Гидротехнические решения

Гидротехнические решения

1 Характеристика района строительства

1.1 Район и площадка строительства

Площадка строительства расположена на левом берегу Саратовского водохранилища в деревне Вечный Хутор Духовницкого района Саратовская обл." href="/text/category/saratovskaya_obl_/" rel="bookmark">Саратовской области.

После сдачи Саратовского водохранилища в 1968 году началась интенсивная переработка берегов. Этот процесс продолжается до настоящего времени и захватил территорию берега в районе деревни Вечный Хутор Духовницкого района Саратовской области.

Переработка берегов является весьма негативным процессом, который наносит существенный материальный ущерб, осложняет и ухудшает среду обитания человека, экологию окружающего животного и растительного мира, сокращает плодородные земли как сельскохозяйственного, так и несельскохозяйственного назначения. Происходит интенсивное загрязнение (заиление) водохранилища продуктами эрозии берега, ухудшение условий обитания биологических ресурсов. Ширина подводной аккумулятивно-эрозионной отмели на участке работ 50-100 м, но функцию гасителя волнобоя она выполняет слабо.

Администрация Духовницкого муниципального района указывает на реальную возможность возникновения чрезвычайной ситуации природного характера, а именно: проявление экзогенных геологических процессов (переработка берега водохранилища), которые могут повлечь за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей и окружающей природной среде, сельскохозяйственным угодьям, привести к значительным материальным потерям и нарушению жизнедеятельности людей, проживающих в непосредственной близости от водохранилища. Отмечаются случаи падения и гибели домашних животных с обрыва берега. (Письмо -28/2099)

Участок проектирования расположен вдоль западной поселковой черты деревни Вечный Хутор на I надпойменной террасе долины реки Волги, сложенной аллювиальными песчано-глинистыми легкоразмываемыми породами. Многолетний ряд наблюдений показал, что определяющими факторами переформирования берегов являются уровенный и волно-ветровый режимы, геолого-литологическое строение коренного уступа. Высота берегового абразионного уступа в среднем составляет 6,0-8,5 метров. По наблюдениям заказчика, интенсивность переработки береговой полосы по имеющимся данным с 1976 по 2003 год составляла, в среднем, до 3 м в год.

В соответствии с заданием на проектирование протяженность участка, подлежащего берегоукреплению 1000 пм. На данном отрезке берега находится жилой массив преимущественно одноэтажной застройки общей площадью 360,0 га, на котором проживает 591 человек в 197 индивидуальных жилых домах, сельскохозяйственная производственная база крестьянского хозяйства «Берег Волги», занимающая площадь земельного участка 75,0 га, молочно-товарная ферма на 3000 голов крупного рогатого скота, склад горюче-смазочных материалов, районная станция по борьбе с болезнями животных, скотомогильник р. п. Духовницкое, автодорога с твердым покрытием, магазин Духовницкого РайПО, уличный водопровод, Вл-04 Кв, газопровод.

1.2 Физико-географические условия и общие сведения о

Саратовском водохранилище

Акватория водохранилища распложена на территории Саратовской, Ульяновской и Самарской областях. Основное назначение Саратовского водохранилища – энергетическое использование водных ресурсов, а также создание условий для судоходства, для промышленного и коммунального водоснабжения, рыбного и сельского хозяйства.

Длина водохранилища от створа Саратовской ГЭС у г. Балаково до нижнего бъефа Куйбышевского гидроузла у г. Тольятти Самарской области составляет 353 км, максимальная ширина достигает 20 км, максимальная глубина – 33 м.

По своей форме водохранилище представляет собой вытянутый в длину водоем, ориентированный с северо-северо-востока на юго-юго-запад.

Основные морфометрические характеристики Саратовского водохранилища приведены в таблице 1.

Таблица 1

№№ п/п	Характеристика	Нормальный подпорный уровень (НПУ)	Минимальный гарантированный уровень в навигационный период	Минимальный горизонт допустимой зимней сработки (УМО)	Максимальный проектный уровень ФГУ
1	Отметка уровня воды, м	28,0	27,5	27,0	31,4
2	Площадь акватории, км2	1831	1746	1661	2826
3	Длина, км	336 – по главному судовому ходу 353 – по линии наибольших глубин
4	Наибольшая глубина, м	33,0
5	Глубина средняя, м	7,0
6	Наибольшая ширина, км	20,0			25
7	Объем, км3	12,87	11,97	11,12	20,69
8	Длина береговой линии, км	865 (по карте)

Расчетные уровни воды в Балтийской системе высот по Саратовскому водохранилищу у г. Хвалынска (расположенному на противоположном берегу водохранилища) приведены в таблице 2.

