X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

ВВЕДЕНИЕ

Береговая зона морей является основной средой обитания человека, так как около 2/3 населения Земли предпочитает жить, работать и отдыхать на морском побережье. Здесь добываются полезные ископаемые, проводится промышленное, гражданское, гидротехническое строительство, развивается туризм, рекреация и т.д., что негативно сказывается на устойчивости береговой зоны.

Действия человека, направленные на изменения береговой зоны в своих интересах, начали повсеместно приводить к разрушению стабильности природных прибрежных систем. На морских побережьях отмечается 10 из 50 возможных природных процессов, которые могут вызвать аварийные ситуации с катастрофическими последствиями. Поэтому решение проблемы защиты берегов, наряду с общей задачей предотвращения нежелательных последствий и их деятельности, является ключевым моментом гармонизации взаимоотношения природной среды и человека при освоении береговой зоны и побережья морей.

Наиболее важным градообразующим элементом морских городов-курортов являются рекреационные пляжные комплексы, которые могут занимать участки побережья протяженностью от сотен метров до нескольких километров вдоль уреза воды и значительными территориями на прилегающей береговой части. К их числу относятся как главные городские пляжные комплексы с набережными, парковыми зонами и развитой сервисной инфраструктурой, так и относительно небольшие локальные автономные пляжные территории.

Практически у всех популярных морских курортов одним из наиболее важных градообразующих элементов является главная городская набережная. Как правило, она представляет собой удобную прогулочную эспланаду, проходящую вдоль пляжей или объектов яхтинга. В любое время года набережная является излюбленным местом отдыха горожан и гостей курорта, по набережной и прилегающей к ней территории часто судят о привлекательности курорта в целом. Поэтому во всем мире набережным приморских городов и окружающей их застройке уделяется самое пристальное внимание.

Пляжи являются естественными и наиболее эффективными образованиями, обеспечивающими полное волногашение и устранение волнового воздействия на территории, примыкающие к пляжам со стороны суши. Но такую функцию пляжи могут выполнять только при одном обязательном условии – они должны быть динамически устойчивыми к воздействию волнения.

1 Ретроспектива методов берегозащиты

История создания первых берегозащитных сооружений может быть отнесена еще к античным временам. Обнаружены следы древних береговых строений в Александрийском порту, античных портах Аппенинского и Пелопонесского полуостровов. На низменных берегах Девоншира и Линькольшира при раскопках были обнаружены подпорные стенки и дамбы, построенные еще в III-IV вв. до н.э. С этого времени человечество ведет борьбу с наступлением моря, изобретая различные способы берегозащиты.

Технологический и методологический бум берегоукрепления был связан с изобретением в 1844 году цемента и чуть позже появлением железобетона. С тех пор различные типы железобетонных конструкций стали быстро внедряться не только в портовом строительстве, но и в берегоукреплении. Вначале это были подпорные и волноотбойные стены, затем подводные волноломы, буны и траверсы, волногасящие наброски фигурных массивов и др. Но с появлением железобетона проблема эффективной защиты берегов решена не была. Как это ни парадоксально, но в худшем положении оказались те участки, где строительство железобетонных берегоукрепительных сооружений велись самое продолжительное время. Причина, кроется в том, что внедрение жестких конструкций в береговую зону приводит к существенной перестройке всей системы взаимосвязей и взаимозависимостей гидро- и литодинамических процессов.

Тотальное внедрение железобетона не единственный печальный опыт берегоукрепления. Поэтому при выборе методов защиты берегов важно учесть ошибки, а так же принять во внимание положительные результаты, которые были достигнуты решении проблемы эффективной берегозащиты.

Анализ отечественного и зарубежного опыта показывает, что эффективность берегозащитных мероприятий зависит в значительной степени от соблюдения нескольких концептуальных принципов. Один из основных принципов требует ответа на главный вопрос – защищать или не защищать? Для ответа на вопрос необходимо знать: в каком состоянии находится морской берег, нарушено ли его динамическое равновесие, каковы причины нарушения этого равновесия и не наносят ли они необходимого характера. Ведь любая неудачная попытка укрепить берег может вызвать нежелательные последствия, в частности, трансформацию берега в морфосистему с еще худшими относительно начального состояния свойствами.

Если решение о строительстве берегозащитного сооружения принято, необходимо выбрать эффективный, обеспечивающий поддержание береговой зоны в динамически устойчивом состоянии метод берегозащиты. Рациональное решение этой проблемы требует комплексного подхода к морским берегам как сложной природной системе.

Вмешательство в береговые процессы с целью защиты берегов от разрушения подразумевает обязательное согласование природных и технических элементов в виде единой оптимизированной системы. Проектирование и строительство берегозащитных комплексов должны охватывать, по крайней мере, литодинамические системы или ячейки, которые обладают автономным режимом динамики развития, а также имеют собственный баланс наносов.

2 Традиционные методы защиты берегов.

