9.2. Производство работ по строительству селезащитных сооружений
Для инженерной защиты территорий, зданий и сооружений от селевых потоков надлежит применять следующие виды сооружений и мероприятий, приведенные в табл. 1.
Таблица 1 - Виды селезащитных сооружений и условия их применения
Вид сооружения и мероприятия |
Назначение сооружения и мероприятия и условия их применения |
I. Селезадерживающие. Плотины бетонные, железобетоные, из каменной кладки: водосбросные, сквозные. Плотины из грунтовых материалов (глухие) |
Задержание селевого потока в верхнем бьефе. Образование селехранилищ |
II. Селепронускные. Каналы Селеспуски Мосты |
Пропуск селевых потоков через объект или в обход него |
III. Селенаправляющие Направляющие и ограждающие дамбы. Шпоры |
Направление селевого потока в селепропускное сооружение |
IV. Стабилизирующие. Каскады запруд. Подпорные стены. Дренажные устройства. Террасирование склонов. Агролесомелиорация. |
Прекращение движения селевого потока или ослабление его динамических характеристик |
V. Селепредотвращающие. Плотины для регулирования паводков. Водосбросы на озерных перемычках |
Предотвращение селеобразующих паводков |
VI. Организационно-технические. Организация службы наблюдения и оповещения |
Прогноз образования селевых потоков |
В расчетах противоселевых сооружений расчетные характеристики дождевых и гляциальных селей определяются на основе характеристик дождевых и ледниково-прорывных паводков.
Расчет водной составляющей дождевых селей следует производить по СНиП 2.01.14-83. а для гляциальных селей – по обобщенным эмпирическим зависимостям характеристик ледниково-прорывных паводков от размеров ледников.
Расчетная ежегодная вероятность превышения максимальных расходов паводков, вызывающих селевые потоки, принимается равной для:
селепропускных и селенаправляющих сооружений III класса - 0,5 %, IV класса - 1 %;
стабилизирующих и профилактических (кроме водорегулирующих плотин) - 2 %, для водорегулирующих плотин - 1 %.
Нагрузки и воздействия на противоселевые сооружения следует определять с учетом: статического давления отложившейся массы селевого потока; динамического давления селевого потока на плоскость, перпендикулярную направлению его движения.
При определении высоты плотины, соответствующей расчетному объему селехрачилища, необходимо учитывать уравнительный уклон селевых отложений tg ay , принимая его для грязекаменных селевых потоков равным (0,5—0,7) tg а в зависимости от вида потока g , где tg a — уклон естественного русла. При определении высоты глухих селезадерживающих плотин из грунтовых материалов tg ay = 0.
Селезадерживающие плотины, разрушение которых угрожает катастрофическими последствиями, необходимо проверять на воздействие селя, вызванного паводком, с вероятностью превышения 0,01 %. При этом проектом следует предусматривать устройство поверхностных селесбросных сооружений, обеспечивающих сброс избыточного (по сравнению с расчетным) объема селевого потока, или повышение отметки гребня плотины, обеспечивающее аккумуляцию всего объема селевого потока.
При проектировании селезадерживающих плотин следует предусматривать водопропускные сооружения для пропуска в нижний бьеф бытового стока реки, а также сброса водной составляющей наносоводных селей. При этом сбросной расход не должен превышать критического селеобразующего расхода, определяемого для участка ниже створа плотины.
Селезадерживающие плотины следует проектировать, как правило, без противофильтрационных устройств и без затворов на водопропускных сооружениях. Для аккумуляции селей допускается предусматривать плотины сквозной конструкции. Нагрузки на сквозные плотины следует принимать как на глухие.
Возвышение гребня глухих селезадерживающих плотин из грунтовых материалов над уровнем, соответствующим расчетному объему селехранилища, следует принимать не менее высоты последнего селевого вала, определяемой при максимальном расчетном расходе селя и среднем угле наклона, равном углу наклона участка перед селехранилищем. При этом для грязекаменных селей высота селевого вала у плотины принимается равной глубине селя у входа в селехранилище.
