Инженерная защита зданий и территорий от затопления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Институт открытого дистанционного образования

РЕФЕРАТ

по теме: «Инженерная защита зданий и территорий от затопления»

Выполнил студент

гр. ПГС 615/1 М.С. Гришин

Проверил преподаватель

Нижний Новгород 2009 г

Содержание

Введение.

1.Защита зданий от подтопления

1.1 Причины и следствия подтопления, факторы вызывающие подтопление территорий

1.2 Борьба с подтоплением, гидроизоляция фундаментов и подземных частей зданий

1.3 Конструкции дренажей

2. Инженерная защита территорий от затопления

2.1 Дамбы обвалования, обвалование территорий

2.2 Обвалование территорий в зонах водохранилищ

2.3 Дамбы на реках

2.4 Повышение отметок затапливаемых территорий

3.Общие положения и выводы

Список литературы

Введение

Огромный размах и темпы жилищного, промышленного, гидротехнического дорожного и других видов строительства в нашей стране порождает ряд проблем, решение которых требует сложных обоснованпй и применения разнообразных технических средств.

Одной из таких проблем является максимальное использование для строительства территорий, где природные и другие условия создают затруднения для их застройки и эксплуатации.

Анализ практики выбора площадок для нового строительства и для расширения существующих городских объектов показывает, что в последние годы возросло использование для целей строительства территорий с природными условиями, создающими затруднения при их застройке и эксплуатации. При разработке генеральных планов развития городов и городских агломераций предусматривается комплекс мероприятий по освоению малопригодных участков, находящихся в пределах городской черты, для строительства. Совокупность этих мероприятий, или инженерная подготовка территории, включает проектирование и строительство элементов вертикальной планировки, отвода поверхностных вод, понижения уровня грунтовых вод, борьбы с эрозионными процессами (овраги, оползни, сели), защиты территории в зоне водохранилищ, водоемов и рек от затопления и подтопления, рекультивации территорий, нарушенных горными разработками. Опыт строительства в больших городах нашей страны (Москва, Ленинград, Киев) показал растущую роль инженерной подготовки. Вместе с тем, научно-техническая информация в области инженерной подготовки территории рассредоточена и не всегда освещает методы решения всего комплекса задач, возникающих перед строителями.

При проектировании инженерной защиты территории от затопления и подтопления надлежит разрабатывать комплекс мероприятий, обеспечивающих предотвращение затопления и подтопления территорий в зависимости от требований их функционального использования и охраны природной среды или устранение отрицательных воздействий затопления и подтопления.

1. ЗАЩИТА ЗДАНИЙ ОТ ПОДТОПЛЕНИЯ

1.1 Причины и следствия подтопления, факторы вызывающие подтопление территорий

подтопление дамба дренаж гидроизоляция инженерный

Производство строительных работ и нормальная эксплуатация территории часто нарушаются подтоплением и заболачиванием территории. При этом фундаменты зданий и подвальных помещений подтапливаются не только грунтовыми, но и капиллярными водами. Поэтому норму осушения следует определять до высших отметок капиллярного поднятия воды.

Подтопление является результатом действия трех видов воды: верховодки, собственно грунтовых вод (ненапорные горизонты) н напорных вод. Верховодка образуется из-за неглубоко залегающих линз или пластов водоупора, над которым в период таяния снега или интенсивного выпадения дождей в результате инфильтрации образуется водоносный горизонт. Воды этого горизонта могут образовывать замкнутый бассейн и быть неподвижными или

двигаться по уклону водоупора к местам выхода на поверхность земли или к водоприемнику. Обычно в зимний период верховодка отсутствует, так как промерзший верхний слой земли является практически водонепроницаемым. Грунтовые воды имеют постоянный горизонт на выдержанном водоупорном слое. Уровень горизонта воды подвержен колебаниям под влиянием интенсивного выпадения осадков, весеннего половодья и паводков, в результате чего подтопляются подвалы зданий и сооружений, а также окружающая территория.

Повышение уровня грунтовых вод возникает также в результате подпора их фундаментами зданий, вследствие чего образуется так называемый барражный слой. Напорные, или межпластовые водоносные горизонты, находятся между верхними и нижними водоупорами. Воды этих горизонтов образуют мощный капиллярный слой, часто выступающий на поверхность земли и заболачивающий территории. Следует обращать особое внимание на искусственные причины подтопления территории, возникающие в результате нарушений естественных условий стока ливневых и талых вод, вызванных застройкой, плохой эксплуатацией водных коммуникаций напорных и самотечных трубопроводов, а также строительством плотин и каналов в населенных и промышленных районах. Утечки воды из сетей временных и поливочных водопроводов, канализации, ливнеотводящей сети, резервуаров, разбрызгивание воды из фонтанов приводят к повышению уровней грунтовых вод на городских и промышленных территориях. В результате долголетних наблюдений Одесского противооползневого управления выяснилось, что в городе беспрерывно поднимается уровень грунтовых вод со скоростью 15--20 см в год. С 1920 по 1971 гг. их уровень повысился с 12 до 3 м.

Интересны наблюдения, проведенные Теплоэлектропроектом (Киев), показавшие, что уровень грунтовых вод на застроенных территориях во многих городах Украины поднимается в приречных песках -- на 0,2--0,5, в глинистых и макропористых грунтах -- на 1--3 и на водоразделах -- на 2--4 м. Уровень поднятия обусловливается динамическим равновесием притока и оттока просачивающейся воды.

