Файл: Степанов, П. М. Гидротехнические противоэрозионные сооружения учебник.pdf

зывают сопротивление по­ току, то есть уменьшают

скорость движения воды.

Скорость движения воды

Рис. 16. Русло оврага. зависит от основных гид­ равлических элементов рус­

ла и от уклона поверхности воды. Поперечное сечение по­

тока, проведенное нормально к направлению движения,

называется живым сечением потока. Площадь живого сечения обозначается буквой ω. Периметр,

на котором -вода соприкасается с ложем русла, называ­ ется смоченным χ.

Отношение площади живого сечения к смоченному периметру называется гидравлическим радиу­ сом 7?.

Говоря о скорости, обычно имеем в виду среднюю скорость в живом сечении.

Расход — это количество воды, протекающей через

данное живое сечение в единицу времени (м3/с). Расход выражается произведением площади живого сечения на

скорость:

откуда скорость можно определить

Установившимся движением жидкости называется

такое движение, при котором скорость и давление в дан­ ной точке не изменяются с течением времени. Оно мо­ жет быть равномерным и неравномерным.

Равномерное движение жидкости — это такое движе­ ние, при котором гидравлические элементы потока (жи­ вое сечение, глубина потока, средняя скорость течения

и др.) не изменяются по длине. Глубина, соответствую­

щая равномерному движению, называется нормальной глубиной ∕ι0.

Неравномерное движение жидкости— такое движе­ ние, при котором площади живых сечений изменяются по длине.

Основное уравнение равномерного движения воды в

40

где V — средняя скорость потока;

C — коэффициент Шези;

R— гидравлический радиус;

і — уклон дна русла.

Уравнение носит название формулы Шези.

Коэффициент C играет весьма важную роль в прак­

тических расчетах, поэтому его следует вычислить по возможности точнее. Его величина зависит от формы и

размера русла и коэффициента шероховатости п.

Для определения коэффициента C имеется ряд эм­ пирических формул.

§ 13. ТИПЫ ВЕРШИННЫХ СООРУЖЕНИЙ

Головные овражные сооружения могут быть самыми разнообразными как по конструкции, так и по материа­ лам, из которых они строятся.

Тип гидротехнического сооружения в вершине овра­ га зависит от многих факторов: рельефа местности, глу­ бины оврага, площади водосбора, долговечности соору­ жения и т. д. Эти же факторы учитываются при выборе строительных материалов.

В вершинах оврагов часто строят быстротоки, пере­ пады и консольные сбросы, которые называются сопря­

гающими сооружениями. Схемы этих сооружений пока­ заны на рисунке 17.

По условиям движения потока сопрягающие соору­ жения можно разделить на две группы. К первой груп­ пе относятся те, в которых вода на некотором пути дви­

жется, не отрываясь от сооружения, а на остальном пути падает свободно в воздухе. Это перепады и консо­ ли. Вторую группу составляют сооружения, по которым вода движется, не отрываясь от него на всем протяже­ нии. Это в основном быстротоки и трубы. Трубчатые (закрытые) сооружения в последнее время получили

широкое распространение. В нижнем бьефе они могут до­ полняться отбрасывающими устройствами: трамплином,

уступом и т. д. Конструкции сопрягающих сооружений

очень разнообразны. В таблице 5 приведены некоторые конструктивные особенности основных типов сопрягаю­ щих сооружений. В практике устройства сбросных сооружений применяются различные конструкции вход­ ной и выходной части и водопроводящего тракта. Как говорилось ранее, вершинные гидротехнические соору-

41

42

∙*-⅛-ς →^⅞≡≡

жения должны предотвратить дальнейшее развитие оврагов. !

Гидротехнические сооружения служат для транспор­ тировки потока с высоких отметок местности на более низкие по неразмываемому руслу (участок II, рис. 14)

и для гашения избыточной энергии в непосредственной

близости от сооружения (участок IV).

Для гашения избыточной энергии потока в непосред­ ственной близости от сооружения (быстроток, перепад) устраивают водобойные колодцы, водобойные стенки,

различные гасители (рис. 18). На быстротоках избыточ­

ную энергию иногда гасят с помощью устройств искус­ ственной шероховатости на водоскате. При консольном сбросе она обычно гасится в толще воды, заполняющей так называемую воронку размыва.

43

Для строительства сбросных сооружений использу­ ют дерево, бутовую кладку, бетон, железобетон.

В последнее время находят распространение водона­

ливные синтетические оболочки, из которых можно строить и сбросные сооружения. Они очень дешевы в устройстве, легко монтируются и размонтируются. Го­ ловные овражные сооружения относят к IV классу ка­ питальности— облегченные или к V классу —особо об­ легченные.

§ 14. БЫСТРОТОКИ

Быстротоки широко используются при укреплении оврагов. Размеры и уклон быстротока определяются до­ пустимой скоростью для материала, из которого он

строится. При проектировании быстротока сравнивается уклон местности с уклоном быстротока, подсчитанным по допускаемой скорости для материала, из которого намечено устраивать быстроток.

Если окажется, что уклон местности меньше уклона быстротока, то быстроток можно проводить по уклону местности, и скорость не будет достигать предельно до­

пустимой величины.

Скорости движения воды на быстротоке всегда зна­ чительны, поэтому русло их всегда укрепляют плетнями,

фашинами, деревом, камнем, бетоном.

