Возмож­ности полной механизации строительных работ

Лекция 4

Улучшение судоходных условий выправлением русла рек

Основные вопросы темы:

Выправление (регулирование) русла рек водостеснительными и струенаправляющими сооружениями, возводимыми с цепью улучшения судоходных условий, и основы теорий параллельноструйного и циркуляционного течений вод­ного потока, используемых для их проектирования и строи­тельства.

Под термином "выправление русла" понимают комплексные работы, связанные с последующим переформированием русла свободной реки за счет использования энергии водного потока. Гидротехнические соо­ружения, с помощью которых целенаправленно используют энергию водного потока, могут быть водостеснительными или струенаправляю­щими. Соответственно им различают два основных метода выправления русла реки:

· водостеснительный (уменьшением живого сечения водного потока);

· струенаправляющий (использованием циркуляционных течений в
водном потоке).

В основу проектирования и строительства водостеснительных сооружений была положена теория парал­лельноструйного движения водного потока. Основные положения этой теории были разработаны учеными Западной Европа. Водостеснительные сооружения проектируют в виде продольных или поперечных дамб.

Принципиальные схемы водостеснительных сооружений показаны на рис. 13.

Уменьшение живого сечения водного потока ведет я увеличе­нию средних скоростей течения, чем и добиваются размыва русла рек. Граница судового хода примерно повторяет очертания закрепленных бе­регов (рис. 13, а).

Водостеснительные сооружения имеют положительные и отрицатель­ные стороны.

Продольные дамбы непрерывно воздействуют на поток, создают плавную береговую линию - положительные стороны.

К недо­статкам их использования следует отнести возможность подмыва соо­ружения у вогнутого берега (пунктир на рис. 13, б), невозможность исправления береговой линии, необходимость усиленного крепления дамб, большие затраты на выполнение капитальных работ. Схема вы­правления русла реки поперечными дамбами более гибкая, их можно наращивать последовательно по длине или устраивать в промежутках дополнительные траверсы (рис. 13, в), что позволяет ускорить вы­правление реки. Их недостатком является возможность образования водоворотов у головы дамб, что приводит к появлению глубоких ям, навала судов на выступающие полузапруды. Наилучших результатов достигают при одновременном использовании продольных дамб (у вог­нутых берегов) и поперечных полузапруд (у выпуклых берегов).

Независимо от конструктивной схемы водостеснительного сооруже­ния применяют две системы выправления судоходных рек:

1. сплошного (выправительные сооружения возводят на перекатных и плесовых участках);

2. выборочного (направительные сооружения строят только на пере­катах и излучинах).

При сплошном выправлении закрепляется плановое положение русла, расчетные судоходные глубины достигаются на всем протяжении реки. Однако выправление русла требует деся­тилетий, и оно неэффективно на равнинных реках с большой ампли­тудой колебания уровня воды.

Выборочное выправление более эффективно на реках, где перекат­ные участки разделены глубокими плесовыми лощинами, а русло явля­ется устойчивым.

Проектирование и строительство выправительннх струенаправляющих сооружений основано на теории по­перечной циркуляции водного потока, разработанной инженером Н.С.Лелявским. Им было установлено, что в формировании речного русла решающая роль принадлежит поперечным течениям водного потока.

С ущность теории поперечной циркуляции состоит в следующем. При изгибе речного русла в водном потоке воз­никает винтообразное движение, на поверхности потока струи направ­лены к вогнутому берегу, а по дну - от вогнутого к выпуклому бере­гу (рис. 14).

Явление поперечной циркуляции объясняется действием на изогнутый в плане поток центробежной силы инерции. При этом по­верхностные струи вызывают размыв вогнутого берега, а донные - отбрасывают захваченные частицы грунта на противоположный, выпуклый берег, где они и отлагаются.

Теория Н.С. Лелявского получила экспе­риментальное подтверждение и дальнейшее развитие в работах совет­ских и зарубежных ученых. Предложено строить регуляционные наносо-управляющие сооружения для искусственного создания поперечного те­чения в водном потоке.

На поверхности водного потока различают сбойное и веерообраз­ное течения (рис. 15).

Сбойное течение способствует поддержанию глубин на судовом ходу (рис. 15, а), а веерообразное - наоборот,
уменьшает глубину судового хода (рис. 15, б).

Регуляционные соо­ружения предназначены для образования сбойного течения на судовом ходу.

Их возводят только как струенаправляющие сооружения. В на­
правлении струй используют как продольные, так и поперечные конструкции русловых сооружений:

1. каменные наброски,

2. дамбы и запруды из грунтовых материалов (намывные и насыпные),

3. свайногрунтовые плотины из эластичного материала и пр.

В практике строительства водных путей применяют различные схе­мы выправления русла рек. Характерными из них являются

1. выправле­ние русла с использованием ведущего берега,

2. закрепление побочней,

3. перекрытие затонской части,

4. отторжение побочней,

5. перекрытие одного из рукавов при разветвлении русла,

6. спрямление излучины и др.

Так, например, закреплением ведущего берега создается удоб­ная и устойчивая судоходная трасса вдоль вогнутого берега русла.

Конструкцию выправительного сооружения выбирают в зависимости от:

срока его использования и местных условий,

средней глубины русла,

скорости течения,

условий пропуска льда,

наличия местных строительных материалов,

строительных машин и механизмов,

возмож­ности полной механизации строительных работ.

Размываемые берега укрепляют посевом трав, посадкой деревьев и кустарника, хворостяными покрытиями, наброской камня, бетонными или асфальтовыми плитами, химическими и синтетическими материа­лами.

Струенаправляющие направительные сооружения более эффективны по сравнению с водостеснительными сооружениями, так как требуют мень­ших капитальных и эксплуатационных затрат и не создают больших ог­раничений или препятствий для судоходства.