Таблица 2

Вероятность %	Высшие уровни воды весеннего половодья	Высшие уровни воды зимней межени	Высшие уровни воды весеннего ледохода
1	30,08	28,90	28,82
3	29,66	28,79	28,65
5	29,40	28,71	28,55
10	29,14	28,61	28,41
25	28,84	28,48	28,27
50	28,74	28,39	28,10

Согласно «Основным положениям правил использования водных ресурсов Саратовского водохранилища на р. Волге» (Москва. 1970 г) нормальный подпорный уровень у г. Хвалынска равен 28,0 м БС, минимальный уровень летней межени с учетом суточного и недельного регулирования равен 27,5 м БС, минимальный уровень зимней межени - 27,0 м БС.

Высшие уровни весеннего половодья наблюдаются на Волге в апреле – мае.

Низшие уровни зимней межени в основном наблюдаются в марте, реже в декабре, апреле.

1.3 Ледовый режим

Осенние ледовые явления появляются на Саратовском водохранилище в районе берегоукрепления в среднем 17Средняя продолжительность осенних ледовых явлений дней в зависимости от метеоусловий, теплового баланса водохранилищ и ряда других факторов.

Ледостав наступает, в среднем,Средняя продолжительность ледостава дней, наибольшая - 143 дня (зима 1978 – 1979 гг.), наименьшая – 116 дней (зима 1971 – 1972 гг.).

Наибольшей толщины лед на водохранилище достигает в феврале – марте. В таблице 3 приводится средняя, наибольшая и наименьшая толщина льда за период наблюдений 1968 – 1980 гг. по водпосту у г. Хвалынска.

Таблица 3

Вероятность %	1	2	3	5	10	25	Максимальная наблюденная толщина льда, см
Толщина льда, см	120	107	100	88	74	63	102 (15.03.69)

Лед разрушается, в среднем,, ранняя дата разрушения ледостава приходится на 16.03.78 г, поздняя – на 04.04.74 г.

Средняя продолжительность весенних ледовых явлений 23 – 25 дней. Средняя продолжительность весеннего дрейфа льда – 7 дней, наибольшая – 12 дней (1978 г.), наименьшая – 3 дня (1970 г.).

Водохранилище очищается от льда в среднем в третьей декаде апреля.

Средняя продолжительность периода свободного от льда за время наблюдений 1969 – 1980 гг. у г. Хвалынска – 225 дней, наибольшая – 238 дней (1972 г.), наименьшая – 209 дней (1976 г.).

1.4 Ветро-волновой режим

Волновой режим Саратовского водохранилища отмечается большой изменчивостью и формируется в сложных условиях: сложный рельеф дна, перепады глубин, наличие большого количества островов и проток, затопленного леса и кустарника, зарослей водорослей и травы.

На волнение безусловное влияние оказывает стоковое течение.

Крутизна и высота волн увеличиваются, когда ветер и течение имеют противоположные направления и уменьшаются, когда ветер и течение совпадают по направлению.

Наибольшая высота волны 240 см наблюдалась на водохранилище 16.10.77 г. при северо-северо-западном направлении ветра (период наблюдений 1975, 1977, 1980 гг.).

Наибольшую повторяемость в течение года имеют ветры северного и северо-западного направлений. В зимний период преобладают ветры южного и северо-западного направлений, весной и летом – северного и северо-западного направлений, осенью западного и северо-западного направлений.

Максимальные наблюденные скорости ветра (м/с) по метеостанции г. Хвалынск приведены в таблице 4.

Таблица 4

Метеостанция	01	02	03	04	05	06	07	08	09	10	11	12	Год
Хвалынск	18	20	24	20	20	16	18	16	20	18	20	20	24

Среднее число с сильным ветром (³ 15 м/с) составляет 31 день.

Наибольшие скорости ветра (м/с) различной вероятности превышения по направлениям за период апрель – октябрь по метеостанции Хвалынск приводятся в таблице 5

Таблица 5

Направление ветра	Скорости ветра, возможные один раз в:
2 года 50%	3 года 30%	5 лет 20%	10 года 10%	20 лет 5%	50 лет 2%
С	20	21	22	23	24	25
СВ	18	19	20	20	21	22
В	17	18	18	19	21	22
ЮВ	16	16	17	18	19	19
Ю	21	22	23	24	26	26
ЮЗ	22	23	24	24	26	27
З	20	22	22	24	25	26
СЗ	22	23	24	27	26	27

2 Климат

Саратовская область характеризуется континентальным климатом, для которого характерно наличие засушливого жаркого лета и холодной малоснежной зимы.

Среднегодовая температура воздуха в районе строительства по данным метеостанции «Хвалынск» составляет +4,80 С, среднемесячная температура самого теплого месяца июля +21,8 + 22,30С, самого холодного января – 12,1-13,30С. Абсолютный максимум температуры воздуха достигает +420С в июле, абсолютный минимум – 40-440С в январе.

Переход среднесуточной температуры воздуха через 00С в среднем происходит весной 01.04, осенью – 06.11. Продолжительность теплого периода года с положительной среднесуточной температурой воздуха составляет 215 дней. Осенние заморозки в среднем начинаются 02.10, весенние заморозки прекращаются в среднем 20.04. Средняя продолжительность безморозного периода 164 дня, наименьшая – 110 дней, наибольшая – 208 дней. Устойчивые морозы наступают в среднем 20.11 и прекращаются 18.03. Средняя продолжительность устойчивых морозов 119 дней.

