КОНСТРУКЦИИ ЗАЩИТНЫХ КРЕПЛЕНИЙ БЕРЕГОВ
Условия работы защитных креплений зависят от их расположения относительно уровней воды. По высоте различают три зоны: подводную - ниже меженного уровня воды, переменного уровня и надводную - выше уровня высоких вод. Расположение крепления относительно уровня воды определяет тип конструкции и используемый материал, а также способ производства работ. Выбор типа крепления зависит от характера воздействия речного потока на берег и скоростей течения, вида грунтов, слагающих берега и дно водотока, наличия местных строительных материалов и соответствующей базы стройиндустрии.
Биологическое крепление. Оно включает в себя посев трав, одер- новку, посадку кустарника и деревьев. Его применяют для крепления надводных частей откосов, а также откосов, подверженных непродолжительному воздействию воды. При этом используют местные быстрорастущие виды растительности.
В США укрепление откосов посевом трав осуществляют с помощью гидросеялок с одновременным внесением удобрений. Для лучшего укоренения растительного покрова используют мульчу, маты и другие устройства. Образовавшееся устойчивое травяное покрытие выдерживает скорости течения до 1,5 м/с.
Достаточно эффективный способ крепления - посадка деревьев и кустарников, ветви которых увеличивают шероховатость русла и снижают скорость потока, а корневая система препятствует размыву. Хорошо укоренившиеся и развитые посадки способны выдержать скорости до 1,0...1,5 м/с. Наиболее благоприятные условия для биологического крепления во влажных субтропиках. Самостоятельно его используют для защиты берегов малых водотоков, а в сочетании с другими видами крепления, например каменным, - на более крупных.
Каменное крепление. Его выполняют в виде наброски, реже в виде мощения (из-за больших затрат ручного труда) и предусматривают для защиты подводных, а также находящихся в зоне переменного уровня частей откоса. Благодаря простоте устройства, надежности, гибкости, возможности использования в различных грунтовых условиях каменную наброску широко применяют для крепления речных берегов и откосов грунтовых дамб.
Крепление, как правило, состоит из двух слоев: камня и обратного фильтра. В качестве обратного фильтра начали применять геотекстиль. Крупность камня и толщина слоя наброски зависит от скорости течения, высоты волн, условий производства работ. Для обеспечения устойчивости крепления в основании предусматривают упорную призму, размеры которой принимают с учетом деформаций основания, либо тюфяк (рис. 8.12).
Каменную наброску можно применять в сочетании с другими типами крепления. В США для укрепления берегов реки Миссури [12,14] использовали комбинированное крепление, состоящее из каменной наброски в придонной зоне, гравийного или глинистого в зоне перемен-ных уровней и биологического крепления в верхней зоне. Гравийное и глинистое крепления способствовали развитию растительности. В результате этих работ берега покрылись растительностью до меженного уреза воды. Подобные берегоукрепительные конструкции хорошо вписываются в естественный ландшафт и благоприятны с экологической точки зрения.
При недостатке или отсутствии камня необходимой крупности можно использовать конструкции из габионов. Они значительно прочнее, чем каменная наброска, при одинаковой крупности камня. Габионные крепления можно применять при скоростях потока до 6,4 м/с (толщина габиона - 0,5 м), предельные значения скоростей достигали 8 м/с [9].
Берегоукрепления из габионов выполняют в виде стенки, покрытий из тюфяков или трубчатых габионов (рис. 8.13). В Испании распространено крепление берегов плоскими габионами типа кирас. В этом случае на подготовленный откос укладывают две сетки с расстоянием между ними 0,1 ...0,15 м. Скрепляя сетки между собой, образуют отдельные карманы, которые заполняют камнем. Размеры кармана: ширина до 2 м, высота до 0,75 м. Кирасы закрепляют на откосе с помощью анкерных тяжей, пропускаемых через все покрытие. Для предотвращения подмыва основания крепления предусматривают бетонную или шпунтовую стенку либо подушку из каменной наброски (см. рис. 8.13).
