Укрепление берегов относится к категории мероприятий, направленных на защиту от наводнений и эрозии. Берегоукрепительные работы позволяют сделать грунт устойчивым к водной эрозии и вполне могут осуществляться своими руками.

Для чего и в каких случаях осуществляется берегоукрепление

Как правило, берегоукрепление реки или пруда объединяет комплекс работ, которые способствуют укреплению береговой линии и помогают защитить прибрежную линию природного или искусственного водоема от подмывов, обвалов и эрозии.

Разрушение берегового склона может быть вызвано течениями и волнами, а так же размывами в результате негативного воздействия ливневых потоков.

Размыв и оседание берегов часто провоцирует обмеление и зарастание , не только самого водохранилища, но и прилегающих территорий. Это подвергает угрозе обрушений все конструкции и сооружения, которые возведены на территории прибрежной зоны. Чтобы предотвратить подобные нежелательные процессы, производится берегоукрепление.

Варианты укрепления береговой линии пруда и реки

Укрепить берег можно несколькими способами и с применением разных материалов, которые отличаются качественными характеристиками, долговечностью и стоимостью:

• укрепляющая система с гибкой конструкцией, представленная решетками в виде оснований для подпорных стенок, что позволяет обеспечивать надежную защиту для проложенных вдоль берега коммуникаций;
• укрепляющая система с применением компонентов растительного характера, включая древесину лиственницы, которая обладает повышенной стойкостью к размоканию и процессам гниения;
• укрепляющая система с жесткой конструкцией в виде стальных или ПВХ-листов, подпорных стенок, цементированного грунта или забетонированных камней.

Перед тем, как выполнять мероприятие, необходимо оценить объём работ и подобрать оптимальный вариант.

Как укрепить берег реки бревном лиственницы (видео)

Берегоукрепление габионами

Работы с габионами отличаются простотой выполнения и экономичностью. Преимущества использования такого материала следующие:

• материал способен эффективно противостоять натиску волны и активным водяным потокам;
• обладает длительным эксплуатационным сроком, превышающим сто лет;
• незначительные затраты на обустройство и возможность при необходимости выполнить демонтаж;
• готовая конструкция отличается экологической чистотой и декоративной привлекательностью.

Выполнить самостоятельно такую конструкцию очень легко, но целесообразно придерживаться следующих несложных правил монтажа:

• нужно монтировать на проблемный участок и заполнить натуральным камнем;
• общее количество габионов, а также способ их установки должен быть рассчитан индивидуально и зависит от показателей высоты откоса;
• на заключительной стадии выполняется защитная декоративная отделка посредством заполнения грунтом и семенами растений, которые позволяют укрепить конструкцию.

Максимальная прочность габионной системы достигается через пять лет эксплуатации. За это время прибрежная линия способна стать единым целым с прилегающим ландшафтом.

Укрепление береговой линии реки деревянными сваями

Такой метод относится к категории достаточно распространенных способов. Стоимость выполнения монтажа деревянными сваями напрямую будет зависеть от качества и ценности используемой в работе древесины.

К достоинствам способа можно отнести возможность выполнения работ без наличия особых навыков, экологичность материала и достаточно привлекательный внешний вид конструкции. Однако дерево имеет относительно маленький срок эксплуатации, и такое укрепление предполагает большие трудозатраты.

Укрепляем берега с помощью шпунта ПВХ

Укрепить шпунтом на основе пвх можно даже отвесный берег. Такой метод принято считать самым быстровозводимым и наиболее экономически выгодным. Чаще всего применяется на слишком крутых или обрывистых берегах.

Технология выполнения заключается в соединении шпунтовых свай в единую защитную стенку. Установка производится при помощи специальной гидравлической техники, а для надёжности и долговечности сваи максимально крепко фиксируются посредством продольных ребер.

Применение природного камня

Если береговая линия водоема имеет уклон не более 20º, то с целью укрепления может быть использован природный камень в виде гальки, бута или валунов различной формы и размера. Такой материал позволяет придать ландшафту территории привлекательный и неповторимый внешний облик. Особенно выразительно смотрится бут различных размеров и окрашивания.

Чаще всего используется розовый, красный, серый и темный бутовый камень. Перед укладкой нужно произвести ряд подготовительных мероприятий, направленных на создание основы из геотекстиля, геосетки или георешетки.

Самым сложным считается обустройство так называемого «каменного замка», представляющего собой плотную укладку крупных валунов на строго отведенное место в соответствии с формой камня и его цветом. Такое мероприятие осуществляется вручную, что позволяет скорректировать эстетичность внешнего вида. Несмотря на то, что процесс этот очень длительный и трудоёмкий, результатом становится долговечное и максимально привлекательное укрепление.

Как укрепить берег габионами (видео)

Георешетка и армирующая сетка

Применение георешетки является недорогим и надёжным вариантом, особенно если береговая линия оплывает. Отличительная особенность способа представлена возможностью получить очень красивый и индивидуальный внешний вид конструкции, а также удобного, совершенно нескользкого схода к воде и выхода на берег.

Хороший визуальный эффект даёт заполнение ячеек речной или морской галькой , а также мраморной крошкой в виде мозаики. Укрепление берега с использованием армирующей сетки специального кольчужного плетения и галтованного или бутового камня выглядит не менее эффектно, а также отличается необыкновенной надежностью и долговечностью.

