Краткие сведения о строительных материалах и элементах конструкций
Регуляционные сооружения, как правило, требуют значительных объемов материалов, и потому большую часть их возводят из местных строительных материалов или с минимальным расходованием цемента, металла и других привозных фондовых материалов.
К местным материалам относятся грунт и хворост. Обычно грунт берут вблизи места возведения сооружения; реже его привозят из недалеко расположенных карьеров или резервов. Хворостом считают сучья деревьев разных пород толщиной в отрубе до 3...4 см.
Наиболее простой вид закрепления откоса, пологого берега или эрозионноопасного участка поймы — хворостяная выстилка (хворостяной тюфяк) . На защищаемую площадь набрасывают слой хвороста с ориентацией веток поперек потока. Поверх них поперек веток набрасывают через 0,8...1 м наиболее толстые и длинные хворостины, которые прикалывают кольями с сучком для прижима к поверхности земли. Толщину выстилки в уплотненном приколками состоянии принимают 0,15...0,20 м. В первый же подходящий сезон по выстилке производят посадку кустарника.
Меньший объем хвороста потребуется для защиты грунтовой поверхности от размыва, если из хвороста сделать плетни, хворостяные канаты или фашины. Размеры сторон клеток из этих изделий обычно принимают 0,8... 1 м, высоту 0,3 м.
Для защиты от размыва плетнем (плетеными стенками) в углах квадратов на глубину 0,2...0,4 м забивают колья. Выдержанный 1,5...2 сут хворост (для меньшей ломкости) заплетают по кольям поочередно вдоль и поперек течения; образуются поперечные и продольные стенки непрерывного (бесшовного) плетения с попеременной ориентацией отрубленных концов хворостин. Временная защита из плетеных стенок менее опасна в пожарном отношении.
Временную защиту от размыва можно выполнить также с помощью легких фашин или хворостяных канатов. Из них на защищаемой от размыва потоком поверхности делают 3...5 рядов клеток со сторонами 0,8...1,2 м. Фашины и канаты прикрепляют к земле кольями (с расчетом на всплывание высохших веток).
Хворостяной канат составляют из отдельных хворостин (иногда с добавлением тростника). Диаметр его 10... 15 см, расстояние между перевязками 0,1...0,5 м (в зависимости от качества материала и условий работы). Канат применяют для вязки хворостяных тюфяков (верхняя и нижняя основа) и закрепления хворостяной выстилки.
При вязке легких фашин (рис. 10.15) хворост отрубленными концами (комлями) укладывают только в одном или в разных направлениях и фашины называются одно- и двухкомлевыми. Для вязки фашин применяют стальную проволоку (d=3..,5 мм) или веревку, а также вицы, сделанные из камыша, осоки, тростника или хвороста.
Легкие фашины обладают плавучестью, и их необходимо прикреплять к земле кольями (прикалывание) или пригрузкой. Срок их службы (в зависимости от условий работы и качества хвороста) 3...4 года.
При аварийных работах для устройства крепления в воде применяют тяжелые фашины. Они представляют собой цилиндрическую оболочку из хвороста (рис. 10.15,<3), внутри ее выстилка из соломы или камыша, тростника, рогоза и др.; в средней части располагают рваный камень, гальку или дернину. Фашины на место их работы укладывают краном или скатывают по откосу. При значительных скоростях потока перед сбросом для фиксации укладки конец фашины можно привязывать длинной проволокой к анкеру, расположенному выше по течению.
В составе фашинной кладки камень применяют в тех случаях, когда из малого объема камня требуется выполнить большой объем кладки или когда камень мелкий и его может унести поток.
Эти же задачи решаются при устройстве каменно-хворостяной кладки (для защиты берега или дамбы от размыва), которую обычно выполняют насухо.
При обнажении во время межени каменно-хворостяной кладки и из тяжелых фашин необходимо обсадить их кустарником.
Дерево в виде бревен, брусьев, пластин, досок применяют для строительства ряжей, шпунтовых стенок, несущих конструкций эстакад и сипайной кладки (рис. 10.16).
Ряжи из бревен или пластин (рис. 10.16, а и б) непосредственно воздействуют на поток и регулируют его. Клетки ряжа загружают камнем, дернинами, камнем вперемешку с хворостом и т. д. Смысл загрузки: сделать конструкцию неплавучей и повысить ее устойчивость и прочность с расчетом на воздействие льда и обратной засыпки. Высоту вертикальной «ступени» при рубке ряжей принимают 1,5... 2 м. Ряжевую кладку применяют в тех случаях, когда конструкции только из камня будут дороже или нет камня необходимой крупности.
Сипайную кладку (рис. 10.16,(3) возводят обычно в аварийной ситуации в текущей воде (иногда при скоростях до 3 м/с). Из нее сооружают водозахватные и защитные шпоры (иногда струенаправляющие дамбы). Эти сооружения строят пионерным способом. Сначала в текущую воду устанавливают каркас (3 или 4 бревна—«ноги»). Затем вблизи уровня воды на каркас подвешивают площадку — несущую конструкцию из бревен и жердей. На этом основании возводят каменно-хворостяную кладку из чередующихся слоев хвороста, соломы и затем камня. Как только толщина кладки будет несколько больше глубины воды, подвески рубят и кладку сбрасывают на дно; затем устанавливают следующий сипай. При сипайных работах особое внимание следует уделять технике безопасности.
Донные пороги (рис. 10.16, г) строят обычно на перекатах для подпора уровней воды в межень (поперечный порог) или управления руслообразующими фракциями наносов (наносоуправляющие криволинейные пороги).