Наличие высокого уровня грунтовых вод и контакт их с фундаментами и основаниями зданий и сооружений, а также с трубопроводами различного назначения вызывает коррозионный процесс в бетонных, железобетонных и других элементах сооружений, а также деформацию оснований под ними, что в свою очередь приводит к деформации самих сооружений. СНиП I-B.27--71 подразделяет коррозию на три вида:

физико-химическую -- выщелачивание продуктов гидратации цемента водами с малой жесткостью и кристаллизацией солей в порах бетона; химическую -- как результат взаимодействия различных химических веществ с составными частями цементного камня; электрохимическую -- коррозию арматуры.

Сущность явления коррозии заключается в следующем. Подземная вода содержит в растворе газы и различные минеральные вещества, процент содержания которых создает характер и направление агрессивного воздействия на сооружение и его основание. Воды, содержащие 1 г/л раствора минеральных частиц, являются пресными и считаются мягкими, если количество углекислоты, сернокислых и хлористых солей кальция и магния не превышает 0,25 г/л. При большем содержании солей вода считается жесткой. Наиболее мягкие воды приурочены к изверженным и аллювиальным породам, а наиболее жесткие -- к известняковым и гипсовым. Устойчивость компонентов цементного камня -- гидросиликатов, гидроалюминатов, гидросульфоалюминатов, гидроферритов и гидрата окиси кальция -- обеспечивается наличием равновесной концентрации извести в поровой жидкости. Выщелачивание этой жидкости грунтовыми водами приводит к нарушению равновесия. Возникающие условия гидролиза цементного камня вызывают разрушение его структуры. Особую опасность создают мягкие воды, отличающиеся большой растворяющей способностью при воздействии на бетоны растворы и другие силикатные материалы. Под действием вод, создающих агрессивную среду, изменяются механические характеристики бетона, растет его проницаемость, возникают химические изменения. Применение бетонов плотной структуры является эффективным средством борьбы с выщелачиванием. Повышенной устойчивостью против выщелачивания обладает портландцемент с гидравлическими добавками за счет заполнения пор бетона гелевидными продуктами гидролиза.

При длительном действии воды, особенно находящейся в движении, на основание процесс растворения проходит очень интенсивно, в результате чего создаются пустоты в грунтах под фундаментами. Длительное увлажнение у ангидритовых пород вызывает переход их в гипс, что часто дает увеличение объемов породы до 8% и может вызвать деформации здания. В лессовых грунтах под действием воды возникают физические и химические изменения, которые могут значительно влиять на основание сооружений. Структура лессовых грунтов нарушается в результате растворения солей при насыщении их водой и потери связности в капиллярах грунта, уменьшения колоидных связей и расклинивающего действия тонких слоев воды в вертикальных порах. Кроме перечисленных схем агрессивного воздействия воды на фундаменты и основания зданий и сооружений, существуют другие отрицательно действующие на них факторы, требующие принятия мер защиты в виде применения стойких плотных бетонов, гидроизоляции, либо путем понижения уровня грунтовых вод при помощи дренажей.

1.2 Борьба с подтоплением, гидроизоляция фундаментов и подземных частей зданий

Одной из форм защиты фундаментов и подземных частей зданий и сооружений, находящихся под действием грунтовых вод в зоне подтопления или капиллярного увлажнения, является гидроизоляция. В зависимости от материала изоляции и метода ее выполнения различают цементно-песчаную (торкретную), асфальтовую, обмазочную и оклеечную изоляцию. В связи с появлением новых материалов началось применение гидроизоляции с использованием синтетических пленок. Торкретная изоляция представляет собой покрытие защищаемой поверхности тонким B0--5 мм) слоем песчано-цементной смеси, наносимой на изолируемую поверхность цемент-пушкой.

Для усиления водонепроницаемости в состав торкрета вводят гидрофобные или гидрофильные добавки, вызывающие уменьшение модуля упругости бетона в 1,5--2 раза, что при температурных изменениях препятствует образованию трещин в изолирующем слое.

Асфальтовую гидроизоляцию наносят на огрунтованную изолируемую поверхность сплошным слоем плотного литого или жесткого асфальтобетона. Обмазочную гидроизоляцию выполняют путем многослойного (минимум два слоя) покрытия огрунтованных ограждаемых поверхностей горячими битумными мастиками или нефтяным битумом.

Оклеечную гидроизоляцию устраивают из нескольких слоев рулонных гидроизоляционных материалов, наклеенных на изолируемую поверхность и плотно склеенных между собой при помощи горячих мастик. При наличии гидростатического напора количество слоев должно быть не менее трех. Расположение одного шва над другим в смежных слоях и наклейка рулонных материалов во взаимно перпендикулярном направлении не допускается. При обмазочной и оклеечной гидроизоляции используют: мастику горячую битумную кровельную, состоящую из смеси нефтяных битумов и наполнителей (тальк, асбест); дегтевую кровельную, состоящую из смеси каменноугольных пеков (или сплавов пека с каменноугольным дегтем или маслом) и наполнителей. Для гидроизоляции применяют мастику марок МДК-Г-60 и МДК-Г-70. Для оклеечной изоляции применяют: толь кровельный беспокровный, толь кровельный с песчаной присыпкой, картон, пропитанный каменноугольными или сланцевыми дегтевыми продуктами, шириной полотна 750 и 1000 мм; приклеивающий материал -- мастика горячая дегтевая кровельная; рубероид с мелкой минеральной присыпкой марок РМ и РОМ -- картон, пропитанный мягкими нефтяными битумами, шириной полотна 750 и 1000 мм; приклеивающий материал -- мастика горячая битумная кровельная; гидроизол марок ГИ-1, ГИ-2 -- асбестовая бумага, пропитанная нефтяными окисленными битумами, шириной полотна 950 мм; приклеивающий материал -- нефтяные окисленные битумы; гидроизол не загнивает и долговечнее, чем толь и рубероид; ткани гидроизоляционные -- хлопчатобумажные, джутовые или асбестовые ткани, пропитанные нефтяным битумом; по сравнению с другими рулонными материалами ткани обладают повышенным сопротивлением разрыву; металлоизол -- алюминиевая фольга, покрытая с обеих сторон нефтяным битумом; металлоизол нельзя применять в щелочной среде; борулин марок Б и БП -- прокат из смеси асбестовых волокон с битумом; борулнн марки БП обладает повышенной пластичностью; прочность борулина на растяжение невысока.

