Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Эксплуатация регуляционных грунтовых сооружений для регулирования русловых процессов и особенности расчетного обоснования их конструкций 7
1.1. Устойчивость регуляционных грунтовых сооружений 7
1.2. Особенности расчетного обоснования плановой компоновки и элементов конструкций регуляционных грунтовых сооружений для регулирования русловых процессов 31
ГЛАВА 2. Воздействие течения на регуляционные грунтовые сооружения 35
2.1. Состав и расположение речных регуляционных сооружений на перекатах 35
2.2. Влияние ширины и шероховатости гребня речных регуляционных сооружений и степени стеснения потока на скоростной режим 42
ГЛАВА 3. Воздействие ледовых нагрузок на регуляционные грунтовые сооружения 48
3.1. Экспериментальные исследования воздействия ледовых нагрузок на грунтовые сооружения 48
3.2. Теоретические исследования воздействия льда на грунтовые сооружения 60
3.3. Исследование режима обтекания грунтовых сооружений с целью снижения ледовых нагрузок 73
3.3.1. Расчет поля скоростей в районе установки грунтовых сооружений 73
3.3.2. Математическая модель движения ледяного поля на подходе к верхней полузапруде 76
ГЛАВА 4. Воздействие волн на грунтовые регуляционные сооружения 85
4.1. Набегание волн на откос 85
4.2. Определение параметров крепления из каменной наброски откосов грунтовых сооружений устойчивых волновым нагрузкам 96
ГЛАВА 5. Особенности использования регуляционных грунтовых сооружений для обеспечения безопасности судоходства и предотвращения чрезвычайных ситуаций 109
ГЛАВА 6. Итоги внедрения в практику проектирования и производства 121
Заключение 124
Список литературы 128
- Особенности расчетного обоснования плановой компоновки и элементов конструкций регуляционных грунтовых сооружений для регулирования русловых процессов
- Влияние ширины и шероховатости гребня речных регуляционных сооружений и степени стеснения потока на скоростной режим
- Математическая модель движения ледяного поля на подходе к верхней полузапруде
- Определение параметров крепления из каменной наброски откосов грунтовых сооружений устойчивых волновым нагрузкам
Введение к работе
Актуальность работы определяется необходимостью широкого использования регуляционных грунтовых сооружений для восстановления и развития внутренних водных путей, а так же предотвращения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций на реках.
Будущее речного транспорта России неразрывно связано с развитием народного хозяйства Западной и Восточной Сибири, Крайнего Севера и Дальнего Востока. Для освоения огромных просторов с колоссальными запасами нефти, газа, угля, металлов, леса и других полезных ископаемых роль перевозок массовых грузов по водным путям все более возрастает.
За последние годы в Сибири накоплен значительный опыт использования регуляционных грунтовых сооружений, удельный вес которых в общем объеме путевых работ в последние годы значительно возрос. Это связано, прежде всего, с возможностями удешевления работ и сокращения сроков строительства за счет использования местного грунта для их возведения. Аналогичная ситуация наблюдалась в 50—60-е годы прошлого столетия, когда из-за отсутствия в то время мощного дноуглубительного флота решить поставленные задачи удалось с помощью строительства грунтовых регуляционных сооружений.
Основной целью установки грунтовых регуляционных сооружений является создание уровенно-скоростного режима, обеспечивающего углубление русла, предотвращения и ликвидации чрезвычайных ситуаций на реках.
К примерам таких решении относится проведение регуляционных работ на реках Тура, Тобол, Конда, Обь, Томь, Казым, Надым, Енисей и Верхняя Лена. Однако следует отметить, что грунтовые регуляционные сооружения подвержены воздействию течения, судовых и ветровых волн, ледохода, вследствие чего наблюдается их разрушение и требуется выполнение ремонтно-восстанови-тельных работ.
