Министерство жилищно-коммунального хозяйства РСфСР Гипрокоммунстрой

Руководство

Г по проектированию береговых укреплений на внутренних водоемах

Москва 1984

Министерство жилищно-коммунального хозяйства РСФСР

Государственный республиканский проектный институт Г ипрокоммунстрой

РУКОВОДСТВО

по проектированию береговых укреплений на внутренних водоемах

Москва Стройиздат 1984

ительства вносить в проект изменения, а при эксплуатации сооружен иий — своевременно принимать необходимые меры для защиты сооружений от подмыва.

Проект берегового укрепления должен учитывать глубину бытовых, общих и местных размывов, которые могут возникнуть у его основания. Деформации дна получают наибольшее развитие в верховых участках водохранилищ. В результате сосредоточенных течений на участках затопленных русел начинают перемещаться донные отложения (наносы), активизируются русловые процессы и появляются размывы, перемещающиеся вслед за наносными скоплениями.

При косом подходе к берегу стоковых и волновых течений, а также у естественных и искусственных поперечных преград (мысов, затопленных отмелей, причальных пирсов, мостовых опор и т. д.) могут возникнуть вихревые воронки, вызывающие местные размывы непосредственно у сооружений.

В стесненных условиях, чаще всего обусловленных искусственными препятствиями, например, мостовыми переходами, поперечными дамбами и др., может происходить общий размыв дна.

Отметка дна после бытового размыва в любой точке затопленного русла может быть определена как низшая на рассматриваемом участке, где размыв не был осложнен влиянием искусственных сооружений. Иными словами, вертикаль с наибольшей бытовой глубиной может переместиться в любую, точку русла. Поперечное перемещение русла по затопленной пойме, если оно было при бытовом режиме реки, может проявиться и после затопления, но в уменьшенном виде и темпе на приплотинных участках и, наоборот, активизироваться по сравнению с бытовыми на верховых участках. Здесь боковое смешение русла может начаться и в тех случаях, если оно не наблюдалось при бытовом режиме. В отдельных случаях происходит спрямление затопленных излучин.

Величину местного размыва в руслах или других элементах рельефа дна водохранилищ, сложенных песчаным материалом, можно определить через расчетную величину скорости стоковых течений и их общее направление относительно обтекаемого сооружения. В затопленных руслах направление течений можно принимать по динамической оси потока, совпадающей с линией наибольших глубин. При этом следует учитывать возможность увеличения угла встречи за счет дополнительного искривления динамической оси потока при эксплуатации, например, за счет бокового смещения русла.

Приближенно величину местного размыва /г_м можно определить по формуле И. А. Ярославцева

h_a = (23v²/g) tg(a/2)O/ff+Bi),

где v — максимальная на вертикали скорость стоковых течений; a— угол подхода стокового потока к сооружению; g — ускорение силы тяжести; т — крутизна откоса сооружения.

— 10 —

Общий размыв в местах сужения поперечного сечения водохранилищ мостовыми переходами или иными искусственными сооружениями определяют по специальной методике (например, Бабков В. Ф., Андреев О. В. Проектирование автомобильных дорог. Т. 2, — М.: Транспорт, 1979; Андреев О. В. и др. Основы расчета мостовых переходов.— М.: Высш. школа, 1971).

1.7. С образованием водохранилищ участие стоковых течений в руслоформирующем и рельефообразующем процессе берегов потеряло свое преобладающее значение, но вместо них вступили в действие новые силы, обусловленные повышением уровня воды на 10—20 м, а на некоторых водохранилищах и более. В контакт с рекой вступают породы, ранее не подвергавшиеся постоянному или даже временному (при высокой воде) намоканию, ухудшающему прочностные и деформационные свойства пород, а следовательно, снижающему устойчивость склона долины. Особенно губительны для устойчивости берега разрушения пород в полосе амплитуды режимных колебаний уровня водохранилища, достигающей 2—7 м.

Переформирование берегов водохранилищ представляет собой нестационарный многофакторный процесс, в результате которого возникают различные формы берегов, определяемые преимущественно инженерно-геологическими условиями. Типичные формы берегов показаны на рисунках в табл. 2.

