Увеличение пропускной способности русла реки

Увеличение пропускной способности русла реки

Дамбы — это самый распространенный и относительно дешевый тип гидротехнических сооружений для защиты от наводнений. Они примыкают к склонам долины, незатопляемым при самом высоком уровне половодья и в местах впадения притоков должны поворачивать в их долины. В наиболее опасных местах воздействия потока они должны быть укреплены основательнее. Обвалованная территория должна дренироваться. Расстояние между дамбами должно быть увязано с количественными характеристиками наводнения и структурой потока. Без учета последней дамбы могут разрушаться. При сооружении дамб происходят изменения на нижележащих участках — размыв берегов и углубление русла.

Защитные дамбы в г. Кунгуре укреплены недостаточно и не являются радикальным средством борьбы с наводнениями. Но даже при их наращивании и укреплении, по причинам, изложенным выше, они не только не снимают угрозу наводнений, но и увеличивают ее. В период пропуска максимальных расходов воды увеличение транспортирующей способности реки вызывает ее углубление. Так, на участке впадения Ирени в Сылву отметки дна понизились на 6-8 м, о чем свидетельствует анализ карт русловых съемок 1965 и 1993 гг. При отсутствии Камского водохранилища это, несомненно, дало бы положительный эффект. Однако, в условиях его существования понижение отметок дна р. Сылвы обязательно приводит к более интенсивному перемещению вверх по реке района выклинивания подпора, что усугубляется и разработкой месторождений ПГС. Поэтому в таких условиях опасность наводнений не только не снимается, но сохраняется и даже увеличивается — при «вечном» наращивании высоты дамб. Защитные дамбы Кунгура требуют постоянной и дорогостоящей эксплуатации. Город ежегодно тратит огромные деньги на «латание дыр», поскольку после прохождения паводков образуются все новые и новые оползни, обвалы. Многообразие методов укрепления опасных участков дает положительный эффект только на этих участках. Сооружение защитных дамб, без дренажа городской территории (большинство старых дренажных труб или засыпаны грунтом или не работают, новые не закладываются) — уже привело, по данным Горного института УрОРАН, к подтоплению территории, резкой активизации карстообразующих процессов, увеличению карстовых провалов почти в 2 раза

Специально создаваемые для борьбы с наводнениями противопаводковые водохранилища образуются с помощью плотин различной высоты и протяженности. Для их устройства используются также естественные котловины и другие понижения местности, отстоящие на некотором удалении от реки. Между рекой и котловиной сооружается канал, по которому воды реки в половодье направляются в водохранилище, а в межень — обратно. На канале должны быть сооружения для регулирования его пропускной способности. На реках с широкими затопляемыми долинами создаются противопаводочные водохранилища — речного или озерно-речного типа, или ряд водохранилищ — на главной реке и ее притоках. При их проектировании обязательна разработка различных вариантов их расположения, отметок горизонтов воды режимов эксплуатации для определения наиболее оптимального варианта, при котором достигается эффект уменьшения наводнений. А отрицательные последствия создания водохранилищ — наименьшие. При всей эффективности противопаводковых водохранилищ они могут стать причиной новых негативных процессов — карстовых, эрозионных, гидрохимических, гидробиологических, изменяющих естественно развивающуюся природную систему. Поэтому и в этом случае необходима тщательная проработка полного комплекса вопросов формирования и развития природного комплекса не только на участке р. Сылвы в районе г. Кунгура, но и на территории всего ее бассейна. Любая попытка обособленного решения проблемы обречена на неудачу, так как она либо не снимает угрозу наводнений, либо ее усиливает, либо приводит к новым негативным последствиям.

В 40-х годах ХХ века институтом «Гидропроект» разрабатывалась схема создания средних гидроэлектростанций на р. Сылва (Шумковская ГЭС и Кишертская ГЭС). По своим характеристикам эти водохранилища способны срезать пик весеннего половодья и снять угрозу наводнений в Кунгуре. Но проект не был реализован. А. М. Комлев рассматривает возможность создания водохранилища в верховьях Сылвы у с. Агафонково Суксунского района. В своих выводах он говорит, что создание такого водохранилища в верховьях р. Сылва надежно обезопасит г. Кунгур от наводнений.

Изменение русла направлено на увеличение его пропускной способности. Это достигается проведением целого ряда работ: спрямления русла, его расширения, углубления, устранения всех препятствий при движении потока и в русле и на пойме. При регулировании речного русла изменяется структура водного потока, увеличивается расход воды и наносов, что приводит к еще большей промывке и углублению русла, а значит и понижению уровня. Выбор состава регулировочно-выправительных работ очень сложен и должен учитывать возможные отрицательные последствия. Так, в практике известны случаи, когда в результате подобных работ понижался базис эрозии — уровень нижележащего водоема, изменялся водный режим на выше- и нижерасположенных участках. Для р. Сылвы углубление русла нежелательно, так как это усилит подпор от плотины Камской ГЭС у г. Кунгура, а выше по течению может интенсифицировать как углубление, так и обмеление, изменить высоту уровня грунтовых вод.