Расчетное обоснование проектирования грунтовых регуляционных сооружений выполняется на основе солидной научной базы, созданной такими учеными, как В. В. Баланин, К. В. Гришанин, В. В. Дегтярев, Б. Н. Кандиба, И. М. Коновалов, Н. С. Лелявский, В. М. Лохтин, Б. А. Пышкин, Н. А. Ржани-цын, В. М. Селезнев и др. При этом использовались одномерные и плоские математические модели течения. Применение вычислительной техники позволило разработать более эффективные и адекватные математические модели течения, обеспечивающие учет рельефа и планового положения русла. Однако, в достаточной мере, в существующих методиках эти возможности не реализованы. Изменилась также аппаратура, позволяющая более точно измерять нагрузки и следить за процессами разрушения сооружений. Вследствие этого возникла необходимость на основе последних достижений теории руслового процесса, гидродинамики, механики грунтов и ледотехники разработать более приемлемые по точности методы расчетного обоснования грунтовых регуляционных сооружений.
Целью работы является разработка и уточнение расчетных методов для проектирования компоновки и элементов конструкций фунтовых регуляцион-
„ НАЦИОНАЛЬНАЯ!
3 \'~ БИБЛИОТЕКА
С.Петербург *Ъд »
ных сооружений для управления русловыми процессами на реках Сибири и Дальнего Востока.
Для достижения поставленной цели необходимо решить комплекс задач, включающих:
анализ и оценку основных факторов, влияющих на устойчивость фунтовых регуляционных сооружений;
гидравлическое обоснование места расположения верхнего в системе сооружения и последующей компоновки полузапруд;
исследование влияния поля скоростей на устойчивость элементов конструкций фунтовых регуляционных сооружений;
проведение натурных и лабораторных исследований с целью обоснования расчетной схемы разрушения фунтовых регуляционных сооружений от воздействия ледовых нафузок;
разработку методов компоновки фунтовых регуляционных сооружений, обеспечивающих уменьшение ледовых нафузок;
усовершенствование методики расчета параметров судовых и ветровых волн, воздействующих на фунтовые регуляционные сооружения;
уточнение методики определения параметров крепления фунтовых регуляционных сооружений, наиболее перспективным способом — каменной наброской;
оценку особенностей использования фунтовых регуляционных сооружений для предотвращения и устранения последствий чрезвычайных ситуаций на реках.
Научная новизна работы заключается в следующем:
впервые решена задача по гидравлическому обоснованию места расположения верхнего в системе сооружения и последующей компоновки полузапруд;
получена расчетная зависимость для определения расстояний между сооружениями на основе теоремы об изменении количества движения;
на основе решения плановой задачи гидравлики разработана и реализована математическая модель течения, которая позволяет обосновать расчетами компоновку системы фунтовых регуляционных сооружений для уменьшения ледовых воздействий;
на основе экспериментальных исследований уточнен механизм разрушений фунтовых регуляционных сооружений от ледовых нафузок и получена расчетная зависимость для определения их размеров;
предложены расчетные формулы для определения параметров крепления фунтовых регуляционных сооружений каменной наброской (диаметра камня и толщины крепления) в более широком диапазоне изменения действующих нафузок и размеров сооружений;
-разработана математическая модель распространения и воздействия волн (как судовых, так и ветровых) на фунтовые регуляционные сооружения, учитывающая их геомефические парамефы и реальный рельеф русла.
Практическая значимость и реализация результатов исследований.
Рекомендации данной работы использованы при проектировании регуля-
ционных грунтовых сооружений на перекатных участках рек Сибири и Дальнего Востока. В частности, в Обском бассейне выполнен комплекс работ по расчетному обоснованию грунтовых регуляционных сооружений на реках Обь, Катунь, Чарыш и Чулым. В Иртышском — на реках Иртыш, Тура, Казым и Конда.
По приведенным объектам выполнялись расчеты по обоснованию планового положения и размеров грунтовых регуляционных сооружений. Характерными примерами запроектированных и построенных сооружений являются система полузапруд на Смоленском перекате реки Катунь, продольное сооружение на Альмяковском перекате реки Чулым, полузапруды на перекатах Богородском реки Обь, Нижне-Белоярском реки Казым, Филинском реки Иртыш, Подбулыгинском реки Тура, Нижне-Алтайском реки Конда.