Таблица 2. Типичные формы берегов

Формы берегов Характеристика Береговые укрепления Слабонаклонные склоны речной долины, уходящие под уровень постоянного затопления (У. П. 3.) с активно формирующимися надводным или подводным абразионным уступом Упорный пояс любой конструкции кроме подводной гребенки (рис. 17) Ъ НП.Ч Динамически активные берега с базисом оползней выше уровня постоянного затопления Опояски (рис. 18, 25) и подпорная стена (рис. 35) Динамически активные берега с базисом оползней ниже уровня постоянного затопления Упорный пояс (рис, 2) или откосное укрепление (рис. 31)

— 11 —

Продолжение табл. 2

Формы берегов Характеристика Береговые укреплении * унпу ШШ Г Береговой уступ, формируемый водохранилищем, с затопленной террасой или поймой вперед его подошвы Упорный пояс любой конструкции кроме подводной гребенки (рис, 17) Абр азионный береговой уступ, возвышающийся над аккумулятивными формами берега (над растущими отмелями, косами и проч.) Опояска любой конструкции Крутопадающие при-глубые берега с глубиной воды на месте строительства берегового укрепления до 25 м и более Откосное укрепление (рис. 31) ! Затопленное корен-ЛШ [ное русло со стоко-ънпу \’выми течениями раз-—I мывающими прибреж-1 ную террасу Упорный пояс любой конструкции

I

Волновое воздействие лишь участвует и зачастую не определяет характер, темпы и объемы разрушений берегов. Строительство береговых укреплений приходится вести в условиях динамически активного берега. Режимные наблюдения за темпами и объемами разрушения берегов очень ограничены, но все же позволяют установить главные черты их переформирования.

Одной из задач инженерно-геологических изысканий для обоснования проекта береговых укреплений является составление прогноза переформирования берега на период проектирования и производства строительных работ в зоне, охваченной нестационарным процессом динамики берега. Такой прогноз обосновывается инженерно-геологическими изысканиями, сопоставлением материалов съемок различных лет, лоцманскими картами и непосредственными наблюдениями. При его составлении учитывают: волновое воздействие на берег; стоковые

— 12 —

течения и вдольбереговой поток наносов; выветривание и размокав-мость пород в зоне переменных уровней; механическое разрушение пород ледовыми подвижками и навалами; влияние разрушения контрфорсной части склона на развитие оползневых процессов.

1.8. Образование водохранилищ в речных долинах вызывает обводнение пород, которыми сложены борта долины. При этом глинистые и илистые водонасыщенные грунты резко снижают несущую способность и приобретают свойства ползучести.

Особенностями водонасыщенных глинистых и илистых грунтов являются:

малая плотность и как следствие этого высокая сжимаемость, достигающая 10—15% мощности слоя при нагрузках 1—1,5 кг/см²; низкие прочностные характеристики (табл. 3); длительная продолжительность процесса фильтрационной консолидации (уплотнения) — месяцы и годы;

отчетливо выраженные реологические свойства. Пороги начальной и установившейся ползучести равны нулю. Период неустановив-шейся ползучести мал, а установившаяся сдвиговая ползучесть после завершения процесса уплотнения протекает непрерывно, не обнаруживая тенденций к затуханию. Коэффициент вязкости в периоде установившейся ползучести находится 10¹⁰—10¹³ П;

возможность тиксотропного разупрочнения под воздействием динамической нагрузки. При достижении определенного уровня вибрации структурные связи в грунте разрушаются и он переходит в текучее состояние.

Таблица 3. Прочностные характеристики ползучих грунтов

У гол^внутрен-    Сделление

него трения, _кг/_смя град    '

0-7    0,1

5-12    0,1—0,3

Проектирование береговых укреплений на слабых основаниях предъявляет специальные требования к инженерно-геологическим изысканиям. Для выбора типа сооружения и размеров конструкции на слабых основаниях необходимо изучить указанные выше особенности слабых грунтов.

1.9. Серьезные гидрогеологические изменения происходят в больших регионах, прилегающих к крупным речным водохранилищам. Повышается напорность существующих водоносных горизонтов, образуются новые безнапорные (верховодка) и напорные горизонты, некоторые виды глин обводняются капиллярным поднятием подземных вод.

Влияние вновь сложившихся гидрогеологических условий на устойчивость склонов долин не сводится только к повышению фильтрационного давления, как это предполагалось при проектировании водохранилищ ранее. Наибольшая опасность — это постепенное, медленное разупрочнение, пород под воздействием подземных вод, образование глубинных поверхностей смещения, вызывающих явления, подобные сейсмическим.

При проектировании береговых укреплений, конечно, невозможно предусмотреть долговременные изменения устойчивости склонов долин, находящихся под воздействием водохранилища. Для этого необходимо вести постоянные режимные наблюдения и своевременно предупреждать о наступающей опасности нарушения устойчивости побережья водохранилища. В таких условиях внутренние водоемы служат фронтом разгрузки подземных вод и проект береговых укреплений должен предусматривать дренажные устройства, обеспечивающие свободную фильтрацию подземных вод в водоем из его бортов.