Как укрепить берег своими руками с помощью растений

Применение разнообразных биологических объектов и элементов растительного происхождения по урезу воды является одним из наиболее хлопотливых и капризных способов берегоукрепления как естественного пруда, так и искусственного водоёма. Используемые растения:

• быстрорастущая ива легко выдерживает продолжительное подтопление;
• мощная корневая система ясеня устойчива к сильным порывам ветра и низким температурам, поэтому растение хорошо растёт на открытых участках;
• камыш и осока не только помогают укрепить береговую линию, но и предотвращают засорение и обмеление водоёма;
• большое почвозащитное значение имеет ольха, которая обладает берегоукрепляющими и водорегулирующими свойствами;
• широко используется при закреплении склонов и балок лещина, а опавшая листва отлично минерализуются и обогащает почвенные слои;
• с целью улучшения структурных показателей почвы и предотвращения оплывов, широко используется черёмуха;
• дающий обильные корневые отпрыски айлант используется в защите откосов, насыпей и оврагов от осыпания и оплывания.

Хорошего и достаточно быстрого укрепляющего эффекта можно добиться при выращивании таких популярных прибрежных растений, как ирис, вербейник, водная мята и гребенщик или тамариск.

Как укрепить отвесный берег

Именно отвесная береговая линия достаточно часто нуждается в своевременном и грамотно выполненном укреплении, предотвращающем подтопление прилегающей территории и оплывание грунтов в воду водоёма. Аккуратно и надёжно оформить такое береговое укрепление можно не только капитальными вариантами, но и декоративными способами:

• с применением габионно-коробчатых конструкционных систем, выполненных на основе максимально прочной и очень долговечной оцинкованной сетки двойного проволочного скручивания;
• при совмещении габионных систем с укреплением береговой зоны посредством лиственницы или георешетки, срок эксплуатации составляет более восьми десятков лет;
• использование матрацов Ренов виде плоскостных габионные конструкций, изготавливаемых из металлической сетки с двойным кручением и оцинкованным или полимерным покрытием;
• посредством сибирской лиственницы, отличающейся отличной долговечностью и природными свойствами, что не позволяет нарушить экологическую систему водоема;
• шпунтовыми перегородками в виде стальных листов, а также железобетонных конструкций, ПВХ и древесины с высокой несущей способностью.

Достаточно популярно и востребовано на территории нашей страны укрепление береговой линии цементированными грунтами, состоящими из цемента М-300 или М-400, суглинков или лессовидных супесей и воды, тщательно перемешанных и уложенных в деревянную, металлическую или пластиковую опалубку.

Укрепление берега с помощью шпунта (видео)

Берегоукрепление может быть выполнено разными способами, которые напрямую зависят от выбора используемого материала и варианта укладки вдоль линии искусственного или . Вне зависимости от типа материала, применяемого в процессе выполнения работ, укрепление берега способно практическую и эстетическую функции, что позволяет предотвратить размывание грунта и помогает облагородить прилегающую территорию.

БЕРЕГОУКРЕПИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ применяются в целях защиты от подмыва и обрушения берегов рек, на которых имеются ценные постройки и угодья, или для закрепления благоприятного очертания вогнутого берега реки в плане по линии выправительной трасы. Выбор типа укрепления берегов производится при соблюдении условий технической целесообразности и экономической выгодности; рекомендуется использовать строительный материал, имеющийся на месте работ или в ближайшем районе. Техническая целесообразность заключается в том, чтобы прочность конструкции берегоукрепительных работ соответствовала тем силам, которым она должна противостоять. Известный своими работами во Франции инженер Фарг установил прямую зависимость между кривизной берега и глубиной реки у него, т. е. степенью его подмыва течением. Следует также учитывать, что нижняя часть откоса берега по высоте от подошвы до горизонта средне-низких меженних вод постоянно находится под водой и подвергается непрерывному б. или м. значительному подмывающему действию речного потока. Часть откоса от горизонта средне-низких меженних вод до горизонта самых высоких вод подвергается периодическому размывающему действию потока, разрушительному действию движущегося около берегов льда, влиянию атмосферных и грунтовых вод, зимой - действию мороза и, наконец, частично разрушается протаптыванием его животными и людьми. Выше горизонта самых высоких вод берег подвергается действию лишь атмосферных вод и мороза и протаптыванию животными и людьми. Особое внимание д. б. уделяемо защите нижней части откоса от подошвы его до горизонта средне-низких меженних вод, так как разрушение этой части откоса вызывает обвал всей вышерасположенной его части.

Лучшим и наиболее надежным способом защиты подводной части откоса служит покрытие его фашинным тюфяком, пригруженным слоем камня в 10-17 см. Тюфяк д. б. расположен по возможности горизонтально и быть такой ширины, чтобы нижняя часть его была обеспечена от подмыва. Если подводная часть берега имеет настолько крутой откос, что тюфяк силой своей тяжести держаться на нем не может и есть опасность его сползания, то до прикрытия тюфяком подводный откос берега выравнивают до полуторного путем укладки вдоль подошвы фашин с образованием достаточно пологого откоса (1:1,5) до горизонта средне-низких меженних вод и уже тогда покрывает его тюфяком. Часть берегового откоса от последнего горизонта до горизонта самых высоких вод прежде всего срезают и планируют под определенный уклон - от полуторного до тройного в зависимости от характера грунта, из которого состоит берег. Для грунтов более слабых принимают более пологий откос. По спланированному откосу устраивают тот или другой тип покрытия в зависимости главным образом от величины весенних скоростей течения и мощности весеннего ледохода.

Обычно покрытие это доводят до горизонта самого высокого весеннего ледохода с небольшим запасом по высоте, а выше лежащую часть откоса до бровки берега укрепляют более легким покрытием, о котором будет сказано ниже.

При незначительном весеннем ледоходе покрытие делают в виде хворостяной выстилки (фиг. 1) или фашинных тюфяков с пригрузкой его камнем и с устройством по нему клеток из ивового хвороста в целях его прорастания (фиг. 2).