В районах, богатых камнем и хворостом, рекомен­

дуется такая конструкция укрепления быстроточного

участка канала. По дну и по откосам канала прокапы­ вают ровики по клеткам 1,5—-2 м глубиной и 0,4 м ши­ риной. В них на расстоянии 1 —1,5 м один от другого

забивают ивовые или тополевые колья длиной 1 —1,2 м,

так чтобы они возвышались над поверхностью на 0,2— 0,25 м. Колья как продольные, так и поперечные запле­

тают хворостом от дна траншеи доверху. После этого траншеи плотно забивают глиной или суглинком. Клет-

44

Рис. 19. Фашинный быстроток:

1 — дерн; 2 — навоз; 3— двухкомельные фашины диаметром 0,3 м; 4 — кол диаметром 0,05 м, длиной 1 м.

ки между плетнями замащивают камнем, тычком по мху, мятой соломой или соломистым навозом C плотной расщебенкой под трамбовку. Продольный уклон такого

быстротока ¿<0,1. Дну канала придают небольшую вог­ нутость, чтобы малые расходы скатывались посредине

канала, не омывая откосов.

В некоторых случаях плетневые клетки располагают не перпендикулярно оси канала, а под углом 45°. При такой конструкции подошва откоса меньше страдает от размыва.

Дно и откосы быстроточного участка иногда укрепля­ ют фашинами диаметром 25—30 см. Фашинные быстро­ токи (рис. 19) целесообразно устраивать в лесных и ле­ состепных районах, где достаточно материала для вязки фашин.

Сооружение быстротоков из фашин дешево и доступ­ но для устройства силами и средствами любого хозяйст­ ва. Такие быстротоки надо рассматривать как времен­ ный этап в ликвидации эрозионных процессов, они мо­ гут только задержать развитие оврага до применения других мероприятий, регулирующих поверхностный сток. Сооружение фашинных быстротоков целесообразно при площадях водосбора до 8—10 га и высоте падения

в вершине оврага до 1,5—2 м. При назначении размеров

45

При этом будет обеспечена нормальная работа быстро­ тока и его долговечность. При подготовке ложа под фашинный и плетневый быстротоки необходимо иметь в виду, что фашины должны укладываться только на ма­ териковый грунт. Укладка фашин на насыпной грунт недопустима, так как при паводке может произойти вы­ нос этого грунта и разрушение быстротока.

Фашины вяжут из хвороста различных пород деревь­ ев (дуб, граб, ясень, береза) длиной 2—4 м и диамет­

ром 0,25—0,3 м.

Наиболее высококачественные фашины получаются из ивняка.

Заранее подготовленное ложе быстротока устилают свежим навозом слоем 10—15 см с последующим уплот­ нением. Затем укладывают фашины, закрепляют их

кольями и заливают раствором грунта до полного насы­ щения.

Раствор грунта получают путем смешивания трех ча­ стей воды и одной части грунта с доведением раствора

до густоты сливок.

В некоторых случаях Всесоюзный научно-исследова­ тельский агролесомелиоративный институт (ВНИАЛМИ) рекомендует закреплять вершины небольших береговых размывов путем их сполаживания и посева трав на об­ разовавшемся водосбросе. Вершина оврага в этом слу­ чае планируется в наклонную площадку крутизной до

5°. Крутизна и ширина водосброса зависят от величины водосборной площади. Глубина водосброса обычно при­ нимается равной 0,2—0,5 м с заложением откосов 1 : 2— 1 : 3, ширина—5—12 м.

Дно водосброса разрыхляют и разрыхленный слой смешивают с компостом из расчета 10—15 кг на 1 M2

46

Рис. 20. Деревянный быстроток:

засевают смесью многолетних трав. Максимальная ско­ рость воды в задернованном водотоке допустима не бо­ лее 1 м/с. Деревянные быстротоки более долговечны и широко применяются в районах, богатых лесом. Эти бы­ стротоки представляют собой свайно-обшивные конст­ рукции. Выполняют их из дубовых или сосновых досок толщиной 4—5 см, пригнанных в четверть и уложенных на поперечины, которые крепятся к столбам. Конструк­ ция деревянного быстротока приведена на рисунке 20.

При подготовке котлована под быстроток необходи­ мо избегать неоправданных заглублений; последующие подбойки недопустимы. Нарушение этого условия мо­ жет привести к разрушению сооружения. Глубина воды перед быстротоком не должна быть более 1 м. Ширина быстротока определяется гидравлическим расчетом.

В тех местах, где дерево отсутствует или весьма до­

рого, устраивают каменно-бетонные, бетонные или желе­ зобетонные водосбросы. Они гораздо долговечнее дере-

47

Рис. 21. Схема быстротока из синтетических оболочек.

вянных. В последнее время в качестве временных соору­ жений рекомендуются быстротоки из мягких конструк­ ций.

Быстротоки могут изготовляться полностью из бето­ на непосредственно на месте строительства или же из

сборного. На рисунке 21 показана схема быстротока,

изготовленного из синтетических оболочек, заполненных водой или же воздухом. Срок службы такого сооруже­ ния 3—5 лет.

Быстроток любой конструкции состоит из трех основ­ ных частей: входной, лотка быстротока и выходной.

Входная часть может быть различной конструкции. На рисунке 22 показаны наиболее распространенные формы входной части: обратные стенки, вертикальные

откосные крылья и косые плоскости.

В конце входной части, перед лотком быстротока для обеспечения заданной глубины иногда устраивают порог (рис. 23). В зависимости от формы входной части выполняется ее гидравлический расчет.

Лоток быстротока служит для транспортировки пото­ ка от более высоких отметок на более низкие. Поток в

Рис. 22. Формы входной части быстротоков:

а — обратные стенки; б — вертикальные откосные крылья; в — косые плос­ кости; вк —ширина канала по дну; eð—ширина входной части быстротока.

48