Волноотбойные стены как средство защиты от волнений использовались еще в глубокой древности. Вначале они представляли собой обычную каменную кладку с вертикальной передней гранью и практически не имели фундамента. Такие стены быстро выходили из строя от ударов волн и эрозионного воздействия движущимися наносами. С течением времени конструктивные особенности стен претерпели большие изменения, и сейчас они лишь отдаленно напоминают своих предшественников. Современные морские стены – это сложное гидротехническое сооружение из железобетона с глубоко заложенным фундаментом, многоступенчатым профилем и фигурным козырьком.

В результате работы стен происходит также размыв и сокращение ширины пляжа, то есть они способствуют быстрому исчезновению пляжей. Волна, накатывающая на пляж, постепенно теряет свою энергию, а при ударе о волноотбойную стену, особенно там, где пляж узкий и береговой обрыв приближен к урезу, со всей своей энергией, отражается от нее и с силой откатывается назад, размывая пляж. Исчезновение пляжей приводит к более интенсивному размыву подводного склона, а это, в свою очередь, ускоряет деформацию или опрокидывание стен. При подтачивании основания стен происходит их обрушение.

Идеологически строительство волноотбойных стен оправдывалось тем, что происходила замена пород, подверженных разрушительному воздействию волн, более прочным железобетоном. Как показала практика, такой подход не всегда оправдан. Причин здесь несколько.

Прежде всего, железобетон не способен длительное время сдерживать удары волн. На берегах с галечными наносами самые прочные стены выходят из строя через 10-15 лет, Причина в том, что на приглубых берегах сила гидродинамического удара волн составляет 30-40 тонн на квадратный метр, что существенно выше допустимых нагрузок на переднюю грань сооружений.

Как показывает практика, возведение автономных берегозащитных стен способствует быстрому исчезновению пляжей. Дело в том, что при ударе о вертикальное препятствие прямой прибойный поток почти мгновенно трансформируется в обратный и увлекает за собой гальку и песок на глубину. При этом развивающиеся скорости водного потока могут в несколько раз превышать значения относительно условий отсутствия берегозащитной стены. Создаются условия более интенсивного размытия пляжа. Его деградация приводит к усилению эрозионных процессов на подводном склоне, а это, в свою очередь, ускоряет деформацию и даже опрокидывание стен.

Наличие вертикальной стенки в прибойной зоне может привести к увеличению природных скоростей водного потока в два-три раза.

2.1 Волноломы.

Поиск более совершенных берегозащитных конструкций привел к появлению подводных волноломов. Первый такой волнолом был построен по инициативе инженера Е.Е. Катрана в 1933 году для защиты берега в бухте Ланжерон в районе Одессы. Он состоял из 17-ти тонных бетонных массивов, которые были уложены в одну линию на песчаное дно. Волнолом не имел фундамента (каменной постели) и поэтому просуществовал всего лишь несколько лет. К 1945 году от него не осталось и следа.

Подводные волноломы, как следует из названия, призваны «ломать» волну, то есть принуждать ее разрушаться на некотором удалении от берега. Конструктивно они представляют собой обычные затопленные стенки вертикального или наклонного профиля. Волноломы могут быть закрепленными и подвижными, проницаемыми и непроницаемыми.

Иногда переднюю грань волнолома выполняют из рваного камня неправильной формы. Это способствует возникновению при обрушении волн турбулентных течений в воде. Такая макропористая конструкция рассредоточивает пик давления при ударе гребня. Одновременно ослабляется эффект гидростатической потери веса в воде, вследствие чего волна могла бы сдвигать отдельные элементы конструкции волнолома.

Важным качеством волноломов является возможность накопления под их защитой аккумулятивных формообразований в виде вытянутых в сторону волнолома отложенийпляжеобразующего материала – т.н. салиентов и томболо. Это позволяет с помощью одних только волноломов формировать бухтовые (серповидные) пляжи.

2.2 Морские буны.

Буны –поперечные (нормально расположенные к береговой линии) сооружения для удержания пляжеобразующего материала из естественного вдольберегового потока наносов и сохранения естественного или искусственного пляжа в межбунных отсеках.

Существует два основных вида бун – линейные и мысовидные. Линейные буны могут быть однорядные и двухрядные, свайные и из сборного железобетона, на колоннах-оболочках и из призматических блоков. Мысовидные буны отличаются от линейных тем, что образуют искусственную территорию, которая может быть использована в рекреационных или технических целях.

Основное назначение бун — накопление или удержание пляжных наносов в межбунных отсеках.

Буна — это активное берегозащитное сооружение, которое с одной стороны (наветренной) задерживает пляжеобразующие наносы, перемещаемые вдоль берега, а с другой (подветренной) вызывают низовой размыв. Тем самым нарушается природное равновесие. К тому же из-за размыва подветренных участков приходится продолжать строительство и растягивать участок берегозащиты, что приводит к увеличению антропогенной, инженерной нагрузки, к снижению устойчивости окружающих ландшафтов.