При проектировании новых водохранилищ разрабатывают региональный прогноз повышения уровня подземных вод и ожидаемых последствий такого повышения.

Если ожидается разупрочнение пород, впервые смоченных подземными водами, в населенных пунктах устанавливают контрольные гидрогеологические створы и ведут режимные наблюдения, позволяющие заранее предупредить об опасности повышения уровня подземных вод, способных вызвать деформацию зданий и сооружений.

1.10. Сейсмические воздействия на береговое укрепление следует учитывать при проектировании в районах с сейсмичностью больше шести, а на период строительства — больше семи баллов. На период строительства расчетная сейсмичность должна снижаться на один балл.

Силу землетрясения оценивают по карте сейсмического районирования территории и уточняют на основе инженерно-геологических и гидрогеологических условий согласно СНиП II-7-81 «Строительство в сейсмических районах». В районах, для которых ожидается повышение сейсмичности, силу землетрясения уточняют по консультативным данным научно-исследовательских учреждений, занимающихся вопросами влияния водохранилища на региональное увеличение сейсмичности.

Сооружения в сейсмических районах должны удовлетворять расчетам на основное сочетание нагрузок в соответствии с требованиями главы СНиП «Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения»; особое сочетание нагрузок с учетом сейсмического воздействия по СНиП «Строительство в сейсмических районах».

Продолжение табл> 4

Номер рисун ка Краткое описание конструкции Условия применения в Стенка из железобетонного шпунта таврового сечения, омоноличенная поверху, анкерованная или со свободным концом На грунтах без включения валунов с содержанием гравия и гальки не более 30% 7 Стенка из анкерованного железобетонного шпунта прямоугольного сечения, омоноличенного поверху с песчано-гравийным обратным фильтром или с иными противофильтрационными устройствами На основаниях, допускающих погружение железобетонного шпунта любым способом 16 Стенка из анкерованных свай-оболочек, омоноличен-ных поверху, с противо-фильтр анионным устр ойст-вом На основаниях, допускающих погружение свай-оболочек 17 Подводная гребенка из каменно-набросных бун на естественном основании Для защиты от размыва стоковыми течениями, подводных террас и откосов Опояски (надводное) 18 Опояска из фасонных блоков (тетраподов, диподов и проч.) на постели из каменных материалов Для защиты береговых уступов в любых инженерно-геологических и гидрологических условиях. Размеры каменной постели назначают с учетом стоковых течений 24 Опояска подошвы берегового уступа из штучного камня с окантовкой кромки свайным рядом сквозной конструкции с шапочным брусом Ниже базиса оползней на неза-топленной части склона или террасы 25 Стенка свайно-заборчатой конструкции высотой до 2 м На основаниях, допускающих погружение свай любым способом, При пологом откосе перед стенкой и малых амплитудах колебаний уровня 26 Опояска в виде подпорной стены уголкового профиля При пологом откосе перед стенкой, высоте волны до 1 м

— 16 —

Краткое описание рисун-    конструкции Условия применения

---

35 36 37 38 39 Массивная, волноотбойного профиля из монолитного или сборного железобетона на свайном основании или каменной постели Из обыкновенных массивов на каменной постели Уголкового профиля из сборного железобетона на высоком свайном ростверке Из крупных анкерованных свайных панелей прямоугольного сечения Подпорные стены набережных 40 Уголкового профиля из сборного железобетона на основании из каменных материалов Из железобетонного таврового или прямоугольного шпунта с наклонными анке-рующими сваями

Выше строительного уровня для защиты транспортных магистралей, прогулочных террас городских набережных Для защиты террас набережных потенциально-оползневых берегов Выше строительного уровня для защиты террас городских набережных То же Выше строительного уровня, на грунтах, не допускающих погружения свай На грунтах без валунов с содержанием гравия и гальки не более 30%

---

Примечание. Конструкции упорного пояса можно применять как самостоятельные береговые укрепления при отсутствии особых архитектурно-планировочных и других специальных требований к благоустройству берега, его промышленному или транспортному использованию.

В табл. 4 приведены основные типы береговых укреплений, целесообразность применения которых подтверждена практикой их строительства и эксплуатацией. При проектировании такие конструкции совершенствуют в направлении повышения их технологичности и строительстве, экономичности и продолжительности межремонтных периодов.