Иногда вместо тюфяка подкладывают солому или хворост, но рекомендовать такой тип нельзя, потому что в случае плохого прорастания ивовых плетней и их гниения он скоро разрушается. При наличии на месте работ дешевого камня покрытие устраивают в виде одиночной каменной мостовой. Основанием для нее служит слой мелкого щебня толщиной в 16-20 см, утрамбованный тяжелыми трамбовками.

Если ледоход значителен, то от горизонта средне-низких меженних вод и до горизонта, несколько превышающего самый высокий уровень ледохода, откос берега обычно укрепляют двойной каменной мостовой толщиной до 45 см на слое щебня толщиной до 25 см. Этот тип особенно распространен на р. Волге. На Днепре распространен тот же тип, но с укладкой мостовой в плетневых клетках. Плетни делают из свежего ивового хвороста, причем стороны квадрата имеют от 1 до 2 м длины. На Нижнем Днепре распространен такой тип каменного покрытия; по спланированному откосу насыпают сначала мелкий камень слоем в 30 см, разравнивают его граблями, а потом поверх него тщательно укладывают крупный (размером около 25 см) камень слоем 25 см. Верхняя часть откоса, если она не защищена растительностью и подвергается разрушению от атмосферных вод, обычно защищают одерновкой. Дернины прибиваются к откосу каждая четырьмя спицами длиной 30 см. Дерновые работы должны производиться весной или осенью.

В других странах типы береговых укреплений видоизменяются в зависимости от местных условий, но все они сводятся к нескольким рациональным типам, хорошо зарекомендовавшим себя на практике. В Германии на реке Рейне получили наибольшее распространение два типа берегоукрепительных работ - фашинно - каменный и каменный. По первому типу подводная часть откоса защищалась от подмыва до средне-низкого уровня укладкой вдоль берега параллельно течению тяжелых фашин и заканчивалась бермою, укрепленною камнем.

Выше бермы берег планировался откосом не круче двойного и укреплялся мостовой из крупного камня (фиг. 3). В тех случаях, когда приходилось восстанавливать береговую линию до проектной трасы, в целях экономии пространство между берегом и одеждой из камня заполнялось насыпью из хряща (фиг. 4). Второй тип - каменный - получил распространение там, где на месте камень был дешев.

В каналах главнейшей причиной, вызывающей разрушение откосов, является волнение, развиваемое проходящими пароходами и судами, и оно тем больше, чем больше скорость движения. Ограничение этой скорости до 7-11 км в час, вызываемое необходимостью предохранения откосов от обрушения, а не требованиями наиболее экономичной тяги, наносит ущерб торговле и промышленности, замедляя передвижение грузов.

В целях увеличения скоростей движения судов по каналу откосы его стали укреплять в пределах колебания горизонтов б. или м. сильно в зависимости от местных условий, причем выбор того или другого типа зависел, конечно, от имевшихся на месте или поблизости строительных материалов. При всем разнообразии типов их можно разделить по преобладающему материалу на три класса: 1) деревянные, 2) каменные и 3) смешанные из дерева и камня. Во Франции примерами первого класса являются типы, показанные на фиг. 5.

Укрепление состоит из ряда отдельных свай, забитых в откос на уровне судоходного горизонта на расстоянии 0,80 м между осями. Позади них заложены две доски одна над другой, а непосредственно за ними посажены ивовые черенки. Вместо досок иногда кладут фашины, засыпают их землей, а образующуюся т. о. берму покрывают дерном. Этот тип годится лишь при постоянном горизонте воды в канале. Примером типа второго класса может служить показанный на фиг. 6.

Конструкция его ясна из рисунка. Он пользуется большим распространением. Примерами типов третьего класса могут служить показанные на фиг. 7 и 8.

Откос (см. фиг. 7) укреплен камнем на растворе из гидравлической извести; внизу он опирается на бетонное основание, поддерживаемое досками, а эти последние заложены за сваями, забитыми в откос.

В тех случаях, когда в целях водонепроницаемости русла канала под откосами его и дном закладывается бетонный слой, обыкновенно применяют тип, показанный на фиг. 8.

Его преимущество заключается в том, что он составляет как бы одно целое с бетонным слоем, благодаря чему водонепроницаемость русла оказывается вполне обеспеченной.

В Германии очень распространены укрепления из бетонных и железобетонных плит системы Монье (на канале Одер -Шпрее). Укрепление состоит (фиг. 9) из деревянной подпорной стенки, над которой устроена наклонная облицовка из плит Монье.

Последние положены на слое известкового щебня толщиной в 10 см. Профессор Меллер предложил иной способ: 1) вместо того, чтобы составлять одежду откоса из плит небольших размеров, приготовленных заранее, она изготовляется на месте и представляет непрерывную выстилку, 2) закрепление сооружения обеспечивается не простым расположением его на фундаменте, а посредством якорей а , расположенных по всей поверхности. В общем, эта система постепенно улучшалась и получила распространение для плотного, малоизменяющегося грунта. При грунтах, склонных к пучению или легко подвижных, предпочтительнее пользоваться отдельными плитами.

На судоходных каналах СССР типы укреплений откосов крайне разнообразны. Приводим следующие характерные типы. Укрепление состоит из плетневых заборов, забитых на уровне горизонта воды в канале (фиг. 10). Иногда за этими заборами, в целях предохранения грунта от вымыва, укладывают фашины и присыпают их землей.

Для более сильного типа укрепления берега плетневые заборы для большей устойчивости связаны с откосом плетневыми же анкерами. Загрузку за заборами делают из камня. Вместо плетней и кольев применяют сваи и пластины с притягиванием такой пластинной заборки к анкерным сваям посредством особых брусьев (фиг. 11).

