Сооружения инженерной защиты — сооружения особого назначения, предназначенные для защиты основного проектируемого объекта или какой-либо территории. Необходимость в проектировании сооружений инженерной защиты появляется в особых природных условиях, когда защищаемый объект или территория испытывают (или потенциально могут испытывать) вредное воздействие со стороны агрессивных природных явлений. К основным таким явлениям относятся:
– высокие уровни воды в водотоках (реки, ручьи) и водоёмах (пруды, озёра, водохранилища, моря) — в случае наступления такого явления происходит затопление рассматриваемых территорий, т.е. открытый разлив воды на конкретной площади (наводнение); обособленным случаем здесь следует считать прохождение селей;
– высокие уровни грунтовых вод — наступление такого явления сопровождается интенсивным подтоплением фундаментов проектируемых сооружений или территории, что ведёт к существенному усложнению условий нормальной эксплуатации объекта, к необходимости частичного или полного вывода защищаемого объекта из эксплуатации.
Два описанных явления природной среды формируют собой основную цель сооружений инженерной защиты, а именно: защита от затопления и подтопления. Но помимо указанной цели часто встречается необходимость в решении других сходных задач: руслорегулирование и берегоукрепление, улучшение условий движения судов, ликвидация заболоченных участков и стариц.
В качестве наиболее характерных типов сооружений для мероприятий по инженерной защите применяются:
1. Дамбы обвалования;
2. Дренажи и сходные с ними инженерные сети;
3. Насосные станции;
4. Нагорные каналы и сооружения на них.
Очень часто при разработке проектной документации на инженерную защиту предусматривается строительство сразу нескольких из вышеуказанных типов сооружений. Таким образом проектируется целая система из взаимосвязанных объектов, каждый из которых выполняет свою функцию.
Примеры конструкции дамбы обвалования
(слева направо: габионная низконапорная с геомембраной, габионная с железобетонным экраном,
трапецеидальная с экраном и геомембраной, двухъярусная шпунтовая набережная)
1 ДАМБЫ ОБВАЛОВАНИЯ
Дамбы обвалования представляют собой напорные гидротехнические сооружения. В конструктивном отношении дамбы во многом идентичны классическим грунтовым плотинам. По своему назначению дамбы обвалования могут выполнять следующие функции:
1. Гарантированное предотвращение затопление территорий — такие дамбы проектируются незатопляемыми и обычно они применяются для городских территорий, а также территорий, занимаемых производственными объектами;
2. Защита сельскохозяйственных и сходных с ними территорий — в данном случае проектируются дамбы, допускающие затопление в отдельные периоды года, когда такое затопление незначительно и допустимо с точки зрения хозяйственного освоения территории;
3. Регулирование русел рек — здесь применяются дамбы, конструкция которых обеспечивает остановку или снижение интенсивности процессов естественного меандрирования речных долин;
4. Улучшение условий по подводу воды к речным гидротехническим сооружениям (водозаборам, водоприёмникам ГЭС, мостам и т.п.) — для данной задачи применяются струенаправляющие дамбы, конструкция и плановое положение обеспечивает необходимое изменение направления течения водного потока;
5. Ликвидация многорукавности русел — в данном случае сооружаются дамбы, которые перегораживают отдельные речные протоки и рукава; такие дамбы называются запрудами. Ликвидация у главного русла реки отдельных проток и рукавов улучшает условия судоходства, лесосплава и др.;
6. Выправление (выпрямление) течений рек с целью улучшения условий для движения судов — реализация данной функции обеспечивается проектированием выправительных сооружений, называемых полузапрудами. Полузапруды размещаются примерно поперёк русла (с небольшим углом по течению) в виде цепочки поперечных коротких дамб;
7. Защита от размыва берегов — такие дамбы представляют собой очень короткие грунтовые насыпи (т.н. шпоры), которые размещаются аналогично полузапрудам. Присутствие шпор резко снижает эрозионное воздействие потока на грунтовый массив берега.
2 ДРЕНАЖИ
Дренажи являются самым частым мероприятием по инженерной защите. Дренажи сооружаются для понижения поверхности подземных водоносных горизонтов. Необходимость данного снижения возникает в случаях:
– подтопления проектируемых или существующих фундаментов сооружений;
– заболачивания территорий, в первую очередь сельскохозяйственных.
Проектирование дренажной системы опирается на критерий «нормы осушения», т.е. на величину требуемого понижения уровня грунтовых вод от поверхности земли на осушаемой территории.
Различают три основных типа дренажей:
1. Горизонтальный открытый дренаж — траншейный тип дренажа, при котором прокладываются канавы, каналы, траншеи;
2. Горизонтальный закрытый дренаж — трубчатый тип дренажа, при котором устраивается система труб и коллекторов. Прокладка труб может быть выполнена в том числе и бестраншейным способом. Частным случаем закрытого дренажа является лучевой дренаж;
3. Вертикальный дренаж — представляет собой систему водопонизительных скважин, из которых насосным оборудованием производится постоянная или периодическая откачка. При соответствующих геологических условиях возможен вариант самотёчного отвода в нижележащие неводоносные слои с высоким коэффициентом фильтрации посредством выполнения водопоглощающих скважин.
Дренажные воды относятся к классу сточных вод. Поэтому сброс дренажного стока на рельеф не допускается (см. Водный кодекс, статья 65). В качестве точек сброса дренажа могут быть приняты:
– система дождевой канализации. Такая система должна быть оборудована соответствующими очистными сооружениями;
– поверхностный водный объект — водоём или водоток. Для сброса в водный объект должны быть получены соответствующие разрешения (в частности — «Решение о предоставлении водного объекта в пользование для сброса сточных и (или) дренажных вод», выдаваемое Росводресурсами).
3 НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ
Насосные станции, применяемые при проектировании мероприятий инженерной защиты, могут являться:
– элементом дренажной системы, устраиваемым в случае невозможности самотёчного отвода дренажного стока;
– самостоятельным элементом инженерной защиты — в этом случае насосная станция в период паводка самостоятельно обеспечивает частичное понижение уровня в водотоке или водоёме. Это достигается или переброской поступающего избыточного стока, или временным заполнением резервной аккумулирующей ёмкости (резервуара, водохранилища).
4 НАГОРНЫЕ КАНАЛЫ
Нагорные каналы — линейные сооружения, устраиваемые на склонах с целью предотвращения попадания в водных объект дополнительного поверхностного стока. Тем самым достигается уменьшение возможной степени затопления территории. Кроме этого, система нагорных каналов предотвращает поверхностную эрозию долин.