Причинами повреждений на берегоукрепительных сооружениях, их аварийного состояния и полного разрушения отдельных участков являются: подмыв нижней (подводной) кромки сооружения стоковыми течениями; вынос грунтов из основания каменных набросок и через швы железобетонных конструкций волновыми скоростями, а в нижней части — стоковыми течениями из-за отсутствия или некачественного выполнения обратных фильтров; вдольберегозой дрейф ледяных торосов; разжижение песков с полным разрушением грунтовой

- 18 -

части сооружения и обрушением плит из монолитного армированного бетона; применение некондиционных каменных материалов, некачественного бетона и грубые нарушения технологии его укладки.

Обобщение опыта проектирования и анализ причин, вызвавших повреждения сооружений позволяют сформулировать основные принципы конструирования береговых укреплений:

сопряжение берегового укрепления с его основанием должно быть надежно защищено от размыва стоковыми течениями и волновыми скоростями (в подводной части упорным поясом, в надводной — опояской или зубом). Подмыв упорного пояса или надводной части берегового укрепления начинается, когда скорости стоковых течений и волновые достигают размывающих величин. Расчетную максимальную волновую донную скорость и допускаемые значения волновых неразмывающих донных скоростей следует принимать соглас-но главе СНиП «Нагрузки и воздействия на гидротехнические соору* жения (волновые, ледовые и от судов)» для сооружений с вертикаль, ной стенкой; грунтовая часть берегового укрепления, в частности, основание откосного покрытия, является работающей частью сооружения, воспринимающей активные волновые, ледовые и другие нагрузки. Его гранулометрический состав и плотность должны удо. влетворять техническим требованиям, предусматриваемым проектом;

конструкции, воспринимающие давление грунта (особенно тонко* стенные), возводимые на ползучих грунтах, должны учитывать изменение несущей способности во времени, связанное с проявлением реологических свойств грунта основания и релаксации реактивного давления ползучего грунта на стенку;

конструкции упорного пояса, опоясок, откосных покрытий и подпорных стен набережных должны быть грунтонепроницаемыми и не допускать выноса грунта стоковыми течениями, волновыми скоростями и грунтовыми водами, вклинивающимися на береговом уступе;

береговые укрепления должны предусматривать дренирующие си. стемы, обеспечивающие прямую гидравлическую связь потока подзем, ных вод с водоемом;

конструкции береговых укреплений, особенно упорного пояса и опояски, должны обеспечивать устойчивость и прочность сооружения при ледовых нагрузках (см. п. 1.5 Руководства).

2.2. Береговые укрепления в городах, на промышленных предприятиях и у транспортных коммуникаций относятся к сооружениям инженерной защиты и их класс должен назначаться проектом в соот-ветствии с требованиями СНиП «Гидротехнические сооружения, речные. Основные положения проектирования», где указывается, что при определении классов постоянных гидротехнических сооружений следует учитывать последствия при их аварии или нарушении эксплуатации. Поэтому при назначении класса проектируемых береговых укреплений кроме указанной главы СНиП рекомендуется пользоваться табл. 5.

— 19 —

УДК 627.41.001.2

Руководство по проектированию береговых укреплений иа внутренних водоемах /М-во жил.-коммун. хоз-ва РСФСР, Гшгрокоммун-строй. —М.: Стройиздат, 1984.— 108 с., ил.

Обобщен опыт проектирования и эксплуатации береговых укреплений на внутренних водоемах СССР. Содержит сведения для правильного выбора систем и конструкций крепления в зависимости от природных условий. Приведены основные типы береговых укреплений, а также параметры ряда водорханилшц и озер. Даны примеры расчетов элементов волн, динамической устойчивости грунтового основания и др.

Для инженерно-технических работников проектных и строитель-

3302000000—615

Р ГГГ7Т17 -И нстру кт. — нор мат., I вып. — 47—18

047(01)—84

© Стройиздат, 1984

Таблица 5. Класс проектируемых береговых укреплений

Класс Характеристика зданий, сооружений, территорий I Порталы тоннелей метрополитена, насосные станции первой категории надежности с водоприемниками п Капитальная многоэтажная жилая застройка, общественные капитальные здания и промышленные предприятия с непрерывным производственным циклом, насосные станции второй и третьей категории надежности с водоприемниками ш Территория с малоэтажной застройкой, промышленные и коммунальные предприятия, проезды общегородского значения IV Городские парки и бульвары, зоны отдыха и зеленые зоны, городские проезды районного значения, садовые и огородные участки садоводческих товариществ и сельскохозяйственные угодья

Примечание. Классы территорий, занятых гидротехническими сооружениями, железными и автомобильными дорогами, принимают согласно СНиП по проектированию этих сооружений.