Асфальтовое и асфальтобетонное крепление. Их широко применяют в странах с жарким климатом (Франция, США, Северная Африка). Они обладают гибкостью и эластичностью. При подмыве основания крепления не разрушаются, а, изгибаясь, следуют за деформированным основанием.
Асфальтобетон устойчив против истирающего действия песчаных наносов и выдерживает в течение длительного времени скорости до 4 м/с.
Качественно изготовленный и уложенный асфальтобетон долговечен. При раскопках на берегах Тигра и Евфрата найдены хорошо сохранившиеся асфальтовые берегоукрепления, построенные более 3000 лет назад. Изготовление и укладка асфальтобетонных покрытий технологичны, а стоимость невысока.
При укладке покрытия основание планируют и уплотняют, а на связных грунтах предусматривают дренирующую подготовку из гравия, гравийно-песчаной смеси, песка. Поверхность основания обрабатывают химическими препаратами для предотвращения прорастания растительности.
Асфальтированные покрытия устраивают монолитными и сборными. Монолитным асфальтобетонным слоем толщиной 4...6 см крепят в основном надводные откосы. При неармированном монолитном покрытии предусматривают упорную призму из камня или бетонный зуб. Сборные асфальтобетонные покрытия применяют для защиты подводных частей откосов. В качестве сборных элементов используют тюфяки и плиты, а на временных сооружениях - маты.
Асфальтобетонные тюфяки изготовляют секциями на заводе и доставляют к месту укладки скатанными на барабанах. На откос укладывают плавучим краном путем сматывания тюфяка с барабана. Разме-ры тюфяков: длина до 70 м, ширина 5...7 м, толщина 5...10 см. Малые тюфяки обычно называются плитами. Маты отличаются от тюфяков меньшей толщиной, составляющей 2...3 см.
Необходимая прочность конструкций при перевозке и укладке обеспечивается арматурой. В качестве арматуры используют стальные сетки, стеклоткань и стекловолокно, грубую антисептированную ткань и мешковину. В сильно минерализованной среде применяют сетки из нержавеющей стали.
Асфальтобетонными тюфяками в виде лент длиной до 66 м и шириной 9 м при толщине 5 см укрепляли берега реки Миссисипи. На Суэцком канале использовали тюфяки размером 8x3x0,06 м, которые перед укладкой стыковали; швы между ними уплотняли [5].
Асфальтом также пропитывают крепление из каменной наброски.
Пример крепления берегов рек асфальтом показан на рисунке 8.14.
Бетонные и железобетонные крепления. Их выполняют монолитными и сборными.
Монолитные покрытия изготавливают в виде плит большого размера, уложенных на подготовку. За рубежом их применяют ограниченно из-за сложности укладки бетона на подводной откос, деформируемости конструкции при осадке подстилающего грунта.
Для сборного железобетонного крепления используют плиты различных размеров. Например, в Италии для защиты речных берегов применяют железобетонные плиты толщиной 5...10 см, площадью до Юм2. Обычно их укладывают на слой пористого бетона, служащего обратным фильтром. Швы между ними заполняют битумной мастикой.
Наряду с плитами получили распространение гибкие железобетонные тюфяки (рис. 8.15, й). Тюфяк состоит из железобетонных плит площадью до 1 м2 и толщиной до 0,25...0,30 м, шарнирно соединенных а - реки Сены (Франция); б - реки По у г. Месолы (Италия); 1 - асфальтовые тюфяки; 2 - бетонный упорный блок; 3 - каменная наброска с заливкой асфальтом; 4 - свая друг с другом. Тюфяки укладывают на подготовку из щебня и гравия. Достоинства гибких покрытий из железобетона - способность конструкции сохранять свои основные функции при деформациях основания и возможность использования их для укрепления подводных частей береговых откосов. Применяют при скоростях течения до 5 м/с.
Защитные покрытия откосов можно выполнять из бетонных блоков сравнительно небольших размеров. Для крепления берега реки Сава (Югославия) использовали блоки размером 0,4 х 0,4 м, уложенные на пластиковый фильтр. В основании крепления предусмотрены упорные призмы из камня (рис. 8.15, б).
