Берегоукрепительные сооружения. Дамбы

Российский государственный университет им. Иммануила Канта

Факультет географии и геоэкологии

Кафедра геоэкологии

РЕФЕРАТ

Берегоукрепительные сооружения. Дамбы.

Студента 3 курса

очного отделения

факультета географии и геоэкологии

Зотова И.

Калининград

2007

Берегоукрепительные сооружения.

Важнейшее место в системе берегоукрепительных мероприятий в береговой зоне занимают в настоящее время мероприятия по берегоукреплению. Это связано в первую очередь с резким усилением абразии берегов в последние десятилетия.

Размыв берегов представляет собой проблему всевозрастающей важности в связи с интенсивным заселением и освоением морских побережий.

Рассмотрим ниже ряд методов, применяемых в практике берегоукрепительных работ, а также последствия их применения.

Основным и наиболее прогрессивным методом берегоукрепления является сохранения пляжа как важнейшей функциональной части побережья, гасящей энергию волн.

Имеются две группы методов борьбы с разрушением берегов – пассивные и активные. Пассивные заключаются в возведении таких сооружений, которые бы воспринимали на себя воздействие волн. Активные используют энергию волн для защиты побережья. Это подразделение методов довольно условно. К числу пассивных методов относят сооружение волноотбойных стен, защитные дамбы, откосы и каменные наброски. К сооружениям, служащим для активной защиты берега, относят буны и волноломы.

Волноотбойные стены применяются в основном тогда, когда необходимо защитить достаточно ценный объект. Многие типы волноотбойных стен снабжены в верхней части отражающим козырьком, отбрасывающим часть заплеска волны в море. Следует заметить, что опыт работы волноотбойных стен показал их крайнюю неэффективность в защите берегов. Отрицательное действие волноотбойной стены сводится к тому, что после сооружения её та часть пляжа, которая существовала до строительства, полностью исчезает. Наличие стены приводит к усилению обратного потока заплеска и в силу этого способствует оттягиванию наносов на подводный склон.

В ряде случаев стены имеют конструктивные недостатки. Один из них – недостаточная глубина заложения фундамента стены. В этом варианте стена вскоре после уничтожения пляжа подмывается волнами и опрокидывается.

Наличие в пределах пляжа галечного материала при движении его в прибойном потоке приводит к абразивному воздействию гальки на бетонные сооружения. Проходят 1 – 3 года, и бетонная стена оказывается пропиленной на всю толщину, опрокидывается, и остатки её захламляют берег.

В практике берегоукрепления часто применяются бетонные массивы и тетраподы, обеспечивающие возможность их удобного сочленения в наброске. Следует заметить, что рекреационное использование пляжей при таких методах защиты берегов практически исключено.

Сравнительно давно для активной защиты берега сооружаются буны. Буны представляют собой ряд небольших по протяжению невысоких молов, которые располагают обычно по нормали к берегу, вдоль размываемого участка.

Буны являются пляжеконсервирующим сооружением. Первые опыты сооружения бун были неудачными, так как заполнение входящего угла буны происходит чрезвычайно медленно. Для эффективной работы бун необходимы отсыпки пляжевого материала в межбунные карманы. Крупность материала не должна быть меньше крупности обычных пляжевых наносов.

Буны обычно применяются там, где возникает необходимость защиты от размыва сравнительно небольшого участка побережья при наличии вдольберегового перемещения наносов. По мере заполнения пространства перед буной вверх по потоку наносов воздвигается вторая буна и т.д. Чаще всего строительство бун производится достаточно быстро, но при разделении строительства на очереди этот порядок непременно должен соблюдаться.

Расстояние между отдельными бунами и их длина назначаются исходя из геоморфологических особенностей пляжа и крупности слагающих его наносов, а также с учётом угла подхода волн к системе бун.

Несмотря на отдельные достижения в области укрепления берегов с помощью бун, всё же следует заметить, что и буны имеют серьёзные недостатки.

Вскоре после их строительства, в особенности если не производится отсыпки материала в межбунные карманы, начинается так называемый «низовой» размыв. Он обусловлен задержкой наносов бунами и возникает ниже системы бун по направлению потока наносов. Таким образом, следует иметь ввиду, что защита одного участка берега бунами обрекает на размыв участок побережья, расположенный ниже по потоку наносов. Такой подход может быть оправдан только лишь при большой ценности защищаемых объектов (территория города, железная дорога и т.п.) и сравнительно малой ценности территорий, расположенных ниже по потоку наносов.

Любая часть суши представляет собой национальное богатство, и исходить из того, что в наших условиях незаселенная земля «ничего не стоит», - значит способствовать вредной практике укрепления одних участков за счёт других.

Защитная работа бун наиболее эффективна при наличии вдольберегового потока наносов. Однако, если вдольбереговое перемещение отсутствует, то буны применяться не должны. Не следует также применять их и в условиях бухтовых акваторий.