С учетом результатов выполненных исследований автором разработаны программы реконструкции полузапруд для всей Верхней Лены, рек Казым и Катунь, которые приняты и успешно реализуются в бассейнах. Предложения по обоснованию крепления грунтовых регуляционных сооружений каменной наброской от воздействия судовых и ветровых волн нашли широкое применение при разработке проектов, выполняемых проектным институтом АО «Сибреч-проект». На следующих объектах: участке реки Оби в районе строительства мостового перехода автодороги «Байкал»; берегоукрепления системой фунтовых регуляционных сооружений у поселка Комсомольский на р. Чулым. Основные рекомендации работы используются в практике проектирования в Обском, Обь-Иртышском, Ленском и Амурском ГБУВПиС. Кроме того они вошли в учебник «Гидроэкология на внутренних водных путях» (авторы В. М. Ботвинков, В. В. Дегтярев, В. А. Седых), книгу «Русловые процессы и водные пути на реках Обского бассейна» (под редакцией Р. С. Чалова, Е. М. Плескевича, В. А. Баулы), в ряд учебно-методических пособий, и также широко используются в дипломном проектировании.
Наиболее массовое внедрение нашли рекомендации по оценке воздействия ледохода на грунтовые регуляционные сооружения и разработке мероприятий по предотвращению чрезвычайных ситуаций в Амурском, Ленском и Обь-Иртышском бассейнах.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научных конференциях и семинарах профессорско-преподавательского состава НГАВТа (1997—2002 г.г.), научно производственных межбассейновых конференциях (Омск — 1993 г., Усть-Кут — 1995 г.), международных и всероссийских пленарных совещаниях межвузовского координационного Совета по проблемам эрозионных, русловых и устьевых процессов при МГУ (1997— 2001 г.г.), региональных совещаниях по предотвращению чрезвычайных ситуаций (1999—2000 г.г.), технических Советах Ленского, Иртышского и Обского бассейнов.
Основное содержание работы изложено в 17 публикациях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы, который включает 162 наименования, и содержит 143 страницы машинописного текста, включая 45 рисунков, 7 таблиц.
Особенности расчетного обоснования плановой компоновки и элементов конструкций регуляционных грунтовых сооружений для регулирования русловых процессов
Плановая компоновка грунтовых регуляционных сооружений в настоящее время базируется на солидной исследовательской базе, подготовленной такими учеными как: В. В. Баланин /5, 6, 7/, В. М. Ботвинков /16, 17, 18, 19/, К. В. Гришанин /28, 29/, В. В. Дегтярев /33, 34, 35/, В. В. Дегтярев (мл.) /36/, И. М. Коновалов /50, 51/, В. М. Селезнев /29/, Ф. М. Чернышов /111/, и др.
При этом решаются задачи по определению отметки гребней и протяженности сооружений, расстояний между сооружениями, их планового очертания. Следует отметить, что предложенные этими авторами расчетные методы прошли широкую апробацию, которая подтвердила высокую эффективность. В то же время практика выправления перекатов показала, что из-за отсутствия обоснованных рекомендаций по выбору места установки начального сооружения, последующие зачастую подвержены повышенному воздействию, прежде всего течения, ледовых и волновых нагрузок. Это потребовало выполнить комплекс исследований по разработке методов обоснования выбора начального створа установки регуляционных сооружений и скорректировать последующие методы проектирования сооружений из грунта.
Приведенные в разделе 1.1 данные натурных обследований регуляционных сооружений из грунта показали, что основной причиной их разрушения является воздействие течения, ледохода, судовых и ветровых волн.
Течение предопределяет устойчивость от размыва тело сооружения: откосов и гребня. Первая задача определяется по условиям перелива. При этом основными расчетными методами является метод ЛИИВТа (В. М. Селезнев, Ф. М. Чернышов) и НИИВТа (В. В. Дегтярев, А. Т. Иващенко), основанные на лабораторных исследованиях. Первая методика учитывает наличие системы сооружений. Вторая — предназначена для расчета одиночного сооружения, устанавливаемого под различными углами по отношению к делению. Обе методики, кроме того, не предусматривают выбор створа установки первого в системе сооружения.
