Береговые укрепления и покрытия

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 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.

Берегоукрепления из каменной наброски.

Берегоукрепления из каменной наброски обычно работают в весьма тяжелых условиях. Это наиболее распространенный тип крепления береговых откосов рек и водохранилищ при производстве работ «в воду». Кроме того, крепление каменной наброской не боится местных деформаций грунта (пучение, просадка) и может осуществляться почти в любых встречающихся на практике грунтовых условиях. Каменная наброска легко восстанавливается при частичном разрушении. Работы по устройству каменной наброски можно полностью механизировать.

Крепление из каменной наброски применяется в районах со сравнительно невысокой стоимостью камня для водоемов, где высота ветровой волны не превышает 2 м, а ледовые условия (толщина льда, возможный навал ледяного поля на откос, колебание уровней воды в зимний период и др.) не могут вызвать значительного повреждения наброски. Для более тяжелых волновых и ледовых условий применение каменной наброски носит ограниченный характер, так как необходимость укладки на откос камней больших размеров усложняет производственный процесс. Каменная наброска может быть выполнена как из сортированного, так и из несортированного камня. Во втором случае работы по ее созданию менее трудоемки (исключается сортировка камня), но требуют большего количества материалов.

Крепление каменной наброской, как правило, состоит из двух слоев – слоя камня и слоя обратного фильтра или однослойной подготовки. В отдельных случаях слой камня отсыпается на тюфяк. Крупность камня, а также толщина слоев наброски назначаются в зависимости от высоты волны, ледовых условий и условий производства работ.

Устойчивость каменного крепления в значительной степени зависит от крупности камня, а также от правильно подобранного фильтра или подготовки. Применение мелкого камня диаметром 10–15 см не обеспечивает устойчивости крепления – камни такого размера легко перемещаются под действием волнения. Камни слишком крупных размеров (диаметр свыше 70 см)для наброски также непригодны – при их укладке образуются большие щели, которые при различных деформациях раскрываются еще больше, обуславливая разрушение крепления и откоса.

Окатанные камни имеют большие промежутки и щели, нежели таких же размеров колотые камни. Наброска из колотого камня, за счет плоских граней, имеет хорошее уплотнение и меньшие промежутки.

При воздействии на каменную наброску ледяного припая или навала ледяного поля, рекомендуется защищать ее омоноличиванием верхнего слоя бетоном.

Для укрепления откоса камнем берег предварительно планируют под уклон не круче 1:2 и устраивают в надводной его части слой обратного фильтра из крупного песка и щебня или гравия.

Крепление надводного откоса (рис. 3.29) проводят после устройства надежного упора в виде каменной призмы на границе подводной и надводной части укрепления. Упорная призма обычно имеет ширину 1–1.5 м и речной откос с уклоном 1:1.5.

Рис. 3.29. Укрепление береговых откосов каменной мостовой:

1 – сопрягающая каменная призма; 2 – слой обратного фильтра

При этом гребень ее устраивают на отметке среднемеженного уровня. В случае крепления подводной части откоса тюфяком с пригрузкой камнем необходимо закончить его на отметке средненизкого уровня.

После устройства крепления подводной части откоса и сопрягающей упорной призмы проводят укрепление надводного откоса в виде каменной отмостки или наброски до отметки на 0.5 м выше наивысшего весеннего уровня воды. В случае затопляемого берега крепление выводят на горизонтальный участок берега длиной не менее 2 м.

На крупных реках, где возможна значительная волна, для придания большей устойчивости камня на надводной части откоса крепление может устраиваться в виде каменной наброски в железобетонных клетках
(рис. 3.30). Размеры клеток в плане 1.2 1.2 м или 1.5 1.5 м, высота
0.3–0.4 м, толщина стенок 0.1 м.

