Закрепление слабых берегов малых рек, оврагов и балок Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ЗАКРЕПЛЕНИЕ СЛАБЫХ БЕРЕГОВ МАЛЫХ РЕК, ОВРАГОВ И БАЛОК

Г. Ф. Тыщук, Н. В. Денега

Дается анализ применения габионных конструкций для закрепления слабых берегов и борьбы с водной береговой эрозией и эрозией почв. Приведены рекомендации по улучшению состояния малых рек.

Большая часть всех природных водных ресурсов Республики Мордовия приходится на малые реки. К ним относятся водотоки с площадью водосбора менее 2 тыс. км2 и длиной менее 200 км. Именно в бассейнах малых рек рождаются водные ресурсы страны, от их состояния зависит состояние больших рек. Малые реки — это и самостоятельные ценные объекты природы, значимые для человека.

Из-за нерасчетливой деятельности людей состояние малых рек ухудшается, и они частично или полностью утрачивают полезные свойства в силу следующих причин:

— нарушения режима формирования жидкого и твердого стока (распашка крутых склонов, сокращение площади леса);

— возрастания объема загрязнения рек, что подавляет развитие полезных биоценозов, включая и высшие растения, положительно влияющие на русловые процессы;

— создания подпора в половодье перемычками, плотинами прудов и другими сооружениями, приводящего к заилению русла;

— нарушения эрозионной устойчивости почвы распашкой крутых склонов и пойменных массивов.

Мероприятия для сохранения реки с оптимальным режимом как природного объекта и повышения продуктивности реки в пределах ее природных возможностей разделяются на охранные (ликвидация причин, ухудшающих режим реки), рекультивационные (улучшение режима реки и ее сохранение) и хозяйствен-

ные (увеличивающие продуктивность реки, поймы и надпойменных террас).

К гидротехническим рекультивационным мероприятиям относят:

— выделение водоохранных зон и прибрежных полос. В состав водоохранных зон включается вся пойма, а также склоны долины, оврагов и балок. Эти территории допускается использовать с определенным режимом хозяйствования. В прибрежных полосах хозяйственная деятельность запрещена. Они обязательно должны быть оборудованы водоспусками (водосбросами), обеспечивающими автоматический слив воды из прудов;

— увеличение расходов воды в половодье (особенно в маловодные годы) для промыва русла путем спусков воды из специальных верховых водохранилищ и прудов;

— ограничение пропускной способности пойм для сосредоточения потока в русле с целью увеличения его транспортирующей способности и промыва русла;

— отведение части руслообразующих фракций из русла;

— защита русла от овражных выносов;

— закрепление слабых берегов (желательно биологическими и комбинированными конструкциями);

— стимулирование донной эрозии временным спрямлением лучин;

— очистка русел механизмами;

— экологические и другие мероприятия.

Из перечисленных выше рекультивацион-

ных мероприятий особое внимание, по мнению авторов данной статьи, следует уделить вопросу о закреплении слабых берегов, так как водная береговая эрозия и эрозия почв — наиболее актуальная проблема в области строительства искусственных сооружений на территории Мордовии.

Решать эту проблему призваны регуляционные защитные сооружения. Они, как правило, требуют значительных объемов материалов, и потому большую их часть возводят из местных строительных материалов или с минимальным расходованием цемента, металла. Наиболее широкое применение имеет каменное крепление в виде наброски, мощения и др. В условиях нашей республики такой вид крепления относительно дорог, поэтому без сочетания с другими материалами его применять нецелесообразно. При возведении

регуляционных сооружений от строительного камня требуются морозостойкость и необходимый диаметр.

На рис. 1 изображена схема аварийной защиты размываемого берега. Камень сбрасывается в воду за бровку берега самосвалами или бульдозерами. Размыву потоком сопротивляются только камни крупнее расчетного диаметра, определяемого по формуле С. В. Избаша:

¿тш = 0,057v2max. (1)

Выгоднее применять камень без сортировки, в том составе, в котором он получается после взрыва в каменном карьере (так называемую «горную массу»). Однако камня круп-

Иисунок 1 Каменная наброска в воду

нее расчетного диаметра dmin в общем объеме должно быть не менее 5—7 %.

Камень крупностью мельче расчетного диаметра можно применять в сочетании с сеткой из стальной (лучше оцинкованной) проволоки. Габионные «ящики» из такой сетки в виде параллелепипедов устанавливают на спланированную поверхность (рис. 2). Затем их наполняют равными слоями камня, чтобы вертикальные стенки не были деформированы.

При обилии влекомых наносов наружный слой габионной кладки выполняют так, чтобы

Рисунок 2

Габионная кладка: 1 — габионы; 2 — засыпка из неоседающего грунта; 3 — обратная засыпка с уплотнением

камни или галька виднелись из каждой ячейки и этим защищали проволоку от истирания. Правильно выполненная габионная кладка с применением оцинкованной проволоки работает десятки лет.

Габионы — это конструкции различной формы из металлической сетки двойного кручения по ГОСТ Р 52132-2003 и ASTM А 975-97 с шестиугольными ячейками заводской готовности, предназначенные для укрепления берегов рек, формирования русел, возведения подпорных стен, защиты от обвалов, противопаводковых мероприятий. Габионы заполняются любым каменным материалом. Это может быть булыжник, галька, карьерный камень. Выбранный материал должен иметь вес и все характеристики, соответствующие статическим и функциональным требованиям возводимого сооружения и срока его службы.