При колебании горизонта воды в канале вместо пластинной заборки забивают шпунтовый ряд из досок с анкерами, а выше этой стенки откос защищают мостовой. Вместо мостовой укладывают также горизонтальными рядами хворост нормально к урезу воды.

Следует отметить, что укрепление откосов каналов важно не только в том отношении, что придает ему устойчивость, но оно способствует также поддержанию в канале проектных глубин, всякое же разрушение откоса и сползание в русло канала продуктов обвала вызывает землечерпательные работы и стесняет судоходство, т. к. снаряды вместе с обслуживающими их судами занимают часть полезного сечения канала.

Защита прибрежной территории от размыва осуществляется берегоукрепительными сооружениями, которые могут быть выполнены в виде укрепительных одежд того или иного типа, уложенных на соответствующим образом спланированный откос берега или в виде стенок набережных.

Берегоукрепительное сооружение любого типа должно быть устойчивым, прочным и, что не менее важно, простым в исполнении. Для берегоукрепительных сооружений желательно применять местные строительные материалы, что может значительно снизить затраты на их возведение.

Откосное берегоукрепление может быть выполнено быстрее и со значительно меньшими затратами, чем сооружение стенок набережных. Однако берегоукрепительные сооружения этого типа не всегда могут быть применены. Необходимо иметь в виду, что если берег реки, подлежащий укреплению, достаточно высок и сложен слабыми горными породами, то для обеспечения устойчивости откоса потребуется выделить полосу территории значительной ширины (так, например, при высоте берега 15 м над уровнем воды и среднем уклоне откоса 1:3, потерянная полоса территории составит 45м). Отказ от использования такой значительной полосы, береговой территории при ограниченных размерах строительной площадки не всегда возможен.

Откосное укрепление берега также не, может быть применено в случае необходимости использования береговой полосы для причала судов и организации погрузочно-разгрузочных работ.

При благоустройстве береговой полосы в пределах населенного пункта могут применяться как откосные берегоукрепительные сооружения, так и набережные стенки в зависимости от архитектурно-планировочного решения береговой полосы.

При проведении берегоукрепительных работ в зоне зеленых насаждений находят применение комбинированные двухъярусные берегоукрепительные сооружения, состоящие из низкой, затопляемой паводковыми водами подпорной стенки и откоса, закрепленного дерновым покровом и кустарниковой растительностью. Набережные указанного типа, помимо своего основного назначения как берегоукрепительные сооружения, могут быть также использованы для организации отдыха населения.

В комплекс городских набережных, помимо берегоукрепительных сооружений, входят специальные устройства в виде сходов - причалов, лестниц и др. Стенки городских набережных покрывают на уровне тротуаров карнизным камнем и ограждают решетками или парапетами.

При проектировании берегоукрепительных сооружений откосного типа должны быть решены два основных вопроса: выбор поперечного профиля и типа крепления откоса.

Основными параметрами откоса являются высота, определяемая разностью отметок бровки берега и дна реки, заложение - длина горизонтальной проекции линии откоса и уклон, выражающий отношение высоты откоса к его заложению.

В практике берегоукрепительных работ наибольшее применение имеют одиночные откосы (заложение откоса равно его высоте), полуторные, двойные и тройные, т. е. откосы с углами наклона, равными соответственно 45°, 34°, 27° и 18°.

Выбор угла наклона откоса производится на основе изучении физико-механических свойств грунтов, слагающих береговую территорию.

Для перехвата поверхностных вод, протекающих к откосу на береговой территории, надо устраивать нагорную канаву, а для отвода атмосферных осадков, выпадающих непосредственно на откос берега в пределах берм, предусматривать канавы, которые отводят воду вдоль откоса, а затем сбрасывают их по бетонным лоткам в реку.

Проектирование откосного берегоукрепления, как правило, производится в две стадии - расширенное проектное задание и рабочие чертежи.

В проектном задании на основе данных натурного обследования, топографической и геодезической съемок прибрежной территории, изучения геотехнических свойств грунтов, слагающих береговую полосу, и материалов, освещающих гидрологическую и гидрогеологическую характеристику района берегоукрепительных работ, должны быть приняты обоснованные решения о границах участка береговой полосы, подлежащего укреплению, о величине заложения откосов укрепляемого берега, обеспечивающих его устойчивость, о необходимости устройства берм по высоте откоса а также решения о выборе типа крепления отдельных зон откоса (подводной, затопляемой, незатопляемой) и прилегающего к от косу участка дна водоема.

Помимо указанных основных решений, должны быть проработаны мероприятия по упорядочению отвода поверхностных вод с прилегающей территории и с поверхности самого откоса, а также предложения по организации работ в части срезки и планировки откоса, подачи и укладки материалов в укрепляемое покрытие откоса и др.

В рабочих чертежах детально разрабатывается конструкция крепления берегового откоса. В случае устройства крепления откоса армобетонными плитами устанавливаются размеры плит, их армирование, марка бетона, устройство и заполнение продольных и поперечных швов, устройство подготовки под бетонные плиты и др., а также составляются спецификации необходимых материалов.

Назначение и виды береговых укреплений. Береговые укрепления возводят при коренном улучшении затруднительных участков в реках с различными типами руслового процесса. Они защищают берега рек от размыва течением, судовыми волнами, грунтовыми водами, а также от разрушения ледоходом. Береговые укрепления позволяют закрепить судовой ход у ведущего берега, ликвидировать источники поступления наносов в реку, предупредить повреждения гидротехнических сооружений у берегов, сохранить строения, земли и леса в прибрежной полосе реки.

