективно в спокойных водоемах без течения и волн.

Стоимость работ по монтажу и укреплению берега габионными конструкциями составляет от 5000 рублей за кубический метр, включая стоимость материалов.

Армирование геоматом

Противоэрозионный мат – прочный материал плетеной структуры, позволяющий эффективно закрепить даже уже подвергнувшуюся эрозионному воздействию почву. За счет прочного армирования насыпного материала геомат надежно закрепляет береговой склон, делая его невосприимчивым к негативным природным факторам. С годами корневая система газонных трав укрепляемого берега переплетается со структурой мата, создавая тем самым дополнительные армирующие связи. Материал крайне эффективен на небольших уклонах, на крутых же поверхностях рекомендуется применение решеток объемного типа.

Стоимость работ по армированию и укреплению склонов геоматом начинается от 300 рублей за квадратный метр, включая стоимость материалов.

Укрепление георешеткой

Укрепление береговой линии георешеткой один из самых новых методов берегового укрепления. Полимерные объемные георешетки используются для формирования надежного каркаса в основании берегового уклона, а ячейки модулей материала наполняются песком, грунтом, галькой и другими материалами для формирования гибкой системы надежной береговой фиксации.

Классический вид береговой линии скрывает из виду основу конструкции, поэтому мы видим обычный природный берег, который может оставаться чистым или засеянным растительностью.

Именно геосинтетика в последнее время все чаще используется в промышленной и частной берегозащите – цены на георешетки доступны как коммерческим организациям так и физическим лицам.

Стоимость работ по армированию и укреплению склонов георешёткой начинается от 700 рублей за квадратный метр, включая стоимость материалов.

Установка геотекстильных туб

Геотекстильные тубы — это специальные контейнеры, которые при необходимости могут быть любого типоразмера (длины, ширины, окружности), сшитые из высокопрочного полипропиленового геотекстиля. Особое плетение геотекстиля образует поры, которые пропускают воду только в одном направлении — наружу геотекстильной тубы, тем самым обеспечивается удержание внутри контейнера твердых частиц предварительно заполненного грунта или песка. Использование геотекстильных туб позволяет остановить процессы эрозии береговой линии и оградить территорию от разрушительного воздействия паводков даже в труднодоступных местах, где другие технологии защиты и укрепления берега могут быть не эффективны.

Выполнение берегозащитных строительных работ в Северо-Западном регионе страны является распространенной практикой из-за недостаточно высокого качества местных почв, легко поддающихся разрушению под воздействием природных факторов. И не удивительно, что следом за цивилизованной Европой Россия так же переходит на использование более эффективных и менее затратных технологий защиты берегов водоемов от эрозионного разрушения.