Инженерная защита прибрежных территорий морей и водохранилищ. 2

Реферат на тему:

«Инженерная защита прибрежных территорий морей и водохранилищ»

Оглавление

Введение 3

1. Классификация  берегозащитных сооружений традиционного  типа 3

2. Традиционные  берегозащитные сооружения 4

2.1. Волнозащитные  стены, откосные сооружения и  бермы 4

2.2. Буны, подводные  волноломы, траверсы 8

3. Новые типы  берегозащитных сооружений 10

3.1. Берегозащитные  сооружения  прерывистого типа 10

3.2. Свободные  искусственные пляжи 12

Заключение 14

ЛИТЕРАТУРА 15

Введение

Современный уровень Мирового Океана сформировался около 6-и тысяч  лет назад, повысившись примерно на 120 м относительного уровня в эпоху  последнего четвертичного оледенения за счет таяния материковых ледников и поступления в Океан огромных масс воды. В условиях постоянного  подъема уровня Мирового Океана проблема защиты морских берегов и берегов  водохранилищ от разрушения приобретает  глобальный характер, с этой целью  возводятся специальные сооружения различных типов и конструкций.

Как в нашей стране, так  и за рубежом накоплен большой  опыт  строительства и эксплуатации берегозащитных сооружений традиционного  типа – наброски, стенки, бермы, буны, подводные волноломы и т.д. В  последние десятилетия 20 века для  защиты берегов морей и водохранилищ начали использовать новые типы берегозащитных сооружений – свободные пляжи, «управляющие мысы», прерывистого типа, применяют новые методы строительства сооружений различных типов.

1. Классификация берегозащитных сооружений традиционного типа

Все берегозащитные сооружения делятся (весьма условно) на активные и  пассивные.

Сооружения пассивного типа воспринимают на себя воздействие волн (удары волн) и не допускают воздействия  волн на защищаемые объекты. К сооружениям  пассивного типа относятся разнообразной  конструкции волнозащитные  (или  волноотбойные) стенки с вертикальным или чаще криволинейным очертанием морской грани, сооружения откосного  типа, бермы, в виде монолитных плит, а иногда в виде наброски из естественного  камня или искусственных бетонных блоков, крепление откосов. Последний  тип защиты берегов обычно применяется  в условиях водохранилищ, акваторий морских портов, а также на открытом побережье со слабым волнением.

Сооружения активного  типа сохраняют или создают условия  формирования за счет энергии волн, аккумулятивных форм рельефа – пляжей, которые являются идеальными гасителями волновой энергии.

К сооружениям активного  типа относятся буны, подводные волноломы  с траверсами, сооружения прерывистого типа.

Бунами называют сооружения типа коротких молов различной конструкции, расположенных в плане нормально  или под небольшим углом к  линии берега.

Подводным волноломом называется сооружение, вытянутое вдоль на некотором  от него расстоянии, гребень которого ниже уровня моря. Поскольку при  разрушении на волноломе штормовых волн создается между молом и берегом вдольбереговое течение, которое может вынести пляжеобразующий материал с защищаемого участка, то в конце этого участка или при большой длине через определенные интервалы возводятся поперечные сооружения типа бун, примыкающие (без щелей) к волнолому. Эти сооружения называются траверсами. В некоторых случаях вместо бун создается система волнолома и нескольких траверсов.

Сооружениями прерывистого типа называются сооружения, состоящие  из отдельных фрагментов, расположенных  с разрывами либо параллельно  береговой линии, либо под некоторым  углом к ней.

2. Традиционные берегозащитные сооружения

2.1. Волнозащитные стены, откосные сооружения и бермы

а) Волнозащитные стены располагаются параллельно урезу и являются продольными берегозащитными сооружениями.  Волнозащитные стены получили широкое распространение в конце 19 – начале 20 в.в. и первоначально выполнялись из каменной кладки на фундаменте. В настоящее время волнозащитные стены выполняются из монолитного бетона и железобетона – сборные и комбинированные стены.