Основная задача берегоукрепительных работ состоит в предотвращении размыва вогнутых берегов. Для этого проводится анализ русловых переформирований участка, чтобы установить протяжение подверженного размыву откоса берега, а также анализ гидрологических данных (высота уровня, скорость течения, количество наносов и др.), которые позволяют выбрать вид береговых укреплений и их конструкцию.

Различают береговые укрепления активного и пассивного действия. Первые заметно влияют на структуру потока в районе берега, а вторые – только защищают береговой откос от размыва.

Основными укреплениями, влияющими на структуру потока у берега, являются берегозащитные шпоры (короткие высокие полузапруды). Система таких шпор обычно располагается у вогнутого берега, способствуя уменьшению скоростей течения вдоль защищаемого берегового откоса, что приводит к уменьшению и даже к прекращению размыва берега, а в ряде случаев и к образованию нового берегового откоса после заполнения наносами промежутков между шпорами. Иногда шпоры возводят при строительстве полузапруд для обеспечения устойчивости противоположного легкоразмываемого прямолинейного или слабоизогнутого берега, чтобы обеспечить необходимый размыв дна в пределах судового хода.

Берегоукрепительные высокие шпоры особенно эффективны на малых и средних реках, где после непродолжительного высокого паводка с большими скоростями течения наблюдается длительная межень с малыми скоростями течения. На таких реках только в половодье наблюдается размыв берегов, который удается предотвратить такими шпорами.

Другим видом берегоукрепительных сооружений, влияющих на структуру потока, являются укрепления берега, создающие дополнительную шероховатость русла вблизи размываемого берега или непосредственно на его откосе. К таким укреплениям относятся: сквозные свайные ряды; свайные козловые кусты; гибкие металлические тюфяки из проволоки; искусственные водоросли и др. Основное назначение этих укреплений – уменьшение скоростей течения в районе берегового откоса созданием дополнительного сопротивления потоку.

Особенно хорошие результаты получаются при использовании таких укреплений на реках, где поток переносит большое количество наносов. В этом случае защита берега от размыва способствует отложению более крупных наносов в зоне расположения таких укреплений. В результате образуется устойчивый береговой откос, обеспечивающий благоприятные условия для судоходства.

Пассивными укреплениями, защищающими берега от размыва, являются береговые покрытия. Они закрепляют благоприятное для судоходства положение размываемого берега или защищают выправительные и другие сооружения от обхода потоком в местах их примыкания к берегу.

Береговые покрытия могут быть сплошными, закрепляющими береговой откос на всей длине его размыва, или ленточными, которые покрывают только отдельные по длине части берегового откоса (ленты) , расположенные через определенные расстояния.

Сплошные береговые покрытия оказываются наиболее эффективными при улучшении судоходных условий на реках со сравнительно невысоким, но продолжительным паводком и значительными скоростями течения. На таких реках размыв берегов происходит в течение длительного периода времени, поэтому предотвратить его разрушение удается только сплошным покрытием берега.

Сплошное укрепление берегового откоса при высоких и непродолжительных паводках требует больших затрат и может быть оправдано преимущественно в тех случаях, когда оно необходимо для нескольких отраслей народного хозяйства.

Расчет берегозащитных шпор. При расчете берегозащитных шпор сначала определяют их длину, высоту и расстояние между ними , а затем проверяют устойчивость крепления голов грунтовых шпор при обтекании их потоком и при воздействии на них ледовых нагрузок.

Длина каждой шпоры определяется очертанием создаваемого берегового откоса, т.е. расстоянием между существующей линией (урезом) берега и границей выправительной трассы, и составляет обычно 20-50 м (рис. 10.39). Расшифровка буквенных обозначений дана выше, применительно к формулам (10.44-10.50).

Рис. 10.39. Берегозащитные шпоры:

а – план расположения сооружений; б – продольный разрез по оси сооружения

Берегозащитные шпоры существенно выше, чем полузапруды меженного действия. Отметки гребней их голов обычно принимают без особого расчета на 2.5-3.5 м над проектным уровнем. При этом гребню шпоры конструктивно придается продольный уклон от 1:10 до 1:25 с подъемом к берегу, к которому они примыкают. Часто отметка гребня их корня совпадает с меженной бровкой берега.

Речной откос головы шпоры обычно имеет заложение от 2.5 до 3.0 , а заложения верхнего (напорного) откоса и нижнего (сливного) откоса зависят от технологии возведения и крупности грунта, из которого отсыпается тело сооружения. При намыве землесосом шпор из песка в поток со скоростью течения от 0.5 до 1.5 м/с заложение верхнего откоса составляет примерно 3-5 , а нижнего 5-15 .

При отсыпке тела сооружения с помощью одночерпаковых или многочерпаковых снарядов или пионерным способом с помощью бульдозеров, заложения откосов получаются существенно меньше. Приближенно можно принимать заложение верхнего откоса равным т в =т 0 + 0.5 , а нижнего – m н = m 0 +1.0 , где т 0 – заложение откоса из того же материала в спокойной (без течения) воде.

Расстояние между шпорами, расположенными на прямолинейном или слабокриволинейном участке русла (см. рис. 10.39, а), назначают равным критическому расстоянию, вычисляемому по выражению

, (10.44)

где:  – коэффициент, показывающий, во сколько раз расстояние S кр от головы сооружения до точки пересечения кривой растекания потока с границей выправительной трассы больше длины шпоры l ш .

Коэффициент  зависит от сопротивления русла движению потока, определяемого гидравлическим коэффициентом сопротивления

, (10.45)

где: С – коэффициент Шези;

В – бытовая ширина русла;

h с – средняя глубина в поперечном сечении.