Руководство г. Кунгура рассматривало предложение по спрямлению русла р. Сылвы каналом по трассе: ул. Воровского, у подножия годы — оз. Карасье — выезд на Березовский тракт — озеро-старица р. Ириловки — выход к Сылве. Технически этот вариант осуществим. Но для его обоснования необходимы гидрологические и гидравлические расчеты. Однако и этот вариант при самой его тщательной проработке не может дать ожидаемого эффекта, так как при слиянии русла Сылвы с рукавом (каналом) неизбежен подъем уровня, который при наличии подпорных условий должен распространяться вверх. Кроме того, разделение реки на рукава уменьшает ее пропускную способность, следовательно, может создать лучшие условия для аккумуляции наносов, а значит повышения отметок дна и уровня воды. Известно, что при разработке мер по борьбе с наводнениями на реках, разветвляющихся на рукава, наоборот рекомендуется отсекать рукава, чтобы пропускать весь расход через одно русло — для его углубления и понижения уровней воды. Таким образом, при сооружении канала могут возникнуть весьма нежелательные явления прямо противоположного характера — либо его заиление, либо усиленный размыв. Поэтому даже при самых благоприятных гидрологических условиях проектирование канала требует специальных гидрогеологических и экологических исследований, а также тщательного гидравлического расчета, и возможно физического моделирования. Сооружение канала даже при самом тщательном гидравлическом его расчете не приведет к снижению угрозы наводнений.

Источник

ПРОЕКТИРОВАНИЕ БЕРЕГОУКРЕПЛЕНИЙ И РЕКУЛЬТИВАЦИИ РЕК

Природные явления — Наводнения

ПОДНЯТИЕ ДНА, ОБРАЗОВАНИЕ ОТРИЦАТЕЛЬНОГО ПОПЕРЕЧНОГО УКЛОНА ПОЙМЫ

Русла рек в своем нижнем течении характеризуются малыми уклонами дна. Это связано с тем, что реки при приближении к дельте обычно текут по подчеркнуто равнинной местности. В связи с малыми уклонами происходит активизация процессов выпадения взвешенных твердых частиц на дно, и их аккумуляция. А аккумуляция наносов, в свою очередь, становится причиной постепенного поднятия дна — одной из особенностей равнинных и придельтовых участков русел. Поднятие происходит сравнительно медленно, и во многом является геологическим процессом. В зависимости от конкретного водотока и природных условий скорость поднятия дна может колебаться в пределах 1—50 мм в год.

В периоды весеннего половодья и дождевых паводков, когда уровни воды в реке превышают борта бытового русла, поток разливается по пойме. При этом на пойме происходит осаждение наносов из взмученного потока, и отметки поймы из года в год повышаются. Причем рост отметок наиболее интенсивен непосредственно у бортов бытового русла реки, и слаб на отдалении от них. В результате циклического повторения данного процесса происходит формирование особого поперечного сечения поймы, выражающегося в наличии отрицательного поперечного уклона поверхности (уклон «от реки»). Чем ближе к руслу реки, тем поперечный уклон круче, а с ростом расстояния от реки уклон уполаживается.

Совместное воздействие рассмотренных двух процессов — поднятия дна и образования поперечного уклона с падением «от реки» — приводит к возможности появления интенсивных наводнений: при многоводном половодье происходит катастрофический разлив реки по широкой долине, которая фактически оказывается ниже реки.

Описанные явления — одни из тех, которые следует учитывать при проектировании инженерных мероприятий, направленных на борьбу с наводнениями.

МЕРОПРИЯТИЯ ПО БОРЬБЕ С НАВОДНЕНИЯМИ

Проектная документация на мероприятия против наводнений может предусматривать различные инженерные решения. К основным, применяемым в практике проектирования, можно отнести:
– увеличение пропускной способности реки;
– перераспределение стока реки в разрезе года;
– защитное обвалование реки.

УВЕЛИЧЕНИЕ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ

Увеличение пропускной способности речного русла направлено на изменение его гидравлических параметров. Основными проектными вариантами для данного решения являются:

1. Спрямление излучин — устранение последствий естественного миандрирования русла. При спрямлении излучин достигается увеличение общего уклона дна и уменьшение гидравлических потерь на поворотах и по длине водотока. В целом мероприятия по спрямлению являются разновидностью инженерных работ по выправлению трасс рек.
2. Расчистка русла — устранение последствий заиления и зарастания. Расчистка позволяет увеличить площадь живого сечения потока и снизить коэффициент шероховатости поверхности дна и берегов.

ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ СТОКА РЕКИ

Перераспределение стока реки во времени реализуется посредством проектирования искусственных водоемов меньшего или большего размера — прудов или водохранилищ. Такой водоем может быть образован грунтовой или бетонной плотиной. Водохранилище или пруд выполняет функцию регулятора расхода, поступающего в нижележащий участок реки: задерживает (аккумулирует) часть стока весеннего половодья или летних дождевых паводков, а с наступлением периода низких расходов (межень) сбрасывает удержанный ранее объём воды. С ростом размеров плотины и полезного объема водохранилища повышается аккумулирующая способность последнего. Аккумулирующая способность выражается коэффициентом емкости β:

Читайте также:  Где находится река миссури на каком материке

где:
Wплз — полезный объём водохранилища (разница между полным Wполн и мертвым Wмертв объемами);
Wср.мн — объем среднемноголетнего стока.