Воздействие течения на откосы базируются на определении скоростей обтекания, которые зависят, как показали исследования И. М. Коновалова /51/, В. В. Дегтярева /33/ и Н. П. Жигалина /40/ от степени стеснения потока регуляционными сооружениями. Вышеперечисленные авторы рекомендуют эмпирические зависимости для определения величин скоростей обтекания, в которых не учитывается плановое расположение регуляционных сооружений, что требует разработки расчетных методов, позволяющих определять скорости обтекания регуляционных сооружений при различном плановом очертании. Эту задачу в современных условиях можно решить на основе достижений, полученных в последние годы в реализации плановых задач гидравлики. Ледовые нагрузки являются одним из главных факторов для определения устойчивости грунтовых регуляционных сооружений, зависящей от ширины по гребню и коэффициента заложения откосов.
Заслуживают внимания комплексные исследования зимнего режима рек и воздействия льда на сооружения, выполненные Е. В. Близняком /14, 15/ на реке Енисей, Б. В. Поляковым /15/, на реке Волге, В. И. Родичевым /77/ на реках Волхов и Свирь и т. д. Значительный вклад в изучение ледовых воздействий внесли русские исследователи: Н. Д. Антонов, В. Т. Бовин, П. И. Быдин, Е. И. Иогансон, В. Е. Тимонов и др.
В последующий период были проведены исследования по ледотехнике В. В. Баланиным /5, 6/, И. П. Бутягиным /20, 21, 22/, Б. П. Вейнбергом /24/, В. В. Дегтяревым /34/, И. М. Коноваловым /50/, К. Н. Коржавиным /52, 53, 54/, Б. Мишелем /141/, В. К. Моргуновым /65, 66/, Д. Ф. Панфиловым /69, 70/, Ф. М. Чернышевым /22/ и др.
Наряду с имеющимся большим практическим опытом, наличием завершенных исследований по некоторым вопросам обеспечения устойчивости сооружений ледовым воздействиям, к настоящему времени рассматриваемая проблема не получила окончательного завершения.
Вопросы устойчивости грунтовых речных регуляционных сооружений от ледовых воздействий разработаны и освещены в литературе еще в меньшей степени, особенно, в части установления их габаритов и плановой компоновки.
Известно, что характер силового воздействия льда на регуляционные сооружения, а также причины их повреждения или разрушения определяются, главным образом, высотным положением гребней по отношению к уровням ледохода, шириной по верху, расстояниями между сооружениями, размерами по длине и углом наклона сооружений к потоку.
Положительно оценивая выполнение исследования и полученные расчетные рекомендации по определению ширины по гребню и откосов сооружений устойчивых от ледовых нагрузок следует отметить и ряд недостатков: во-первых разрушение тела сооружений происходит не по схеме среза, а по схеме выпора грунта, что подтверждается выполненными натурными исследованиями; во-вторых устойчивость откосов от воздействия ледовых нагрузок зависит не только от коэффициента их заложения, но и связана с шириной по гребню. Кроме того, ранее в работах не рассматривался вопрос о снижении ледовых нагрузок за счет рациональной компоновки сооружений на основе исследования движения ледовых полей.
Известно, что волновые нагрузки от судовых и ветровых волн оказывают разрушающее воздействие на грунтовые регуляционные сооружения. Это подтверждается исследованиями многих авторов и полученными нами натурными данными.
Параметры волн: судовых и ветровых, рекомендуется в настоящее время определять по СНИП 2.06.04—82 . При этом не учитывается распространение волны по акваториям и рельеф русла, что в конечном итоге приводит к большим погрешностям в определении параметров судовых и ветровых волн, воздействующих на грунтовые регуляционные сооружения. Эта проблема требует решения задачи о распространении волн в русле реки произвольного профиля.
Приведенный обзор позволил нам определить основные задачи по созданию методов проектирования грунтовых регуляционных сооружений от воздействия течения, ледовых и волновых нагрузок.