Буны нарушают естественные ландшафты морского побережья и с современных эстетических позиций их применение нежелательно. Наличие бун уже само по себе вносит существенное изменение в динамику береговой зоны. Прежде всего, они нарушают продольную структуру перемещения пляжевых и песчаных наносов, и поэтому подветренный берег почти всегда будет испытывать дефицит материала.

Правильно сконструированные буны могут замедлить и даже полностью прекратить движение пляжных наносов вдоль берега. В результате этого в межбунных отсеках накапливается пляж, который защищает берег от волн. Однако такое их действие имеет и отрицательный эффект. Защитные свойства бун имеют локальный характер – они способствуют накоплению пляжа и защите берега лишь там, где построены.

На участкеберега от Туапсе до устья р. Псоу протяженностью 115 км построено 914 бун! Поскольку буны, так или иначе, препятствуют свободному перемещению гальки вдоль берега, то ее нужно отсыпать практически в каждый межбунный отсек. Невольно напрашивается вопрос: сколько же требуется подъездных путей для такой операции?

Например, в Сочи при разработке реализованных проектных решений по реконструкции набережной архитекторы использовали в своих предложениях отработанную гидротехниками методику расширения пляжей и образования искусственных территорий по линейной схеме (равномерное выдвижение береговой линии в море по протяженности набережной) с помощью традиционных для местных гидростроителей инженерных решений – линейных бун и волноломов из бетонных блоков-массивов. Такое решение не позволяло формировать разнообразный живописный ландшафт с высокими видеоэкологическими качествами.

3. Современные методы и технологии берегозащиты

Помимо линейной схемы берегозащиты и формирования пляжей и искусственных территорий существуют другие решения, отработанные на гидравлических моделях и нашедшие широкое применение за рубежом — бухтовые аккумулятивные формы, являющиеся аналогами природных. Существуют два вида бухт:

а) закрытые бухты, у которых внутренняя акватория соединена с морем узким проливом, что обеспечивает максимальную защиту берега внутренней акватории от волнового воздействия.б) открытые бухты, акватория которых не отделена от моря, а ограничивающие бухту мысы выполняют двойную функцию — исключают возможность уноса пляжеобразующего материала и вызывают трансформацию подходящей волны, изменяя угол ее подхода к пляжу и обеспечивая саморегулирование и динамическую устойчивость пляжа по всему периметру бухты.

Такой метод защиты берега отвечает принципам «геоники», то есть максимальному соответствию гидротехнических сооружений существующим в природе элементов защиты от волнений.

Различные способы «естественной» защиты морских берегов в последние десятилетия довольно широко. Прерывистое крепление морских берегов начало внедряться в Испании, Франции и Италии еще в середине 60-х годов (Kraus, 1996).

Эффективность прерывистых волноломов определяется их способностью снижать энергию волн в заволноломном пространстве. В результате этого, между берегом и сооружением создаются волновая тень и происходит аккумуляция наносов. В одном случае образуется выступ или салиент, а в случае соединения аккумулятивной формы с берегом – перейма или томболо. Использование прерывистых волноломов позволяет добиться положительного эффекта в стабилизации пляжей на протяженных участках.

Аналогичные принципы защиты берега реализуется при отсыпке искусственных островов. Параллельно при этом решается задача создания новых отвоеванных у моря территорий. Этот способ обычно применяется для участков побережья, где по тем или иным причинам строительство сооружений курортного комплекса на берегу ограничено.

4 Определение бокового давления грунта на стенку

Интенсивность горизонтальной составляющей активного давления грунта р_а при плоской поверхности грунта определяется по формуле

ра=р_а,гр+р_а,q,

где р_а,гр - интенсивность горизонтальной составляющей активного давления от веса грунта .

ра,q - интенсивность горизонтальной составляющей активного давления от равномерно распределенных нагрузок, расположенных на территории причала.

Интенсивность горизонтальной составляющей активного давления р_а,гр, от веса грунта определяется по формуле

ра,гр=q_zl-clac

где q_z - интенсивность вертикального давления грунта.

la - коэффициент горизонтальной составляющей активного давления грунта.

с - удельное сцепление грунта, кПа;

lac - коэффициент горизонтальной составляющей активного давления грунта от сил сцепления.

Примечание.

В случаях, когда clac больше q_zlа, величина р_а,гр на данном участке принимается равной нулю.

Интенсивность вертикального давления грунта q_z определяется по формуле

,

где - i порядковый номер слоя грунта с одинаковыми физико-механическими характеристиками в пределах высоты стенки;

gi - удельный вес i-того слоя грунта, кН/м³;

z - текущая координата по высоте стенки, м;

hi - высота i-того слоя, м;

qzi - интенсивность вертикального давления грунта вышележащих слоев, кПа.

5.23. Коэффициенты горизонтальной составляющей активного давления грунта lа и lас.