Рис. 3.30. Укрепление берега каменной наброской в железобетонных клетках: 1 – прямоугольные клетки; 2 – слой обратного фильтра;

3 – упорная каменная призма; 4 – каменная наброска

Изготовленные заводским способом клетки укладывают по предварительно спланированному откосу на слой обратного фильтра, располагая их диагональю к направлению течения. После чего клетки и промежутки между ними заполняют камнем вровень с верхом клеток. Такое крепление хорошо гасит волну, уменьшает высоту ее наката за счет шероховатости и проницаемости камня, обеспечивает свободный выход грунтовых вод, обладает гибкостью и легко поддается ремонту.

Бетонные и железобетонные плитные крепления.

Бетонные и железобетонные плитные крепления берегов можно применять в любых гидрологических условиях. Они отличаются высокой прочностью и долговечностью, но несколько меньшей, чем крепления из естественного камня. Плитные крепления откосов судоходных каналов, земляных гидротехнических сооружений, берегов рек и водохранилищ выполняются из железобетонных, асфальтовых и других видов плит. По способу их изготовления они могут быть монолитными, т. е. выполненными непосредственно на месте их укладки, или сборными, монтируемыми на откосе из отдельных плит. Одно из важных положительных качеств бетонных покрытий – возможность индустриального изготовления элементов.

Вместе с тем этот вид крепления является наиболее дорогостоящим, требует для изготовления специального оборудования и строительных материалов – арматурной стали и цемента. Бетонные крепления нельзя укладывать на водонасыщенные грунты и грунты, подверженные пучению. Крепление откосов монолитным бетоном осуществляется, как правило, в летнее время. В России получили распространение монолитные бетонные крепления, изготовляемые непосредственно на укрепляемом откосе при заложениях последних от 1,5 до 6.

К общим недостаткам плитных покрытий относятся:

– необходимость устройства спланированной щебеночной или гравийной подготовки, а в отдельных случаях и обратного фильтра;

– необходимость тщательной заделки стыков между отдельными плитами (так как плитные крепления, кроме гибких, не допускают неравномерной осадки оснований, а также вымывов грунта из–под покрытий);

– меньшая волногасящая способность по сравнению с покрытиями, имеющими шероховатую поверхность;

– значительные трудности при ремонте.

При использовании плитных креплений для защиты откосов от волновых нагрузок, необходимо иметь в виду, что удары волн вызывают свободные колебания плит, амплитуда которых является функцией энергии удара волны. При динамических воздействиях, характеризующихся определенной частотой, между частицами песчаного грунта основания исчезают силы трения, грунт разжижается, что приводит к деформации основания, а затем к потере устойчивости плит крепления.

Крепления из сборных железобетонных плит.

Такие покрытия можно разделить на две основные группы:

– крепления разрезными плитами, состоящие из отдельных железобетонных плит, уложенных на подготовку в виде обратного фильтра, без омоноличивания швов между ними;

– крепления плитами, омоноличенными по контуру, состоящие из отдельных железобетонных плит, уложенных на однослойную подготовку, или без нее, с последующим омоноличиванием стыков между плитами.

Для укрепления надводных откосов берега применяют бетонные плиты (рис. 3.31) квадратной или прямоугольной формы, толщиной от 8 до
20 см. Размеры квадратных плит в плане при их заводском изготовлении делают от 1 1 м до 3 3 м. Плиты, бетонируемые непосредственно на откосе, имеют размеры в плане от 4 4 м до 10 10 м и толщину 10–30 см.

.

Рис. 3.31. Укрепление берега бетонными плитами

на слое обратного фильтра: 1 – каменная наброска; 2 – упорная каменная призма; 3 – двухслойный обратный фильтр; 4 – бетонные плиты

Основой надежности работы такого укрепления является хорошая подготовка обратного фильтра (обычно трехслойного), тщательная заделка швов между отдельными плитами и усиленная упорная призма.

На глинистых грунтах (рис. 3.32), способных пучиться, в основание крепления, кроме подстилающего обратного фильтра, насыпается песчаная подушка взамен пучинистого грунта, срезанного по откосу до глубины промерзания примерно на 1 м.

