2.3.4. Особенности инженерной защиты динамически неустойчивых берегов

Создание искусственных водоемов – водохранилищ и прудов, требует сооружения подпорных сооружений — плотин, производства на отдельных участках побережья берегоукрепительных работ, а также других защитных мероприятий в зоне подтопления и затопления. На водохранилищах наливного типа осуществляется строительство подпорных дамб по периметру водоема. В большинстве случаев возводятся однородные плотины из мелкозернистого или среднезернистого песка или плотины из песков с глинистым экраном и ядром и креплением верхового откоса защитными покрытиями. Для защиты верховых откосов дамб и плотин, а также размываемых берегов водохранилищ применяются различные типы берегозащитных сооружений, которые по характеру взаимодействия с волнением и потоками наносов делятся на активные и пассивные.

Активные берегозащитные сооружения представлены бунами, различными конструкциями волноломов, а также искусственными пляжами и биологическим креплением откосов.

К пассивному типу сооружений следует отнести волнобойные стенки, дамбы обвалования с закрепленным верховым (со стороны акватории водохранилища) откосом, одежды естественных береговых склонов и откосов напорных сооружений.

В зависимости от основного материала, из которого возводятся берегозащитные сооружения, все сооружения делятся на земляные, бетонные, каменные, железо- и асфальтобетонные, деревянные, биологические, из искусственных материалов, комбинированные.

На малых водохранилищах в настоящее время применяются следующие типы берегозащитных сооружений:

— активные — волноломы, искусственные пляжи, биологические крепления;

— пассивные _:— дамбы обвалования, волнобойные стенки, одежды берегов и откосов земляных гидротехнических сооружений.

Ниже подробнее остановимся на отмеченных типах берего­защитных сооружений и их эксплуатации в условиях малых водо­хранилищ лесной зоны.

Из активных берегозащитных сооружений наиболее часто при­меняются искусственные пляжи, а также уплотненные, верховые незакрепленные откосы подпорных сооружений — дамб и плотин, реже волноломы и биологические крепления.

В настоящее время дамбы и плотины рассматриваемого профиля с уплотненными верховыми откосами достаточно широко применяются в водохозяйственном строительстве Беларуси, Латвии и Литвы.

На ряде объектов осуществлено строительство отмеченных типов подпорных сооружений, которые достаточно хорошо зарекомендовали себя в эксплуатации. Так, сооружения распластанного профиля применены при строительстве водохранилищ Селец на р. Ясельда, Рудня, Зельва, Левки, Горочичи, Загатье, Муровно и ряде других. Строительство сооружений такого типа осуществляется преимущественно с применением сухоройных механизмов, реже — с использованием гидронамыва, например, водохозяйственный комплекс на р. Ясельда. Сооружения, отмеченные выше, привлекают строителей технологичностью, простотой, экономичностью по сравнению с дамбами и плотинами обжатого профиля с креплением верхового откоса. Кроме того, сооружения распластанного профиля могут возводиться на слабых основаниях. Это особенно важно в случае строительства сооружений в зоне Полесья и в сходных с ним геологических условиях.

Искусственные пляжи как сооружения инженерной защиты также достаточно часто применяются в практике берегозащитных мероприятий. Достаточно отметить, что более чем на 15 водохра­нилищах Беларуси построены эти сооружения и в течение ряда лет хорошо себя зарекомендовали в эксплуатации. Некоторые характеристики берегозащитных пляжей, находящихся в эксплуатации различное время и в различных гидрологических и грунтовых условиях, приведены в табл. 2.12.

Волнолом является оградительным сооружением, которое пред­назначено для защиты от ветровых волн акваторий портов, береговой линии участков водохранилищ. Волноломы бывают оградительными и берегозащитными. Волнолом — это сооружение, не сочленяющееся с берегом, у которого осуществляется разрушение береговых волн. Волноломы оградительного типа эксплуатируются на Вилейском и Заславском водохранилищах. Волноломы, эксплуатируемые на этих водных объектах более 10 лет, представляют собой сооружения откосного профиля, т. е. безнапорные дамбы, отсыпанные из грунта с защитным железобетонным покрытием откосов. Сооружения такой конструкции хорошо зарекомендовали себя в эксплуатации при интенсивных колебаниях уровня в верхнем бьефе водохранилищ в течение сезона (Вилейское водохранилище имеет амплитуду колебания уровней до 3,5 м, Заславское — до 1,5 м) и интенсивном волнении (высота 1 %-ной обеспеченности волны в системе по Вилейскому водохранилищу составляла до 1,5 м, а Заславскому — 1,2 м).