Для устойчивости тонкостенные сборные элементы волнозащитных  стен закрепляют грунтовыми анкерами. Другой способ повышения общей устойчивости волнозащитных стен предложен в  США, для чего используются старые автомобильные  покрышки. Шины разрезают по периметру. Полученные элементы укрепляются на поперечной связи (проволока, трос и  т.п.) с помощью стальных пластин. Элементы шин устанавливаются вдоль  связи с шагом 1,2 м. По вертикали  анкеры устанавливаются с шагом 0,6 м. Такая система анкеров резко  снижает активное давление грунта на стену и, следовательно, повышается устойчивость стены на сдвиг и  опрокидывание в сторону водоема. Полученный таким образом массив может рассматриваться как единый гравитационный блок, обладающий большой гибкостью, что исключает его разрушение при осадках и небольших перемещениях стены.

Для предотвращения повреждения  бетонных монолитных стен перемещающимися  вдоль стен наносами, особенно гравийно-галечными, морская грань стены облицовывается камнем твердых горных пород. Камень укладывается горизонтальными рядами с перевязкой швов по вертикали, швы  заделываются высокопрочным бетоном. При отсутствии облицовки наносы могут «прорезать» в стене  сквозную щель на всю ширину стены, через которую из-за стены выносится  грунт и стена под ударами  волн опрокидывается в сторону суши.  Обычно волнозащитные стены располагаются  между линией последнего обрушения  волн и их максимального заплеска (наката). В этом случае волны вскатываются вверх по морской грани стены  и, если она вертикальная или криволинейная, масса воды поднимается выше стены  и часть ее ветром переносится  на защищаемую территорию, а часть  падает вниз перед стеной, и , если пляж перед стеной не защищен каким-либо способом, он размывается, перед стеной образуется промоина и стена обрушивается в сторону моря. Такой случай имел место на полуострове Пицунда. Для предотвращения таких случаев в средней и нижней частях морской грани стены устраивают микрошероховатости (например, в виде выступающих из кладки камней ). При движении воды по такой «шероховатости) струя воды теряет часть энергии и воздействие волн на стену снижается. Разрушившуюся стену восстановить практически невозможно. Чтобы в какой то степени повысить надежность стены перед ней следует устраивать берму или укрепить дно каменной наброской или каким либо другим способом.

Таким образом, опыт строительства  и эксплуатации волнозащитных стен показывает нецелесообразность их использования  без дополнительных мероприятий.

При проектировании волнозащитных  стен  вначале определяют действующие  нагрузки от воздействия разрушающих  волн. Эти нагрузки определяют по эпюрам давления и противодавления. По этим эпюрам и в зависимости от угла наката волны, обеспеченности наката и  ряда других факторов определяют высоту и толщину волнозащитной стены.

б) Откосными берегозащитными сооружениями называются сооружения с наклонной морской гранью, если ее заложение меньше заложения естественного откоса берега.  Если конструкции укладывают непосредственно на откос при его соответствующей подготовке, то такие сооружения называют креплением откосов. Откосные сооружения могут быть различных конструкций. Это могут быть железобетонные плиты на сваях или на колоннах-оболочках, с гладкой, шероховатой или ступенчатой гранью; могут представлять собой кладку из массивов типа параллелепипедов или фигурных массивов.

Конструкции покрытия естественного  берега или искусственных сооружений весьма многочисленны: это могут  отмостки или наброски из естественного камня или бетонных блоков, железобетонныеплиты по геотекстилю (Геотекстиль – нетканый материал из синтетических волокон, хорошо фильтрующий, грунтонепроницаемый и обладающий высокой прочностью на растяжение).

Наброски из рваного камня, бетонных кубов и фигурных массивов широко применяются на морях, озерах, водохранилищах для защиты от размыва  береговых откосов, от подмыва стен и т.п. Поскольку фигурные массивы  имеют лучшее зацепление друг с другом по сравнению с массивами в  виде параллелепипедов, и следовательно  при одном и том же заложении  откоса могут иметь меньшую массу, то в последнее время для защитных набросок используют  главным образом  фигурные массивы разнообразной  конфигурации. На практике используют долосы, гексалеги, диподы, и наиболее часто тетраподы.