Рис. 3.32. Укрепление бетонными плитами берегового откоса, сложенного глинистым грунтом: 1 – упорная каменная призма

с обратным фильтром; 2 – хворостяной тюфяк; 3 – слой обратного фильтра; 4 – глинистый пучинистый грунт; 5 – песок;

6 – бетонные плиты

Крепления из сборных железобетонных плит имеют ряд достоинств по сравнению с креплениями из монолитных плит:

– полная индустриальность изготовления плит позволяет обеспечить высокую интенсивность и поточность строительно–монтажных работ с использованием комплексной механизации;

– плиты можно изготавливать и устанавливать в зимнее время. Кроме того, сборные плиты, изготовленные в заводских или полигонных условиях и имеющие более плотную структуру бетона, долговечнее монолитных, а по расходу материалов экономичнее их.

Для покрытий из сборных разрезных железобетонных плит используются плиты различной конфигурации и формы: прямоугольные, шестиугольные, ребристые, сплошные, с отверстиями. Размеры плит в плане и их толщина также отличаются большим разнообразием.

Гибкие железобетонные и асфальтобетонные тюфяки.

Гибкие тюфяки в России использовались только в единичных случаях. Более или менее успешно железобетонные гибкие конструкции применялись для берегозащиты на реках Кавказа, причем в основном на прибрежных железнодорожных линиях.

При проектировании гибких грунтонепроницаемых тюфяков размеры отдельных блоков должны назначаться из условия обеспечения изгиба тюфяка по кривой малых радиусов (до 1,5 м) в любых направлениях. В связи с этим размеры плиток в плане должны приниматься в пределах от 70´70 см до 100´100 см. Плановые размеры блоков назначаются конструктивно с учетом габаритов пропарочных камер и вибростолов, транспортных средств для перевозки плит, а также способов их укладки. Размеры карт в зависимости от способа монтажа и размеров сборочной площадки и должны быть кратными ширине блока.

Берегозащита фасонными бетонными блоками промышленного изготовления.

Фасонные железобетонные блоки довольно широко используются для крепления берегов в портовом строительстве и гидроэнергетике в развитых странах. В России они применялись в единичных случаях на ряде гидроузлов. Однако их широкое применение в нашей стране сдерживает сравнительно высокая стоимость и необходимость применения специальных мощных грузоподъёмных механизмов.

Фасонные блоки, обладают высокой волногасящей способностью, допускают значительные осадки основания и изготовляются на современных предприятиях. Они устанавливаются в сооружение с помощью высокопроизводительных механизмов и поэтому могут быть рекомендованы для крепления откосов при тяжелых гидрологических условиях (при высоте волны более 2–х метров). Благодаря прочному сцеплению блоков в сооружении, требуемая масса отдельного элемента в 4–5 раз меньше, чем у креплений из камня и обычных бетонных кубов и параллелепипедов.

Среди существующих в настоящее время фасонных блоков довольно широкое распространение получил тетрапод – фасонный блок из четырех усеченных конусов, расположенных под равными углами относительно друг друга. Эти блоки хорошо зарекомендовали себя при укреплении берега р. Волги у г. Ульяновска. Вес и форма тетраподов зависят от высоты волны и грузоподъемности транспортно–подъёмных механизмов.

Кроме тетраподов, в отечественной практике берегозащиты были применены фасонные блоки типа дипод. Эти блоки состоят из двух взаимно перпендикулярных и непересекающихся стержней, расположенных на концах соединяющего их промежуточного элемента. Простота изготовления, лучшая сцепляемость в наброске по сравнению с тетраподами, практически одинаковая стоимость изготовления позволяют рекомендовать диподы для использования при возведении набросных волнозащитных сооружений в тяжелых гидрологических условиях.

Из практики применения фасонных блоков за рубежом особого внимания заслуживает крепление блоками «долос». Фасонный бетонный блок «долос» состоит из стержня с двумя взаимно перпендикулярными отростками на концах.