Численное значение коэффициента  определяется по номограмме (рис. 10.40), на которой h ш – средняя высота шпоры. Штриховая линия показывает последовательность при пользовании номограммой.

Рис. 10.40. График зависимости коэффициента

= f (B , ,h ш /h)

При проектировании шпор на криволинейном участке вогнутого берега критическое расстояние находится по следующему выражению

. (10.46)

Параметры  и  определяются по следующим формулам:

, (10.47)

, (10.48)

где: r 0 – осредненный радиус кривизны вогнутого берега (выправительной трассы) .

Проверка устойчивости крепления шпоры из каменной наброски сводится к определению диаметра камней, которые будут находиться в состоянии равновесия под действием течения в районе головы шпоры. Такой расчет можно сделать по формуле В.В. Баланина

, (10.49)

где:  г – скорость течения около головы шпоры ;

 – угол наклона речного откоса головы шпоры ;

 к и  – плотность, соответственно, камня и воды .

При этом скорость у головы шпоры определяют по формуле В.В. Дегтярева

, (10.50)

где:  б – скорость течения в районе головы шпоры в бытовом состоянии при уровне, совпадающем с отметкой гребня головы шпоры ;

 ш – площадь поперечного сечения, занимаемая телом шпоры ;

 – полная площадь поперечного сечения в створе сооружения при отметке уровня воды вровень с гребнем головы шпоры .

При возведении шпор из грунта и других мелкообломочных материалов сооружения получаются достаточно массивными. Поэтому во время кратковременного ледохода возможны только местные повреждения верхового откоса в виде отдельных выпоров грунта выше места удара плывущей льдины. Чтобы обеспечить длительную работу, головная (верхняя по течению) шпора, воспринимающая основную нагрузку от ледового воздействия, делается более массивного профиля с укреплением верхового и низового откосов, а также гребня и головы сооружения.

Расчет береговых покрытий. При расчете берегового покрытия в первую очередь находят его длину и ширину и определяют крупность камня или толщину железобетонных плит, либо асфальтового тюфяка. Кроме этого, проверяется устойчивость укреплений на воздействие волн и ледовых нагрузок.

Для выбора укрепления размываемого берегового откоса, прежде всего, проверяют его на устойчивость от воздействия скоростей течения. Для определения скоростей течения в струе у берега строят натурные или теоретические планы течения на улучшаемом участке реки при расчетных уровнях воды: средневысокий уровень паводка и среднемеженный уровень воды. Если средневысокий уровень паводка выше отметок поймы, то за расчетный принимается уровень воды вровень с отметками пойменных или меженных бровок берега, так как в это время наблюдаются наибольшие скорости течения в меженном русле.

Полученные в результате построения планов течения значения скоростей течения в струе, примыкающей к береговому откосу, позволяют обоснованно выбрать такой тип укрепления берега, при котором будет обеспечена надежная защита берегового откоса от размыва потоком. При этом допускаемая скорость течения для выбранного укрепления должна быть больше максимальной расчетной скорости потока с некоторым запасом.

Таблицы значений допускаемых скоростей для различных типов укрепления берегов приведены в соответствующих технических условиях, ведомственных нормах и правилах проектирования береговых укреплений, например, в Руководстве по улучшению судоходных условий на свободных реках .

Длина укрепления берегового откоса устанавливается на основе анализа совмещенных планов участка реки и планов течения при характерных уровнях воды за несколько лет. При этом начало и конец укрепления выбираются с запасом в 15-20 м по сравнению с началом и концом зоны размыва берега.

Для определения ширины берегового укрепления откос разбивается на четыре зоны: I – зону подводного откоса (ниже низких меженных уровней); II – зону переменных уровней (во время весеннего и летне-осеннего паводков); III – зону наката волн и нагонных явлений; IV – зону надводного откоса (см. рис. 10.41).

Ширина крепления в каждой зоне равна

, (10.51)

где: Н i – высота зоны ;

m i – заложение (пологость откоса берега в зоне) .

Высоту первой зоны Н 1 которая является запасом в креплении надводного откоса над высотой наката волн на берег с учетом высоты ветрового нагона воды у берега, принимают согласно строительным нормам и правилам, как для сооружений III - IV класса , соответственно, не менее 0.5-0.3 м при вероятности превышения наибольшего уровня воды соответственно 3-10%.

Высота второй зоны Н 2 равняется сумме высот наката h н волны на откос и ветрового нагона воды  h

. (10.52)

Рис. 10.41. Схема к расчету берегового укрепления (покрытия):

1 – первоначальное положения подводной части покрытия; 2 – береговое покрытие;

3 – укрепление горизонтального участка низкого (затопляемого) берега

При этом высоту наката волны вычисляют по формуле

, (10.53)

где: К ш – коэффициент шероховатости и проницаемости откоса или крепления ;

h ш и  в – соответственно высота ветровой или судовой волны и длина волны ;

т – заложение откоса берега .

Высота ветрового нагона воды у берега

, (10.54)

где: K – коэффициент пропорциональности ;

 в – расчетная скорость ветра на высоте 10 м от поверхности воды ;

D – длина разгона волны ;

h c – средняя глубина водоема вдоль линии разгона ;

 – угол между нормалью к линии берега и направлением ветра .

Расчет на высоту наката ветровой волны и нагон воды выполняют только при укреплении берегов на устьевых участках больших рек, а на судовую волну – только на небольших реках и в узких судоходных рукавах разветвлений русла, а также на участках, где судовой ход проложен вблизи берега.

Высоту третьей зоны Н 3 определяют по данным многолетних наблюдений за уровнями воды по опорному гидрологическому посту как разность среднего из наибольших уровней весеннего паводка и низкого меженного уровня. Если средний из наибольших уровней паводка выше пойменного берега, то высоту третьей зоны находят как разность отметок поймы и низкого меженного уровня.