Рис. II.1. Гидроизоляция здания без подвала, расположенная: а -- выше поверхности земли; б -- ниже поверхности земли; / -- гидроизоляционный слой; г --двойной слой битума.

При выполнении гидроизоляции сочетание битумных и дегтевых материалов недопустимо. При выборе гидроизоляции необходимо учитывать характер воздействия воды, режим, который должен быть в изолируемом помещении, и трещиноустойчивость изолируемых конструкций. При отсутствии подвалов защита зданий от грунтовой влаги осуществляется устройством гидроизоляционных прослоек (рис. И.1). Типичные конструкции гидроизоляции зданий с подвалом изображены на рис. II.2. Примеры устройства наружной оклеечной гидроизоляции представлены на рис. II.2, внутренней -- на рис. II.З. Для защиты гидроизоляции от механических повреждений и для воспринятия гидростатического давления необходимо применять специальные конструкции в виде стенок, плит, железобетонных «ящиков» и т. д. Если работы по изоляции выполняются после завершения осадки фундаментов, возможно устройство железобетонного «ящика», закрепленного в стенах подвала. При устройстве внутренней гидроизоляции до окончания осадки фундаментов защитная конструкция осуществляется в виде бетонной плиты, своим весом погашающей величину гидростатического напора. При высоком напоре грунтовых вод может оказаться целесообразным устройство сплошной фундаментной плиты. В случае агрессивных грунтовых вод должны быть предусмотрены мероприятия, защищающие материал фундамента от разрушения: устройство дренажа, применение стойких материалов при данной агрессии и защитная кладка.

.

Рис. II.2. Гидроизоляция здания с подвалом при уровне грунтовых вод: а -- ниже пола подвала; б, в -- выше пола подвала соответственно незначительном и значительном: / -- гидроизоляционный слой; 2 -- двойной слой битума (обмазка); 3 -- мятая жирная глина слоем 25 см; 4--пригрузочный слой бетона; 5 -- бетонная подготовка; 6-- кладка из кирпича-железняка толщиной 12 см; 7 -- железобетонная плита (при напоре грунтовых вод 50 см).

Гидроизоляцию в этих условиях обычно применяют оклеечную. При небольших напорах используют обмазочную изоляцию. Изоляцию защищают стенкой из камней или плит и оградительным замком из плотно утрамбованной жирной глины слоем 25--30 см, а снизу -- слоем жесткого асфальтобетона в 8--10 см, укладываемого на утрамбованный грунт (рис. П.4). Появившиеся конструкции гидроизоляции с экранами из пластических материалов (пленок) применяют для защиты фундаментов и оснований зданий на просадочных грунтах. Такую изоляцию устраивают до возведения сооружения, поэтому производят сплошную выемку котлована на глубину фундамента. В котлован укладывают гидроизоляционный экран, поверх которого насыпают дренирующий слой (рис. II.5). Для обеспечения стока воды гидроизоляционный экран делают с уклоном к дренажным канавам, размещаемым под зданием или за его пределами. В дренажной канаве, облицованной бетонными элементами, по покрытию над гидроизолирующим экраном укладывают на песчаном слое водоотводящие трубы и устраивают обратный фильтр.

Рис. 11.5. Конструкция гидроизоляции здания в пределах его пятна:

а -- разрез фундаментов; б ^ конструкция дренажа; / -- дренажный слой; 2- гидроизоляционный экран; J -- просадочный грунт; 4 -- лоток; 5 -- обратный фильтр из гравия; 6 -- дренажная труба; 7 -- съемные плиты для доступа к дренажу; 8 -- грунтовое заполнение; 9 -- фундамент; 10 -- брусья для защемления пленок; /; --вертикальная гидроизоляция наружных стен; 12 -- отмостка; /3 -- пленочный гидроизоляционный экран; /4 -- слой песка; /5 -- песчаный дренажный слой.

Пленочный экран может быть использован также и для гидроизоляции наружных стен.

1.3 Конструкции дренажей

В задачу дренирования территории входит сбор воды дренажными устройствами и отвод дренированной воды в водоприемники. Дренажи применяются горизонтального и вертикального типов. При горизонтальном дренаже вода сбрасывается траншеей, к которой притекает вода из осушаемого грунта. Стенки траншей неустойчивы и в процессе эксплуатации оплывают, поэтому траншеи заполняют дренирующим грунтом -- песком и щебнем.

Чтобы обеспечить отвод воды, собранной дренирующей траншеей, по дну траншеи укладывают водоводы из различных материалов. На рис. II.6, в показаны конструкции горизонтальных дренажей с уложенными по дну траншей фашинами, каменной кладкой, щебенчатой отсыпкой и пр. При большом притоке дренируемых вод по дну траншеи укладывают трубы гончарные, асбестоцементные, железобетонные или деревянные. Забор воды трубами осуществляется через стыки труб или специальные дренажные отверстия и щели в трубах

Рис. II.6. Конструкции горизонтальных дренажей:

1 -- минеральный грунт; г -- дерн; 3 -- фашины; 4 -- щебень; 5 -- камень; 6 -- труба; 7 -- крупнозернистый песок; 8 -- кровля; 9 -- подкладные бруски: 10 -- деревянная рама; 11 -- деревянные пластины; 12 -- глина мятая; 13 -- сухая каменная кладка.