Данные о среднемесячной и годовой температуре воздуха по метеостанции «Хвалынск» приводятся в таблице 6.

Таблица 6

Месяц	01	02	03	04	05	06	07	08	09	10	11	12	Год
Температура	-12,1	-11,4	-5,4	5,7	15,1	19,8	22,0	20,3	13,9	5,7	-2,6	-9,0	5,2

Глубина промерзания почвы и ее характер зависят от механического состава, структуры и увлажненности почво-грунта, температурного режима, рельефа местности, высоты и характера залегания снежного покрова. Средняя из наибольших глубин промерзания почвы составляет 72 см, наименьшая – 26 см, наибольшая – 114 см.

Основное количество осадков (64-66%) приходится на теплый период года (апрель-октябрь). Среднегодовое количество осадков составляет 433 мм.

3 Инженерно-геологические условия

Исследуемый участок берегоукрепительных работ протяженностью 1,0 км расположен на левом берегу Саратовского водохранилища.

В геоморфологическом отношении участок работ расположен на I верхнечетвертичной сарпинской надпойменной террасе долины реки Волги. Абсолютные отметки поверхности земли изменяются от 30,0 м в наиболее пониженных участках рельефа, до 35,5 на возвышенных. Поверхность террасы ровная, осложнена пологими линейно-вытянутыми понижениями глубиной 1,0-3,0 м при ширине 20-80 м и холмообразными повышениями. Из антропогенных форм рельефа развиты небольшие насыпи и мелкие выемки.

На рассматриваемой прибрежной полосе распространены следующие физико-геологические прцессы: абразия берегов, микрооплзни и оплывины, оврагообразование, плоскостной смыв.

Геоморфологические условия характеризуются как эрозионно-абразионные.

Береговая линия террасы подвергается интенсивной переработке и размыву со стороны водохранилища, и имеет четко выраженный эрозионный уступ. Высота уступа в среднем составляет 6,0-8,5 м.

Обзор состояния береговой полосы свидетельствует, что определяющими экзогенными геологическими процессами являются абразионные процессы, в результате чего происходит подмыв берегов, которые в свою очередь обуславливают гравитационные обвальные и осыпные процессы. В результате этих процессов формируются голые обрывы, которые представляют собой стенки гравитационного срыва. У подножья склона формируются аккумулятивные шлейфы по составу суглинистые, которые по мере абразионной переработки формируют подводный пляжный откос шириной от 50 до 100 м.

Наблюдения за переработкой берегов на участке д. Вечный Хутор проводились с 1976 года. Средняя величина отступления бровки с начала наблюдений в д. Вечный Хутор за период с 1976 по 1989 годы составила 8,0 м — 24,5 м. Средняя величина отступления бровки с начала наблюдений в д. Вечный Хутор за период с 1976 по 1989 годы составила 8,0 м в среднем 0,7 м в год.

В геологическом строении участка берегоукрепления в д. Вечный Хутор на разведанную глубину 4,0 - 8,0 м. принимают участие верхнечетвертичные аллювиальные отложения представленные суглинками и глинами. Нижняя часть литологического разреза представлена глиной темно-коричневого цвета. Глина легкая песчанистая тугопластичная с тонкими прослойками пылеватого песка кварцевого и супеси пластичной. Вскрытая мощность отложений составляет 0,8-5,0 м. Выше по разрезу залегает суглинок коричневого цвета. Суглинок легкий песчанистый мягкопластичный с хорошо выраженной горизонтальной слоистостью, обусловленной присутствием маломощных прослоев супеси и песка. Мощность отложений составляет 0,4-3,2 м.

Верхняя часть литологического разреза представлена аллювиальными суглинками светло-коричневого цвета. Суглинок легкий песчанистый твердый, с прослойками песка пылеватого и мелкозернистого кварцевого состава. Мощность отложений составляет 1,5-6,6 м.

В пределах участка берегоукрепления в д. Вечный Хутор выделено 4 инженерно - геологических элемента (ИГЭ) :

ИГЭ-1. Почвенно-растительный слой суглинистый темно-серого цвета комковатой структуры с корнями травянистых растений. Почвенно-растительный слой подлежит удалению для последующей рекультивации. Мощность почвенного слоя составляет 0,4 м.

ИГЭ-2. Суглинок аллювиальный светло-коричневого цвета, легкий песчанистый, твердый, с прослойками мелкозернистого и пылеватого песка кварцевого состава, слоистый. Мощность отложений составляет 1,5-6,6 м.

ИГЭ-3. Суглинок аллювиальный светло-коричневого цвета, легкий песчанистый мягкопластичный с прослойками мелкозернистого песка кварцевого состава, слоистый. Мощность отложений составляет 0,4-3,2 м.