Также в последнее время  для кремпления надводных и подводных  откосов широко применяют гибкие покрытия. В частности, в Нидерландах  испытаны гибкие покрытия «Армофлекс», рассчитанные на волновые воздействия. Эти покрытия изготавливаются в  заводских условиях и конструктивно  представляют соединенные между  собой  канатами бетонные блоки особой формы. Высота блоков 0,1 – 0,25 м. Блоки  и пространство между блоками  заполняют гравием, что повышает надежность покрытия.  Покрытие откосов  гибкими формами обладает рядом  преимуществ: снижает высоту наката волн на откос, обеспечивает фильтрацию воды через покрытие, обладает достаточной  гибкостью, сводит до минимума возможность  умышленного повреждения, удовлетворяет  эстетическими требованиями, допускает  ремонт покрытия и замену отдельных  элементов, экономично, обладает высокой  прочностью.

в) Для защиты оснований  береговых откосов искусственных  сооружений, для защиты волноотбойных  стен, уменьшения высоты заплеска волн на откосы устраиваются бермы, которые могут быть узкими и широкими. Конструктивно бермы выполняют в виде каменной наброски, наброски из фигурных массивов, в виде бетонных блоков и т.д.

В последнее время применяются  бермы, выполненные из гибких труб диаметром 0,7 – 1,0 м, заполненные песком или  бетоном. Трубы имеют 2 обочки: наружную из полиэтилена низкого давления и внутреннюю0 пластмассовую водонепроницаемую  пленку. Вдоль основания откоса укладывается одна или несколько труб. Для предохранения  основания труб от размыва перед  основной конструкцией укладывается полиэтиленовая труба  диаметром 0,25 м, наполненная  песком и соединенная с полотном геотекстиля, который расстилается под основными трубами. Во время  волнения грунт под трубой диам. 0,25 м размывается, она погружается  в основание и в дальнейшем замывается песком, прочно удерживая  геотекстиль.

Иногда для лучшего  гашения энергии волн бермы устраиваются из полых элементов с отверстиями, например в виде полусфер.

Размеры берм должны исключать  возможность наката волн выше отметки  гребня  волноотбойной стенки или  откосного сооружения.

Строительство берм, расположение и конструкция которых приняты  без надежного обоснования, может  привести в лучшем случае к нулевому эффекту, а в худшем – к усилению воздействия волн на защищаемый объект.

2.2. Буны, подводные волноломы, траверсы

Главное назначение бун – накапливать и удерживать пляжный материал, т.е. создавать и консервировать пляж.

Наиболее эффективно буны работают при наличии вдольберегового  потока наносов. Обычно буны располагают  группами, строительство одиночной  буны не имеет смысла, так как  в этом случае происходит резкое перераспределение  наносов в пространстве ниже буны и выше буны.

При проектировании берегозащитных сооружений в виде бун рассматривается 2 случая: буны на песченых отмелых побережьях и буны на галечных приглубых побережьях.

В первом случае рекомендуется  применять однорядные сквозные свайные  буны. Сваи могут быть из любого материала.

Также конструируют буны  с малой сквозностью из шин, уложенных  горизонтальными рядами, связанные  между собой и пригруженные камнем. Применяют и синтетические материалы  в виде труб диаметром 1,0 м – 1,8 м, которые состоят из двух оболочек : наружной из тканного полиэтилена  и внутренней водонепроницаемой  из полиэтиленовой пленки.

На побережьях с галечными  наносами, для защиты берега от размыва  применяются непроницаемые буны. Буны состоят из головной, корневой и сопрягающих частей. Головную часть  выполняют с горизонтальным гребнем  на 0,3 м выше среднего уровня моря. Переходная часть, сопрягающая головную и корневую части буны, делается наклонной (реже ступенчатой), повторяя очертания пляжа  и перекрывая его.

При наличии в комплексе  берегозащитных сооружений волноотбойных  стен буны должны примыкать к ним  без зазоров.

Наряду с бунами, а в  ряде случаев и совместно с  бунами, для защиты берегов морей  и водохранилищ возводятся  подводные  волноломы, которые представляют собой вытянутые вдоль берега и расположенные на некотором расстоянии от берега сооружения, гребень которых находится ниже уровня воды.