Влияние ширины и шероховатости гребня речных регуляционных сооружений и степени стеснения потока на скоростной режим
Для изучения воздействия ледовых нагрузок на грунтовые регуляционные сооружения нами были выполнены натурные исследования на реках Иртыш, Лена, Казым, Обь и Чарыш. Программа натурных исследований включала следующее: визуальное наблюдение и фотографирование обстановки перед и во время весеннего ледохода; определение размеров грунтовых регуляционных сооружений с использованием продольной и поперечной нивелировок; инструментальные измерения (теодолитами) траекторий движения льда в районе сооружений и определение размеров отдельно плавающих льдин; визуальное и инструментальное установление характера деформации льдин и элементов конструкций сооружений; измерение ледовых нагрузок при навале льда на сооружения.
В период весеннего ледохода выполнен цикл натурных наблюдений за воздействием льда на грунтовые полузапруды, расположенные на Нижне-Каменском перекате реки Чарыш, притоке Оби. На этом перекате для улучшения судоходных условий были построены две полузапруды, плановая компоновка которых показана на рис. 3.1. Основные характеристики нижнего сооружения — основного объекта исследований: длина 92 м, ширина по гребню 5,0 м, превышение отметки гребня над проектным уровнем воды 7,0 м, коэффициенты заложений напорного и сливного откосов соответственно равны 2,0 и 2,5.
Для защиты головы полузапруды от воздействия льда была возведена шпора длиной 30,0 м, ориентированная против направления течения.
В первый день наблюдений — закраины. Сплошной ледовый покров. За сооружением свободная ото льда зона. Со стороны напорного откоса битый лед, размеры льдин в среднем составляли 3,0 х 7,0 м. К 12.00 возникли подвижки льда, сопровождающиеся потрескиванием. В 16.30 начался ледоход, скорость движения льдин 1,0-:-2,0 м/с, толщина льда 0,6- 0,8 м. Основные нагрузки от ледохода, в этот период, воспринимались головной частью шпоры и ее речным откосом. Напорный откос полузапруды воспринимал нагрузки от навала отдельных льдин, которые врезались в грунт сооружения.
Второй день наблюдений. Произошла остановка ледохода. Отмечается значительное воздействие льда на голову и речной откос шпоры. Фашины, устроенные для крепления шпоры, получают разрушения. Происходит наползание льда на шпору с высотой нагромождения до 1,50 м.
В третий день наблюдений — с утра подвижка льда, сопровождающаяся дальнейшим нагромождением льда на шпору. Фашины сорваны в сторону берега. Речной откос шпоры получил значительные повреждения. Днем отмечено резкое повышение уровня воды, которое вызвало движение льда на всем участке. В районе напорного откоса полузапруды наблюдались значительные подвижки битого льда, сопровождающиеся врезанием льдин в тело сооружения и их наползанием на берега и уположенные участки тела полузапруды. Вследствие резкого подъема уровня и подвижек льда произошло отторжение корня полузапруды от берега. В период натурных наблюдений производились измерения нагрузок ото льда на тело сооружения.
В результате измерения сил давления льда установлена зависимость между размерами льдин, толщиной льда и скоростью его перемещения. Так, для льдин размером 6,0 х 3,0; 10,0 х 5,0; 10,0 х 8,0 м напряжения сжатия соответственно составили (0,2, 1,4, 2,1) 104 Па.
По результатам натурных наблюдений на Нижнее-Каменском перекате р. Чарыш можно заключить о недостаточной устойчивости ледовым воздействиям конструкции исследуемых полузапруд, прежде всего выражающихся в интенсивном разрушении головных частей, вследствие значительных скоростей движения ледяных полей, вызывающих соответствующие ледовые нагрузки. Отмечается относительная устойчивость средней части полузапруды, которую можно объяснить отсутствием перелива через ее гребень и остановкой битого льда в непосредственной близости от напорного откоса, который воспринимает как динамические, так и статические нагрузки ледяных полей на подходе к сооружению. Взаимодействие льда с откосами полузапруды выражается врезанием его и выпором грунта при навале льда на крутые откосы и наползанием льдин на уположенные участки откосов.