Фактическая величина коэффициента емкости водохранилища отражает тот вид регулирования стока, который последнее способно осуществлять:
– суточное неполное;
– суточное полное;
– недельное;
– сезонное;
– годичное;
– многолетние (позволяет перераспределять сток между отдельными годами — многоводными и маловодными).

Регулирование стока с помощью устройства прудов или водохранилищ является наиболее эффективным и надежным инженерным мероприятием по борьбе с наводнениями. Кроме того, запроектированное водохранилище является комплексным объектом, который может быть использован для организации водоснабжения, улучшения условий судоходства, развития речного и прудового рыбоводства , строительства гидроэлектростанций , снижения загрязненности стока .

ОБВАЛОВАНИЕ

Обвалование является одним из видов т.н. инженерной защиты . Проект защитного обвалования представляет собой две параллельные грунтовые дамбы, устраиваемые по обоим берегам вдоль русла реки. Гребень дамб обвалования проектируется на отметках, которые должны превышать максимальные уровни в водотоке в половодье расчетной обеспеченности.

Период высокого стояния вод длиться, за редким исключением, не более нескольких недель. В этом состоит принципиальное отличие дамб от плотин — дамбы большую часть года не воспринимают напора воды и остаются сухими. По этой причине при проектировании поперечного сечения дамб требования к противофильтрационным параметрам отсыпаемых в их тело грунтов существенно ниже, чем для грунтов, которые используются при строительстве плотин. Дополнительным фактором, позволяющим снизить требования к материалам тела дамб, является высокая мутность рек в периоды половодий: взвешенные частицы грунта, попадая в фильтрационный поток в грунтовом массиве дамбы, кольматируют (заполняют) грунтовые поры. Благодаря кольматации пор происходит торможение процессов развития фильтрации и суффозии. А депрессионная кривая в теле дамб из-за краткости периода половодья не успевает установиться на высоких отметках. Последнее обстоятельство особенно важно для низовых откосов, т.к. отпадает необходимость устройства для них дренажных мероприятий (дренажного банкета, наслонного дренажа и др.).

Схема расположения дамб обвалования (горизонтальный и вертикальный масштабы не равны)

При проектировании дамб обвалования на меандрирующих реках (т.е. реках с неустойчивым блуждающим руслом) особенно важен правильный выбор расстояния от дамб до берегов реки. В случае слишком близкого расположения к берегу дамба может оказаться в зоне непосредственного размывающего воздействия потока. Поэтому принимаемое в проекте фактическое расстояние между дамбами противоположных берегов устанавливается на основе изучения геоморфологии русла. Еще одним требованием к плановому расположению конструкций обвалования является отсутствие между дамбой и рекой естественного понижения местности. Наличие данного понижения ведет к тому, что в периоды подъема воды в реке, сопровождающиеся разливом потока по огражденной дамбами долине, может произойти смещение основного потока — поток «сваливается» из основного русла непосредственно в район понижения. Такое явление провоцирует образование нового русла реки или его рукава, которые в данном случае оказываются непосредственно у откоса дамбы обвалования. Однако конструкция дамбы в целях снижения ее стоимости не проектируется на сопротивление размывающей энергии воды в постоянном режиме, и такой длительный контакт потока с дамбой ведет к ускоренному размыву последней.

Источник

Порядок выполнения работы

ЛАРАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ОРГАНИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА

ДАМБЫ ОБВАЛОВАНИЯ

Пояснения к работе

1.1.1. Защита территории от затопления

Городские территории, расположенные на берегах рек, морей, водохранилищ и других водоемов, достаточно часто подвергаются различным физико-геологическим процессам в результате воздействия волн и течения рек. Береговым территориям свойственно наличие опол­зней, оврагов, размытых берегов, подмы­тых береговых склонов.

Наибольшую опасность, связанную иногда с человеческими жертвами, пред­ставляет затопление городской террито­рии при повышении уровня воды в реках во время половодий и паводков. В этом случае затоплению подвержены в первую очередь наиболее низкие участки — пой­менные территории.

Половодье— фаза водного режима реки, которая характеризуется наиболь­шей в году водностью, высоким и дли­тельным подъемом уровня воды. Полово­дье вызывается на равнинных реках снеготаянием (весеннее половодье), на вы­сокогорных — таянием снега и ледников (летнее половодье). Для рек одной кли­матической зоны половодье ежегодно по­вторяется в один и тот же сезон, но с раз­личной интенсивностью и продолжительностью. В период весеннего половодья равнинные реки нашей страны несут 60-70, а в степных районах до 90% об­щего годового количества воды.

Паводок— быстрый и сравнительно кратковременный подъем уровня воды в каком-либо створе реки, обычно возникающий от дождей и завершающийся почти таким же быстрым его спадом. В отличие от половодья паводок возникает нерегулярно, но величина поднятия уровня расхода воды при нем могут в отдельных случаях превышать уровень и наибольший расход половодья.