Подводные волноломы возводятся с целью удержания наносов, поступающих  из потока наносов, и сформирования  за счет этого пляжа. Подводные волноломы  рекомендуется применять на приглубых  берегах с искусственными песчано-галечными  пляжами, на оползневых участках берега, располагая их мористее валов выпирания  оползней. Подводные волноломы располагаются  на расстоянии 80-100 м от уреза, глубина  воды у волнолома должна быть не менее 3 м при наличии пляжа  и волноотбойной стенки. В плане  волноломы не должны иметь резких перегибов, тем более входящих углов, и располагаются примерно параллельно  направлению береговой линии. При  прохождении гребня волны над  волноломом волны разрушаются, генерируя вдольбереговое течение в зоне между волноломом и берегом. Скорость такого течения достаточно высока и появляется опасность выноса пляжного материала. Для предотвращения этого явления следует возводить траверсы – поперечные сооружения по типу бун, примыкающие без зазоров к волнолому и волноотбойной стенке. При отсутствии последней корневую часть траверсы следует врезать в коренной берег на величину, исключающую прорыв массы воды в обход корня траверса. Возвышение гребня траверса в головной части принимается – при песчаных наносах – 0,5 м, при галечных – 0,3 м. Корневые части траверса не должны превышать профиль проектируемого пляжа.

3. Новые типы берегозащитных сооружений

3.1. Берегозащитные сооружения  прерывистого типа

а)Искусственные аналоги  форм рельефа береговой зоны

 Выявленные в процессе строительства и эксплуатации существенные недостатки берегозащитных сооружений традиционного типа стимулировали поиск новых типов сооружений. Исходя из природного принципа самозащиты берега, был разработан ряд предложений по созданию берегозащитных сооружений прерывистого типа: прерывистые крепления, буны-переймы, прерывистый волнолом.

Во всех случаях сооружение состоит из ряда элементов определенной длины, расположенных параллельно  береговой линии и на различных  от нее расстояниях. При этом разрывы между элементами превосходят их длину. Если же элементы сооружения располагаются на урезе (прерывистое крепление), имитируя участки берега, сложенные крепкими неразмываемыми породами, то каждый элемент сооружения непосредственно защищает сравнительно небольшой участок берега, соизмеримый с длиной элемента. На участке между элементами сооружения под воздействием волн в рыхлых породах берега вырабатывается бухта. Глубина врезки бухты в береговой массив по мере воздействия волнения увеличивается и, когда в бухте сформируется пляж динамически устойчивого профиля, абразия прекратится и берег превратится из абразионного прямолинейного в устойчивый бухтовый.

Элементы берегозащитных сооружений рекомендуется выполнять  из каменной наброски или из местного грунта с каменным креплением откосов. Конструкция этих сооружений, крупность  камня, возвышение верха элементов  сооружения над расчетным уровнем  воды, значение волнового нагона и  волнового наката определяются по СНиП2-06-04-82* как для оградительных сооружений откосного профиля.

б) Сооружения типа «управляющие мысы»

За рубежом сооружения  прерывистого типа разрабатывались  и строились для защиты от абразии  морских берегов. На практике наиболее часто используются сооружения прерывистого типа, основные элементы которого направлены параллельно береговой линии. При  этом, по результатам исследований установлено, что при наличии  потока наносов пространство между  элементами сооружения заполняется  пляжеобразующим материалом и форма  берега  в бухте хорошо аппроксмируется  логарифмической спиралью или параболой.

От верхней головы (по ходу потока наносов) элемента береговая  линия пляжа направлена нормально  к лучу рефрагированных волн и  продолжается до точки касания этой прямой логарифмической спирали. Изменяя  расположение низового элемента или  его очертание в плане, можно  изменять положение береговой линии  пляжа внутри бухты и тем самым  обеспечивать необходимую ширину пляжа, т.е. можно управлять параметрами  пляжа.

в) Искусственный подводный  риф

В отличии от подводного волнолома распластанного профиля  предлагаемое сооружение представляет собой трехмерную конструкцию, состоящую  из шаровых сегментов, расположенных  на некотором расстоянии друг от друга или вплотную.

Конструкция возводится путем  отсыпки на дно местного материала  и защищается наброской верхнего слоя из камня, крупность которого подбирается  из условия его неразмываемости  донными скоростями.