,

где

,

где j - угол внутреннего трения грунта, град;

a - угол наклона расчетной плоскости стенки к вертикали, град., принимаемый со знаком минус при наклоне стенки на грунт;

r - угол наклона поверхности грунта к горизонтали, град., принимаемый со знаком плюс при повышении отметки территории;

d - угол трения грунта по расчетной плоскости, град., принимаемый не более 0,667j для расчетной плоскости, проходящей на контакте грунта с сооружением, или d=j при плоскости, проходящей в грунте, но не более 30°.

При горизонтальной поверхности грунта (r=0) и вертикальной расчетной плоскости (a=0) коэффициенты горизонтальной составляющей активного давления грунта lа и lас.

Интенсивность горизонтальной составляющей активного давления р_aq от равномерно распределенных нагрузок интенсивностью q_j, расположенных на территории причала, определяются:

при бесконечной по ширине причала полосе нагрузке (b_q=¥), размещаемой непосредственно за расчетной плоскостью,

рa,q=mqla,

где

при бесконечной по ширине причала полосе нагрузки (b_q=¥), размещаемой на расстоянии a_q от расчетной плоскости,

рa,q=mqla(1-k_q,1),

где

,

, (рад)

z - текущая координата по высоте стенки, м;

при полосе нагрузки шириной b_q, размещаемой непосредственно за расчетной плоскостью,

рa,q=mqlakq,2

где

,

, (рад);

при полосе нагрузки шириной b_q, размещаемой на расстоянии a_q от расчетной плоскости,

рa,q=mqla(k_q,2-k_q,1),

где k_q,2, k_q,1 - определены выше.

Значения k_q,i принимаются в зависимости от величины ctgbi

,

.

При наличии разгрузочной каменной призмы активное давление грунта, определяемое в предположении бесконечного простирания слоев грунта, в том числе и камня, дополняется давлением от пригрузки грунта, расположенного в призме обрушения на откосе каменной призмы (черт. 4.1)

Интенсивность горизонтальной составляющей дополнительного давления Dра от пригрузки грунта следует определять по формулам:

в пределах каменной призмы на высоте Dhк

ниже каменной призмы на глубине Dd,

где q_р - интенсивность вертикального давления грунта (с учетом равномерно распределенных нагрузок по территории причала) на уровне пересечения откоса каменной призмы плоскостью обрушения, проведенной из точки на расчетной плоскости, в которой определяется давление грунта Dра, кПа;

Черт 4.1

la - коэффициент горизонтальной составляющей активного давления грунта, расположенного на откосе каменной призмы;

lа,к - коэффициент горизонтальной составляющей активного давления каменной отсыпки;

аh,1, a_h - проекции на вертикаль отрезков линии откоса каменной призмы, заключенных между плоскостями обрушения, проходящими соответственно через концы участков Dhк и Dd расчетной плоскости стенки, м, определяемые по;

Dhк, Dd - высота (глубина) участков зоны распределения дополнительного давления грунта, м.

Проекции а_h,1 и a_h на вертикаль определяются по формулам:

,

где h_к - высота каменной призмы, м;

bк - угол обрушения каменной отсыпки, град;

bк- ширина каменной призмы поверху, м;

m0 - заложение откоса грунта над призмой;

bп - ширина подошвы каменной призмы, м.

5.26. При наличии откоса на поверхности грунтам (черт. 4.2 а, б, в) эпюра интенсивности горизонтальной составляющей активного давления грунта определяется по двум эпюрам:

эпюре 1, построенной отточки пересечения линии, являющейся продолжением откоса, с расчетной плоскостью, как для неограниченного откоса;

эпюре 2, построенной от точки пересечения линии, являющейся продолжением горизонтальной поверхности полуоткоса или бермы, с расчетной плоскостью, как для горизонтальной поверхности грунта.

Эпюра 3 принимается в зависимости от схемы очертания поверхности грунта:

для схемы на а от верха расчетной плоскости до точки 0 (точка пересечения эпюр 1 и 2) - по эпюре 1, ниже - по эпюре 2;

для схемы от верха расчетной плоскости до точки 0 - по эпюре 2, ниже - по эпюре 1.

Черт 4.2

Интенсивность вертикальной составляющей активного давления грунта р_a,v определяется по формуле

где p_a - интенсивность горизонтальной составляющей активного давления грунта, кПа.

Горизонтальная Е_a и вертикальная Е_av составляющие активного давления грунта определяются площадью эпюр интенсивности давления грунта.

Интенсивность горизонтальной составляющей силосного давления грунта между стенками определяется по формуле

,

где q_z,сил - интенсивность вертикального давления грунта между стенками, кПа.

lа - коэффициент горизонтальной составляющей активного давления грунта.

,

где z - текущая координата по высоте стенки, м;

hi - высота i-того слоя грунта, м;

h0 - величина, м, определяемая для каждого i-того слоя грунта.

Для плоской задачи

,

где а - расстояние между расчетными плоскостями стенок, м;

d - угол трения грунта о стенку.