Класс береговых укреплений у территорий, подлежащих реконструкции в пределах проектного срока, назначают в соответствии с на-* мечаемым их использованием. Если же реконструкция отнесена на перспективу, то класс назначают в соответствии с фактическим использованием территории, но при этом проект должен предусматривать возможность повышения класса береговых укреплений.

2.3. Порядок проектирования и состав проекта береговых укреплений определяют по общесоюзным нормативным документам, техническим и архитектурно-планировочным заданиям, утвержденным в установленном порядке. Техническое задание на проектирование бе< реговых укреплений должно содержать следующие сведения:

границы участка проектирования с учетом геоморфологических особенностей берега с рекомендациями о выделении первой очереди строительства;

генеральная подрядная строительная организация, ее ведомственная подчиненность и льготы, предоставленные правительственными постановлениями и распоряжениями;

производственные мощности заводов железобетонных изделий, способных изготовлять железобетонные элементы гидротехнических сооружений при строгом соблюдении ГОСТа и норм гидротехнического строительства;

разведанные запасы грунтов, пригодных для гидротехнического строительства, дальность их возки, источники получения гидротехнического камня и каменных материалов. При их отсутствии — задание на их поиск и разведку.

— 20 —

ПРЕДИСЛОВИЕ

В Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981—1985 годы и на период до 1990 года отмечено, что в настоящее время одной из основных задач является усиление охраны природы, земли, ее недр, атмосферного воздуха, водоемов, животного и растительного мира, обеспечение рационального использования и воспроизводства природных ресурсов.

Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР «О мерах по дальнейшему улучшению проектно-сметного дела» Яэ 312 от 30 марта 1981 г. предусматривает разработку схем защиты территории и населенных пунктов от опасных геологических процессов сроком на 15 лет (по пятилеткам) с необходимыми уточнениями через каждые 5 лет. Стоимость строительства береговых укреплений, установленная этими схемами, включается в пятилетние планы и не может быть превышена при дальнейшем техническом проектировании.

Водохранилища в системе водного хозяйства СССР занимают видное место. На реках РСФСР образовано 560 водохранилищ, в том числе 520 объемом до 10 млн. м³, 23—до 1 млрд, м³ и 17 — до 10 млрд. м³. Их краткие характеристики и сведения о проектном режиме содержатся в «Справочнике по водохранилищам РСФСР. Часть I. II Министерства мелиорации и водного хозяйства РСФСР».

Настоящее Руководство обобщает обширный опыт проектирования, строительства и эксплуатации береговых^ укреплений на внутренних водоемах СССР и содержит сведения для правильного выбора систем и конструкций береговых укреплений в зависимости от природных условий, что позволяет определить их стоимость при разработке схем и техническом проектировании. Оно позволяет установить особенности динамики берегов водохранилищ, резко отличающиеся от морских и речных берегов, систематизировать причины аварийности береговых укреплений и сформулировать основные требования их проектированию и строительству.

Сведения по некоторым водохранилищам, на берегах которых располагаются крупные административные и промышленные центры, приводятся в прил. 1. Некоторые озера (Байкал, Онежское, Ильмень, Селигер) в системе водного хозяйства используют для регулирования стока в энергетических целях.

Настоящее Руководство разработал авторский коллектив гидротехнического отдела института «Гипрокоммунстрой» в составе: 3. А. Королевой, канд. техн. наук В. М. Костомарова, М. Д. Кустовой, Е. В. Самохваловой при участии Б. П. Копкова, канд. техн. наук Д. А. Елисеева, канд. техн. наук И. А. Сазыкина, канд. техн. наук И. А. Ярославцева, Н. И. Васильевой, О. Б. Коробовой, Т. К- Самойловой.

В Руководстве все физические величины даны в системе МКГСС в соответствии с действующими СНиП П-16-76, И-55-79, 1Ь56-77 и др.

1. воздействия и нагрузки на береговые

УКРЕПЛЕНИЯ

На берега и береговые сооружения водоема влияют: режимные (годовые и суточные) колебания уровня воды, определяемые работой гидроэлектрических станций, паводковые повышения уровня, сгонно-нагонные явления и сейши;

размывающее воздействие течений: стоковых, волновкх, сейше-вых, возникающих при работе гидроузлов; ветровые и судовые волны; ледовые воздействия во всем их многообразии; режим движения взвешенных и влекомых наносов, в сочетании с его влиянием на динамику берегов;

нестационарный процесс переформирования русла и берегов (особенно интенсивный на крупных речных водохранилищах);

снижение прочностных свойств глинистых грунтов с образованием ползучести;

режим подземных вод в бортах водоема (особенно у берегов речных водохранилищ),

1.1.    Отметки отдельных частей береговых укреплений, типы и конструкции их проектируют с учетом отметок годовых и суточных режимных колебаний уровней, максимальных уровней воды при паводках, а также краткосрочных повышений и понижений уровней при нагонах, сгонах и сейшах.