Большинство городов исторически сложилось вблизи рек, на побережьях морей и других водоемов. Поэтому затопленные территории в городах не редкость. В Российской Федерации примерно 250 крупных и больших городов страны находятся под угрозой наводнений вследствие половодий и паводков. Территории, подверженные затоплению во время подъемов уровней воды, за средний год составляют в стране около 70 млн. га.

В зависимости от причин возникно­вения и продолжительности воздействия различают временное и постоянное за­топления.

Временные затоплениясвойственны территориям, расположенным на берегах рек с неурегулированным режимом. Они происходят в результате повышения го­ризонта воды при таянии снегов и при обильных дождях и носят, как правило, сезонный характер. Пропускная способ­ность русла реки зависит от площади жи­вого сечения потока в русле и скорости его течения. При увеличении расхода воды, поступающей в русло реки, увели­чивается площадь его затопления и ско­рость течения потока. Увеличение пло­щади живого сечения потока происходит за счет затопления пойменной части реки, что и приводит к периодическим затоплениям городских территорий, рас­положенных в поймах рек. Временные затопления могут происходить также при сбросе излишних расходов воды через существующие дамбы.

Постоянное затопление территории происходит при крупных гидротехни­ческих работах, связанных со строитель­ством гидроэлектростанции и устрой­ством водохранилищ, возведением пло­тин и решением ряда других народнохо­зяйственных задач. При создании водо­хранилищ наивысший уровень воды верхнего бьефа является постоянным и называется нормальным подпорным уровнем.Постоянному затоплению под­вергаются территории городов, посел­ков или отдельные объекты, располо­женные на отметках ниже нормального подпорного уровня. Временные и посто­янные затопления городских террито­рий сопровождаются их подтоплением, что в совокупности влечет за собой ак­тивизацию других неблагоприятных физико-геологических явлений. Задачи защиты территорий населенных мест от затопления при строительстве водохранилищ и других крупных гидротехнических сооружений (постоянное затопление) решаются при проектировании и строительстве этих сооружений.

Защита территорий при временном повышении уровня воды в реках осуществляется в процессе проектирования и строительства городов.

Защита городов, сельских населенных пунктов и промышленных объектов от затопления и подтопления должна обеспечить надежное их функционирование, в том числе коммунальных, транспортных и других территориальных систем и отдельных сооружений. Притом, наряду с этим, осуществляется также защита недр, сельскохозяйственных и природных ландшафтов.

Проект сооружений инженерной защиты должен обеспечить их надежность, возможность проведения систематических наблюдений за их работой, а также максимальное использование местных строительных материалов. Наряду с этим, при проектировании противопаводковых систем на реках необходимо учитывать требования комплексного использования водных ресурсов водотоков.

Классы сооружений инженерной защиты, как правило, назначаются не ниже классов защищаемых объектов и в зависимости от народнохозяйственной значимости.

Классы постоянных гидротехнических сооружений инженерной защиты водохозяйственного типа назначают в соответствии с требованием СНиП 2.06 15-85 (Инженерная защита территории от затопления и подтопления).

При разработке проектов по защите от наводнения и подтопления разрабатываются экологические и природоохранные мероприятия, которые позволили бы снизить до минимума причиненный вред сельскому, рыбному и иному хозяйству, а также промышленным объектам, городам и населенным пунктам.

1.1.2. Методы защиты территории от затопления

Способы защиты затапливаемых го­родских территорий зависят от высоты расчетного горизонта высоких вод и пло­щади территории, подверженной затоп­лению, особенностей использования дан­ной территории, ценности защищаемого жилищного фонда и промышленных предприятий, инженерного городского хозяйства и природных особенностей территории.

В борьбе с затоплением используются различные методы, основные из них — сплошная подсыпка территории до незатопляемых отметок; обвалование защища­емой территории путем ограждения ее за­щитными дамбами, сокращение наиболь­ших расходов реки в пределах городской территории, регулирование стока и расхо­дов путем устройства водохранилищ выше города по течению реки, обводного русла и пр.; увеличение пропускной спо­собности реки в пределах территории го­рода для пропуска наибольших расходов при более низких горизонтах путем изме­нения поперечного профиля русла реки.

Применение перечисленных мероп­риятий обычно ограничивается территорией города или его части и участком реки в пределах городской черты. В не­которых случаях они могут осуществ­ляться вне городской территории, выше по течению реки, например, путем созда­ния водохранилища, регулирующего рас­ходы и уровни воды в реке.

Читайте также:  Катание по рекам на гидроцикле

Мероприятия по защите городских территорий от затопления можно выпол­нять как отдельно, так и в комплексе, причем во многих случаях целесообраз­но сочетание различных мероприятий. Тот или иной вариант защиты террито­рии от затопления принимается на осно­ве технико-экономического обоснования.