для ячеистых конструкций (оболочек)

,

где А - площадь ячейки, м²;

u - периметр ячейки, м.

Примечание.

В случаях, когда больше q_{zi-1 сил} величина р_{а, сил} на данном участке принимается равной нулю.

Интенсивность вертикального давления грунта между стенками определяется по формуле

,

где q_{zi-1, сил} - интенсивность вертикального давления грунта между стенками на поверхности i-того слоя с учетом равномерно распределенной нагрузки на поверхности грунта между стенками интенсивностью q₀, кПа,

,

где q_j - интенсивность равномерно распределенной нагрузки, расположенной в пределах а, кПа;

bj - полоса нагрузки интенсивностью q_j, м;

Fj - сосредоточенные нагрузки, расположенные в пределах а, кН/м.

Интенсивность вертикальной составляющей силосного давления грунта между стенками определяется по формуле

ра,v,сил=р_а,силtgd,

где р_а,_сил - интенсивность горизонтальной составляющей силосного давления грунта между стенками, кПа.

Интенсивность горизонтальной составляющей пассивного давления грунта р_р при плоской поверхности грунта определяется по формуле

рр=р_р.гр+р_рн,

где р_р.гр - интенсивность горизонтальной составляющей пассивного давления от веса грунта.

ррн - интенсивность горизонтальной составляющей пассивного давления грунта от нагрузки на призме выпора.

Интенсивность горизонтальной составляющей пассивного давления от веса грунта р_р.гр определяется по формуле

рр=q_z.lр+clpc

где q_z - интенсивность вертикального давления грунта.

lр - коэффициент горизонтальной составляющей пассивного давления грунта.

с - удельное сцепление грунта, кПа;

lpc - коэффициент горизонтальной составляющей пассивного давления грунта от сил сцепления.

Для поверхностного слоя, где возможно нарушение структуры грунта, удельное сцепление грунта С=0, полная величина сцепления принимается на глубине 1,0 м. Изменение удельного сцепления до полной его величины принимается линейным.

Коэффициент горизонтальной составляющей пассивного давления грунта lр.

при r=0

,

где r - угол наклона поверхности грунта к горизонтали, град, принимаемый со знаком плюс при повышении отметки территории;

d - угол трения грунта по расчетной плоскости, град, принимаемый от 0 до j, но не более 30°;

a - угол наклона расчетной плоскости к вертикали, град, принимаемый со знаком минус при наклоне от грунта;

при r£j и a£7

,

где

, где b - угол, град, принимаемый при d£0,33j равным d, при d>0,33j равным 0,677j.

Коэффициент горизонтальной составляющей пассивного давления грунта от сил сцепления lрс определяется по формуле

.

При горизонтальной поверхности грунта (r=0) и вертикальной расчетной плоскости (a=0) коэффициенты горизонтальной составляющей пассивного давления грунта lр и lрс.

Интенсивность горизонтальной составляющей пассивного давления грунта р_p,qn от нагрузки на призме выпора

рp,qп=0,9q_пlр,

где q_п - интенсивность нагрузки на призме выпора, кПа, принимаемая бесконечной по ширине причала.

При наличии откоса на поверхности грунта перед сооружением (черт. 4.3 а, б) эпюра интенсивности горизонтальной составляющей пассивного давления грунта определяется по двум эпюрам:

эпюре 1, построенной от точки пересечения линии, являющейся продолжением откоса, с расчетной плоскостью как для неограниченного откоса;

эпюре 2, построенной от точки пересечения линии, являющейся продолжением горизонтальной поверхности полуоткоса или бермы, с расчетной плоскостью как для горизонтальной поверхности грунта, а эпюра 2 строится от точки 0, интенсивность пассивного давления грунта в которой определяется как для неограниченного откоса.

Интенсивность вертикальной составляющей пассивного давления грунта р_p,v определяется по формуле

рp,v=pptg(a+d),

где pp - интенсивность горизонтальной составляющей пассивного давления грунта, кПа.

Горизонтальная Е_р и вертикальная Е_p,v - составляющие равнодействующей пассивного давления грунта определяются площадью эпюр интенсивности давления грунта.

Черт 4.3

Интенсивность давления грунта в состоянии покоя при горизонтальной поверхности грунта на вертикальную расчетную плоскость определяется как активное давление в соответствии с указаниями при коэффициенте горизонтальной составляющей активного давления грунта равном коэффициенту l0.

Коэффициент бокового давления грунта в состоянии покоя l0 определяется по формуле

,

где n - коэффициент поперечной деформации грунта.

При определении реактивного давления грунта, вызванного смещением сооружения, грунт рассматривается как линейно деформируемое основание, характеризуемое модулем деформации Е_п и коэффициентом поперечной деформации грунта n или коэффициентом постели с_z.

Модуль деформации грунта Е_п следует принимать на основании данных лабораторных или полевых исследований в соответствии с требованиями.