Кроме того, при такой низкой пойме величины H 2 и b 2 равны нулю, а ширина крепления b 1 заходит за бровку пойменного берега и принимается равной примерно 3-5 м .

Высота четвертой зоны H 4 равна сумме бытовой глубины h б у подошвы откоса при низком меженном уровне воды и глубины возможного местного размыва h p неукрепленного дна в том же месте после выполнения берегоукрепительных работ:

. (10.55)

Глубину местного размыва неукрепленного дна непосредственно около конца подводного крепления можно приближенно определить по формуле И.А. Ярославцева

, (10.56)

где:  c – средняя скорость течения в струе у берега ;

m = ctg  – заложение подводной части откоса берега ;

 – угол между направлением течения при расчетном паводке и направлением берегового откоса (принимают не менее 30°) ;

d – диаметр частиц грунта на дне, который по кривой гранулометрического состава принимают соответствующим 85% обеспеченности (при d < 1 мм последний член в этой формуле можно не учитывать) .

Таким образом, полная ширина крепления берегового откоса

. (10.57)

При отсутствии необходимых данных для выполнения расчетов глубины местного размыва дна у низа крепления, ширина крепления у интенсивно размываемых крутых берегов доводится до линии наибольших глубин. Если подводный откос в нижней части заметно уполаживается, то крепление дна доводится до подошвы откоса с запасом 10-15 м .

Заложения откосов для надводного откоса при всех конструкциях укрепления, кроме биологических и каменной наброски, не должны быть круче 1:2 во избежание оползания укрепления откосов.

При наличии волнового воздействия на береговое укрепление масса камня, который будет находиться на откосе в состоянии предельного равновесия, определяется по формуле

, (10.58)

где:  к и  – соответственно плотность камня и воды ;

h в и  в – соответственно высота и длина волны ;

т – заложение откоса каменной наброски .

Зная массу камня, который будет устойчив на откосе при воздействии волны, расчетная крупность (диаметр)

. (10.59)

Толщина крепления из наброски сортированного камня должна быть не менее t к  2.5 d к , а при использовании несортированного камня t к  3 d к .

Расчет крепления берега из железобетонных плит сводится к нахождению их толщины по формуле

, (10.60)

где:  в – значение волнового противодавления ;

 пл и  – соответственно, плотность плиты и воды ;

 – угол наклона защищаемого откоса берега к горизонту .

При использовании в качестве берегового укрепления гибких железобетонных покрытий их толщину определяют по формуле И.Я. Ярославцева

(10.61)

где:  и K – коэффициенты, учитывающие соответственно сплошность покрытия и усилия от пульсационной нагрузки при волновом воздействии ;

 c – средняя скорость течения в районе берега .

Значения коэффициентов  и K приведены в табл. 10.1.

Проблема укрепления береговой линии особенно волнует тех людей, чьи объекты недвижимости располагаются вблизи водоемов, имеющих искусственное или естественное происхождение. Красивый вид на водную гладь повышает привлекательность жилых и коммерческих строений, оказывая влияние на их стоимость. Чтобы дольше радоваться общению с водной стихией, необходимо своевременно провести работы по берегоукреплению. В противном случае вода, обладая большой разрушительной силой, может спровоцировать постепенное оседание почвы в прибрежной зоне и даже способствовать ее частичному обвалу. Подмытые берега опасны для человека и его имущества (движимого и недвижимого), так как грунт может в любой момент просто «уйти из-под ног». Данные процессы негативно влияют и на растения, высаженные на участке ландшафтными дизайнерами. Лучше заранее позаботиться об укреплении берегов водоема, не дожидаясь появления тревожных симптомов начинающегося разрушения прибрежной зоны. Если провести профилактические мероприятия своевременно не удалось, то процесс разрушения берега можно приостановить. Существует несколько эффективных технологий, позволяющих выполнить работы по берегоукреплению на высоком уровне.

Снизить до минимума вероятность повреждения береговой полосы от разрушающего воздействия воды позволяет капитальное берегоукрепление. К данной группе берегоукрепительных работ можно отнести технологии, основанные на использовании габионов, геоматов, шпунтов, гидротехнических сортов бетона, специальных объемных ж/б конструкций.

Способ #1 – габионы

Габионами называют сетки, изготовленные из оцинкованной проволоки двойного кручения, которые на месте монтажа раскладываются в короба, заполняемые вручную крупным природным камнем. Для надежного крепления отдельных конструкций к грунту применяют специальные анкера. Между собой короба скручиваются проволокой. После частичного заполнения габиона каменной засыпкой устанавливают так называемые «расчалки», которые не дают противоположным стенкам короба «расходиться» в стороны.

Берега водоемов, укрепленные габионными сооружениями, не размываются и не оплывают. В течение долгих лет сохраняется контур береговой линии, заданный при проведении берегоукрепительных работ. Данная технология, давно используемая в Европе, нашла себе применение и в России. Увидеть габионные сооружения можно на прудах, реках, обводных каналах и других водоемах.

Береговая линия реки аккуратно оформлена габионными конструкциями, имеющими строгую геометрическую форму. Природный камень, находящийся в сетчатых коробах, отлично гармонирует с осенним лесом

Способ #2 – шпунт ПВХ

Шпунтовые сваи, изготовленные на основе ПВХ и композитных материалов, позволяют в кратчайшие сроки укрепить береговую линию. Этот метод берегоукрепления считается малобюджетным. Более всего шпунт ПВХ подходит для обустройства крутых берегов. Одним из преимуществ данного материала является возможность его вторичного использования. При монтаже отдельные шпунтовые сваи выстраиваются в сплошную плотную стенку. Надежное соединение соседних элементов обеспечивается продольным реберным выступом, имеющимся на каждой шпунтовой свае. Погружение одиночных или спаренных шпунтов из ПВХ осуществляется с помощью автономного гидравлического оборудования, подбираемого с учетом грунтовых условий.