ИГЭ-4. Глина темно-коричневого цвета, легкая песчанистая, тугопластичная, слоистая, слоистость горизонтальная, обусловленная наличием присыпок алеврита и прослойков пылеватого песка кварцевого состава. Глина с пятнами ожелезнения. Вскрытая мощность отложений составляет 0,8-5,0 м.

По степени морозной пучинистости грунты ИГЭ-2 являются непучинистыми, грунты ИГЭ-3 сильнопучинистыми.

Нормативная глубина промерзания глинистых грунтов – 1,60 м.

3.1 Гидрогеологические условия

Гидрогеологические условия на участке берегоукрепления Саратовского водохранилища в д. Вечный Хутор характеризуются наличием подземных вод, приуроченных к хвалынским аллювиальным отложениям. Грунтовые воды залегают на глубине 1,90-7,00 м. Абсолютные отметки поверхности уровня грунтовых вод составляют 28,11-28,33 м. Поток грунтовых вод направлен в сторону Саратовского водохранилища. Водовмещающими породами современного водоносного горизонта является суглинок легкий песчанистый с линзами и прослоями песка. Грунтовые воды солоноватые с минерализацией 1,24 г/литр, по химическому составу сульфатно-гидрокарбонатные натриево-кальциевые очень жесткие.

В весенне-осенний период года уровень грунтовых вод может подняться на 1.0 м выше зафиксированного при изысканиях.

4 Класс капитальности. Расчетные уровни воды и расчетные

характеристики ветра

Согласно СНиП п. 5.1.8 «Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования» класс капитальности берегоукрепительных работ принят III. Максимальный расчетный уровень принят согласно СНиП 2.06.04-82* «Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения» приложение 1 п. 5:

-  максимальный уровень обеспеченностью 5% (МПУ)- 29,40 м;

-  нормальный подпорный уровень (НПУ) – 28,00 м;

-  расчетный (определяющий) румб СЗ-С;

-  шторм обеспеченностью 4% - 26,3 м/с;

-  скорость ветра обеспеченностью 30% - 24,4 м/с;

5 Проектируемые берегоукрепительные мероприятия

5.1 Предпроектные проработки вариантов

Согласно задания на проектирование Федерального государственного бюджетного учреждения по эксплуатации Саратовского водохранилища в настоящем проекте рассмотрены несколько вариантов берегоукрепления участка, примыкающего к существующему берегоукреплению в д. Вечный Хутор.

Были рассмотрены материалы ранее выполненных проектов, проведено обследование эксплуатируемого участка №1, изучена ситуация по планшетам до затопления водохранилища, предполагаемые условия строительства, условия работы различных конструкций крепления, изучены геологические и гидрогеологические материалы, причины повреждений или разрушений берегоукреплений, исследованы вероятные режимы эксплуатации креплений.

На основе собранных материалов, опыта эксплуатации существующих берегоукрепительных сооружений рассмотрены следующие конструктивные варианты берегоукрепления:

1 Крепление из каменной наброски с заложением откоса 1:3 с упором в каменный банкет.

2 Крепление из каменной наброски с заложением откоса 1:3 с упором в каменный банкет и устройством строительной бермы.

3 Крепление откоса габионами с упором в каменный банкет, заложением откоса 1:3.

3а) Конструктивная разновидность варианта 3 крепления откоса габионами. В качестве упора используются габионы, строительно-монтажные работы производятся с бермы. Выдвинут на 5 м в водохранилище.

3б) Конструктивная разновидность варианта 3 крепления откоса габионами. В качестве упора используются габионы, строительно-монтажные работы производятся с бермы. Данный вариант является аналогией существующего берегоукрепления. Производится значительная врезка в берег и его уположение.

4 Крепление откоса каменной наброской с заложением откоса 1:4 с упором в каменный банкет.

5 Крепление откоса каменной наброской с заложением откоса 1:3 с устройством строительной бермы.

Все проработанные варианты были рассмотрены на техническом совещании в ФГУ по эксплуатации Саратовского водохранилища, где были освещены как положительные, так и отрицательные стороны каждого из представленных вариантов берегоукрепления.

Для предварительного сопоставления рассмотренных вариантов все типы берегоукрепления приняты по одному типовому поперечнику с подсчетом объемов работ на 1 пм берегоукрепления. Для всех типов берегоукрепления были определены стоимостные показатели по укрупненным расценкам.

Рассмотрено 4 вида креплений берега с использованием каменной наброски, конструктивно различающиеся между собой — варианты 1, 2, 4, 5, варианты 3, 3а, 3б с использованием габионов. Технико-экономические показатели приведены в таблице 7

Таблица 7

После рассмотрения и сопоставления всех типов конструкций берегоукрепления по технико-экономическим показателям и условиям производства работ оптимальным является вариант 5.

Варианты строительства берегоукрепления рассмотрены на выездном совещании в д. Вечный Хутор в присутствии представителей заказчика ФГУ «ЭСВ», органов местного самоуправления и проектировщиков (протокол совещания от 01.01.01 года).