Коэффициент постели с_z принимается линейно возрастающим с глубиной

сz=k×z,

где k - коэффициент пропорциональности упругих свойств грунта, кН/м⁴

z - текущая координат по высоте стенки, м.

5 Расчет конструкций из цилиндрических ячеек

Основные размеры цилиндрических ячеек определяются из условия их устойчивости и прочности несущих элементов при воздействии горизонтальных нагрузок и собственного веса конструкции с учетом эксплуатационных нагрузок на его территории.

Настоящие указания распространяются на проектирование конструкций из цилиндрических ячеек из плоского стального шпунта и узких засыпных пирсов в виде взаимозаанкеренного больверка (черт. 5.1)

Черт 5.1

Диаметр цилиндрической ячейки определяется из условия устойчивости на сдвиг по вертикальной плоскости при воздействии горизонтальных нагрузок без учета временно распределенных нагрузок на территории

,

Mt - суммарный момент от внешних горизонтальных нагрузок относительно центра тяжести подошвы сооружения, кНм;

Мr - суммарный момент удерживающих сил, относительно центра тяжести подошвы сооружения, кНм.

Суммарный момент удерживающих сил определяется по формуле

,

где d - диаметр конструкции, м;

Еая - горизонтальная составляющая активного давления грунта засыпки, кН/м

jred - средневзвешенное значение угла внутреннего трения грунта в сооружении, град;

f - коэффициент трения в замках шпунтовой конструкции, принимаемый равным 0,4;

N - равнодействующая дополнительных сил сопротивления смещению грунта в сооружении по вертикальной плоскости за счет сопротивления дополнительных элементов жесткости (противоледовый пояс, бетонное кольцо и т.п.), кН.

d - угол трения грунта о шпунтовую конструкцию, принимаемый равным 0,667jred, но не более 30°, град;

М0 - момент реактивного давления действующего на внешнюю поверхность конструкции, относительно подошвы сооружения, кН×м.

Горизонтальную составляющую активного давления грунта следует определять по формуле

Еая=hiЕa

где hiЕa - коэффициент уменьшения давления грунта, определяемый по графику (черт. 5.2)

Еa - горизонтальная составляющая активного давления от веса грунта засыпки.

Черт 5.2

Равнодействующая дополнительных сил сопротивления определяется по формуле

N=AR,

где А - площадь поперечного сечения элемента жесткости, м²;

R - расчетное сопротивление на срез (растяжение) материала элемента жесткости, кПа.

11.8. Момент реактивного давления грунта М₀ следует определять по формуле

M0=a_EdЕ_aq

где a_E - расстояние от горизонтальной составляющей активного давления грунта Е_aq подошвы сооружения, м;

Еaq - горизонтальная составляющая активного давления грунта с внешней стороны ниже уровня дна, кН.

11.9. Расчет прочности замковых соединений шпунтовых конструкций следует выполнять, исходя из условия

,

Р₃ - разрывающее усилие в замках шпунтовой конструкции, кН/м.

R3 - предельное сопротивление в замках разрывающим усилием, кН/м.

11.10. Разрывающее усилие Р₃ следует определять по формуле

р3=р_3,гр+Р_3,F,

где р3,_гр - разрывающее усилие от активного давления грунта в сооружении, кН/м;

Р3,F - разрывающее усилие от активного давления грунта, кН/м, вызванного внешней горизонтальной нагрузкой.

Разрывающие усилия р3,_гр, Р_3,F следует определять по формулам:

р3,гр=0,5dP_a,max;

,

где P_a,max - максимальная ордината эпюры активного давления грунта, кПа;

F - горизонтальная нагрузка на сооружение, кН;

GK - собственный вес сооружения от верха до отметки максимальной ординаты эпюры активного давления грунта, кН.

11.11. Максимальная ордината эпюры активного давления грунта P_a,max определяется по формуле

Pa,max=Раhi

где Р_а - максимальная ордината давления грунта на плоскую стенку, кПа.

hi - коэффициент уменьшения давления грунта.

6 Расчет узких засыпных пирсов

Суммарный момент удерживающих сил М_r отнесенный к 1 м длины пирса, определяется по формулам:

на нескальном основании

на основании, подстилаемом скальным грунтом

,

где b_п - ширина пирса, м;

Еа,1 - горизонтальная составляющая активного давления грунта на лицевую стенку пирса, кН/м;

Еа,2 - горизонтальная составляющая активного давления грунта с внешней стороны ниже уровня дна на лицевую стенку пирса, кН/м;

d1 - угол трения грунта о лицевую стенку пирса, принимаемый 0,667jred, но не более 30°град;

d1 - угол трения грунта о лицевую стенку пирса с внешней стороны, принимаемый 0,667jred,2, но не более 30° (jred,2 - средневзвешенное значение угла внутреннего трения грунта ниже уровня дна с внешней стороны лицевой стенки пирса), град;

aп - расстояние между поперечными стенками, м;

M0 - момент реактивного давления грунта на внешнюю поверхность лицевой стенки пирса относительно подошвы сооружения кН/м.