Таблица 2.12

Характеристика берегозащитных пляжей некоторых водохранилищ Беларуси

Водохранилище	Грунт (песок)	Ширина пляжа надводной части, м	Ширина пляжа подводной части, м	Коэффициент откоса
Заславское	Крупный	10—30	10—15	30—50
Криница	Средний	5—10	5—7	7—10
Дрозды	Крупный	5—10	5—7	10—30
Вяча	Средний	5—30	5—16	7—30
Волчковичское	Мелкий	15—30	7—12	10—15
Дубровское	Средний	10—15	10—15	10—15
Раубичи	Средний	10—15	10—15	7—10
Солигорское	Мелкий	10—15	10—15	10—15
Головное	Средний	7—10	6 - 7	7—15
Петровичское	Мелкий	10—15	7—10	7—10
Карачунка	Мелкий	10-15	10—15	7—15
Бобруйковское	Мелкий	15—25	15—20	10—15

Берегозащитные волноломы в порядке эксперимента применялись на Солигорском водохранилище. Они представляли собой плавающие волноломы — бревна и пакеты бревен, расположенные на плаву параллельно урезу воды и закрепленные тросами. Наряду с плавучими волноломами на рыбоводных прудах и некоторых малых водохранилищ применялся подводный волнолом в виде тонких стенок.

Из биологических типов креплений берегов и откосов дамб и плотин в условиях малых водохранилищ неплохо зарекомендовали себя посадка ивы (водохранилища Коммунар, Загатье, Малые Автюки). Посев трав или одерновка откосов наиболее часто применяется на прудах, при длине разгона волны до 500 м и глубине водоема до 2,0 м. При больших длинах разгонов волны откосы разрушаются. Древесно-растительные насаждения довольно широко применяются на прудах рыбхозов (табл. 2.13). Обследования показали, что эти крепления не являются надежным средством защиты от ветровых волн. Там были обнаружены волноприбойные ниши, обрушение и вымыв грунта и растительности. Этот процесс зарегистрирован на прудах рыбхозов Белое, Тремля, Вилейка, Альба и др.

Таблица 2.13.

Биологическое крепление откосов сооружений и берегов водохранилищ и прудов

Объект	Тип сооружения	Тип креплений	Найбольшая длина разгона волны, км	Высота волны 1 %-ной обеспеченности, м
Пруды рыбхозов: Любань Волма Белое Тремля Вилейка Водохрани лища: Бобруйковское Судково Муровно Коммунар Загатье Малые Автюки Красный борец Головчицкое	Дамбы - « - - « - - « - Дамбы, берега Плотина Дамба Дамба Дамба Дамба Дамба Плотина Плотина	Растительные Насаждения - « - - « - - « - - « - Посадка трав То же Раст.насажд. Посадка трав, раст.насажд. То же То же Посадка трав	2,0 1,7 0,7 1,0 0,7 1,2 1,2 0,7 0,5 1,0 0,8 1,0 1,1	0,76 0,56 0,56 0,62 0,56 0,62 0,66 0,56 0,54 0,62 0,55 0,62 0,60

В рыбхозе Красная Слобода в середине 70-х годов в качестве крепления использовались посадки многолетнего дикого риса. Дальневосточный дикий рис (Zizania Latifolia) имеет густые узловые корни второго и третьего порядка, которые позволяют ему эффективно закреплять поверхностность склона от разрушения. Кроме того, в дальнейшем рис является волногасящей полосой.

При устройстве биологического крепления черенки дикого много­летнего риса высаживали в грунт (смесь песка с торфом), покрытый водой на глубину 10—15 см. Высота риса в условиях Белоруссии, как показали наблюдения, достигала 150—200 см, количество растений на 1 м² до 90—160 побегов в стадии созревания. Такая плотность растений обеспечивала в соответствии с методикой ЛатНИИ ГиМ (ВНИИполимер) уменьшение исходной высоты волны до 30%.