Берегозащитный эффект предлагаемого  сооружения создается благодаря  рефракции волн на подводном рифе, в результате чего между рифом  и берегом наблюдаются возмущения волнового поля, разрушение однонаправленного  вдольберегового потока наносов  и перераспределение волновой энергии. Экспериментальные исследования подтверждают наличие этих явлений: шаровые сегменты действуют как линзы, концентрируя волновые лучи в одном месте и  разряжая их в другом.

Стоимость 1 км подводного рифа периодического профиля на порядок  ниже стоимости берегозащитных сооружений традиционных типов

3.2. Свободные искусственные пляжи

Поскольку частицы наносов, слагающие пляж, не связаны между собой, то эта форма рельефа береговой зоны весьма изменчива во времени и пространстве. В результате воздействия на пляж волн в продолжении достаточно большого отрезка времени создается поверхность пляжа в виде «профиля динамического равновесия». Накоплен обширный материал, анализ которого позволяет сделать вывод, что пляжи являются идеальными гасителями волн. В связи с этим было предложено и широко практиковалось использование искусственно созданных пляжей как самостоятельных берегозащитных сооружений. Материал, из которого под воздействием волн и течений формируется пляж, доставляется на берег либо автомашинами, либо способом гидромеханизации.

Свободные искусственные  пляжи исключают низовой разрыв, обеспечивают свободный водообмен.  Искусственное пополнение пляжеобразуещего материала с определенной периодичностью исключает дефицит наносов на защищаемом участке берега, увеличивает  мощность потока наносов и тем самым снижает опасность размыва берега ниже по потоку наносов.

Морфодинамика (изменение  форм рельефа под воздействием внешних  факторов) песчаных и галечных пляжей сильно различается между собой  и поэтому обычно эти типы свободных  пляжей рассматриваются отдельно. Однако во всех случаях проектирования свободных  пляжей необходимо определить плановое положение пляжа, отметку края надводной бермы пляжа, величину ее заложения, построить поперечный профиль подводной и надводной части пляжа, определить объем первоначальной отсыпки и т.д.

а) Свободные искусственные  песчаные пляжи

На процесс формирования пляжа влияют параметры волн на глубокой воде, шероховатость и уклоны подводного берегового склона в естественном состоянии. Также следует обеспечить условие стабильности искусственных пляжей во времени, что определяется объемом первоначальной отсыпки песка, а также объемом и частотой пополнения пляжеобразующим материалом защищаемого участка берега. Первоначальный объем отсыпки определяется необходимимым объемом материала для создания профиля динамического равновесия на протяжении защищаемого участка берега и объемов участков пляжа, сопрягающих пляж с берегом. При проектировании свободных песчаных пляжей необходимо предварительно определить параметры волнения и течения на глубокой воде и в прибойной зоне. При выборе этих параметров руководствуются СНиП и СП, а также другой соответствующей литературой.

б) Искусственные галечные пляжи

При построении профиля динамического  равновесия искусственного галечного  пляжа начало координат совмещается  с точкой пересечения профиля  динамического равновесия с положением уровня 50%-ой обеспеченности из средних  годовых. Профиль галечного пляжа  строится по трем точкам: начало координат, точке динамического равновесия до которой может достигать максимально  возможный накат волн и точке, соответсвующей глубине, на которой происходит разрушение волн  с 30%-ой обеспеченностью.

Заключение

В настоящее время в  нашей стране и за рубежом нашли  применение различные типы берегозащитных сооружений. Берегозащитные сооружения возводятся для защиты берегов водоемов, откосов земляных дамб и искусственно созданных территорий от воздействия волн, льда и течений, а также для защиты от затопления отторгаемых у моря площадей суши. Выбор типа берегозащитного сооружения следует производить исходя из конкретных условий местности, типа берега, доступности технологий их устройства, природных и климатический условий.

ЛИТЕРАТУРА

1. Морозов А. М. Строительство берегозащитных сооружений. М.. МИСИ. 1984, 75с.
2. Смирнова Т.Г. Берегозащитные сооружения. МГСУ, 2002.
3. Яковенко В.Г. Гидротехнические сооружения. М., Транспорт, 1988.
4. ВСН-183-74. Технические указания по проектированию берегозащитных сооружений. Оргтрансстрой, 1975.
5. Сафьянов Г.А. Геоморфология берегов морей и водохранилищ. МГУ, 1996.