11.14. Момент реактивного давления М₀ следует определять по формуле

М0=а_Е,2Е_а,2

где а_Е,2 - расстояние от горизонтальной составляющей активного давления грунта Е_а,2 до подошвы сооружения, м.

7 Берегозащита побережья курорта Сочи

7.1 История и основные аспекты проблемы

Современное состояние берегов Черного моря в целом можно охарактеризовать как неудовлетворительное. В настоящее время значительная часть (309 км) берегов Черного моря в пределах Краснодарского края повреждены абразионно-оползневым процессам. Создавшееся положение усугубляет проблему абразии и размыва морских берегов. Общее истощение пляжей или их отсутствие сдерживает курортное строительство. Перечисленный комплекс опасных природных и антропогенных процессов требует принятия неотложных мер по защите берегов Черного моря.

Таким образом, сегодня очевидна острая необходимость разработки программы комплексного развития курортов Черноморского побережья. В качестве прототипа такой программы предлагается рассмотреть Концепцию формирования прибрежной зоны курортной рекреационной системы в границах города-курорта Сочи.

Наиболее существенный вклад в приходную часть баланса вносит твердый сток рек, ручьев и временных водотоков. Положительная часть баланса наносов формируется также за счет абразионных процессов на берегу (при этом значительно более существенный вклад вносит абразия клифа в сравнении с абразией бенча), Биологической седиментации (ракуша отмерших моллюсков), эоловые поступления, вдольбереговой поток, компенсационные подсыпки или создание искусственных пляжей.

7.2 Анализ существующего состояния побережья Большого Сочи

В настоящее время на многих участках побережья Большого Сочи пляжи в межбунных отсеках и заволноломных пространствах имеют небольшую ширину или вообще отсутствуют. Подобные образцы укрепления только уродуют береговой ландшафт и не имеют никакой пользы. Между тем, именно так выглядит сейчас почти весь берег центральной части г. Сочи.

Без пляжей Сочи не может занять достойное место в числе современных курортов. На первом этапе можно создавать на локальных участках длиной в 2-3 км в сочетании с волногасящими сооружениями. Хорошие результаты могут дать, например, прерывистые волноломы из наброски природного камня.

Центральная часть берега Сочи нуждается в коренной реконструкции. Скорее всего, необходимо демонтировать монофункциональные железобетонные конструкции, и заменить их на сооружения, обеспечивающие не только гидротехнические, но и рекреационные функции. Для города важно иметь достойный фасад со стороны моря и современную благоустроенную набережную. Совершенно очевидно, что без этого Сочи, вряд ли может претендовать на достойное место среди курортов международного класса.

Заключение

Основная идея оптимальных берегозащитных мероприятий — вносимые в береговую зону гидротехнические сооружения должны оказывать минимальное воздействие на естественные природные процессы. Там же, где существующие берегозащитные сооружения работают неэффективно или оказывают негативное воздействие на береговые процессы, рекомендуется избавиться от них вообще или провести дополнительные мероприятия, которые бы позволили снизить степень этого негативного воздействия.

Анализ предшествующего опыта берегозащиты показал, что не все реализованные методы являются достаточно эффективными. Особенно это касается жестких систем берегоукрепления — железобетонных волноотбойных стен и бун.

Эти сооружения обеспечивают надежную защиту берега лишь на непродолжительный срок (10 лет против 25-ти лет эксплуатации). Продление их срока эксплуатации требует дополнительных берегоукрепительных мероприятий. Традиционно – это строительство перед стеной бермы из тетраподов, различного рода набросок железобетонных массивов и пр., которые ограничивают возможность рекреационного использования побережья.

Опыт отечественных и зарубежных школ показывает, что существует достаточно много способов эффективной защиты берегов. Реализация того или иного способа зависит не только от конкретно сложившейся ситуации на берегу, но и от планируемых целей использования береговой зоны.

При оценке воздействия берегозащитных сооружений на окружающую среду необходимо учитывать последствия (негативные и позитивные), как для близлежащих ландшафтов, так и для всего морского побережья в целом. При разработке берегоукрепительных мероприятий необходимо учитывать, чтобы проводимые работы не наносили ущерб окружающей среде, отдыхающим, либо он должен быть минимальным.

Для того, чтобы оценить степень воздействия берегозащитных сооружений, мероприятий по укреплению побережья на окружающую среду, необходимо вначале понять характер действия рассматриваемых средств берегозащиты.

Создание искусственных бухтовых пляжей направлено на улучшение естественных условий; это природоохранное мероприятие. На берегах со свободными пляжами поддерживается свободный водообмен, который затруднен при наличии бун. К тому же, пляж является не только надежным инженерным берегозащитным сооружением, но и дополнительным рекреационным объектом. При создании пляжей необходима подпитка его пляжеобразующим материалом.