Сплошная подсыпка— одно из ос­новных мероприятий по защите городских территорий от затопления (рис. 1.1). Она ограничивается земляными работа­ми и осуществляется вертикальной пла­нировкой. Отвод поверхностных и при необходимости грунтовых вод произво­дится обычными способами. Сплошная подсыпка, как правило, применяется на относительно небольших по площади территориях и при наличии резервов грунта. Сплошная подсыпка или намыв территории характеризуется значитель­ными объемами земляных работ по срав­нению, например, с сооружением дамб обвалования, но с учетом архитектурно-планировочных требований сплошная подсыпка территории часто более целе­сообразна, чем устройство дамб обвало­вания, поскольку она обеспечивает сво­бодный доступ архитектурных ансамб­лей к водной поверхности и возможность застройки территории отдельными учас­тками. Однако ее нельзя выполнять при существующих капитальной застройке и ценных зеленых насаждениях.

Сплошная подсыпка экономически целесообразна, если средняя высота ее не превышает 1,5—2 м при сравнительно малой дальности перевозки необходимо­го объема грунта.

Рис. 1.1. Защита городской территории от за­топления сплошной подсыпкой:

ГМВ — горизонт меженных вод; ГВВ — горизонт высо­ких вод; ГП — граница подсыпки

Обвалование затопляемых террито­рий более преимущественно по сравне­нию со сплошной подсыпкой благодаря значительно меньшим объемам земляных работ (рис. 1.2). Однако наличие дамб зат­рудняет организацию стока поверхност­ных вод, что вызывает необходимость в проведении специальных мер по обеспе­чению стока — создание насосных стан­ций перекачки, регулирующих емкостей и т.д. Усложняется и задача понижения уровня грунтовых вод, требуется устрой­ство дренажной системы с перекачкой со­бранных вод в водоемы. Кроме того, дам­бы отрезают территорию города от водно­го пространства, затрудняют выход заст­ройки к воде, что с градостроительной точки зрения, конечно, нельзя рассматри­вать как положительное явление.

Обвалование применяют на сравни­тельно значительных по площади терри­ториях, а также на территориях с суще­ствующей капитальной застройкой и ее участках, ценных в архитектурно-исто­рическом отношении.

Рис. 1.2. Обвалование затопляемых территорий:

1 — дамба обвалований; 2 — граница возможного за­топления территории

Сокращение наибольших расходов реки достигается посредством регулирования стока и имеет большое значение, так как исключает необходимость мероприятий по непосредственной защите городской территории от затопления. Защита методом регулирования стока заключается в перераспределении расходов (наибольших расходов и наивысших уровней). Уменьшение максимальных расходов происходит в результате создания и использования водохранилища в верхнем поотношению к городу течении реки, которое задерживает часть стока.

Устройство водохранилищ, регулирующих уровень воды в реках, вызывает значительные по объему работы, особенно при большом речном стоке. Наиболее рационален этот метод при комплексном использовании водохранилища для энергетики, при обводнении рек судоходства и пр.

Увеличение пропускной способности русла реки для пропуска в пределах городской территории наибольших расходов водыпри более низких горизонтах достигается путем его расчистки и углубления, а также расширения русла и увеличения продольного уклона дна (рис.1.3). Данный метод позволяет понизить расчетную отметку поверхности территории или отметку верха дамбы за счет понижения расчетного уровня воды в реке, однако он сопровождается сравнительно большими объемами земляных работ. Область применения — малые реки.

Рис. 1.3. Увеличение пропускной способности русла реки:

1 – существующее русло; 2 – новое русло; ГВВ (1) – горизонт высоких вод при существующем русле; ГВВ (2) — горизонт высоких вод при новом русле.

Выбор того или иного варианта защитных мероприятий производится на основе сравнения технико-экономических показателей, включающих и эффект, получаемый от тех или иных градостроительных решений.

1.1.3. Проектирование защитных мероприятий

При необходимости защиты террито­рии от временного или постоянного за­топления наиболее часто используют сплошную подсыпку затопляемых терри­торий и их обвалование.

Сплошная подсыпка осуществляется на основе специального проекта, в кото­ром устанавливаются: граница и площадь затопления территории при расчетном уровне воды; граница и площадь подсы­паемой территории; высота насыпи по участкам; средняя высота подсыпки; объем земляных работ; резервы грунта; способы доставки грунта и уплотнения; расчет необходимого числа машин, меха­низмов, снарядов и пр.

Основа разработки проекта — повы­шение существующих отметок рельефа до незатопляемого уровня с расчетной минимальной отметкой, устанавливае­мой в зависимости от расчетного гори­зонта высоких вод и при необходимости учета волнового воздействия.

Обвалование территории. Для защиты территорий от затопления применяют две принципиально различные схемы обвалования: схему общего обвалования и схему обвалования по участкам.

Схема общего обвалования характеризуется устройством одной дамбы, полностью отгораживающей всю территорию от водохранилища. Эта схема применяется при отсутствии на защищаемой территории водотоков, а также при наличии небольших водотоков, когда есть целесообразность принудительно перекачать их сток через дамбу в водохранилище.

Схема обвалования по участкам применяется на территориях, пересекаемых большими оврагами или реками с большим расходом воды, перекачка которого нецелесообразна.