Слово «габион» заимствовано из французского языка, в строительство пришло из фортификации, где приобрело значение «корзина с камнями». Габионы использовали для «устройства крутостей высоких насыпей», укреплений для защиты от пуль и снарядов еще 200 лет назад. Сейчас это вполне мирный строительный элемент. Свыше 100 лет габионные конструкции применяются в области стабилизации грунтов и их защиты от различных эрозионных процессов. Наглядным свидетельством надежности и долговечности габионных конструкций является успешно работающее сегодня первое сооружение из цилиндрических габионов — дамба на р. Рено в пригороде г. Болонья, построенная еще в 1894 г. В течение многих десятилетий элементы грунта, проникая в структуру габионов, преобразовали ее в коренной берег реки, а прилегающая территория, прежде подвергавшаяся постоянным размывам, в настоящее время представляет собой парковую зону отдыха.

Габионные сооружения не только успешно конкурируют с бетонными и железобетонными, но и активно вытесняют их. В последние годы в России возрождается габионное строительство, за последнее десятилетие в разных городах и регионах, в частности в Москве, на МКАД, в Московской области, появились сотни подобных объектов (рис. 3—8).

Аккумулируя внутри себя частички грунта, габионные сооружения со временем приобретают максимальную прочность и устойчивость,

становятся частью природного ландшафта, и срок их службы практически не ограничен.

Высокая экологичность габионов объясняется тем, что, сливаясь с окружающей средой, они представляют собой естественные строительные блоки из природных материалов, не препятствующих росту растительнос-

Рисунок 3 Рисунок 4

Укрепление пологого Укрепление берегов берега водоема и портальной стенки

у трубы

Рисунок 5 Рисунок 6

Укрепление крутого Вертикальная

берега со смещением подпорная стенка

на глубину габиона вдоль дороги

Рисунок 7 Вертикальная подпорная стенка без смещения габионов

Рисунок 8 Укрепление портальной стенки

ти, способствуют процессам регенерации прилегающих ландшафтов, их флоры и фауны. В водной среде структура габионов позволяет живым организмам расселяться внутри самой конструкции и между камнями. Расширение их популяции и повышение концентрации улучшают качественный состав микрофауны биоценоза окружающей экосистемы (рис. 9—11).

Также исследования показали, что применение оцинкованной сетки, в том числе с пластиковой оболочкой, не оказывает негативного влияния на природную среду. Строительство габионных сооружений, которое осуществляется преимущественно вручную, без применения тяжелой техники, также

Рисунок 9 Укрепление берегов реки

Рисунок 10 Укрепление бортов и дорожки вокруг фонтана

Рисунок 11

Укрепление в виде ступеней вокруг водоема

не наносит серьезного вреда природе. Безусловно, очень важным для экологического баланса территории является беспрепятственная фильтрация воды через габионные сооружения.

Экологичность — одно из основных, но не единственное свойство габионных конструкций. К таковым относятся также гибкость, прочность, водопроницаемость, поглощение шума, долговечность.

Гибкость обеспечивается наличием метрической сетки, позволяющей сооружению легко воспринимать осадку грунта. Даже сильный эрозионный размыв почвы в основании габионной конструкции приводит лишь к незначительным деформациям, не вызывая потери прочности и разрушения.

Высокая прочность и устойчивость обусловлены прекрасными качествами металлической сетки из проволоки двойного кручения; способностью выдерживать большие нагрузки (эрозионные, волновые, ледовые, давление грунтовых масс и др.) без разрушения; сочетанием гибкости с сильными структурными внутренними связями, превращающими конструкцию в единое целое. Особенностью габионных сооружений является то, что с годами их прочность возрастает вследствие естественной консолидации.

Водпроницаемость объясняется пористостью габионов, благодаря чему исключается возможность возникновения гидростатического давления на сооружение, что увеличивает его устойчивость; нет необходимости устанавливать дополнительный дренаж; не происходит разрыва связи между поверхностными и подземными водами; фильтрация воды в теле габионных сооружений способствует быстрому развитию растительности на них.

Долговечность. Проводившиеся до настоящего времени эксперименты и натурные наблюдения дают основание предположить, что при условии правильного проектного решения срок их службы практически не ограничен (если не рассматривать такие экстремальные ситуации, как катастрофические землетрясения, сели, горные обвалы и т. д.). Более того, процесс консолидации габионных конструкций и примыкающей к ним грунтовой толщи способствует с течением времени усилению их прочности и устойчивости.

Долговечность габионов обусловлена значительным превышением срока службы металлической оцинкованной сетки над периодом консолидации габионов. Стальная проволока, покрытая гальфаном и пластиком, даже в достаточно агрессивной среде сохраняется более 100 лет.

Рассматриваемые технологии имеют также ряд других особенностей, доказывающих существенное преимущество габионных конструкций по сравнению с традиционными инженерными решениями:

— отсутствие необходимости оборудования специальных дренажных устройств;

— использование геотекстиля вместо традиционных песчано-гравийных фильтров;

Поступила 16.09.08.

— незначительный объем работ по подготовке основания габионных сооружений (достаточно простого выравнивания поверхности);

— использование обычной строительной техники без применения дорогостоящих специальных механизмов;

— снижение расходов на эксплуатацию и ремонт.

В последние годы габионы используют не только на крупных городских или федеральных объектах, но и для обустройства территорий частной загородной застройки: для возведения подпорных стенок, водоотведения, берего- и руслоукрепления водоемов и водотоков и других работ по инженерной защите и благоустройству территорий.