Большой эффект удержания отсыпанных искусственных галечных пляжей достигается в том случае, если буны сочетаются с подводными волноломами, ограничивающими область миграции гальки во время штормов.

На галечном пляже происходят непрерывные потери части галечника на истирание. Как показали эксперименты, в зависимости от прочности пород, слагающих гальку, потери на истирание составляют величину от 5 до 20%. Следовательно, ежегодно для сохранения существующего положения необходимы подсыпки в межбунные карманы в количестве от 5 до 20% от первоначально отсыпанного объёма. При песчаном составе наносов следует учитывать потери части песка. Такие потери могут происходить за счёт разрывных течений или компенсационных противотечений, вызывающих оттягивание песка на подводный склон. При недостаточно продолжительной стадии затухания штормового волнения, вызвавшего перестройку подводного склона, часть песка не сможет вернуться на данный участок береговой зоны. Следовательно, и песчаные берега, укреплённые бунами, также требуют периодической подсыпки материала.

Несмотря на эффективность отдельных попыток защиты берегов от размыва с помощью бун, следует отметить их общие недостатки:

1.большую стоимость;

2.возникновение низовых размывов;

3.необходимость периодических отсыпок и ремонта сооружений;

4.снижение эстетической ценности морского побережья железобетонными конструкциями.

Волноломы применяются для защиты берегов, портов или мест стоянок кораблей от воздействия волн. Сооружение волноломов, не имея цели изменения режима движения наносов, тем не менее часто приводит к серьёзным и неожиданным осложнениям (расчёт на то, что песок будет проходить через широкое пространство между берегом и волноломом может не оправдаться и сразу же после строительства волнолома песок начнёт откладываться в заволноломном пространстве, защищённом от действия сильных волн, что приведёт к необходимости периодических дноуглубительных работ).

Трудности, возникающие при строительстве в береговой зоне сооружений, прерывающих вдольбереговое перемещение наносов, стимулировали поиски решения, которое позволило бы избавиться от излишней аккумуляции выше по потоку наносов  и от размыва берегов ниже по поток от участка строительства сооружения.

Уже в 1940 г. американским инженером М.П. О`Брайеном было внесено предложение о создании стационарного устройства для черпания песка и его перекачки в нужные места для организации искусственного пляжа. Этот метод получил название байпассинга. Его применение особенно эффективно, когда участок избыточной аккумуляции наносов находится неподалёку от участка дефицита наносов. Такие случаи неизбежно возникают при строительстве портов или молов, прерывающих вдольбереговое перемещение наносов. С наветренной стороны мола в этом случае пляж интенсивно выдвигается, а с подветренной стороны ещё интенсивнее размывается. Объём отлагаемых перед молом наносов бывает существенно меньше объёма низового размыва. Причина такого несоответствия в том, что задерживаются во входящем углу наиболее крупные наносы, тогда как далее по потоку за счёт низового размыва обычно поступают наносы разнородного состава, из которых лишь часть идёт на формирование пляжа.

Опыт работы показал, что для устойчивости искусственно намываемого пляжа важно следующее:

1.Намываемый песок должен быть по возможности боле грубым, чем тот, который отлагался на естественном пляже. Чем грубее песок, тем медленнее идёт размыв.

2.Создаваемый пляж следует располагать на выше, чем это необходимо для выполнения намеченной задачи, чтобы максимально уменьшить размыв при волнении.

3.Уклон намываемого пляжа должен возможно более соответствовать естественному, чтобы тем самым уменьшить потери песка.

За рубежом проводится подпитывание надводной части пляжа наносами подводного склона. Для проведения таких операций создана специальная техника – подводные бульдозеры, придонные ковшовые установки, движущиеся по направляющим тросам. Дальнейшие исследования указывают, что такие пляжи со временем существенно преобразуются волнением, хотя эти деформации имеют затухающий характер. Наряду с организацией искусственных пляжей, ограниченных морскими гидротехническими сооружениями, американские инженеры широко практикуют отсыпку так называемых свободных пляжей. Свободные пляжи устойчивы, если геоморфологические и литодинамические условия способствуют ограничению вдольберегового перемещения наносов.

Кроме эстетической ценности искусственный пляж представляет собой важный экономический ресурс.

Следует заметить, что пляжи, созданные привнесением в приурезовую зону относительно мелкозернистого донного материала, как правило, неустойчивы, и через несколько лет мелкозернистые отложения вновь поступают на подводный склон. Устойчивость таких пляжей может быть достигнута лишь при регулярном подпитывании их наносами.