Водный режим крупных водохранилищ определяется «Основными положениями правил использования водных ресурсов», утвержденными Министерством мелиорации и водного хозяйства РСФСР. Основные положения являются обязательным руководящим документом по режимам использования водных ресурсов для всех органов эксплуатации гидроузлов и других сооружений, а также для всех водопользователей независимо от ведомственной подчиненности. С изменением условий регулирования стока, накоплением эксплуатационного опыта и новыми народнохозяйственными задачами, Основные положения пересматриваются.

Наблюдения Гидрометеорологической службы главного управления (ГМС) при Совете Министров СССР за колебаниями уровней на водохранилищах доказали, что при проектировании береговых укреплений на водохранилищах при назначении отметок сооружений следует пользоваться не только данными Основных положений, но и обрабатывать фактически наблюдаемые уровни (см. прил. 1, табл. 2).

1.2.    Нагонные и сгонные повышения (понижения) уровня воды преобладают на обширных акваториях водохранилищ и озер.

В южной части Ладожского озера амплитуда колебания сгонно-нагонных уровней достигает 2 м.

На Рыбинском (Переборы, Большая Лука), Горьковском (Жел-тухино) и Цимлянском (Цимлянск) водохранилищах зарегистрированы 50—70 см сгоны и нагоны. На Куйбышевском, Саратовском, Волгоградском и Братском водохранилищах 10—30 см. На Байкале, Онежском, Валдае —5—20 см, на Ильмень — 29 см.

Сейши — стоячие волны, возникающие на водной поверхности под действием внешних сил: перепадов атмосферного давления, ветра, сейсмических явлений.

Сейшевые колебания уровней, как правило, слабее стонов и нагонов.

Амплитуда сейшевых колебаний на всех волжских водохранилищах 5—15 см, на Цимлянском—до 15, на Ладожском озере — до 28, Байкале— 12—14, на Онежском озере— 15—20 см.

Сведения о нагонных и сгонных колебаниях уровня и сейшах получают в местных обсерваториях гидрометеорологической службы.

1.3. Подводная часть береговых укреплений, подверженная временному или постоянному затоплению (особенно по линии их сопряжения с дном водоема), должна быть надежно защищена от воздействия размывающих скоростей течений. Допускаемые величины размывающих скоростей приведены в табл. 1 (составлена применительно к главе СНиП «Сооружения мелиоративных система).

Таблица 1. Допускаемые величины неразмывающих скоростей течения, м/с

Грунт Допускаемая скорость при глубине потока, м доЛ 5 и более Песок средней крупности. Частицы крупнее 0,25 мм составля!бт 50% массы .0,4 0,45 Песок крупный. Частицы крупнее 0,5 мм составляют 50% массы 0,5 0,5 Песок гравелистый. Частицы крупнее 3 мм составляют 25% массы 0,8 0,85 Мелкозернистые и пылеватые пески. Размеры частиц 0,05—0,25 мм 0,3 0,4 Валунный грунт (при преобладании не-окатанных частиц — глыбовый). Частицы крупнее 200 мм составляют 50% массы 3,9 4,3 Галечниковый грунт (при преобладании неокатанных частиц) — щебенистый. Частицы крупнее 10 мм составляют 50% массы 1.4 1,5

— 5 —

Продолжение табл. 1

Грунт Допускаемая скорость при глубине потока, м до 3 5 и более Глинистые грунты сцеплением, кгс/см2: 0,005 0,45 0,5 0,125 0,75 0,8 0,225 1 1,1 0,6 1,6 1,7

Примечания: 1. Допускаемые скорости течения для торфа принимают, согласно СНиП по проектированию сооружений мелиоративных систем.

2; При оценке неразмывающих скоростей стоковых течений их табличные значения нужно брать для глубин до трех метров независимо от фактической глубины водохранилища.

Иногда измеренные скорости течения в различных частях водохранилищ превышают допустимые величины размывающих скоростей. Следовательно, при определенных инженерно-геологических условиях скорости течения могут оказаться опасными для берегов и береговых укреплений и нарушать их устойчивость.

Опасные для берегового укрепления размывающие.скорости воз* никают при стоковых и волновых течениях, а также при сгонах, сей. шах и работе гидроузлов (при попусках воды).