Селепропускные сооружения. Основными видами селепропускных сооружений являются:
каналы — для пропуска селевых потоков через населенные пункты, промышленные предприятия и другие объекты, позволяющие в одном уровне с ними пропустить селевой поток через объект или в обход его;
селеспуски — для пропуска селевых потоков через линейные объекты (автомобильные и железные дороги, каналы, газопроводы, нефтепроводы, и др.).
Применение труб для пропуска селевых потоков не допускается.
Применение селепропускных сооружений для пропуска грязекаменных селей допускается лишь при продольном уклоне сооружения не менее 0,10.
Размеры селепропускных сооружений с входными и выходными участками, а также отводящего тракта следует назначать из условия обеспечения необходимой транспортирующей способности потока, при этом: уклон дна сооружений необходимо принимать не менее среднего уклона подходного участка селевого русла, длина которого принимается равной не менее двадцати ширин селевого потока; ширина сооружений, как правило, принимается равной средней ширине селевого потока на подходном участке селевого русла; продольную ось селепропускного сооружения необходимо совмещать с динамической осью селевого потока; при необходимости поворота сооружения угол между осями должен приниматься не более 8°; возвышение стен (перекрытий) селепропускных сооружений над максимальным уровнем селевого потока следует принимать разным 0,2 Нmax, где Нmax – максимальная глубина солевого потока, но не менее 1 м – для потков и не менее 0,5м – для каналов.
Технологический процесс включает в себя проведение земляных (рис 2.), бетонных и монтажных работ по разработанному проекту организации строительства.
Рис. 2. Схема работы экскаваторов-драглайн при возведении котлована под селепропускпое сооружение
Входной участок селепропускных сооружений рекомендуется ориентировать в плане таким образом, чтобы угол установки сопрягающих стенок по отношению к оси главного русла не превышал 11°.
Возвышение стен над максимальным уровнем селевого потока на входных участках рекомендуется принимать не менее 0,5 Нmax.
При строительстве селепропускных сооружений (Н>1,1 м) и ширины (в≥3,5м) технология производства работ носит более высокий уровень комплексной механизации. Состав машин и механизмов в этом случае включают: бульдозер, скрепер, экскаватор.
Состав строительных операций при этом увеличивается по сравнению с нарезкой их грейдерами или каналокапателями и включает в себя:
- снятие растительного слоя бульдозером;
- разработка грунта в выемке с перемещением в кавальер одноковшовым экскаватором драглайн или обратная лопата;
- планировка откосов канала - грейдером или экскаватором со сменным оборудованием ковшом-планировшиком;
- разравнивание кавальеров бульдозером.
Любое производство строительных работ, в том числе и строительство селепропускного сооружения, предусматривает определение объемов работ и использование различных операций разных строительных машин и механизмов.
Рис. 3. Конструктивные схемы селенаправляющих сооружений:
а) у вершины горы; б) на промоине
Углы поворота направляющих дамб в плане следует принимать, как правило, в соответствии с установленными требованиями.
Напорные откосы направляющих и ограждающих дамб рекомендуется крепить облицовкой из сборного или монолитного железобетона. Технологии работ по строительству дамб рассмотрены в предыдущих лекциях.
При односторонней защите берегов от размыва наносоводными селями рекомендуется применение шпор глухой или сквозной конструкции.
Стабилизирующие сооружения. Проектирование склоновых стабилизирующих сооружений (подпорных стен и дренажных устройств) следует осуществлять в соответствии с требованиями по организации строительства. Русловые стабилизирующие противоселевые сооружения необходимо предусматривать в виде систем запруд, охватывающих все участки селевых русел данного бассейна. Верхняя граница стабилизации русел определяется местоположением створа, выше которого расход дождевого паводка с вероятностью превышения 2 % уже не превышает критический селеобразующий расход. Нижняя граница стабилизации русел определяется уклоном i = 0,02, при котором селевые потоки уже не образуются.
При возведении запруд на нескальном основании для предотвращения подмыва сооружения рекомендуется устройство в нижнем бьефе контрзапруды высотой 0,25 Н на расстоянии 2 Н от основной запруды (Н – высота основной запруды над дном русла, м). Запруда и контрзапруда соединяются между собой продольными стенками.
Стабилизирующие сооружения должны рассчитываться на пропуск дождевого паводка с вероятностью превышения 2 %.
