Выправление русел рек для судоходства
Классификация и назначение выправительных сооружений
Выправление русла в комплексе с дноуглублением является одним из наиболее рациональных методов поддержания и коренного улучшения судоходных условий на реках.
Выправление рек заключается в устройстве специальных русловых сооружений, под влиянием которых энергия речного потока направляется на углубление мелких мест в речном русле и на удаление продуктов размыва дна вниз по течению или в сторону от судового хода. Эти сооружения увеличивают бытовые скорости течения Vб на некоторую величину D V до значений размывающих скоростей Vразм= Vб+ D V для данного грунта, слагающего дно реки. В результате происходит смыв наносов с гребня переката и предотвращается их отложение в дальнейшем. Через некоторое время на перекате произойдет углубление дна на величину D h, и в пределах судового хода установится расчетная глубина потока hр= hб+ D h, необходимая для движения судов (см. рис. 4.7).
При выправлении затруднительных для судоходства участков рек выполняются следующие виды выправительных работ.
|
|
|
1. Перекрытие излишних емкостей русла полузапрудами или дамбами.
2. Перекрытие второстепенных несудоходных рукавов и проток запрудами.
3. Обеспечение плавного сопряжения потоков в районе островов с помощью продольных струенаправляющих дамб.
Рис. 4.7. Общая схема углубления дна переката
под воздействием выправительного сооружения:
1 – положение дна до выправления; 2 – после выправления
4. Закрепление отдельных участков интенсивно размываемых потоком берегов путем строительства береговых укреплений.
5. Спрямление извилин русла и отторжение крупных побочней в результате разработки дноуглубительных прорезей с возведением выправительных сооружений, перекрывающих старый судовой ход.
6. Закрепление песчаных побочней полузапрудами и рассадками хвороста и др.
Работа в потоке выправительных сооружений исследовались на судоходных реках целым рядом авторов. Следует упомянуть основополагающие в путейской практике работы А.И. Лосиевского [1934], Лохтина В.М. [1948], Маккавеева Н.И. [1964], Дегтярева В.В. [1970, 1981], Гришанина К.В., В.М. Селезнева и др. [1986]. Особенности работы и расчетное обоснование грунтовых выправительных сооружений, в том числе с учетом ледового воздействия исследовались в работе В.А. Седых [2002]. Природоохранные аспекты выправления русел рек для судоходства и вопросы устойчивости русел судоходных рек рассматривались в работе [Гладков и др., 2005]. Авторами данных исследований было разработано соответствующее расчетное обоснование, используемое при проектировании выправительных сооружений на внутренних водных путях.
|
|
|
Ниже приводится краткий обзор полученных результатов для ознакомления читателя с основными принципами выправления русел рек для судоходства. Для использования этих рекомендаций в инженерной практике, следует обратиться к соответствующим нормативным и руководящим материалам [Руководство…, 1971; 1974; 1992], которые прошли к настоящему времени широкую апробацию на водных путях.
Различают две системы выправления русел рек – сплошное и выборочное выправление. При сплошном выправлении сооружения строятся по всей длине судоходного участка реки. Это позволяет обеспечить необходимые глубины на участке большого протяжения. Такая система успешно применяется на судоходных реках Западной Европы, имеющих, как правило, крупнозернистые грунты донных отложений.
В России для обеспечения судоходных условий на реках преимущественно применяется система выборочного выправления. Сооружения в этом случае возводятся на отдельных перекатах, или служат для выправления сложноразветвленных участков рек. С помощью выправительных сооружений удается закрепить положение выправительной трассы и обеспечить судоходные глубины на мелководных участках. Плесовые лощины при выборочном выправлении остаются в естественном состоянии.
|
|
|
Выправительные сооружения по принципу воздействия на движение потока (по Снищенко Б.Ф., [1976, 1982]) подразделяются на сооружения активного и пассивного принципа действия.
К активным сооружениям относятся полузапруды, запруды и струенаправляющие дамбы; к пассивным – береговые укрепления. Сооружения активного действия оказывают существенное воздействие на поток, т.к. изменяют режим скоростей течения воды и условия транспорта наносов в зоне их влияния. Пассивные сооружения такого воздействия на русловой процесс не оказывают.
Основным видом выправительных сооружений при устройстве выправительной трассы на реках являются полузапруды. Полузапруды представляют собой водостеснительные сооружения (рис. 4.8), которые перекрывают часть поперечного сечения русла на перекате.
|
|
|
Рис. 4.8. Полузапруда: а – план; б – разрез по оси сооружения;
1 – тело полузапруды; 2 – зона размыва дна; 3 – ось судового хода
Таким образом, они перераспределяют расход воды по ширине русла, увеличивая при этом скорости течения в границах выправительной трассы и на судовом ходу. В результате, под действием увеличенной скорости течения происходит размыв дна и достигается заданная глубина в пределах судового хода. Шириной выправительной трассы принято называть часть ширины речного русла, не занятую сооружениями. При этом ширина судового хода Bсх всегда меньше ширины выправительной трассы Bт.