После обсуждения и обмена мнениями принято решение:

- Рекомендовать для проектирования вариант 5 крепления из каменной наброски.

Учитывая интенсивный размыв береговой линии на проектируемом участке рекомендовано принять вариант каменной наброски по уположенному откосу с заложением m=3 с устройством каменного упора. Для крепления использовать несортированный камень.

5.2 Проектируемые мероприятия

При проектировании защитного покрытия земляного откоса из наброски разносортированного камня для определения его параметров в проекте проведены следующие расчеты:

- определены расчетные размеры камня, допускаемого в наброску при различных откосах;

- определена толщина слоя наброски. Согласно нормативных документов, для получения наибольшего технико-экономического эффекта от применения несортированного камня, в защитных набросках следует принимать внешние их откосы, подверженные волновым и ледовым воздействиям, с коэффициентом заложения не менее 3. Желательно от 3 до 5, но при этом вступает в действие экономический фактор (увеличение объемов наброски, стоимости строительства, использование механизмов и материальных затрат).

В проекте, при принятии варианта заложения откосов рассмотрены и произведены расчеты для случаев заложения откосов: m=3, m=4.

По технико-экономическим соображениям принят коэффициент заложения откоса, равный 3.

Упор выполняется из камня, мокрый откос принят равным 1,5.

Расчеты по определению размеров камня произведены по «Рекомендации по проектированию железобетонных и каменно-набросных креплений откосов земляных сооружений и берегов внутренних водоемов» ВНИИВОДГЕО и СНиП 2.06.04-82* «Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения».

Наименьший допускаемый диаметр Дм для наброски из несортированного материала определяется при действии волн на откосы с заложением в пределах 2-5 по формуле:

, где

СД – гидравлический коэффициент сопротивления, принимаемый при диаметре камня более 15 см и высоте волны более 0,5 м, равным 2;

mh1% - пологость волны обеспеченностью 1%, принимаемая для водохранилища равной 7;

γа – удельный вес аэрированной воды в струе от разрушающейся волны на откосе наброски, который принимается (с учетом коэффициента перегрузки) равным 0,8 т/м3;

γк – удельный вес камня – 2,4 т/м3 (доломит из Березовского карьера);

h1% - по расчету.

По результатам расчета наименьший допускаемый размер камня равен Дм=30 см. Размер камня, полученный расчетом, относится к камню наименьшей фракции, который при производстве наброски не перемещается в нижнюю часть ее поперечного сечения, а задерживается на поверхности сооружения.

Наибольший необходимый диаметр камня Дб для наброски из несортированнного материала, определяется при действии волн на откосы с заложением 3-5 по формуле:

, где

СД – принимается при диаметре камня более 15 см и высоте волны

более 1,0 м, равным 2;

γа – удельный вес аэрированной воды, стекаемой с наброски в конце отката волны, который с учетом коэффициента перегрузки принимается равным 1,0 т/м3.

Наибольший размер камня, необходимый для отсыпки, определен расчетом и составляет Дб=69 см.

Несортированный материал для наброски должен состоять из камня наибольшего расчетного размера Дб в количестве по объему не менее 50%.

Камень, размерами в пределах наибольшего и наименьшего расчетных диаметров, должен быть в количестве по объему не менее 25%. Камень размерами, выходящими за размеры расчетных, допускается в нагрузку не более 25%.

Толщина покрытия из несортированного камня для условий волнового воздействия определена конструктивно из зависимости:

Sн=(2 ÷ 2,1)*Дб

Расчетная толщина каменной наброски из несортированного камня по откосу m=3 составила 140 см.

Подготовка под крепление откоса

Интенсивность воздействий на подготовку зависит от проницаемости покрытия, характера и скорости движения волн перемещения по поверхности крепления. Более мощные по толщине покрытия из каменной наброски, имеющие значительную шероховатость с лицевой стороны, ограничивающие накат волн и убыстряющие гашение волновой энергии, служат лучшей защитой для подготовок.

При устройстве каменной наброски с коэффициентом заложения откоса m=3

пазухи крепления заполняются камнем мелкой (15-20 см) и средней фракции (20-50 см) морозостойкостью F50 марки М200 производства Березовского каменного карьера Саратовской области или Новосельского каменного карьера Ершовского района Саратовской области. При этом роль подготовки под крепление откоса из камня будет выполнять засыпка пазухи камнем мелкой и средней фракции. При сопряжении каменной наброски и земляного откоса устраивается подготовка из слоя разнозернистого щебня М400 крупностью 20-40 мм толщиной 30 см.

Упор

Нормальная работа креплений откосов связана с надежностью защиты их по контуру от подмыва. Нижняя граница основного крепления ограждается упором или зубом. Назначение упора сводится к повышению устойчивости откоса из каменной наброски и защите крепления от подмыва внизу откоса.

В проекте принят упор из каменной наброски шириной поверху 3,50 м.