Для предотвращения подмыва бортов сооружения пропуск паводков через гребень запруды необходимо производить по специальному водосливному углублению, ширина которого обуславливается шириной пойменной части реки, а глубина — требованием пропуска расчетного дождевого паводка. Отверстия для выпуска воды в теле запруды располагаются в пределах горизонтальной проекции водосливного углубления. Запруды следует рассчитывать на прочность и устойчивость как подпорные стены с учетом гидростатического и фильтрационного давлений воды и отложившихся наносов.
Селепредотвращающие сооружения. Террасы (террасы-каналы, нагорные каналы) применяются для уменьшения максимального расхода дождевых паводков путем перехвата склонового стока и перевода его в грунтовый либо медленного отвода его в сбросные каналы или русла. Пропускная способность этих сооружений должна обеспечивать отвод паводка с вероятностью превышения 2 %.
Нагорные каналы малого (h≤0,5...0,75 м, в=0,5...1,1 м) и большого сечения (h>0,75 м, в≥1,1 м) строят механизированным способом.
При строительстве нагорных каналов небольшой глубины и сечения для их строительства используют средние и тяжелые прицепные грейдеры при тяге трактора и самоходные автогрейдеры. Состав работ при этом следующий: приведение агрегата в рабочее положение, то есть установка необходимого угла наклона ножа, разработка и перемещение грунта и повороты фейдера в конце участка работ. При работе грейдера нож устанавливают наклонно, опуская его в грунт примерно на половину длины.
При производстве работ грейдер, двигаясь в одном направлении, режет и смещает грунт в промежуточный отвал. Во время движения в обратном направлении при 2х-сторонней разработке канала, срезают грунт с другой стороны от оси канала.
При последующем проходе в прямом направлении, производят планировку образованного валика грунта, полученного в результате перемещения его вдоль отвала при нарезке. Цикл этих операций повторяется до тех пор, пока не образуется сечение заданных размеров.
При этом используется продольная схема работ – при его движении вдоль оси выемки, причем рабочими являются проходы в прямом и обратном направлении. При неодинаковом заглублении правой и левой стороны отвала происходит изменение угла зарезания, что дает возможность без дополнительных доработок вырезать грейдером продольные выемки с определенными заданными откосами.
Плотины применяют в условиях, когда очаг образования дождевого или гляциального селя находится ниже очага формирования селеобразующего паводка и между этими участками рельеф позволяет создать регулирующую емкость. Плотина должна быть оборудована выпуском воды, обеспечивающим автоматическое опорожнение регулирующей емкости с расходом, не превышающим селеобразующий, а также катастрофическим водосбросом.
Требуемую вместимость регулирующей емкости следует определять объемом паводка с вероятностью превышения 1 % за вычетом объемом, сбрасываемых в нижний бьеф в период аккумуляции этого паводка.
Водосбросы следует осуществлять для предотвращения прорыва озер. Тип водосброса (траншейный, сифонный, туннельный и др.) определяется строительными условиями и характером озерной перемычки.
Водосбросы следует рассчитывать на расход с вероятностей превышения 2%.
Лавинотормозящие сооружения следует проектировать дин уменьшения или полного гашения скорости лавин на конусах выноса в чипе отложения лавин, где крутизна склона менее 23°. В отдельных случаях, когда защищаемый объект оказывается в зоне зарождения лавин и лавина имгп небольшой путь разгона, возможно расположение лавинотормозящих сооружений на склонах крутизной более 23°.
Высоту лавинотормозящих сооружений следует назначать не менее суммы высот снегового покрова в месте их расположения и фронта лавины.
Расстояние между лавинотормозящими сооружениями в ряду назначается равным 3–4, а между рядами – 4–5 высотам сооружения. Сооружения нижнего ряда устанавливаются напротив просветов верхнего ряда. Число рядов зависит от требуемой величины снижения скорости, но должно быть не менее трех. Снижение скорости определяется расчетным методом с учетом размеров лавинотормозящих сооружений и числа рядов сооружений.
Направляющие дамбы и стены, лавинорезы следует устанавливать на участках зоны отложения лавины при крутизне склона менее 23°, высоту сооружений следует назначать не менее высоты фронта лавины. Угол в месте начала встречи лавины с сооружением не должен быть более 10°.