При проектировании защиты терри­тории от затопления методом обвалова­ния разрабатываются варианты трасс дамб. Оптимальный вариант выбирается на основании технико-экономического сравнения, а также учета распределения скоростей течения в реке и русловых процессов, находящихся в зависимости от степени сжатия русла при прохожде­нии высоких вод. На основании выбран­ного варианта проектируется расположе­ние дамб в плане. Трассы ограждающих дамб проектируются прямолинейно или по плавным кривым возможно большего радиуса. Расположение дамбы по отно­шению к берегу определяется устойчиво­стью русла, условиями подмыва и размыва береговых склонов и уклоном терри­тории. При положительных значениях перечисленных факторов дамбы обвало­вания могут располагаться относительно близко к берегу. Обычно дамбы имеют форму трапеции (рис. 1.4). Ее ширина по­верху зависит от использования, однако она должна быть не менее 4,5 м, для обес­печения проезда обслуживающего транс­порта при ремонте и в аварийных случа­ях. Дамба может использоваться для дви­жения транспорта, входя в общую транспортно-планировочную структуру горо­да, в частности, как скоростная дорога или общегородская магистраль. Нередко хорошо озелененная дамба служит мес­том отдыха городского населения. В этом случае ширина дамбы поверху устанав­ливается соответствующими расчетами. Решения по использованию дамбы для каких-либо целей должны приниматься на основе технико-экономического и гра­достроительного обоснования, поскольку увеличение ширины дамбы вызывает рост объемов земляных работ и удорожа­ние строительства.

Рис.1.4. Поперечный профиль дамбы обвалования:

1 –верховой (мокрый) откос с креплением; 2 –низовой (сухой) откос; 3 –придамбовый дренаж; а –запас в высоте; в –ширина дамбы по верху; h –высота дамбы

При обваловании территорий оградительные дамбы работают в условиях, близких к земляным дамбам малого и среднего напора, поэтому их проектирование и строительство производится с соблюдением норм и технических условий на эти сооружения.

Крутизна откосов со стороны воды (верховой откос) в зависимости от типа крепления, как правило, принимается 1:2—1:4, со стороны берега (низовой от­кос) 1:1,5—1:2, но могут применяться и пологие откосы крутизной 1:20—1:50. На откосах возможно устройство берм ши­риной 1,5—2 м при высоте дамбы более 10 м. Основой определения размеров по­перечного сечения дамбы являются усло­вия устойчивости откосов, гребня и дам­бы в целом при переработке берегов во­доема, воздействии течения воды, волн и льда, а также условия ограничения филь­трации воды через тело дамбы.

Крутизна откосов сооружений характеризуется коэффициентами заложения откосов:

(1.1)

где L – длина горизонтальной проекции откоса, м;

Н – глубина выемки или высота насыпи, м;

α – угол наклона поверхности откоса к горизонтальной поверхности.

Коэффициенты заложения откосов дамб

Грунты Коэфф. заложения откосов
верхового низового
Глинистые Песчаные Торфяные 1,5. 2,5 2. 3 2,5. 3 1,5. 2,5 1,5. 3 2. 2,5

Верховой откос подвержен отрица­тельным факторам воздействия воды и льда и должен быть защищен от них по­средством соответствующего укрепле­ния. Низовой откос не подвергается та­ким воздействиям, поэтому может иметь укрепление простейшего типа, например, одерновку поверхности откоса. Типы крепления откосов дамб обвалования та­кие же, как и при сплошной подсыпке: одерновка, мощение камнем, облицовка бетонными плитами и др. В период подъема уровня воды в теле дамбы созда­ется фильтрационный поток. В связи с этим для уменьшения фильтрации в дам­бе предусматриваются водонепроницае­мые ядра: экраны и диафрагмы. Со стороны берега вдоль дамбы прокла­дывается горизонтальный дренаж.

Для выпуска воды из обвалованного пространства в водоем при спаде уровня в последнем устраиваются выпуски — водосбросные трубы и др. Эти водосбросные сооружения располагают в устьях водоотводных канав, коллекторов и других водотоков. Для перекачки ливневых вод из пределов обвалованных территорий устраивают обычные насосные станции. ( рис.1.5).

Рис. 1.5. План территории с мероприятиями инженерной защиты от затопления и подтопления:

1 — граница защищаемой территории, 2 — линия гидрогеологического разреза А — А, 3 — буровая скважина, 4 — дамба обвалования, 5 — нагорные каналы, 6 — береговой дренаж, 7 — насосная станция; относительные от метки: — верхней и нижней границ городской территории, — уровня воды в водохранилище, — основания дамбы, — водоупора

1.1.4. Расчетные уровни воды и отметки территории

Для защиты территории от за­топления необходимо знать горизонт воды, который вызывает затопление. Горизонт воды в реке не по­стоянен. Существуют низкий (межен­ный) и высокий горизонты, которые оп­ределяются за достаточно продолжитель­ный промежуток времени. Поскольку эти значения в разные годы различны, то определяется обеспе­ченность какого-либо горизонта паводка, выражаемая в процентах и показываю­щая вероятность его появления.