Объектом исследований на реке Лене было сооружение, защищающее акваторию Якутского речного порта от заносимости и ледохода. Основные конструктивные элементы сооружения: длина 830 м, ширина по гребню 6,0 м, отметка гребня над проектным уровнем воды 5,0 м, коэффициенты заложений напорного и сливного откосов соответственно равны 2,0 и 3,0, крепление откосов каменной наброской и монолитным грунтобетоном. Толщина льда во время ледохода 1,50-И ,70 м, скорость движения льдин на подходе к сооружению до 1,50 м/с. В задачу исследований входило определение нагрузки от навала ледяных полей и оценка взаимодействия льда с откосами сооружений. Размеры льдин на подходе к сооружению изменялись в пределах 1,0 х 1,2 до 6,0 х 7,0 м; напряжения сжатия составляли от (0,9 -г 2,8) 104 Па.
Проведенные наблюдения показали, что наибольшему разрушению были подвержены участки откосов, укрепленные плохо состыкованными грунтобе-тонными плитами, имевшими выступы, что способствовало их смещению под действием движущегося льда. На пологих участках откоса и на гребне сооружения видимых разрушений не произошло; при перемещении льда по контуру сооружения происходила его остановка и последующее торошение.
Математическая модель движения ледяного поля на подходе к верхней полузапруде
Вопросы безопасности судоходства и предотвращения чрезвычайных ситуаций на реках бассейна весьма актуальны. В период стабильного развития на реках бассейнов выполняется комплекс работ по решению этих вопросов силами Государственных бассейновых управлений водных путей и судоходства во взаимодействии с Региональными бассейновыми водохозяйственными управлениями, управлениями по делам ГО и ЧС и местными административными органами.
Реформирование экономики и перестройка управления хозяйственным комплексом привели к трансформации сложившейся до этого и нормально функционирующей системы. Особенно негативное влияние оказало резкое сокращение финансирования этих работ из федерального и региональных бюджетов. Это недофинансирование привело к резкому сокращению всех видов путевых работ, в первую очередь, дноуглубительных, вьшравительных и берегоукрепительных.
Большинство используемых для судоходства рек бассейнов, включая магистральные реки, пришли в бытовое состояние: на всех боковых и малых реках сняты гарантированные габариты пути; резко сокращены они на остальных реках; освещаемая судоходная обстановка действует лишь на коротких, наиболее затруднительных для судоходства участках; производится постепенный переход на светоотражательную обстановку.
Все это предопределило ухудшение условий планирования и, в целом, безопасности судоходства. В такой ситуации путейцы смогли, несмотря на все трудности, обеспечить предотвращение аварий судов, но при этом транзитный флот эксплуатируется с неполной загрузкой, что привело к удорожанию перевозок. Восстановление водных путей и освоение боковых и малых рек требует не только увеличения финансирования, пополнения и ремонта технического флота, оборудования и реконструкцию гидротехнических сооружений, но и разработку научно-обоснованных методов улучшения судоходных условий. При этом следует учитывать, что ухудшение условий судоходства сопровождается созданием чрезвычайных ситуаций на реках бассейна, что требует изучения накопленного опыта по их предотвращению и устранению. Наибольшую опасность представляют собой аварийные ситуации с судами, связанные с разливами нефтепродуктов, попаданием в реку отравляющих и загрязняющих веществ. На внутренних водных путях разработана программа по предотвращению и устранению подобных аварий, включающая в себя приобретение и ввод в эксплуатацию экологического и пожарного флота, создание пунктов по приему и переработке загрязненных вод, обеспечение надежной связи. Эта программа должна быть реализована к 2010 г.