Поэтому полузапруды являются выправительными сооружениями преимущественно меженного действия. Весной их работа сводится, в основном, к отвлечению донных струй и влекомых наносов за пределы выправительной трассы.
Количество полузапруд, их расположение на перекате и размеры зависят от особенностей речных русел и затруднительных участков. Общая схема расположения полузапруд на наиболее часто встречающихся затруднительных для судоходства перекатах с затонской частью показана на рис. 4.9.
на перекате с затонской частью
Основными сооружениями в этой схеме являются полузапруды под номерами 1 и 2, перекрывающие затонскую часть. Они предназначены для сосредоточения потока в пределах выправительной трассы и ликвидации свальных течений. Под воздействием этих сооружений поток отклоняется в сторону судового хода, где происходит увеличение скоростей течения воды. В результате происходит размыв дна и углубление переката для обеспечения беспрепятственного прохождения судов с расчетной осадкой.
При этом длина полузапруд, их количество и расположение зависят от ширины выправительной трассы и длины гребня переката. Для перекрытия неразвитой затонской части и короткого гребня переката можно ограничиться одной полузапрудой, а на перекатах с сильно развитой затонской частью и длинным гребнем приходится возводить две или три полузапруды для того, чтобы произошел равномерный размыв дна по всей длине гребня переката.
Полузапруды 3 и 4 являются вспомогательными. Они способствуют закреплению и наращиванию по высоте нижнего побочня и закреплению кромки выправительной трассы, расположенной у противоположного берега. Полузапруды 5 и 6 тоже вспомогательные. Они возводятся с целью обеспечить закрепление и наращивание по высоте верхнего побочня и препятствовать перемещению наносов от верхнего побочня через гребень переката на нижний побочень. Вспомогательные полузапруды 3-6, также как и основные 1-2, предназначены для сосредоточения потока в границах выправительной трассы и плавного его направления из верхней плесовой лощины в нижнюю лощину через гребень переката.
При коренном улучшении для судоходства перекатов с затонской частью схема расположения полузапруд на участке изменяется в зависимости от морфологии русла и местных особенностей. Так, при высоком верхнем побочне и его медленном перемещении вниз по течению отпадает необходимость возведения на нем вспомогательных полузапруд, обозначенных на схеме номерами 5 и 6. При высоких отметках нижнего побочня полузапруды 3 и 4 также не возводятся, так как их роль выполняет сам побочень. Когда оба побочня высокие и имеют устойчивое положение, на участке устраиваются только основные полузапруды 1 и 2, обеспечивающие перекрытие затонской части и углубление гребня переката.
Полузапруды на перекате располагаются либо перпендикулярно к основному направлению течения воды или под небольшим углом 10-15° против течения. Такое расположение обеспечивает повышение отметок побочней за счет отложения наносов перед сооружениями и создает благоприятный режим движения потока и наносов по выправительной трассе, способствуя углублению переката.
Запруда (рис. 4.10) представляет собой выправительное сооружение, которое перекрывает несудоходный рукав от одного берега до другого. Она перераспределяет расход воды в реке между рукавами, увеличивая скорости течения в судоходном рукаве, вследствие чего происходит углубление расположенных там перекатов.
В большинстве случаев запруды, так же как и полузапруды, являются сооружениями меженного действия. Поэтому наиболее сильное влияние на перераспределение расходов между рукавами они оказывают при низких уровнях воды. При высоких уровнях запруды оказываются затопленными, и их влияние на поток становится меньше. В этот период запруды способствуют отложению наносов в перекрытых рукавах на участке от приверха острова до створа сооружения, что является благоприятным фактором, обеспечивающим постепенное уменьшение емкости несудоходных рукавов и одновременное развитие судоходного рукава.
Рис. 4.10. Запруда: а – план; б – разрез по оси сооружения;
1 – телозапруды; 2 – зона размыва; 3 – ось судового хода
Возможны три основных варианта возведения запруды:
- у ухвостья острова (в нижнем конце несудоходного рукава);
- в середине несудоходного рукава;
- у приверха острова.
Первый вариант расположения запруды с гидравлической точки зрения является наиболее предпочтительным, так как в этом случае весь несудоходный рукав является зоной возможного отложения наносов вплоть до створа сооружения, что способствует быстрому его отмиранию. Существенным недостатком этого варианта являются низкие отметки берега в районе ухвостья острова, что не позволяет надежно укрепить корень запруды на островном берегу. В этом случае створ сооружения приходится располагать выше по течению реки.