Лавиноостанавливающие сооружения (дамбы и стенки) следует устанавливать в зоне отложения лавин с крутизной склона менее 23 ° и при скоростях лавин в месте установки сооружения менее 25 м/с. На подходе к сооружению с нагорной стороны следует устраивать пазухи (выемки) для аккумуляции лавинных отложений, объем которых должен быть не менее расчетного объема лавин. Лавиноостанавливающие сооружения следует сочетать с лавинотормозящими сооружениями.
Противолавинные галереи следует применять для пропуска лавин над автомобильными и железными дорогами в зонах транзита лавин, где путь лавины локализован условиями рельефа (четко выраженные в рельефе лотки) или есть возможность их локализации путем возведения лавинонаправляющих сооружений или искусственных лотков. При необходимости эти сооружения могут выходить на кровлю галерей.
Для пропуска лавин под линейными объектами следует сооружать специальные виадуки и мосты. Размеры их пропускных отверстий должны обеспечивать беспрепятственный пропуск лавин, элементы конструкции – выдерживать давление снеговоздушного потока. Их также целесообразно сооружать только в местах локализации лавин рельефом.
При проектировании противолавинных сооружений следует предусматривать отвод поверхностных вод и дренажные устройства.
Контрольные вопросы:
1. Перечислите меры по предупреждению схода селевого потока.
2. Какие бывают виды противоселевых сооружений?
3. Назовите условия применения противоселевых сооружений.
4. Что включает в себя технология возведения нагорных каналов?
5. В чем сущность противолавинных сооружений?
Литература
1. Ясинецкий В.Г., Фенин Н.К. Организация и технология гидромелиоративных работ. - М; Агропромиздат, 1986. - 352 с.
2. Белецкий Б.Ф. Технология и механизация строительного производства: Учебник. - Ростов - н/Д: Феникс, 2003. - 752 с.
3. Поляков Ю.П. Технология и организация природоохранных работ. Часть 1: Производство работ по защите и улучшению земельных угодий и территорий. - Новочеркасск, 2002. - 243 с.
4. Поляков Ю.П. Технология и организация природоохранных работ. Часть 2: Производство работ по защите и улучшению земельных угодий и территорий. - Новочеркасск, 2003. - 220 с.
5. Поляков Ю.П. Строительство и реконструкция противопаводковых сооружений. - Новочеркасск, 2005. - 165 с.
6. Донец В.Н. Технология и организация мелиоративных работ в задачах: Учеб. пособие. -Новочеркасск, 1998. - 258 с.
7. Васильев СМ. Ресурсосберегающие технологии в природообустройстве: Курс лекций. - Новочеркасск, 2003. - 106 с.
8. Васильев СМ. Сметы в дипломном проектировании: Учеб. пособие - Новочеркасск, 2005,-101с.
9. Донец В.Н. Методические указания к курсовому проекту «Организация и производство работ по строительству орошаемого участка». -Новочеркасск, 1991. - 109 с.
10. Ю.Поляков Ю.П., Дзюба Г.М. Технология работ по строительству линейно-протяженных сооружений при природоохранном обустройстве территорий: Учеб. пособие. - Новочеркасск, 2001. - 82 с.
11.Поляков Ю. П. и др. Строительство сооружений по переработке и обезвреживанию бытовых и промышленных отходов: Учеб. пособие /Ю.П. Поляков, СМ. Васильев, В.П. Дьяков. - Новочеркасск, 2004,- 154 с.
12.Поляков Ю.П. и др. Производство земляных работ при природоохранном обустройстве территорий: Лаб. практикум / Ю.П. Поляков, СМ. Васильев, Г.М. Дзюба- Новочеркасск. 2001.-46 с.
13.Васильев СМ. и др. Методические указания к лабораторной работе по укладке бетонной смеси в строительные блоки /СМ. Васильев, В.Н. Донец, В.Б. КовшевацкиЙ. - Новочеркасск, 2002. - 19 с.
14.Федоров В.М. Производство изделий и строительство
природоохранных объектов из укатанных бетонов: Учеб. пособие Новочеркасск, 2001. - 189 с.