Схематичное представление установки шпунтовых свай, изготовленных из ПВХ-материалов, позволяющих укрепить крутой отвесный берег искусственного или естественного водоема

Декоративное берегоукрепление

Ко второй группе материалов, используемых в мероприятиях по берегоукреплению, относят природный камень и деревянные сваи. Эти натуральные материалы способны не только защитить берега водоемов от эрозийных процессов, но и придать им эстетическую привлекательность.

Способ #1 – деревянные сваи

В качестве исходного материала для изготовления бревенчатых свай применяются твердые породы дерева. Чаще всего для этих целей выбирается лиственница или дуб. Большее предпочтение отдается восточносибирской лиственнице, способной, находясь в воде, сохранять свои свойства в течение полувека. Отвесный берег, обрамленный ошкуренными лиственничными стволами, тщательно подобранными по диаметру, смотрится очень эффектно. Особенно, если поблизости от зеркала воды находится строение, возведенное из оцилиндрованного бревна. Бетонные укрепительные сооружения, конечно же, проигрывают деревянным сваям, так как выглядят серо и уныло. Однако со временем древесина может потемнеть, что ухудшит декоративные качества берегоукрепительного сооружения. Скорость потемнения бревен зависит от количества органики в воде. При выборе породы дерева следует учитывать климатические особенности региона.

Монтаж деревянных свай может быть проведен с берега путем использования спецтехники или простым ручным способом. Современные модели земснарядов позволяют установить деревянные сваи со стороны водоема. Укрепление берегов водоемов с помощью бревен нецелесообразно проводить на подвижных и рыхлых грунтах.

Аккуратный ряд бревен лиственницы подчеркивает красоту берега водоема, предотвращая его деформацию под воздействием разрушительной силы воды. Укрепление берега деревянными сваями обеспечивает безопасный подход к водоему

Способ #2 – природный камень

Отсыпка береговой линии природным камнем разной величины применяется на пологих берегах большой протяженности. Величина угла уклона берега не должна превышать 20 градусов. При наличии подъездных путей для подвоза валунов или гальки используется автотранспорт. В труднодоступных местах работы проводятся ручным способом. Перед укладкой камня проводится в обязательном порядке подготовка поверхности берега. Если пренебречь эти этапом, то камни попросту утонут в грунте, насыщенном водой. Чтобы этого не произошло, надо уложить на укрепляемую береговую зону несущую основу, в качестве которой может быть использован такой материал, как геотекстиль, геосетка или георешетка.

Пологий берег водоема укрепляется объемной георешеткой, ячейки которой заполняются мелкофракционным щебнем. Стенки ячеек предотвращают сползание щебня в русло водоема

Устройство каменного замка при сооружении береговой линии искусственного декоративного водоема. Кропотливая работа по укладке валунов выполняется каменщиками вручную

Более трудоемким способом считается укрепление береговой полосы водоема с помощью устройства «каменного замка». Данным термином на языке профессиональных каменщиков принято называть плотную укладку валунов (камней, диаметр которых превосходит 10 см). Для каждого валуна выбирается место укладки, с учетом его формы и цвета. При этом большие камни переносятся мастером-каменщиком вручную. За смену профессионал своего дела способен перетащить несколько тонн валунов. Этот способ берегоукрепления сопряжен с большими физическими усилиями, зато в итоге получается не только укрепить линию берега водоема, но и придать ей особый, неповторимый облик.

Укрепление берегов с помощью биоматов и растений

Наиболее трудоемким и затратным по времени считается метод берегоукрепления, основанный на биоинженерных технологиях. При этом подходе берега водоема защищают от размыва:

• биоматы, изготовленные из льняных или кокосовых волокон;
• растения, специально подбираемые специалистами для высадки вдоль береговой линии;
• дерево и природный камень.

В качестве растений чаще всего используются ивовые деревья (ива, черный тополь и др.), а также кустарники (облепиха, аморфа, пузыреплодник и др.). Подходят также макрофиты, к которым относят осоку, рогоз, тростник, ирис болотный, манник, аир, ситник и другие виды растительного мира, прекрасно соседствующие с водой. У всех растений должна быть мощная, хорошо разветвленная, корневая система. Растения подбирают с учетом степени их устойчивости к затоплению. На прибрежную зону укладывается готовый дерн. Этот процесс называется одерновкой берегового откоса.

Укрепление берегов искусственного пруда, сооруженного на месте бывшего оврага, проведено с помощью высадки растений и ивовых деревьев

Биоинженерный способ укрепления берегов применяют на водоемах, скорость течения воды в которых не превышает 1 м/с.

Сроки проведения берегоукрепительных работ

При устройстве искусственного водоема на приусадебном участке работы по укреплению берегов будущего сооружения лучше всего провести на стадии разработки котлована.

Установку бревенчатых свай производят на стадии формирования чаши искусственного водоема. После оформления береговой линии приступают к ее заполнению водой

Если планируется реализация масштабного проекта, то берегоукрепительные работы доверяют профессиональным компаниям, располагающим специальным оборудованием и обученными кадрами. На естественных водоемах работы проводятся в удобное время профилактических целях или в сжатые сроки при появлении угрозы разрушения береговой линии. Своевременное решение проблемы позволит сэкономить средства и не допустить катастрофических последствий для объектов, построенных на берегу водоема.