Размеры камня для отсыпки упора приняты по расчету и равны: максимальный диаметр 69 см, минимальный – 30 см. Так как именно каменная наброска упора будет испытывать наибольшие нагрузки от примерзшего к сооружению ледяного покрова при изменении уровня воды в водохранилище, был выполнен расчет на устойчивость каменной наброски на ледовую нагрузку в соответствии со СниП 2.06.04-82*

Наибольшие нагрузки покрытие откоса испытывает при подъеме уровня воды в половодье при отрыве ледяного покрова. Условие устойчивости:

М ≤ Мlim ,

М — изгибающий момент, воспринимаемый креплением сооружения;

Мlim — предельный (вскрывающий) момент

Момент силы М, воспринимаемый сооружением от примерзшего ледяного покрова при повышении уровня воды определяется по формуле:

M = 2lνdtd√ h3max/Ф ; где

l — длина участка сооружения на уровне действия льда (расчет выполнен на 1 пм);

νd — скорость повышения или понижения уровня воды, νd = 0,1 м/ч;

td — время, в течение которого происходит деформация ледяного покрова при повышении уровня воды, td = 12 ч;

hmax — максимальная толщина ледяного покрова обеспеченностью 1%, hmax =1,2м

Ф — безразмерная величина, функция времени, определяется по формуле:

Ф = 1+3*102/ηi*(td + 50(1-e-0,4td)),

ηi – коэффициент вязкости льда, при t ≥ -200С определяется по формуле:

ηi = (3,3-0,28ti +0,083ti2)*102

ti – температура льда, определяемая по формуле:

ti = tb*hrel + νt*t/2*ψ

ψ – безразмерный коэффициент, принимаемый по графику при hrel=0,8 и безразмерной величине F0 = 4*10-3*t/hred2 =0,02

ψ = 0,18, ti = - 4,30C, тогда ηi = 600 и

Ф = 1+3*102/600*(12+50*(1-е-0,4*12)) = 32

Тогда удерживающий момент при повышении уровня воды

М = 2*1*0,1*12*√ 1,23 /32 = 0,56 МПа

Предельное значение вырывающего момента Мlim :

Мlim = l*h2max*Rt*Rc*(1+2*ke) / 6*( Rt+ Rc) ;

Rt и Rc - нормативные сопротивления растяжению и сжатию деформирующегося ледяного покрова,

Rt = 0,74 МПа, Rc = 2,3 МПа ;

Мlim = 1*1,22*0,74*2,3*(1+2*2)/6*(0,74+2,3) = 0,67 МПа,

М=0,56 МПа < Мlim =0,67 МПа

Т. о., устойчивость крепления откоса при действии вырывающей ледовой нагрузки при подъеме уровня воды обеспечена.

Верх упора принят на отметке 28,50 м. Коэффициент заложения верхового откоса упора m=1,5. Каменный упор отсыпается непосредственно на подстилающий грунт в воду, что дает возможность избежать сложных и дорогостоящих работ по выемке мелкозернистого грунта из-под воды, планировки поверхности и устройства специальной подготовки. Такое решение принято из соображений упрощения условий производства работ.

Верхняя граница крепления

Верхняя граница крепления должна располагаться на отметках выше вероятной высоты подъема воды на укрепляемый откос.

При определении элементов волн на акватории Саратовского водохранилища в районе д. Вечный Хутор согласно СНиП 2.06.04-82* «Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения» были учтены следующие волнообразующие факторы: скорость ветра (ее величина и направление), продолжительность непрерывного действия ветра над водной поверхностью, размеры и конфигурация охваченной ветром акватории, рельеф дна и глубина водоема.

По результатам расчетов верхняя граница крепления принята на отметке 31,80 м. Результаты расчета сведены в таблицу 8.

Таблица 8

Расчетный уровень воды м	Скорость ветра W4%, м/с	Длина разгона волны, км	Ср. глубина воды, м	Параметры волны	Угол подхода к сооружению, α	Высота волны h1% м	Высота наката волны hrun1% м	Высота ветрового нагона hset м	Запас высоты, м	Отметка верха крепления, м	Примечание
Ср. высота волны hd, м	Ср. период волны, τ, с	Ср. длина волны, λd, м
МПУ5% 29,40	Северное направление
24,3	13,6	11,7	1,2	4,21	27,69	60	2,47	1,52	0,09	0,5	31,51	m=3
Северо-западное направление
26,3	10,6	13,3	1,27	4,29	28,75	40	2,56	1,71	0,11	0,5	31,80	m=3
Юго-западное направление
26,3	7,7	16,7	1,27	4,28	28,8	70	2,59	1,45	0,03	0,5	31,38	m=3

Конструкция крепления

Сама конструкция берегоукрепления состоит из:

- упора из каменной наброски из камня М600 морозостойкостью F50 с отметкой верха на 28,50 м, шириной 3,50 м с заложением верхового откоса 1:1,5;

- покрытия, защищающего откос, из каменной наброски (камень М600 морозостойкостью F50) с откосом 1:3 толщиной 1,4 м;

- заполнения пазухи берегоукрепления камнем мелкой (15-20 см) и средней (20-50 см) фракции М200 морозостойкость F25;

-  строительно-эксплуатационной бермы на отметке 31.80 шириной 4,0 м с отсыпкой по гребню щебнем М400 крупностью 40-70 мм толщиной 20 см;

-  уположенного откоса m=2 выше верхней отметки берегоукрепления (31,80 м) с засевом травами по слою растительного грунта для закрепления откоса.