Второй вариант расположения запруды характеризуется тем, что условия для отложения наносов создаются только в пределах части несудоходного рукава от приверха острова до створа сооружения. Ниже запруды происходит размыв дна и углубление несудоходного рукава, т.к. поток, переливающийся через сооружение, имеет повышенную турбулентность и содержит малое количество наносов.
Третий вариант расположения запруды является удобным для производства работ, т.к. в этом случае к месту возведения легко могут подойти суда со строительными материалами. Однако этот вариант расположения запруды имеет и существенные недостатки.
Во-первых, из-за наличия преграды в истоке несудоходного рукава весь твердый сток в меженный период времени поступает в судоходный рукав. Поэтому, несмотря на увеличение скорости течения, ожидаемого углубления перекатов в судоходном рукаве может не произойти.
Во-вторых, устройство запруды в начале несудоходного рукава может привести к увеличению глубин в нем вследствие перелива через запруду осветленного потока с повышенной турбулентностью.
И, наконец, сооружения, возведенные по этому варианту, обычно оказываются большой длины и подвергаются воздействию ледохода в весенний период времени.
В практике путевых работ запруды обычно возводятся по одному из этих вариантов с учетом местных особенностей затруднительных участков. При необходимости, по длине несудоходного рукава может быть построено несколько запруд.
Дамбы (рис. 4.11) являются продольными струенаправляющими сооружениями. Они предназначены для направления течения воды в сторону судового хода и для обеспечения плавного сопряжения потоков на участках их слияния. Дамбы способствуют ликвидации вредного влияния растекания потока – свальных течений в боковые емкости русла и второстепенные протоки и рукава, в результате чего обеспечивается улучшение судоходных условий на затруднительных участках рек.
Рис. 4.11. Струенаправляющая дамба: а – на перекате; б – на островном участке; 1 – тело дамбы; 2 – зона размыва; 3 – ось судового
хода
Струенаправляющие дамбы обычно возводятся достаточно высокими – до 2-3 и более метров над меженным уровнем воды. Поэтому они эффективно работают в потоке не только при низких уровнях, но и весной, на спаде половодья.
При этом больший период времени они находятся в незатопленном состоянии, обеспечивая движение основной части расхода воды вдоль судоходной трассы. В результате такого воздействия происходит смыв наносов со дна реки и предотвращается их дальнейшее осаждение на судовом ходу. Таким образом, обеспечиваются необходимые габариты судового хода на затруднительном участке реки.
Береговые укрепления (рис. 4.12) являются сооружениями пассивного действия.
Рис. 4.12. Береговое укрепление: а – план; б – поперечный разрез;
1 – надводная часть укрепления; 2 – подводная часть; 3 – ось судово-
го хода; направление течения
Они возводятся, в основном, для предохранения откосов берегов от размыва, что способствует ограничению плановых деформаций русла и созданию благоприятных условий для судоходства на затруднительных участках рек. Берегоукрепительные сооружения уменьшают поступление наносов на расположенные ниже по течению перекаты, способствуют глубинной эрозии и улучшают состояние перекатов для судоходства.
Конструкцию выправительных сооружений выбирают в зависимости от расчетного срока его службы и местных условий на затруднительном участке реки: глубины и скорости течения, условий пропуска ледохода, наличия местных строительных материалов и строительного оборудования для их возведения и др.
При возведении выправительных сооружений в настоящее время применяют такие строительные материалы, которые позволяют наиболее полно механизировать процесс строительства. Поэтому для их возведения чаще всего применяют камень, грунт, сваи и бетонные плиты.
Многие годы для строительства выправительных сооружений широко применялся хворост – почти повсеместно распространенный материал на берегах рек. Однако в связи с трудностями механизации строительных работ и требованиями экологов последние годы использование хвороста для возведения выправительных сооружений резко сократилось.
Различают следующие конструкции русловых выправительных сооружений, применяемых при коренном улучшении судоходных условий на затруднительных участках рек:
- сооружения из каменной наброски;
- сооружения из грунта (намывные и насыпные);
- свайные и свайно-грунтовые сооружения;
- береговые укрепления из бетонных плит и железобетонных тюфяков.
С экологической точки зрения и по технологии производства работ наиболее эффективным следует считать в перспективе применение сквозных свайных выправительных сооружений на реках. Такие сооружения, наряду с обеспечением судоходных глубин на затруднительном участке, позволяют решать задачи регулирования транспорта русловых наносов. Однако нужно признать, что практического опыта использования сквозных выправительных сооружений для регулирования русел рек пока недостаточно.
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 1708; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!