Водоотводящие элементы дренажа для предохранения от заиления покрывают обсыпками из песка и гравия. При переменном уровне грунтовых вод применяются горизонтальные дренажные проходные штольни и галереи, выложенные сухой каменной кладкой, крепленные деревянной или железобетонной крепью (рис. П.6, г, д).

Для отвода дренажных вод из горизонтального дренажа используют разность отметок между начальной отметкой дренажа и отметкой водоема или труб ливневой и фекальнохозяйственной канализации. При глубоком заложении горизонтального дренажа устраивают станции перекачки дренажных вод.

Вертикальные дренажи представляют собой скважины, снабженные водозаборными фильтрами различных конструкций, устроенными в большинстве случаев с дренирующими обсыпками. Водозабор из вертикального дренажа осуществляется при помощи насосов, устанавливаемых для каждой скважины в отдельности или для группы скважин в зависимости от их расположения, дебита, высоты поднятия воды и др. Наиболее сложной и трудоемкой работой при сооружении дренажей является укладка дренажных обсыпок (обратных фильтров). В настоящее время наметилась тенденция к применению конструкции дренажных труб, которые, одновременно с задачей водоотвода, выполняют роль дренажных обсыпок. Такие трубы, называемые дренажными трубофильтрами, получили широкое распространение в дренажах гидротехнических сооружений, скважинах для водоснабжения, в дренажах для мелиорации заболоченных площадей и для осушения земляного полотна. Начато их применение в городском и промышленном строительстве.

2.ИНЖЕНЕРНАЯ ЗАЩИТА ТЕРРИТОРИИ ОТ ЗАТОПЛЕНИЯ

2.1 Дамбы обвалования, обвалование территорий

Широкое развитие гидротехнического строительства, создание внутри страны крупных водохранилищ, изменение режима рек ставит ряд новых проблем перед строителями.

Вновь созданные водохранилища резко меняют условия застройки н эксплуатации зданий и сооружений на территории, прилегающей к зоне водохранилища. Воздействие водохранилища на территорию и расположенные на ней объекты выражается в форме временного или постоянного затопления и имеет последствия в виде подтопления грунтовыми водами, ухудшения общесанитарной обстановки, нарушения условий работы промышленных предприятий, нанесения вреда подземному хозяйству и дорожным покрытиям, расположенным в зоне воздействия водохранилища. В зависимости от характера и степени влияния водохранилища на объекты определяются меры их защиты.

Инженерная защита включает специальные мероприятия, защищающие объекты от воздействия подпора и способствующие приспособлению существующих объектов к нормальной работе в новых гидрологических и гидрогеологических условиях. В зависимости от характера воздействия подпора на рассматриваемую территорию применяют мероприятия, смягчающие отрицательные последствия этого воздействия или полностью устраняющие их. Для защиты от постоянного затопления или для ухудшения условий временного затопления применяется обвалование, т. е. ограждение подлежащего защите объекта дамбами, обычно земляными. Согласно СНиП II-К. 2--62 территория населенных мест и крупных промышленных предприятий не должна затапливаться паводками 1%-ной обеспеченности; остальные территории не должны затапливаться паводками 2%-ной обеспеченности; при защите временных предприятий (со сроком эксплуатации 10-- 15 лет) должна предусматриваться защита от паводков 10%-ной обеспеченности. При обваловании менее ответственных участков (сельскохозяйственные земли и т. п.) отметки гребней дамб принимают более низкими, чем отметки при обваловании селитебных и промышленных территорий. Часто в этих случаях применяют «затопляемые» дамбы, которые выполняют свои защитные функции лишь в меженный период, а в паводок допускают затопление обвалованных территорий. Обвалование незатоплямыми и затопляемыми дамбами применяют также в противомалярийных и общесанитарных целях, при ликвидации мелководий, для уменьшения потерь воды на испарение и в других случаях. Затопляемые дамбы обычно оборудуют специальными сооружениями (водовпуски и водовыпуски), через которые происходят предпаводковое затопление обвалованной территории (для уменьшения высоты перепада струй при переливе через гребень дамбы) н обратный выпуск воды в реку после спада паводка. Для ускорения освобождения затопленных земель после спада паводочного горизонта устраивают насосные станции, что удорожает стоимость защиты. Земляные защитные гидротехнические сооружения являются наиболее древними и широко распространенными. Особое значение приобретают дамбы обвалования, расположенные на берегах морей и водохранилищ. Значительные территории в Голландии, Франции, Бельгии, Англии защищены дамбами, расположенными на морских берегах. В связи с широким гидроэнергетическим строительством в нашей стране за последние 20--25 лет возникло много искусственных водохранилищ, на берегах которых сооружены дамбы обвалования различных конструкций для защиты жилых и промышленных территорий, обширных сельскохозяйственных земель. Так, на Горьковском водохранилище защищены города Кинешма, Кострома, Юрьевец и Плес; на Куйбышевском -- Казань, Ульяновск; на Волгоградском -- Энгельс, Саратов, Камышин; на Каховском *--Никополь; на Чебоксарском -- Горький, Балахна, Чебоксары. На многих водохранилищах защищены крупные сельскохозяйственные массивы. На Горьковском водохранилище площадь этих земель составляет 160, на Каховском -- 200, на Кременчугском -- более 300 км'^.