В связи с неудовлетворительным состоянием пляжей при их питании мелкозернистым материалом вполне реально достижение большей устойчивости пляжа путём замещения его состава на более крупнозернистый. В естественном режиме развития береговой зоны нередко при усилении волнения происходит необратимая замена гранулометрического состава пляжевых наносов на более крупнозернистый. Сезонная смена отложений пляжа, соответствующая смене режимов усиления и ослабления волнения также достаточно широко известна. Эти явления представляют собой важные основания для осуществления инженерных мероприятий по искусственной замене состава отложений на более крупнозернистый. Такие мероприятия должны рассматриваться как одна из возможностей для успешного решения проблемы берегоукрепления и повышения устойчивости пляжей. В более общем случае для стабилизации пляжей необходимо их подпитывание наносами возможно большей гидравлической крупности. Поэтому замена пляжевых песков песками, представленными минералами большей плотности, существенно повысит устойчивость пляжа.

Берегоукрепительные мероприятия нередко приводят к увеличению дефицита наносов береговой зоны. Это особенно заметно на берегах, где абразия является основной приходной статьёй баланса наносов. Следовательно, при планировании берегоукрепительных мероприятий всегда следует иметь ввиду необходимость компенсации береговой зоны путём искусственной подачи той части наносов, которые она недополучит вследствие реализации берегоукрепления.

В природе существует лучшее средство защиты побережья от штормовых волн – пляж, на котором и гасится их энергия. Эстетические достоинства пляжа, имеющего естественный облик, также важно учитывать. Именно поэтому лучшие проекты защиты берегов преследуют цель создания широкого, устойчивого пляжа или закрепления существующего положения береговой линии. Если последовательно применять экономический подход к инженерным мероприятиям в береговой зоне без учёта их эстетических достоинств и недостатков, то и тогда во многих случаях оказывается выгодным отказаться от инженерного вмешательства или хотя бы ограничить его.

Защита береговой зоны как уникального природного объекта составляет один из важнейших ресурсов улучшения баланса наносов береговой зоны, а вместе с тем и защиты берега от размыва.

Дамба.

Дамба — искусственное возвышение в виде вала, большею частью из земли, иногда же из фашин, камня или соединения этих материалов. Дамбы строятся в низких местах долин, в болотах и руслах рек, а также вдоль морских берегов, для проведения полотна дорог над водою или же для целей гидротехнических. Высота дамбы, назначенной для железной или шоссейной дороги, должна быть настолько значительна, чтобы дорожное полотно не затоплялось высокою водою, причем полотно возвышается над высокими водами не менее 1 м (для русских железных дорог установлено 0,6 саж.). Ширина дамбы поверху определяется установленным размером полотна дороги, а для речных и морских дамб — условием устойчивости. Ширина основания дамбы зависит от ширины ее гребня, высоты дамбы и допускаемой крутизны откосов, смотря по роду материала. Для возведения железнодорожных и шоссейных дамб предпочитают грунт, не удерживающий в себе воду, песчаный, гравелистый; глина же для этой цели не пригодна. Откосам земляных дамб придают уклон одиночный или полуторный, т. е. ширину 1 или 1,5 м на каждый метр высоты. В откосах высоких дамб устраиваются через каждые 2-8 м уступы в виде горизонтальных площадок, так наз. бермы, шириной в 0,5 м, которые увеличивают устойчивость дамб и затрудняют размыв откоса водою. Дамба насыпаются слоями в 0,25-0,5 м высоты, причем каждый слой утрамбовывается для большего уплотнения земли. Если грунт, употребляемый на насыпку дамбы, неудобен для засевания, то откосы дернуются или покрываются слоем растительной земли толщиною 15-20 см, который засевается травою; речные же дамбы часто засаживаются кустарником ивовой или другой быстро растущей породы для закрепления поверхности. Откосы дамбы, подверженные напору текучей воды или ударам волн, замащиваются камнем до горизонта высоких вод. Часто также откосы дамбы к стороне воды делаются более пологими сравнительно с противоположным (нагорным) откосом. Для укрепления откосов дамбы употребляются также фашины, колья, забитые рядами, плетни из хвороста и т. д. Если Дамба строится на болотистой почве, то вода может просачиваться под основанием дамбы и способствовать ее разрушению. В таком случае надо предварительно выкопать в болотном грунте ров достаточной глубины и ширины, утрамбовать его глиной и на этом искусственном основании возвести дамбу. При постройке наших железных дорог в Полесье, искусственные основания для дамб в болотах устраивались из деревянных ростверков. При пересечении дорогами обширных впадин почвы, где сооружение дамбы значительной длины и высоты становится невыгодным, их заменяют виадуками. В недавнее время для увеличения устойчивости речных дамб стали делать ядро насыпи из камня или бетона (дамба нового Кротонского водопровода близ Нью-Йорка).

Волноотбойные стены и бермы.