Читайте также:  Реки которые впадают японского моря

За расчетный горизонт высоких вод принимается отметка наивысшего уров­ня воды обеспеченностью: 1 % (повторя­емость 1 раз в 100 лет) — для террито­рий, застроенных или подлежащих заст­ройке жилыми и общественными здани­ями, и 10 % (1 раз в 10 лет) — для терри­торий парков и плоскостных спортивных сооружений. Иногда, при особо ценной застройке допускается принимать обес­печенность 0,5 % (затопление 1 раз в 200 лет). Расчетные горизонты высоких вод и обеспеченность — исходные данные для определения отметок, необходимых для защиты городской территории от затоп­ления.

При решении вопросов защиты тер­ритории от затопления важное значение имеет определение отметки гребня дамбы или верхней бровки откоса при сплошной подсыпке. Эти отметки необходимо принимать не менее чем на 0,5 м выше расчетного горизонта высоких вод необходимой обеспеченности в зависимости от функционального значения тер­ритории в необходимых случаях волнового воздействия.

На малых реках и небольших водоемах расчетная отметка гребня дамбы обвалования или верхней бровки откоса сплошной подсыпки ( м ) составит

, (1.2)

где — расчетный горизонт высоких вод, м

— запас, равный 0,5 м.

На крупных водоемах необходимо учитывать воздействие ветровых волн. В этом случае

, ( 1.3)

где — подъем горизонта воды под влиянием ветрового нагона;

— максимальная высота наката волны, м;

— запас, равный 0,5 м.

Подъем горизонта воды (ветровой нагон) определяетсяпо местным наблюдениям. При их отсутствии он принимается равным 0,5 м для малых по площади водоемов и 1 м – для больших. Высота наката волны колеблется в пределах 0,4-1 м. Расчетная схема учета воздействия ветровых волн приведена на рис. 1.6.

Рис. 1.6. Расчетная схема учета воздействия вет­ровых волн

Приведенная формула применима при скорости ветра до 15 м/с и длине разгона волны до 30 км.

1.1.5. Укладка грунта в тело дамбы

Дамбы из местных грунтовых материалов возводят в основном насыпкой механизированным способом с помощью машин для земляных работ.

Для тела дамб пригодны практически любые грунты, кроме растительных, илистых и плывунных. Грунт, укладываемый в тело дамбы, должен быть уплотнен до заданной проектной плотности.

При насыпке дамб используют в основном грунт из карьеров, а также пригодный грунт из расположенных вблизи профильных выемок и зоны затопления. Для выявления потребного грунта составляют баланс грунтовых масс.

Необходимый объем грунта Vк (м 3 ) уточняют по формуле:

(1.4)

где Vн – профильный (геометрический) объем грунта, необходимый для строительства дамбы обвалования, м 3

γн – заданная плотность грунта в теле дамбы, кг/м 3

γе – плотность грунта в естественном состоянии, кг/м 3

Kn – коэффициент, учитывающий потери грунта при транспортировке (1,02 – 1,025).

Площадь Fк (м 2 ), которую будет занимать карьер, приближенно будет равна (без точного учета площади под откосами):

(1.5)

где Нк – средняя толщина слоя пригодного грунта в карьере, м.

При проектировании форму карьера в плане принимают прямоугольной с соотношением сторон 2 : 1.

С поверхности карьера удаляют растительный или другой грунт, непригодный для укладки в защитную дамбу.

Объем растительного (почвенного) Vп (м 3 ) слоя, снимаемого с поверхности карьера рассчитывается по формуле:

(1.6)

где hп – толщина растительного (почвенного) слоя, м.

Объем непригодного грунта (вскрыши) Vв (м 3 ) для строительства дамбы определяется как:

(1.7)

где hв – толщина слоя вскрыши, м.

При укладке грунта в тело дамбы выполняют 4 операции: отсыпка грунта на карты укладки транспортными средствами; разравнивание бульдозерами, доувлажнение до оптимальной влажности поливомоечными машинами и послойное уплотнение грунта катками. (рис.1.7).

Грунт доставляют на карты укладки автотранспортом и разгружают по всей площади карты в шахматном порядке. Отсыпанный грунт послойно разравнивается с уклоном в сторону верхнего бьефа. Для эффективного использования уплотняющих машин сухие грунты доувлажняют, а переувлажненные грунты подсушивают при послойной укладке. Для увлажнения грунта используют поливочные машины, передвижные насосные станции и автоцистерны. Последней операцией по укладке грунта в тело дамбы является уплотнение грунта. Существуют различные способы уплотнения грунта. Наибольшее распространение получило механическое уплотнение грунта машинами статического действия – катками. Уплотнение грунта на дамбе производят проходами обычно вдоль сооружения с движением катка по кольцевой схеме.

Каждую операцию выполняют на выделенной площадке насыпи, которую называют картой укладки. Расчетную площадь одной карты укладки ( ) определяют по формуле:

, м 2 , (1.8)

где: — объем грунта, поступающего на карту за сутки, м 3 /сут.;

— принятая толщина слоя укладки грунта с учетом свойств грунта и параметров уплотняющей машины, 0,4м.