В конструкциях речных и морских защитных дамб есть много общего. И те н другие являются земляными плотинами, удерживающими определенный напор воды, и в поперечном сечении имеют вид трапеции. Однако имеется и ряд различий в конструкциях, вытекающих из условий их работы. Речные дамбы чаще всего сооружают из однородного местного грунта в зоне небольших скоростей речного потока. При этом на обвалованных акваториях, как правило, не бывает большого ветрового волнения. Такие дамбы «работают» только в период паводка, продолжающегося несколько недель в году. При этом далеко не каждый год вода в реке поднимается до расчетной отметки. Работа дамб в морских условиях (и на водохранилищах) сильно отличается от работы дамб на реках. В этих условиях водозащитная дамба удерживает либо постоянный напор условиях безливных морей), либо переменный (приливные и отливные колебания горизонта воды). На морских побережьях часто нет достаточно водонепроницаемых грунтов, и тело дамбы приходится возводить из песка и даже гравия, а для предотвращения фильтрации через тело дамбы устраивают из суглинка водонепроницаемые экраны. Напорный откос обязательно крепится в зоне действия волн. В речных дамбах, как в сооружениях, действующих периодически н в короткие промежутки времени, обычно не устраивают никаких дренажей; в морских дамбах такой элемент есть.

Дамбы, расположенные на берегах водохранилищ, находятся под напором большую часть года. Поэтому напорный откос надежно крепится от действия волнобоя, а на низовом откосе предусматривается дренаж. Дренируемую воду используют для местных нужд либо перекачивают в водохранилище. Защитные дамбы начинаются и заканчиваются в пределах высоких незатопляемых берегов, защищенных от волновой абразии. Если естественной защиты высоких берегов, к которым примыкают дамбы, нет, необходимо продолжить укрепление напорного откоса дамбы на берегах за дамбами и заделать его в берега с учетом будущего размыва смежных, неукрепленных участков берега.

2.2 Обвалование территорий в зонах водохранилищ

Защита территории обвалованием в зонах водохранилищ зависит от топографических, гидрологических, инженерно-геологических, хозяйственных и других требований. Однако решающее влияние на выбор схемы обвалования оказывает наличие на защищаемой территории водотоков. Применительно к этому случаю возможны три принципиальные схемы обвалования территорий. Первой схемой предусматривается при наличии водотока, характеризующегося большими расходами воды и объемами стока, устройство дамб по обеим берегам притока, который сам остается свободным (рис. III. 1,а). Недостатком этой схемы является большая протяженность обвалования, устройство сложных дренажных систем и необходимость сооружения мостов через обвалованную реку. Вторая схема предусматривает отсечение притока от водохранилища путем устройства непрерывной дамбы обвалования и механической откачки притока воды в водохранилище. Эта схема принимается при наличии относительно небольших водотоков с малым расходом воды и объемом стока (рис. III. 1,6). Отрицательной стороной решения является необходимость сооружения насосных станций для перекачки всего годового стока. К достоинствам можно отнести минимальную протяженность обвалования и возможность использования отсекаемого русла в качестве естественной дрены, где при помощи насосов можно регулировать необходимый уровень воды. По этой схеме разработан проект защиты поймы р. Самары близ Куйбышева; поймы р. Ирпень на Киевском водохранилище; поймы р. Тясмин на Кременчугском водохранилище и др.

Третья схема предусматривает сток перекрытого притока сбрасывать в водохранилище самотеком по специально сооруженному для этой цели отводящему каналу. На некотором удалении от места впадения притока в водохранилище на притоке устраивают с помощью земляной плотины небольшой водоем, вода из которого может самотеком сбрасываться в основное водохранилище в обход обвалованной территории. Отводящий канал в своей нижней части на некотором протяжении также должен быть обвалован (рис. III. 1, в). По этой схеме выполнен проект защиты поймы р. Самоткань на Днепродзержинском водохранилище. На определенном расстоянии от устья реки возведена плотина, образующая верховое водохранилище. При повышении горизонта воды верхового водохранилища на некоторую величину происходит самотечный сброс воды по каналу в Днепродзержинское водохранилище. На рис. III. 3 приведены четыре варианта защиты городской территории от затопления. Территория города прорезается двумя значительными оврагами-водотоками, сильно разветвленными в верховьях. По варианту I предусматривается обвалование более крупного западного оврага-водотока и включение его в площадь акватории водохранилища в виде залива; второй, восточный овраг-водоток, перекрывается в устьевой части основной дамбой, а сток его отведен за пределы защищаемой территории. Варианты II и III не имеют принципиальных различий и отличаются один от другого только степенью защиты городской территории. В этих вариантах предусматривается обвалование оврагов-водотоков в большей или меньшей степени. Вариант II предусматривает обвалование всей городской территории, отсечение левого и правого оврагов-водотоков от водохранилища и самотечный отвод их стока в водохранилище с помощью специальных нагорных и отводящих каналов. Отсеченные овраги используются как мощные дрены. Технико-экономическое сравнение вариантов показало, что наиболее целесообразным является вариант I. При рассмотрении схем, приведенных на рис. III. 3, видно, что, кроме дамб обвалования и отводящих каналов, на территории города предусмотрено устройство искусственного дренажа, насосных станций для перекачки дренажных и поверхностных вод, искусственных инженерных сооружений на отводящих каналах. В I, II и III вариантах предусматривается строительство больших мостов через заливы водохранилища. К защите берегов водохранилищ от затопления прибегают в случае, если строительство и эксплуатация защитных сооружений за условленный срок их службы (например, за 50 лет), обходится дешевле, чем перенос защищаемых объектов за пределы зоны затопления.