При возведении регуляционных сооружений от строительного камня требуются морозостойкость и необходимый диаметр. Но и при этих требованиях он относительно дорог (20...40 р. за 1 м3). Поэтому без сочетания с другими материалами его применяют редко.
На рисунке 10.17, а изображена схема аварийной защиты размываемого берега. Камень сбрасывают в воду за бровку берега самосвалами или бульдозерами. Размыву потоком сопротивляются только камни крупнее расчетного диаметра, определяемого по формуле С. В. Избаша:
Выгоднее применять камень без сортировки, в том составе, в котором он получается после взрыва в каменном карьере (так называемую «горную массу»). Однако камня крупнее расчетного диаметра drain в общем объеме должно быть не менее 5...7 %.
На рисунке 10.17,6 приведена схема защиты берега или откоса земляного сооружения каменной наброской или мощением. В этом случае применяют отборный по крупности камень. Толщина у верха крепления 0,3...0,5 м, у низа 0,7... 1 м. Если ожидается длительное (более 10 сут в году) воздействие ветровых волн высотой более 0,5 м, то на участке возможного разрушения под слоем камня устраивают обратный фильтр.
Камень крупностью мельче расчетного диаметра можно применять в сочетании с сеткой из стальной (лучше оцинкованной) проволоки диаметром 2,5...4,5 мм при размере квадратных ячеек от 50x50 до 140x140 мм. Габионные «ящики» из такой сетки в виде параллелепипедов устанавливают на спланированную поверхность. Затем все их наполняют камнем равными слоями, чтобы вертикальные стенки не были деформированы.
При обилии влекомых наносов наружный слой габионной кладки выполняют так, чтобы камни или галька высовывались из каждой ячейки и этим защищали проволоку габиона от истирания. Правильно выполненная габионная кладка с применением оцинкованной проволоки работает десятки лет.
Крепление устойчивого земляного откоса можно выполнить также из монолитного бетона (рис. 10.17,2 и 5). Такое покрытие достаточно водонепроницаемо, но при быстром снижении уровня воды в реке крепление может быть разрушено давлением воды под облицовкой. В этих случаях под креплением делают подготовку из водонепроницаемого материала (гравий, щебень, крупный песок), а у дренажных разгрузочных отверстий — обратные фильтры.
Толщину железобетонной и бетонной одежды можно определить по формуле: но она не должна быть менее 0,15 м. Прочность и устойчивость облицовки проверяют также из условий примерзания льда и его всплывания во время половодья [184]. Защита облицовки от подмыва на участке сопряжения с дном — наиболее ответственная задача. Лучше всего ее решает наброска из отборного крупного камня, диаметр которого рассчитан по самой большой измеренной скорости на вертикали с коэффициентом 1,2.
При наличии вблизи умеренноразмываемого берега донных наносов весьма экономично крепление берега плетями из бетонных брусков размером 0,2X0,2X1 м, с зазором в плети 0,05 м (рис. 10.17, е). Плети укладывают на дно через 1 м. На 100 м2 рас^ ходуется 3,8 м3 бетона и 30 кг металла.
Часто берег защищают от размыва так называемыми сквозными конструкциями (например, рис. 10.17, ж и з): через них поток протекает, но скорость его уменьшается, и потому он уже не размывает берега и откосы. Углы смежных тетраэдров сваривают.
Примером сложных комбинированных конструкций (рис. 10.17, и) служит защитная стенка в условиях города. Здесь сочетаются конструкции, возводимые в текущей воде (шпунтовая стенка ниже уровня потока в межень) и насухо (железобетонная подпорная стенка).
Хворостяные и каменно-хворостяные конструкции требуют значительных затрат ручного труда. Этого недостатка не имеет и весьма эффективно работает в песчаном русле «покрывало» А. Н. Гостунского (рис. 10.18), которое сваривают из металлических спиралей, образуемых при растягивании бухты проволоки-катанки; спирали скрепляют арматурными стержнями. В пределах спиралей скорости потока уменьшаются, и они частично заносятся песком.
В условиях русл из крупнозернистых грунтов, превращенных на берегах глинистыми и пылеватыми частицами в связные грунты, размываемый берег можно защитить сползающими блоками (рис. 10.19). Основание с наклоном около 60° готовят экскаватором (в межень). На основание укладывают блоки. Режущей кромкой они упираются в не разобранный экскаватором грунт. Блоки, длиной (по реке) 1...2м при подмыве самостоятельно сползают; по мере необходимости сверху стенки можно наращивать бетонными блоками. Чтобы уменьшить скорости у рабочих граней стенок, целесообразно делать их из блоков двух типоразмеров, придавая поверхности стенки «ребристый» характер.
Для воздействия на наносы в придонной области потока применяют щиты М. В, Потапова, собираемые обычно в плавучие системы (рис. 10.20). Воздействуя на руслоформирующие наносы, струенаправляющие системы М. В. Потапова способны не только регулировать наносный режим потока, но и переформировывать русло.
Щиты обычно делают из металла в виде понтона специальной формы, с плоской рабочей стороной. Длина одиночного щита или ряда щитов рекомендуется в пределах 1...2 глубин потока. Глубина погружения составляет 0,25...0,35 глубины потока; она легко регулируется заливом или откачкой воды через люк (рис. 10.20, а). С помощью лебедок и тросов систему выводят в наиболее благоприятное рабочее положение. Например, для защиты бесплотинного водозабора от крупных