Опыт показывает, что чрезвычайные ситуации в бассейнах связаны с проявлением следующих негативных явлений: - размывом берегов и разрушением расположенных на них береговых объектов; - понижением уровней воды; - регулированием стока водохранилищами без учета требований судоходства, обеспечения безаварийной работы водозаборных и водосбросных сооружений; - продолжением разработки карьеров нерудных строительных материалов без должного научного обоснования влияния этих работ на русловые процессы, гидрологический режим и судоходные условия; - проектированием мостовых и подводных переходов без соблюдения нормативных условий при выборе створов их расположения; - образованием заторных явлений и затоплением территорий населенных пунктов и хозяйственных объектов; - образованием зон отложения радиоактивных элементов, тяжелых металлов и загрязняющих веществ. Наблюдающиеся интенсивные размывы берегов ухудшают судоходные условия и способствуют увеличению стока наносов в руслах рек (одна из причин повышения отметок гребней перекатов), но и приводят к смыву жилых и производственных объектов. В качестве примеров такого рода в Обском бассейне можно привести размыв берега и снос домов на перекате Совхозном реки Катунь, подмыв и отступание правого берега Фоминской протоки, левого берега у пос. Белово и Ягодное, в районе г. Каргасок на реке Обь, на перекатах Альмяковском, Первомайском и Тогурском реки Чулым, на которых расположены населенные пункты. Здесь положение на сегодня уже критическое и требует проведения аварийно-спасательных работ. Этот список можно продолжить по рекам Томи, Кети, Чарышу, Чулыму, Иртышу, Туре, Тоболу и т.д.
Результаты исследований, выполненные в НГАВТе по заявкам местных администраций, и обобщение накопленного опыта позволяют рекомендовать как наиболее эффективные два варианта аварийно-спасательных работ по закреплению береговой полосы: спрямление излучин рек и применение активных методов укрепления берегов, включающих сочетание берегозащитных шпор и пляжа. На рис. 5.1 приведен пример эффективного выполнения работ на р. Чулым у пос. Альмяково за счет спрямления, а на рис. 5.2 — укрепления левого берега у пос. Ягодное системой берегозащитных шпор и пляжа, причем разработка карьеров для их намыва обеспечивает отвод динамической оси потока от размываемого берега. Работы на р. Чулыме были выполнены в навигацию 1992 г. размыв берега прекратился, но проведение ежегодных ремонтных работ потребовало возведения продольного сооружения из грунта без крепления. Работы у пос. Ягодного планируется выполнить в навигацию 2001 г. Из-за отсутствия средств на выполнение работ у с. Фоминского на р. Оби и пос. Комсомольского на р. Чулыме подобные работы не выполнены, хотя на последнем реальна угроза размыва кладбища (одна улица до него уже смыта) и прорыва русла реки к железной дороге Асино — Белый Яр.
Определение параметров крепления из каменной наброски откосов грунтовых сооружений устойчивых волновым нагрузкам
Ощутимое понижение уровня воды наблюдается в нижних бьефах ГЭС. Главной причиной этого является добыча нерудных строительных материалов (на обоих объектах) и размыва русла в нижнем бьефе водохранилища.
Вызывает тревогу несогласованность работы ГЭС с требованиями судоходства и обеспечения безопасности водозаборных и водосбросных сооружений в нижнем бьефе. В осенне-меженный период ГЭС не обеспечивают требуемый минимальный судоходный расход воды, что приводит к срыву глубин на участке и ставит под угрозу нормальное функционирование водозаборов, затонов для отстоя флота и работу очистных сооружений. В то же время в период половодья из-за низкой точности прогнозирования весеннего стока периодически происходит переполнение водохранилища и, как следует, — объемные холостые сбросы воды, ведущие к затоплению территорий в нижнем бьефе.
Улучшение эффективности регулирования стока может быть достигнуто только за счет согласованных действий всех заинтересованных организаций и их персональной ответственности.
Исследования влияния русловых карьеров НСМ позволили разработать реальные меры по предотвращению понижения уровня воды и поддержанию стабильного водного пути. В работах В. И. Пронина /73/ и С. Н. Агеева 111 выполнено обоснование планового расположения и глубины разработки русловых карьеров на неразветвленных и многорукавных участках рек. Их рекомендации сводятся к следующему: русловые карьеры желательно располагать в несудоходных рукавах, полностью или частично перекрытых выправительными сооружениями для обеспечения гидравлических условий по стабилизации трассы в судоходном рукаве; цельные карьеры рассредоточиваются на отдельные составные части; добыча НСМ совмещается с дноуглубительными работами.