2.3 Дамбы на реках

Основное назначение речных дамб -- защита прилегающих пойменных территорий от паводков и половодий, затопления и размыва берегов и т. п. Их располагают вдоль кромки берега, параллельно ему, или вдоль проектируемой береговой линии; речной поток взаимодействует с дамбой по всей ее длине. Дамбы обвалования относят к постоянным массивным сооружения. Материалом тела дамбы могут служить местные песчаные, суглинистые грунты, каменная наброска, фашинная, тюфячная (хворостяная) кладка и др. Дамбы обвалования в плане могут быть прямо и криволинейными. Своими концевыми частями (корнями) они должны примыкать к коренному неразмываемому берегу. По выполняемым функциям дамбы различают: оградительные береговые, возводимые на пойме либо на границе поймы и русла для защиты поймы от затопления паводковыми водами; оградительные русловые, возводимые для защиты прибрежных водных акваторий от волновых воздействий; струенаправляющие, возводимые для обеспечения нормального подхода потока к искусственным сооружениям. Земляные дамбы применяют очень широко в силу ряда преимуществ: относительно высокой степени механизации строительных работ; способности сооружения изменять под воздействием русловых деформаций поперечные сечения, не разрушаясь; возможности наращивания сооружения в высоту и ширину при их деформациях.

Дамбы, возведенные намывом, имеют следующие преимущества: низкую стоимость, высокую плотность грунта, невысокую металлоемкое. К недостаткам земляных дамб можно отнести необходимость устройства прочных креплений напорного откоса и гребня вследствие слабой сопротивляемости грунта волновым воздействиям и течению; возможность подмыва основания руслового откоса дамбы. Иногда стоимость крепления превышает в несколько раз стоимость намыва; кроме того, эти работы очень трудоемки. Ширина гребня дамб должна быть не менее 2,5 м. Если дамба стесняет русло, необходимо учитывать возможность подмыва дна у основания дамбы вследствие увеличения скоростей. В таких условиях откос дамбы крепят на глубину возможного размыва. Иногда под дамбу укладывают тюфяк, который выступает за пределы дамбы в сторону русла не менее, чем на 6 м. Дамбы из каменной наброски в виде оградительных сооружений применяют крайне редко, чаще всего -- это струенаправляющие дамбы. Поперечные сечения таких дамб -- трапеция; ширина гребня 1,5--4 м. Коэффициент откосов т --0,75-^1,5 для русловой части и /п = 0,5-^-1,1 --для береговой. Если основанием служат размываемые грунты, то для предохранения их от размыва делают каменную отсыпку перед дамбой. Достоинства таких дамб -- долговечность и высокий уровень механизации по отсыпке дамбы; недостатки -- высокая стоимость (особенно при удаленных карьерах), потребность большого количества средств механизации. Дамбы из фашинной кладки устраивают при глубине потока до 10 м. Это прочные и долговечные сооружения. В плане они могут иметь любые очертания; поперечное сечение -- трапеция, ширина по гребню 2--5 м, коэффициенты руслового откоса -- до т-З, внутреннего -- до /п= 1. Во избежание подмыва в основании дамбы укладывают тюфяк. Кладка тела дамбы состоит из слоев хвороста, загружаемых грунтом. Подробнее конструкции таких дамб приведены в специальной литературе. Дамбы из тюфячной кладки применяют при различной глубине потока, но при скоростях течения до 2--2,5 м/сек. Поперечное сечение -- трапеция с коэффициентами откоса в сторону реки т = 2-3, в сторону берега т=1-1,5; ширина гребня 2,5--4 м. В поперечном сечении дамба из тюфячной кладки представляет собой несколько уложенных друг на друга хворостяных тюфяков. Площадь вышележащего тюфяка меньше площади нижележащего в соответствии с заложением откосов. При размываемых грунтах основания под дамбой укладывают расстилочный тюфяк с выпуском его краев за пределы дамбы на 3--5 м. Толщину тюфяков в зависимости от высоты дамбы принимают 0,45--0,80 м. Дамбы смешанной конструкции обычно несколько дешевле и состоят из комбинации различных материалов. Дамбы из тюфячной кладки и каменной наброски возводят на средних и крупных реках. Нижняя часть дамбы с отметкой на 0,2--0,3 м выше уровня меженных вод состоит из тюфячной кладки с донным тюфяком в основании, а верхняя -- из каменной наброски. При глубоких потоках на средних реках применяют дамбы, у которых нижняя часть выполнена из тюфячной кладки, а верхняя -- из фашинной. Ширина верхнего тюфяка нижней части дамбы должна быть шире основания фашинной призмы, чтобы образовались с каждой стороны бермы по 0,75 м. Такие дамбы прочнее и устойчивее дамб, выполненных только из фашинной кладки. В практике применяются и другие смешанные конструкции дамб, в частности, деревянные ряжи, заполненные камнем.

2.4 Повышение отметок затапливаемых территорий

Ввиду больших объемов земляных работ при повышении отметок территорий, находящихся в зонах водохранилищ и в поймах рек, отводимых под строительство, засыпка территории с применением автотранспорта и землеройных машин может применяться только в особых условиях и на небольших участках. Поэтому в практике строительства при данных условиях земляные работы, как правило, выполняют способом гидромеханизации с применением специальных механизмов -- землесосов. Способ гидромеханизации требует: грунтов, пригодных для укладки в сооружения и для разработки этим методом; достаточного количества воды ( 5--22 м² воды на 1 м² разрабатываемого грунта); оптимальных климатических условий -- длительный период положительных суточных температур (в настоящее время эти работы выполняют и при отрицательных температурах); достаточного количества электроэнергии (на 1 м² грунта в сооружении расходуется 3,5--5,0 квт-ч). Способ гидромеханизации характеризуется поточностью технологического процесса, простотой и экономичностью. При этом стоимость 1 м² намытого грунта составляет дешевле, чем при сухоройном способе. За последние годы развитие средств гидромеханизации способствовало широкому освоению пойменных территорий для градостроительства путем намыва значительных объемов земли. В Москве, Ленинграде, Киеве, Новосибирске, Омске, Ярославле, Днепропетровске и других городах были освоены значительные территории под городское строительство путем коренного изменения рельефа. Разработка и транспорт грунта требуют определенного количества воды, зависящего от способа разработки грунта и от его свойств. Количество воды, необходимое для укладки 1 м грунта в сооружение, называют удельным расходом воды .В зависимости от способа и трудности разработки грунты подразделяют на группы, каждой из которых соответствует свой удельный расход воды. Так, для грунтов I группы трудности (пески различной крупности) удельный расход воды равен 7 л, а для грунтов VI группы трудности (песчано-гравийные, суглинистые и глинистые грунты) -- удельный расход воды равен 22.