       Волноотбойные стены сооружаются  для  защиты  от  волнения  береговых уступов или земляного полотна приморских  железных  и  автомобильных  дорог, поэтому часто такие стены называются подпорно-волноотбойными.  Волноотбойные стены допускается, по возможности,  возводить  под  защитой  пляжа  шириной, достаточной  для  гашения  расчетных  волн,  в  комплексе   с   бунами  или волноломами.  При  проектировании  волноотбойных  стен, следует  учитывать  рекомендации  действующих  строительных норм и правил по проектированию подпорных стен.

       При  назначении  планового  положения   волноотбойных   стен   должно учитываться не только современное  состояние  берега,  но  и  ожидаемые  его изменения в будущем. Положение волноотбойных стен в плане  должно  совпадать с линией, за которую  дальнейший  размыв  берега  не  допустим  по  условиям эксплуатации защищаемых объектов и сооружений.

       При  проектировании  волноотбойных  стен   следует   учитывать,   что вызываемое стенами отражение волн, в  особенности  на  берегах  с  дефицитом наносов и узкими пляжами, приводит к усилению размыва  пляжной  полосы  как непосредственно перед стенами, так и на низовом участке  берега.  Поэтому  в проекте должны быть предусмотрены мероприятия  по  сохранению  и  расширению пляжа перед стеной с помощью бун или подводных волноломов с траверсами.

       Если ширина пляжа перед стеной  не  обеспечивает  волногашение  и  невозможно обеспечить ее увеличение, необходимо принимать меры по защите  стен от подмыва выкладкой прислоненных к стене волногасителей  в  виде  призм  из фасонных массивов или камня, возведением берм, шпунтовых ограждений и др.

       Отметка верха стены должна соответствовать расчетным значениям уровня

моря и элементов волн ,  а  также  с  учетом  высоты  надвига льда.

       Для уменьшения  высоты  наката  штормовых  волн  и  устранения переливов воды через гребень волноотбойной стены ее морской  части  (лицевой грани) следует  придать  плавное  криволинейно  очертание  с  горизонтальным заложением. Нижний отрезок криволинейного  профиля  не  должен  быть  круче  35°. Верхняя часть лицевой грани должна быть с волноотражающим карнизом.

        Волноотбойные стены с поперечным сечением, принятым в соответствии  с требованиями, должны быть устойчивыми под  воздействием  расчетных  волновых нагрузок в случае отсутствия пляжа  и  засыпки  за  их  береговой  гранью  в процессе строительства.

       Эффективность    работы    волноотбойных    стен    и    волногасящих

вспомогательных прикрытий перед стеной в ответственных случаях  должна  быть

проверена на гидравлической модели.

       Лицевые (морские) грани волноотбойных стен,  подвергающиеся  волновым ударам,  следует  защищать  облицовкой   из   высокопрочных   материалов   с обеспечением  стойкости  швов.  Облицовка  стен,  сооружаемых  на   галечных берегах, при ширине пляжа менее расчетной в зависимости от  местных  условий должна выполняться на высоту не менее 0,5 высоты волны над  средним  уровнем моря и на глубину 0,2 высоты волны ниже этого уровня  моря. 

       Засыпку  пазух  за  волноотбойными  стенами  следует   выполнять   по возможности обломочным дренирующим материалом. При этом  непосредственно  у задней  грани  стены  должна  быть  уложена  дренирующая  призма   (обратный фильтр), а в теле стены через каждые 5 -  10  м  должны  быть  предусмотрены отверстия 10x10 см для выпуска грунтовых вод. Особое  внимание  должно  быть обращено на тщательность укладки обратного фильтра у выпускных отверстий  во избежание выноса засыпки при волнении.

       Для обеспечения возможности свободных осадок и  уменьшения  опасности образования температурных трещин по длине стены (не реже  чем  через  10  м) необходимо устраивать температурно-осадочные  швы  с  прокладкой  досок  для предупреждения выноса застенной засыпки.

       При создании набережных на  берегах  с  песчаными  наносами  в  целях устранения  или  уменьшения   волноотражения   вместо   волноотбойных   стен рекомендуется  использовать  свайные  эстакады  в   комплексе   с   откосным укреплением или  волногасящие  прикрытия  сквозной  конструкции  с  волновой камерой, совмещенной с набережной.

       Применение  берм  для  защиты  существующих  стен  целесообразно   на мысовидных  выступах  береговой  линии,  в  зонах  низовых  размывов  и  при экономической  нецелесообразности  искусственного  пляжеобразования.   Бермы делятся на два вида:  узкие  и  широкие.  Узкие  бермы  предназначены  для предохранения бетонных поверхностей стен от  истирания  галечными  наносами. Широкие бермы возводятся для уменьшения заплеска волн  на  откосы,  снижения воздействия  волн  на  стены.  Бермы  заглубляются  в  грунт   основания   в соответствии с расчетными показателями.

12