Переходя к характеристикам и состоянию пассивных способов защиты откосов подпорных сооружений и берегов, отметим, что наиболее распространены дамбы обвалования и одежды берегов и откосов, реже — волнобойные стенки.

Дамбы обвалования используются в качестве защитного меро­приятия при отчленении образовавшихся мелководий на водохра­нилищах руслового типа (Вилейское, Заславское, Дрозды, Солигорское, Красная Слобода) или же при строительстве водных объектов наливного типа (водохранилища Загатье, Смолевичское, Коммунар и т. д.). Высота дамб обвалования варьирует в широких пределах и редко превышает 5 —7 м. Профиль дамб обвалования — наиболее часто распластанный, с суженным верховым откосом, реже обжатого типа с одеждой в виде бетонных или железобетонных покрытий.

На водохранилищах Беларуси для защиты верховых откосов плотин и дамб, а также естественных, подвергаемых переработке берегов, применяются различные типы креплений, некоторые из которых эксплуатируются более 30 лет.

Бетонные и железобетонные покрытия применяются в виде монолитных плит, бетонируемых на месте (см. табл. 2.13) и сборно-монолитных.

Монолитные крепления выполняются из плит толщиной до 20 см на слое гравия толщиной 10 – 5 см. Плиты разрезаются температурно-осадочными швами по всей высоте откоса. Расстояние между швами 5 – 10 см.

Сборно-монолитные крепления выполнены из отделочных плит размерами 4,0 х 1,75 см. Слой гравийной подготовки до 20 см (табл. 2.14). Каменное мощение устраивается в виде одиночной или двойной мостовой на слое гравия 15 – 20 см.

Каменная наброска использовалась при креплении берегов и откосов плотин на водохранилищах Чижовском и Осиповичском. Использовался камень диаметром до 30 см (см. табл. 2.14).

Обследование объектов с различными типами креплений показало, что бетонные и железобетонные крепления за время эксплуатации зарекомендовали себя как надежное средство защиты откосов. Однако в некоторых случаях наблюдались повреждения этих типов креплений. Одной из причин повреждений является, как показало обследование, плохое уплотнение швов, некачественное выполнение гравийной подготовки, что в итоге привело к выносу грунта из-под плит и последующему разрушению.

Таблица 2.14

Типы пассивных берегозащитных сооружений на малых водохранилищах

Водохранилище	Год ввода в эксплуат.	Глубина, м средняя/ максимальная	Тип сооружения	Тип Креп ления	Наибольшая длина разгона волны, км
Заславское Криница Осповичское Волчковичск. Солигорское Любанское Вилейское Лепельское Войковское	1957 1975 1953 1967 1968 1966 1973 1953 1952	3,5/8.0 1,5 1,5/8,5 3,3/9,0 2,5/5,0 1,7 5,9/9,0 1,0/2,7 2,5	Плотина - « - - « - - « - - « - - « - - « - - « - Берега Плотина	Монол. Плита Монолиты Мощение Монолиты Монолиты - « - - « - - « - Мощение	5,0 1,0 1,5 1,2 10,0 3,0 10,0 3,5 2,9

Каменные покрытия типа мостовой при небольших разгонах волны 0,4 – 0,6 км крепления находятся в хорошем состоянии и являются надежной защитой откосов. Однако в случае разгонов волны более 1,5 –2,0 км (Заславское водохранилище) откосы ограждающей дамбы закрепленные каменной мостовой были разрушены. На плотине Осиповичского водохранилища было применено каменное мощение из камня диаметром 25 – 35 км. Крепление в процессе эксплуатации разрушалось, последующий ремонт состоял в заполнении мест разрушения каменной наброской камнем диаметром до 30 см. В настоящее время они работают удовлетворительно. В хорошем состоянии находятся и крепления, выполненные на размываемых берегах Чижовского водохранилища в виде каменной наброски.

Волнобойные стенки, созданные из монолитного железобетона, были построены и в настоящее время находятся в хорошем состоянии на водохранилищах Криницы, Дрозды и Цнянское. Волнобойная стенка из металлического шпунта выполнена на Заславском водохранилище. Сооружения этого типа достаточно дорогостоящие. На малых водохранилищах волнобойные стенки используются редко.