Наиболее распространенной причиной деформаций и разрушения береговых укреплений является подмыв их основания из-за недостаточного его заглубления. В результате проведенных исследований Производственного и научно-исследовательского института по инженерным изысканиям в строительстве (ПНИИИС) Госстроя СССР установлено, что в верхних частях волжских водохранилищ влияние стоковых течений в формировании берегов является определяющим.

На Горьковском водохранилище от Рыбинска до Ярославля после образования подпора незначительно уменьшилась скорость течений в летне-осенний период, а в маловодные годы — и весной. Зимой режим течений сохранился таким, каким был до создания водохранилища, Средние по сечению скорости течения у Ярославля в бытовых условие ях наблюдались зимой — 0,2—0,5 м/с, весной — 0,3—0,9 м/с, летом и осенью — 0,4—0,8 м/с. Максимальная зафиксированная скорость 1,25 м/с.

По наблюдениям 1960—1974 гг. наибольшие скорости у Ульяновска, измеренные на глубине 3—5 м, составили: в период наполнения 1—1,13 м/с, донные (при глубине 35 м)—0,75—0,8 м/с; при отметках, близких к нормальному подпорному уровню (НПУ), скорости на глубине 3—5 м — 0,55 м/с, донные — 0,35—0,4 м/с. В период

Осенней сработки скорости возрастают (наибольшая — 0,8 м/с) и почти не изменяются по глубине.

На Волгоградском водохранилище в створе Саратова 26 апреля 1966 г. максимальная из средних скоростей на вертикали в 220 м oi правого берега составляла 1Д2 м/с, донная — 0,8 м/с. Скорость тече* ния в районе Увека в 1962 г. достигала: у поверхности — 1,9 м/с, у дна—1,2 м/с. Максимальные скорости течений в нижних частях Куйбышевского и Волгоградского водохранилищ, связанные с их проточностью, близки между собой. Их величина, несмотря на крайне малые продольные уклоны водной поверхности, составила вблизи плотины 0,5—0,6 м/с. Максимальные скорости течения в верхней части Боткинского водохранилища 2—3,5 м/с.

Распределение скоростей стоковых течений в поперечных сечениях водохранилища изменчиво. В русловой части преобладают стоковые, а другие виды течений, как правило, выражены слабее. В озерной части наряду со стоковыми часто развиваются ветровые, а в береговой зоне и на отмелях при волнении возникают вдольбереговые те* чения.

Течения в прибрежных мелководных зонах резко отличаются от течений в затопленном главном русле и протоках. Над береговой отмелью и на некотором расстоянии за ее пределами возникают течения, режим которых зависит от величины волн, ветра и рельефа отмели.

На участках береговых укреплений Куйбышевского, Саратовского и Волгоградского водохранилищ среднее значение коэффициента перехода от максимальных скоростей в русле к скорости на внешнем крае прибрежной отмели составляет 0,6. Скорости стоковых и ветро. вых течений в озерах не превышают 0,5 м/с.

Исходные данные для проектирования должны содержать сведения о скоростях течения в местах предполагаемого строительства или прогнозируемых их величинах. Прогноз разрабатывают на основе изучения аналогов, где величины скоростей течений изучены или же известны их последствия (например, в нижних бьефах гидроузлов),

1.4. Элементы волн на открытых и закрытых акваториях и волновые нагрузки определяют по главе СНиП «Руководство по определению нагрузок и воздействий на гидротехнические сооружения (волновых, ледовых и от судов)» [Всесоюзный научно-исследовательский институт гидротехники (ВНИИИГ), Л., 1977], учитывая при этом примеры 1 и 2 прил. 4 настоящего Руководства.

Расчеты элементов волн водохранилищ производят с учетом деления на зоны по глубине, м:

глубоководная — с глубиной #>0,5 А_гя (где Л_гл —средняя длина волны в глубоководной зоне), дно не влияет на основные характеристики волн;

мелководная — с глубиной 0,5Л_Рд^#^#кр, дно влияет на раз*

витие волн и основные их характеристики (Н_кР *— критическая глуби, на воды, при которой происходит первое обрушение волн);

приурезовая — с глубиной менее Я_кп, в пределах которой поток от разрушенных волн периодически накатывается на берег (где Як* — глубина воды, при которой происходит последнее обрушение волн).,

Прибойная — с глубиной от Я_Кр до Я_кц, в пределах которой начинается и завершается разрушение волн, на водохранилищах, как правило, отсутствует, так как уклоны подводных склонов больше 0,05 и Я_кр=Якп.

Сведения натурных наблюдений за скоростями ветра и волнение ем на некоторых водохранилищах и озерах приведены в прил. 1.