Укладка блоков «долос» на откос производится так, чтобы 60% вертикальных отростков были повернуты в сторону воды. Авторы блоков «долос» утверждают, что наброска из них является устойчивой, а для изготовления не требуется специальных полигонов, наличия тяжелых кранов и транспортных средств. Простота изготовления и укладки, а также снижение размеров блоков и высокая пустотность наброски дают возможность экономить до 40% средств, если сравнивать с другими типами подобных креплений.

В последних научно–информационных публикациях 2003–2006 годов рекомендуется для широкого использования новый так называемый «Х–блок». Лабораторные испытания показали его высокую устойчивость к гидродинамическим нагрузкам и статическую устойчивость в креплении. Это привело к быстрому внедрению данного вида элементов в практику берегозащитных мероприятий за рубежом.

Габионы.

Надежность и устойчивость против воздействия волн, течения и ледоходов существенно повышается, если каменную наброску или галечно–щебеночную отсыпку укладывать не свободно, а в виде габионов.

Габионы подразделяются на виды по форме и особенностям производства: габионы коробчатые – форма короба, матрацы РЕНО – матрацная форма и цилиндрические габионы – форма цилиндра.

Коробчатые габионы – это ящики из проволочной сетки, заполненные камнем (рис. 3.33). Крепление откосов габионами имеет ряд преимуществ. Благодаря своей гибкости они не разрушаются при неравномерных осадках грунта, что особенно важно в тех случаях, когда габионы укладываются на неустойчивых грунтах или в местах, где имеется опасность размыва берега. Габионы свободно пропускают воду, но удерживают грунт, а для их заполнения может быть использован низкосортный камень и не требуется проведения специальных работ (опалубки, армирования).

Наибольшее разрушительное воздействие на габионы оказывают коррозия и истирание наносами. Оцинкованная стальная проволока, покрытая достаточно толстым слоем цинка, хорошо сопротивляется коррозионному воздействию пресных вод и содержащихся в них веществ.

Рис. 3.33. Стенка из габионов

Истирание наносами проволочной сетки приводит к разрыву отдельных проволок, поэтому сетка должна быть сплетена так, чтобы при разрыве одной или нескольких проволок не происходило ее дальнейшее разрушение.

Коробчатые габионы применяются в речном и морском берегоукреплении, возведении подпорных стенок, укреплении насыпей автомобильных и железных дорог, защиты от разрушения регуляционных сооружений мостовых переходов, ландшафтных мероприятий и предотвращения почвенной эрозии.

При работе в морской воде или другой агрессивной среде, проволоку покрывают ПВХ– или другим антикоррозийным составом. После заполнения габионных ящиков камнем, из них устраивают на возводимом объекте гибкие проницаемые облицовки или полные конструкции защитных сооружений. Опыт показывает, что габионные конструкции универсальны и длительное время сохраняют свою целостность, прочность, эластичность и гибкость при деформациях грунта основания; проницаемость и устойчивость против воздействия течения и волн, экологическую безопасность.

Цилиндрические габионы изготавливаются из сетки двойного кручения в форме цилиндра. Габионы заполняются камнем и используются для ликвидации размывов рек, а также при выполнении работ по берегоукреплению при наличии высокой воды или глубины необходимого укрепления. Они используются также для возведения фундаментов дамб. Для усиления цилиндрических габионов, проволока кромок панелей имеет больший диаметр, чем основная проволока сетки.

С течением времени габионные сооружения сливаются с окружающей средой и становятся частью природного ландшафта. Они приобретают максимальную прочность и устойчивость за счет природных процессов. Со временем происходит аккумуляция частиц грунта между каменным заполнителем габионов, что способствует образованию растительности на поверхности сооружений. Наиболее быстрым рост растений становится при наличии рисберм (горизонтальных террас) между каждым ярусом габионов. Из–за пористой структуры габионов обеспечивается их высокая проницаемость для воды и воздуха.