Для намыва применимы различные грунты, как несвязные (пески различного гранулометрического состава), так и связные (супеси, суглинки и т. п.). Грунты, используемые для намыва, должны удовлетворять ряд требований. Карьерный грунт, не вполне подходящий по гранулометрическому составу для намыва, может быть искусственно улучшен.

Так, недостаток крупных или мелких фракций можно восполнить добавкой грунта из другого карьера. От избытка мелких фракций освобождаются путем усиленного сброса осветленной воды в процессе намыва сооружения.

2.5 Намыв больших площадей

В практике градостроительства часто приходится намывать грунт на значительных площадях. Подготовка оснований под намыв заключается в раскорчевке, уборке пней, выкашивании густой травы, удалении торфяных и иловатых включений. При высоте слоя намыва до 2 л рекомендуется заблаговременно до намыва возвести на замываемой территории фундаменты домов и сооружений, проложить водопроводные, канализационные и другие подземные коммуникации. Территория, подлежащая намыву, может иметь разный рельеф; чаще всего приходится выполнять намыв на территорию, представляющую пологую поверхность с плавно изменяющимися уклонами. Намыв начинают с самых низких отметок, где насыпь будет иметь максимальную высоту. Магистральный трубопровод располагают на эстакадах, намыв проводят сначала по лоткам к обвалованию, а затем выпускают гидросмесь из торцов наращиваемых труб. Количество мелких частиц в теле насыпей подобного рода допускается не более 3--5%. Отложившиеся в районе сбросных колодцев мелкие частицы грунта удаляют после окончания намыва сухим способом и заменяют крупным грунтом. Постепенно наращивая обвалование и выпуская концентрированным потоком гидросмесь, добиваются подъема всей территории до проектных отметок. Намыв больших площадей рационально вести безэстакадным методом, применяя раструбные трубы. Осваиваемая площадь может быть больших размеров, так что охватить одновременно все ее грани трубопроводами практически невозможно. Тогда территорию делят на очереди, а очереди -- на карты намыва шириной 200-- 250 м. По центру карт располагают сбросные колодцы и трубы.

Закончив намыв первой карты, переходят на следующую. Сбросной трубопровод обязательно устанавливают в траншее, что диктуется низким порогом сбросного колодца. Такая конструкция сбросных сооружений позволяет начинать работы по намыву при минимальной высоте первичного обвалования, выполняемого обязательно из песчаных грунтов.

Большие углубления с замкнутыми и незамкнутыми контурами на осваиваемой территории замывают обычными способами.

На больших территориях грунт намывают каждый раз по индивидуальному проекту с учетом рельефа местности. Намытую поверхность планируют под проектную отметку бульдозерами. Дамбы первичного обвалования обычно возводят насыпным способом. При соответствии грунта дамб намываемому, их отсыпают в профиле сооружения. Грунт для дамб может быть взят непосредственно из основания или привезен извне; иногда для обвалования намывают резервы грунта вблизи сооружения или на его основании. Если дамбы возводят из грунтов основания и по качеству дамбы не могут быть использованы в сооружении, тогда их отсыпают за пределами сооружения и при необходимости в последующем убирают. Превышение гребня дамбы над наивысшим горизонтом воды на карте намыва принимают равным 0,5 м. При высоте дамбы 2 м ширина ее поверху должна составлять 1 м, уклоны откосов 1 : 1 (наружного) и 1 : 1,5 (внутреннего). Когда глубина воды на картах намыва превышает 1,5 м, дамбы первичного обвалования рассчитывают как водоудерживающие сооружения и отсыпают с уплотнением. Попутное обвалование отсыпают без уплотнения из грунта, намытого в боковые призмы сооружения, взятого изнутри карт (с пляжа намыва). Дамбы попутного обвалования обычно имеют высоту 1--1,25 м, ширину поверху 0,5--0,7 м, уклоны откосов наружного 1 : 1 и внутреннего 1:1 -- 1 : 1,5. Отсыпают дамбы бульдозерами. Территории намывают в градостроительных целях при расширении городских земель для застройки, для улучшения санитарных условий города, для регулирования рек и водоемов в городской черте. Намыв территории обычно осуществляют выше горизонта воды в водохранилище или паводкового горизонта в реке -- незатопляемый намыв; при замыве болот, стариц, части русла реки и пр. -- затопляемый намыв.

Незатопляемую отметку бровки намытой территории определяют по методам, принятым для дамб обвалования. Крепления откосов намытой территории аналогичны подобным конструкциям дамб обвалования и рассчитываются аналогично. Большие городские территории обычно намывают по одной из трех принципиальных схем: сплошной намыв территории с уклоном в сторону водоема; планировка территории рассчитывается на сброс поверхностного стока непосредственно в водоем; сплошной намыв территории с уклоном в сторону от водоема; планировка территории предусматривает сброс поверхностных вод в существующий коллектор на прилегающей территории; комбинированный намыв, при котором отметки осваиваемой территории принимают только нз условий водоотвода и нормы осушения; береговую полосу шириной 40--60 м приподнимают для защиты от паводковых горизонтов воды в водоеме.

3. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Инженерная защита территории от затопления и подтопления должна быть направлена на предотвращение или уменьшение народнохозяйственного, социального и экологического ущерба, который определяется снижением количества и качества продукции различных отраслей народного хозяйства, ухудшением гигиенических и медико-санитарных условий жизни населения, затратами на восстановление надежности объектов на затапливаемых и подтопленных территориях.

При проектировании инженерной защиты от затопления и подтопления следует определять целесообразность и возможность одновременного использования сооружений и систем инженерной защиты в целях улучшения водообеспечения и водоснабжения, культурно-бытовых условий жизни населения, эксплуатации промышленных и коммунальных объектов, а также в интересах энергетики, автодорожного, железнодорожного и водного транспорта, добычи полезных ископаемых, сельского, лесного, рыбного и охотничьего хозяйств, мелиорации, рекреации и охраны природы, предусматривая в проектах возможность создания вариантов сооружений инженерной защиты многофункционального назначения.

Защита территории населенных пунктов, промышленных и коммунально-складских объектов должна обеспечивать:

- бесперебойное и надежное функционирование и развитие городских, градостроительных, производственно-технических, коммуникационных, транспортных объектов, зон отдыха и других территориальных систем и отдельных сооружений народного хозяйства;

- нормативные медико-санитарные условия жизни населения;

- нормативные санитарно-гигиенические, социальные и рекреационные условия защищаемых территорий.

Защита от затопления и подтопления месторождений полезных ископаемых и горных выработок должна обеспечивать:

- охрану недр и природных ландшафтов;

- безопасное ведение открытых и подземных разработок месторождений полезных ископаемых, в том числе нерудных материалов;

- исключение возможности техногенного затопления и подтопления территорий, вызываемых разработкой месторождений полезных ископаемых.

Защита сельскохозяйственных земель и природных ландшафтов должна:

- способствовать интенсификации производства сельскохозяйственной, лесной и рыбной продукции;

- создавать оптимальные агротехнические условия;

- регулировать гидрологический и гидрогеологический режимы на защищаемой территории в зависимости от функционального использования земель;

- способствовать комплексному и рациональному использованию и охране земельных, водных, минерально-сырьевых и других природных ресурсов.

При защите природных ландшафтов вблизи городов и населенных пунктов следует предусматривать использование территории для создания санитарно-защитных зон, лесопарков, лечебно-оздоровительных объектов, зон отдыха, включающих все виды туризма, рекреации и спорта.

В качестве основных средств инженерной защиты следует предусматривать обвалование, искусственное повышение поверхности территории, руслорегулирующие сооружения и сооружения по регулированию и отводу поверхностного стока, дренажные системы и отдельные дренажи и другие защитные сооружения. В качестве вспомогательных средств инженерной защиты надлежит использовать естественные свойства природных систем и их компонентов, усиливающие эффективность основных средств инженерной защиты. К последним следует относить повышение водоотводящей и дренирующей роли гидрографической сети путем расчистки русел и стариц, фитомелиорацию, агролесотехнические мероприятия и т.д.

В состав проекта инженерной защиты территории надлежит включать организационно-технические мероприятия, предусматривающие обеспечение пропуска весенних половодий и летних паводков.

Инженерная защита на застраиваемых территориях должна предусматривать образование единой комплексной территориальной системы или локальных приобъектных защитных сооружений, обеспечивающих эффективную защиту территорий от наводнений на реках, затопления и подтопления при создании водохранилищ и каналов; от повышения уровня грунтовых вод, вызываемого строительством и эксплуатацией зданий, сооружений и сетей.

Единые комплексные территориальные системы инженерной защиты следует проектировать независимо от ведомственной принадлежности защищаемых территорий и объектов.

Необходимость защиты территорий пойм рек от естественных затоплений определяется потребностью и степенью использования отдельных участков этих территорий под городскую или промышленную застройку, или под сельскохозяйственные угодья, а также месторождения полезных ископаемых.

Расчетные параметры затоплений пойм рек следует определять на основе инженерно-гидрологических расчетов в зависимости от принимаемых классов защитных сооружений согласно разд. 2. При этом следует различать затопления: глубоководное (глубина свыше 5 м), среднее (глубина от 2 до 5 м), мелководное (глубина покрытия поверхности суши водой до 2 м).

Границы территорий техногенного затопления следует определять при разработке проектов водохозяйственных объектов различного назначения и систем отвода отработанных и сточных вод от промышленных предприятий, сельскохозяйственных земель и горных выработок месторождений полезных ископаемых.

Проект сооружений инженерной защиты должен обеспечивать:

- надежность защитных сооружений, бесперебойность их эксплуатации при наименьших эксплуатационных затратах;

- возможность проведения систематических наблюдений за работой и состоянием сооружений и оборудования;

- оптимальные режимы эксплуатации водосбросных сооружений;

- максимальное использование местных строительных материалов и природных ресурсов.

Выбор вариантов сооружений инженерной защиты должен производиться на основании технико-экономического сопоставления показателей сравниваемых вариантов.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. В.Ю Люисеев, И.М. Побегайло, В.И. Сидорчук, В.Я. Пинчук, Инженерная подготовка застраиваемых территорий . Издательство «Будівельник», 1974.

2. СНиП 2.06.15-85 Инженерная защита территорий от затопления

3. Коновалов П.А. К строительству в особых грунтовых условиях - особый подход // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1992. № 1. С. 18.

4. Антонов В.М., Леденев В.В., Скрылев В.И. Проектирование зданий при особых условиях строительства. Учеб. пособ. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2002. 240 с

Размещено на Allbest.ru