Защита берегов от волновой эрозии должна осуществляться на основании закономерностей, определяющих естественную динамику литодинамических систем. Проблему защиты берегов недопустимо рассматривать как задачи защиты отдельных участков берега, она должна решаться для всего побережья, либо для нескольких крупных участков (литодинамических и береговых систем).

И самое главное – в курортной зоне должны применяться только такие проектно-строительные решения, которые, наряду с обеспечением защиты берегов от разрушения, одновременно будут создавать пляжи, активно используемые в рекреационных целях.

Список используемых источников

1 Агроклиматические ресурсы Краснодарского края / Под ред. Русева З.М. – Л.: Гидрометеоиздат, 1975. – 276 с.

2 Алтунин С.Т. Регулирование русел. - М.: Из-во Колос, 1962. – 250с.

3 Волков И.М., Кононенко П.Ф., Федичкин И.К., Бочкарев Я.В., Сергеев Б.И., Иванов В.П., Бондаренко В.С. Проектирование гидротехнических сооружений. - М.: Изд-во Колос, 1977. - 384 с.

4 Гончаров В.Н. Динамика русловых потоков. – Л.:ГИдрометеоиздат,1985. – 373 с.

5 Григоров М.С., Свистунов Ю.А., Чебанова Е.Ф., Островский Н.В. Методические указания по оформлению пояснительных записок, дипломных и курсовых проектов (работ) на факультете водного хозяйства и мелиорации. – Краснодар: КГАУ, 2005. – 70 с.

6 Курсовые и дипломное проектирование по гидротехническим сооружениям. / Под ред. В.С. Лапшенкова. – М.: Агропром издат, 1989. – 448с.

7 МДС 81-35.2004 «Методика определения стоимости строительной продукции на территории РФ» для условий в Краснодарском крае.

8. СНиП 11-02-96. Инженерно-гидрометеорологические изыскания.

9. СП 33-101-2003. Определение основных расчетных гидрологических характеристик.

10 Методика оценки вероятностного ущерба от вредного воздействия вод и оценки эффективности осуществления превентивных водохозяйственных мероприятий. – М: Министерство природных ресурсов РФ, 2005. -147с.

11 Методические рекомендации по эффективности инвестиционных проектов. – М.: Экономика, 2000. - 421с.

12 Поляков Ю.П. Технология и организация природоохранных работ./ НГМА – Новочеркасск, 2002. -242с.

13.Горошков И.Ф. Гидрологические расчеты. Гидрометеоиздат, Л.,1979.

14.Государственный водный кадастр. Многолетние данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. Том1. РСФСР. Выпуск1. Бассейны рек северо - восточного побережья Черного моря, бассейна Кубани. Гидрометеоиздат, Л.,1986.

15 Справочник по гидравлическим расчетам /Под ред. П.Г. Киселева. – М.: Энергия, 1974. – 313 с.

16 СНиП 2.06.04-82. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). Нормы проектирования. – М.: - 1995. – 46 с.

17 СНиП 2.06.15-85 «Инженерная защита территории от затопления и подтопления» – М.: - 1996. – 46 с.

18. ВСН 163-83. Учет деформаций русел и берегов водоемов в зоне подводных переходов магистральных трубопроводов (нефтегазопроводов). – Л.: Гидроме-теоиздат, 1985.

19. СП 58.13330.2012 Гидротехнические сооружения. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 33-01-2003.

20 СНиП 33-01-2003 «Гидротехнические сооружения. Основные положения» – М.: - 2002. –52с.

21 Справочник. Мелиорация и водное хозяйство. 4. Сооружения. / Под ред. П.А. Полад-заде – М.: Агропром издат, 1987. – 464 с.

22 СНиП 2.06.05-84*. Плотины из грунтовых материалов. – М.: 1991. – 71 с.

23 СНиП 12-03-01 Безопасность труда в строительстве. Ч1 Общие требования. – М.: Госстрой РФ. 2001 – 93с.

24 СНиП 12-04-02 Безопасность труда в строительстве. Ч2. Строительное производство. – М.: Госстрой РФ. 2002 – 85с.

25 Туровский Б.В. Ткаченко В.Т. Охрана труда . Методическое пособие для дипломников. – Краснодар.: КубГАУ 2010 -198с.

26 СП 48.13330.2011. Организация строительства. Актуализированная редакция СНиП 12-01-2004 – М.: Минрегион РФ, 2011. – 22 с.

27 Шишкин В.О., Ткаченко В.Т., Иванова Н.А. Технико-экономическое обоснование проектов мелиорации, рекультивации и сельскохозяйственного водоснабжения. – Краснодар: КубГАУ, 2008. – 129 с.

28 Шишкин В.О. Экономика водного хозяйства. – Новочеркасск: НГМА., 2006 -347с.

29 Шишкин В.О., Скачкова С.А. Методические указания по оценке эффективности мелиоративных инвестиционных проектов. – Краснодар: КубГАУ, 2012. – 79 с.

Код для цитирования: Скопировать