Рис.1. 7. Схема операций при укладке грунта в тело дамбы:

а – навал грунта; б – послойное разравнивание; в – доувлажнение; г – уплотнение

Объем грунта, поступающего за сутки ( ) рассчитывют по формуле:

, м 3 /сут., (1.8)

где: Qа смена – сменная производительность одного автосамосвала, м 3 /смену;

N – инвентарный парк автосамосвалов

В нормальных условиях число карт должно соответствовать числу операций, то есть четырем. По мере выполнения операции исполнители последовательно перемещаются с карты на карту. Площадь насыпи по высоте непрерывно меняется из-за изменения длины и ширины. Желательно иметь карты шириной неме­нее двух радиусов поворота механиз­мов. Поэтому на разных отметках и участках насыпи карты будут располо­жены по-разному.

На нешироких протяженных насы­пях и дамбах карты укладки размеща­ют одну за другой.

Для организации непрерывной отсыпки грунта дамбу по высоте разделяют на ярусы (уровни) укладки ( обычно 3 – 4 ) ( рис.1, П 3)

Площадь каждого сечения яруса рассчитывается по формуле:

, м 2 (1.9)

где: В – ширина дамбы в каждом сечении, м.;

L — длина каждого сечения, м.

Количество карт в каждом сечении рассчитывается по формуле:

, (1.10)

1.1.6. Планировка и крепление откосов земляных дамб.

Вблизи поверхности откосов из-за выпирания грунт остает­ся неуплотненным, образуя так назы­ваемую бахрому толщиной 0,2. 0,5 м. При укладке грунта ширину крайних карт увеличивают на толщину бахро­мы. Для рационального использования грунта бахрому срезают с перемещени­ем в тело насыпи различными способа­ми. При этом одновременно осуществ­ляется планировка откосов.

С крутых откосов (m 2) грунт сре­зают периодически по мере возведения насыпи на высоту 1. 1,5 м, используя прицепные грейдеры, тракторные отко-сопланировщики. Пологие откосы планируют бульдозе­рами с перемещением грунта снизу вверх при m 2,0 или вдоль откоса при m 0,12.

После возведения насыпи низовые откосы обычно крепят посевом трав (залужением). Для этого откос должен быть покрыт слоем растительного грунта, который отсыпают сверху от гребня дамбы и при m 2 разравни­вают бульдозером.

Таким же способом покрывают от­косы и другими сыпучими материала­ми, а иногда и бетонной смесью. Для укладки на откосы готовых железобе­тонных плит и распределения бетонной смеси на крутых откосах используют подъемные краны, для которых при не­обходимости устраивают промежуточ­ные временные бермы.

Длину откоса дамбы lот. (м) можно рассчитать по формуле

lот. = (1.11)

где — коэффициент заложения откоса насыпи;

— высота насыпи, м.

1.1.7. Рекультивация площади карьеров.

Она заключается вприведении их тер­ритории в состояние, пригодное для ис­пользования. Для этого выполняют следующие операции: планировку по­верхности дна карьера; разработку и доставку на дно карьера почвенного растительного слоя; разравнивание растительного слоя толщиной не менее 0,1 м. При необходимости проводят также уположение откосов карьера. Для выполнения всех этих операций используют те же механизмы, что и для подготовительных работ в карьере и основании дамбы (бульдозеры, скреперы, грейдеры).

Порядок выполнения работы

По исходным данным приложений 1 и 2 определить:

— высотную отметку гребня дамбы обвалования ( hг.д. );

— все необходимые параметры дамбы обвалования ( m, H, bгр.; Bосн. ). Вычертить поперечный профиль дамбы;

— объем растительного грунта, снимаемого с основания дамбы;

— геометрический (профильный) объем дамбы обвалования ( Vн ; м³);

— необходимый объём грунта для строительства дамбы (Vк ; м³);

— параметры карьера и объемы растительного слоя и вскрыши;

— потребное количество транспортных средств для отсыпки грунта;

-пояснить технологию укладки грунта в тело дамбы;

— разбить дамбу по высоте на 3 яруса укладки грунта. Определить площадь насыпи яруса ( Fj ; м²);

— рассчитать площадь одной карты укладки грунта ( fк ; м²);

— рассчитать для каждого яруса необходимое количество карт укладки (nк ), все расчеты свести в табл. 2 П 2;

— начертить схемы расположения карт укладки, определить размеры карты (рис.1, П 3 );

— рассчитать объем работ по планировке откосов дамбы.

1. Варианты исходных данных приведены в табл. П.1., подвариант грунтовых условий (табл. 1. П.2) задается преподавателем .

2. Срок строительства дамбы обвалования – 1 год.

3. Условно принято, что укладка грунта в тело защитной дамбы производится при положительных среднемесячных температурах воздуха.

4. Расчетное количество рабочих смен в месяце можно определить, исходя из 22-25 рабочих дней в месяце при двухсменной работе. При малой интенсивности потоков земляных работ можно принимать работу в одну смену, а при очень больших – в три. Продолжительность смены принять 8,0 часов.

Источник

Поделиться с друзьями
Байкал24