На ПК0+17 предусмотрено устройство съезда и площадки размерами 12х12 м для забора воды на нужды пожаротушения. Площадка отсыпается из камня М600 до отметки 28,50 м. По верху площадки и съезда предусмотрено крепление щебнем М400 крупностью 40-70 мм толщиной 20 см.

Основные проектные характеристики берегоукреления приведены в таблице 9

Таблица 9

Наименование сооружения характеристики	Берегоукрепление
Протяженность, м	1000
Тип	Уположенный земляной откос
Заложение откоса	1:3
Покрытие	каменная наброска
Толщина крепления, м	1,40 31,80
Отметка верхней границы крепления, м
	каменный упор
Отметка верха, м	28,50 1:1,5
Заложение верхового откоса
Ширина	3,5
	Строительно-эксплуатационная берма
Ширина	4,0

5.3 Мероприятия по отводу поверхностных вод

Во избежание создания подпора поверхностными и дождевыми стоками в пониженном участке рельефа, примыкающего к сооружению, запроектирован водопропуск на ПК4+99, состоящий из стальной трубы Ду=500 мм (расчетный расход Q=0,35 м3/с), толщиной стенки 7мм, длиной 15,60 м. Труба укладывается на песчаное основание t=10 см по слою щебеночной подготовки t=0,2м и оборудуется входным оголовком, состоящим из портальной железобетонной стенки Ст8 (сер. 3.501.1-144). Перед монтажем трубы производится предварительная очистка от ржавчины, грунтуется и покрывается антикоррозийным покрытием (горячий битум в 2 слоя). На входном оголовке установить сороудерживающую решетку размером 60х55 см. Крепление входной части оголовка выполнить из щебня М400 крупностью 40-70 мм толщиной 20 см, втрамбованного в грунт.

5.4 Требования к строительным материалам креплений

Камень, щебень и песок, применяемые для защитных конструкций в берегоукреплении, должны обладать соответствующими прочностью, морозостойкостью и водостойкостью и удовлетворять общим требованиям СНиП и ГОСТов.

Камень для берегоукрепительных работ как строительный материал принят:

- для крепления откоса и упора из камня М600 F50 - из карьеров «Березовский» или «Новосельский»;

- для заполнения пазух берегоукрепления из камня М200 F25 мелкой (15-20 см) и средней фракцией (20-50) - из карьеров «Березовский» или «Новосельский»;

- песок – из речпорта г. Балаково.

По своим физико-механическим свойствам все указанные карьеры удовлетворяют требованиям, предъявляемым к камню как строительным материалам для берегоукрепительных работ.

Природные камни, применяемые для строительства береговых укреплений, должны быть изверженных, метаморфических или осадочных горных пород.

Для береговых укреплений на внутренних водоемах, подверженных волновому воздействию, в районах с умеренными и суровыми климатическими условиями марки камня должна быть не ниже 400.

По данным указанных карьеров морозостойкость камня не менее 50 циклов.

5.5 Краткие указания по эксплуатации берегоукрепления

К мероприятиям по эксплуатации берегоукрепления относятся:

- периодические наблюдения за состоянием сооружения

- проведение текущего и капитального ремонтов;

- принятие своевременных мер по устранению повреждений берегоукрепления.

Особое внимание следует обратить на осадки и деформации сооружения. Необходимость и сроки проведения текущего и капитального ремонтов определяются по данным ежегодного обследования сооружения согласно «Правил технической эксплуатации сооружений инженерной защиты населенных пунктов», утвержденные Приказом Министерства строительства Российской Федерации от 29.12.95 г. № 17-139.

6 Мероприятия по охране окружающей природной среды

Берегоукрепительные работы – одно из мероприятий по охране окружающей природной среды, предотвращающее разрушение прибрежных земель, образование оврагов, эрозию почвы, загрязнение водоема продуктами размыва.

После выполнения работ по берегоукреплению исключаются размыв берега и вынос грунта в акваторию водохранилища на длине проектируемого участка. Улучшается санитарное состояние воды и среда обитания биологических ресурсов.

6.1 Природоохранные мероприятия

Принятые в проекте решения по конструкции берегоукрепления из каменной наброски является мероприятием чисто экологического назначения, иначе говоря, природоохранным мероприятием.

Предусмотренные в проекте мероприятия прекращают процесс переработки берега частично восстанавливают территорию размытого участка берега. Прекращается засорение прибрежной акватории продуктами размыва и обрушения, что способствует очищению и осветлению прибрежного участка акватории.