В зависимости от типа и конструкции берегового укрепления про* ект должен учитывать: нагрузки и воздействия волн на сооружения откосного профиля; нагрузки от стоячих, разбивающихся и прибойных волн на сооружения вертикального профиля; нагрузки от волн на обтекаемые преграды и сквозные сооружения.

1.5. В проекте должны быть учтены следующие ледовые нагрузки: навалы ледяных полей при штормах и ледоходах; торошение льда; вдольбереговой дрейф ледяных полей и торосов; температурное расширение сплошного ледяного покрова; всплывание отдельных эле. ментов конструкций (например, камней в каменной наброске) вместе с ледяным полем или отдельными льдинами при повышении уровня воды в водоеме, особенно в хвостовых частях водохранилищ; удар отдельных льдин при ветровых нагонах.

Расчет нагрузок от движущихся ледяных полей на откосные бе* реговые укрепления, сооружения с вертикальной передней гранью; от остановившихся ледяных полей, навалов на сооружения под воздействием течения воды и ветра; от сплошного ледяного покрытия при его температурном расширении; от примерзшего к сооружению ледяного покрова при изменении уровня воды выполняют по указаниям главы СНиП «Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)».

Нагрузки от торошения льда и вдольберегового дрейфа торосов за отсутствием методики не рассчитывают, а только определяют на основе данных аналогов, натурных наблюдений и лабораторных исследований.

Береговые укрепления проектируют с учетом опыта эксплуатации водохранилищ и отдельных наблюдений в аналогичных условиях.

При тяжелых ледовых условиях крутизну бетонных откосных укреплений делают не круче 1:3—1:4, так как при таком заложении исключается сползание ледяных массивов. Земляные откосы, особенно неровные, способны удерживать лед от сползания и при более крутых заложениях.

L6. В нижних бьефах гидроузлов, в результате перекрытия реки плотиной, образуется дефицит наносов, распространяющийся вниз по

течению реки (на расположенное ниже водохранилище) иногда на десятки километров. Он способен вызвать на участке проектируемого берегового укрепления необратимый процесс понижения дна водохра. нилища и этим повлиять на устойчивость сооружения. Примером мо« жет служить размыв искусственного песчаного контрфорса в основа*, нии оползневого склона — горы Увек (Саратов). Сначала размыв происходил за счет стоковых течений. После постройки в 1966 г. гре* бенки из 11 подводных бун размыв контрфорса прекратился. Началось накопление наносов между бунами. В 1967 г. перекрытием Волги Саратовским гидроузлом (у Балакова) размыв возобновился из-за уменьшения расхода наносов. В связи с этим был разработан проект укрепления межбунных пространств каменной наброской.

Максимальные скорости течения в межбунных пространствах за 1969—1974 гг. 0,43—1,27 м/с.

Наблюдения за работой подводных бун показали, что с перекрытием Волги плотиной Саратовского гидроузла донные размывы мо< гут оказаться опасными для речных сооружений, например, насосных станций, опор мостов и др.

Тип и конструкция береговых укреплений в значительной степени зависят от характера и направленности деформации дна водохрани. л ища (размывы, аккумулятивные формы). Поэтому для участка реч-ного водохранилища, на котором проектируются береговые укрепления, должны быть выполнены промеры, устанавливающие: величину отложений и глубину размывов, возникающих в необратимом или обратимом процессе; характер и размеры динамических аккумулятивных форм. Такие изыскания в необходимых случаях приобретаю! характер режимных наблюдений. Промерные работы выполняют еже» годно в четыре срока: перед началом зимней сработки водохранилищ ща, во время паводка, после прохода паводка и в конце навигации. Поперечники, по которым выполняются промеры закрепляют на бе< регу постоянными топографическими знаками — реперами с привяз-кой их к координатам абсолютной системе высот. Накладку промеров выполняют на одни и те же профили, что позволяет наглядна проследить за ходом деформации. Протяженность участка, охваченного промерными работами, назначают с учетом его геоморфологиче» ских особенностей, что необходимо для выдачи правильных рекомен даций по проектированию береговых укреплений.

Верхней границей промерных поперечников является коренной бе* per, незатопляемый речными паводками. Протяженность поперечников в сторону водохранилища (нижняя граница промеров) и расстояние между ними должны быть достаточными для выявления всех видов деформаций прибрежной зоны.

Учитывая, что сроки изысканий и проектирования береговых укреплений невелики, организацию промеров считают первоочередной работой и продолжают ее в течение строительного периода и эксплуатации береговых укреплений. Это дает возможность в процессе стро-