Более полно влияние карьеров можно показать на примере 20—километрового участка Оби (762—782 км от слияния Бии и Катуни), где расположены Орско-Борский, Сухой, Гусиные и Белоглинские перекаты, который представляет собой сопряженное разветвление (рис. 5.3).
В пределах карьера русло реки разделено на два рукава о-вом Маленьким. Кроме того, за правобережным о-вом Бол. Серебряковым находится пойменная Серебряковская протока, которая из-за своей малой водности не играет сколько-нибудь серьезной роли в русловых переформированиях. Добыча строительных песков, начиная с навигации 1984 г. и по настоящее время, ведется в Сергеевской протоке — правом рукаве у о-ва Маленького, составляющего верхнее звено сопряженных разветвлений. Здесь извлечено из русла более 9 млн. м грунта. Эта разработка нерудных строительных материалов в Сергеевской протоке изменила обстановку, существенно осложнив поддержание нормальных судовых условий в левом рукаве и способствуя интенсивному перераспределению расхода воды в пользу несудоходной Сергеевской протоки.
Анализ съемок русла (рис. 5.4) и данные гидрометрических работ свидетельствует о значительном понижении отметки дна русла в Сергеевской протоке в результате разработки карьера. Глубины достигают 4—6 м на протяжении всей протоки, включая и образовавшийся проран между оголовком о-ва Маленького и недостроенной ограждающей дамбой, ширина которого составляет при проектном уровне 160 м. Это говорит о наличии тенденции к развитию Сергеевской протоки, т. е. возвращению к положению, существовавшему до 1970 г., когда по ней проходил судовой ход. Это, возможно, повлечет полную перестройку русловых процессов в системе трех разветвлений, сопряженных по правилу «восьмерки» на 762—782 км и крайне нежелательные изменения трассы судового хода в пределах всего этого затруднительного узла.
В конце навигации 1989 г. было начато перекрытие Сергеевской протоки оградительной дамбой. Дамба была намыта до отметок 2—3 м над проектным уровнем, но перекрыть протоку не удалось, начался размыв дна протоки и оголовка о-ва Маленького.
Вследствие разработки карьера в образовавшемся проране и на подходе к нему сформировалась достаточно обширная область спада уровней воды воронкообразного типа, которая привлекает к прорану струи с большого расстояния. Это явление послужило начальным импульсом для глубинного размыва прорана и некоторого увеличения его глубины. К середине навигации 1993 г. в проран и образовавшуюся в дамбе промоину в Сергеевскую протоку поступало уже 43% от общего расхода (в 1994 году — 37%).
В случае дальнейшего увеличения глубины и расширения прорана при существующих емкостях выработанных карьеров расход воды в Сергеевской протоке будет увеличиваться и может достигнуть, как показали расчеты, 56%, то есть водность этой протоки будет больше, чем в 1970 г., когда она была судоходной.
На основе приведенного анализа и результатов исследований был составлен проект дноуглубительных и выправительных работ с целью восстановления благоприятного для судоходства распределения расхода воды, с преимущественным его направлением в левый рукав, надежного закрепления и стабилизации положения судоходной трассы на всем участке до Белоглинских перекатов включительно. Основная идея рекомендаций по снижению негативных последствий для гидрологического режима и русловых процессов разработки в русле карьеров нерудных строительных материалов заключается в принятии мер, предупреждающих уменьшение доли расхода воды, проходящего в судоходном рукаве, обеспечивающих многолетнюю стабилизацию планового положения судоходной трассы за счет разработки компенсирующей прорези в левом рукаве на правобережном побочне этого рукава.
Ведомственные интересы часто приводят к противоречиям с существующими нормативными положениями по созданию мостовых и подводных переходов. Так согласно СНИП 2.05.03—84 , мостовой переход должен располагаться перпендикулярно течению воды с косиной не более 10 на прямолинейных участках с устойчивых руслом в местах с неширокой, малозатопляемой поймой удаленных от перекатов на расстоянии не менее 1,5 длины расчетного судового состава. К сожалению, мостовой переход автодороги «Байкал» в районе Красного Яра на Оби ниже Новосибирска запроектирован и строится в вершине излучины.