Правильный выбор материалов при проектировании является необходимым для успеха строительной программы.

Каменная наброска позволяет, в отличие от сооружений из железобетона, осуществить полное слияние с находящимся позади берегом. Обладая фундаментальной дренажной характеристикой, способствует прохождению движения фильтрации для обмена с грунтовыми водами, что является необходимым для жизни окружающих грунтов и поддержания той, естественной, биологической очистке вод, при отсутствии которой водное течение может превратиться в средство транспортировки загрязняющего материала.

Защищенный берег, на котором растительность может вновь расти естественным путем, производит повышенное количество биомассы. Это благоприятствует формированию организмов маленьких размеров, которые являются очень важными элементами для естественного функционирования водных экосистем, так как это фундаментальные компоненты учетной базы многих рыб.

Конструкции из каменных материалов представляют собой вначале инородное тело в водном течении, которое выполняет, благодаря своим характеристикам стойкости, роль естественной защиты. Феномены фильтрации, осаждения и растительного роста вносят свой вклад в процесс слияния конструкции с окружающим берегом и с течением времени можно наблюдать, что большая часть берега, благодаря этим материалам, вновь обрела свое равновесие и глобальную стабильность.

6.2 Водоохранные мероприятия

Важную роль в деле охраны водных объектов играют специальные зоны, выделяемые по берегу водохранилища. Их назначением является сохранение или создание условий для естественной очистки загрязненных вод, поступающих с водосбора до их попадания в водный объект путем перевода их в подземный сток. Одновременно уменьшается количество наносов, поступающих с водосбора в результате эрозии. Это способствует сохранению или восстановлению качества воды и в определенной мере улучшает водный режим. Такие зоны называются водоохранными, а в их пределах выделяются прибрежные полосы. Создание водоохранных зон и прибрежных полос является составной и неотъемлемой частью природоохранных мероприятий, а также мероприятий по улучшению технического состояния и благоустройства водохранилищ и их прибрежных территорий.

Водоохранные зоны и прибрежные полосы в районе ведения берегоукрепительных работ на Саратовском водохранилище приняты в соответствии с «Водным кодексом РФ» от 3.06.2006 с изменениями от 1.04.2010 г.

Установление водоохранных зон и прибрежных полос производится с целью осуществления в их пределах мероприятий, обеспечивающих предотвращение загрязнения, засорения и истощения вод Саратовского водохранилища, поддержание благоприятного водного режима и надлежащего санитарного состояния.

6.3  Водоохранная зона

Водоохранной зоной является территория, прилегающая к акватории водохранилища, над которой устанавливается специальный режим в целях предотвращения загрязнения, засорения, истощения вод и заиление водного объекта.

Водоохранная зона создается как составная часть природоохранных мер, а также мероприятий по улучшению гидрологического режима и технического состояния водохранилища и его прибрежной территории.

Ширина водоохранной зоны водохранилища, расположенного на водотоке, устанавливается равной ширине водоохранной зоны этого водотока.

Ширина водоохранной зоны Саратовского водохранилища принята от уреза воды нормального подпорного уровня НПУ - 28.00 м и равна 200 м.

В водоохранной зоне водохранилища запрещается:

- использование сточных вод для удобрения почв;

- размещение кладбищ, скотомогильников, мест захоронения отходов производства и потребления, радиоактивных, химических, взрывчатых, токсичных, отравляющих и ядовитых веществ;

- осуществление авиационных мер по борьбе с вредителями и болезнями растений;

-  движение и стоянка транспортных средств (кроме специальных).

6.4 Прибрежная полоса

В пределах водоохранной зоны по берегу водохранилища выделяется прибрежная полоса. В пределах прибрежной полосы ограничивается или полностью запрещается хозяйственная деятельность. Проводятся в основном организационно-хозяйственные и агротехнические мероприятия, направленные на уменьшение эрозии и предотвращающие загрязнение водных объектов.

Ширина прибрежной полосы Саратовского водохранилища от нормального подпорного уровня составляет 200 м, как для водохранилища, имеющего особо ценное рыбохозяйственное значение.

В пределах прибрежной полосы водохранилища дополнительно к ограничениям, перечисленным в разделе «Водоохранная зона», запрещается:

- распашка земель;

- размещение отвалов размываемых грунтов;

- выпас сельскохозяйственных животных и организация для них летних лагерей, ванн.

Список литературы

1 СниП «Гидротехнические сооружения. Основные положения»

2 СНиП 2.06.04-82* «Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения»

3 СНиП 2.06.05-84* «Плотины из грунтовых материалов»

4 «Водный кодекс Российской Федерации» от 3.06.2006г. №74-ФЗ

5 «Крепления земляных откосов гидротехнических сооружений», ВНИИ ВОДГЕО, М. 1974г.

6. «Методика оценки вероятностного ущерба от вредного воздействия вод и оценки эффективности осуществления превентивных водохозяйственных мероприятий» », М. 2006г.