Особенности проектирования противоселевой защиты

В районах, находящихся в селеносных бассейнах, проектирование начинают с определения степени опасности участков, предполагаемых для размещения зданий и сооружений. Ее оценивают по объему выноса материала после прохождения одного потока. К первой степени опасности относят территории, где объемы выноса превышают 1 млн. м³, ко второй — с объемами выноса от 0,5 до 1 млн. м³. Участки третьей степени опасности характеризуют объемами выноса менее 0,5 млн. м³. В качестве примера здесь можно отметить известный по своей разрушительной силе катастрофический грязекаменный поток на р. Малая Алмаатинка в 1921 г., где общее количество перемещенной им массы оценивают приблизительно в 2 млн. м³.

Наиболее разрушительной силой обладают грязекаменные потоки, однако степень воздействия селя любого типа зависит и от зоны селеносного бассейна, поэтому при выборе территории для нового строительства город стремятся вынести из транзитной зоны, размещая его вне русла селеносных водотоков. В зоне затухания поток не имеет столь разрушительной, как в других зонах, силы, однако при размещении в ней городской застройки неизбежно загромождение улиц наносами. Поэтому вновь застраиваемые территории по возможности не размещают и в зоне конуса выноса.

При обосновании выбора противоселевых мероприятий предварительно территорию оценивают, выделяя участки бассейна с различными объ* емами выноса селевой массы, отнесенными к единице площади бассейна С этой целью используют исходные данные, полученные по материалам предварительных изысканий и натурных наблюдений в районе строительства.

Размеры и емкость защитных сооружений определяют, рассчитывая основные гидрологические параметры селевого потока. К таким параметрам относят максимальный расход, плотность потока и соотношение его жидкой и твердой фаз, скорость течения и отметку уровня селевого потока заданной вероятности. Для определения используют данные о ранее прошедших в этом районе селевых потоках, рассчитывая необходимые параметры по методике, изложенной в справочной литературе [20].

Противоселевые мероприятия можно подразделить на три основные группы: оповещения, предупредительные, или профилактические, и инженерной защиты.

Цель оповещения заключается в том, чтобы исключить жертвы и максимально снизить материальный ущерб от селей, предотвратить который невозможно или нерентабельно. Для этой цели используют специальную аппаратуру, принимающую сигнал, возбуждаемый только селевым потоком.

Предупредительные, или профилактические, мероприятия включают комплекс организационно-хозяйственных и агролесомелиоративных мероприятий, которые проводят в границах бассейна селевого потока. В организационно-хозяйственные задачи входит стабилизация крутых склонов селеносного бассейна путем ограничений режима их эксплуатации. Здесь необходимо сохранение леса или контроль за его вырубкой, полное запрещение или только регулированный выпас скота, особенно на эродируемых участках. Ограничения по режиму эксплуатации склонов очень важны в тех случаях, когда имеет место потенциальная возможность развития селевых потоков с оползневой сдвижкой твердой составляющей.

В дополнение к организационно-хозяйственным предусматривают такие агромелиоративные мероприятия, как пропашку и обработку склонов (террасирование), посадку растительности и регулирование поверхпостного стока в бассейне водосбора. Эти профилактические меры аналогичны противоэрозионным, используемым для стабилизации овражных склонов. Их назначают с учетом требований, исключающих оползневые подвижки, возможные на крутых склонах.

Регулирование поверхностного стока в зоне зарождения селевых потоков наиболее эффективно путем изменения режима снеготаяния, спуска ледниковых и подпрудных озер, перенесения центра ливня. Процесс снеготаяния регулируют, создавая дымовые экраны, вызывающие стабилизацию температуры приземного слоя или зачернения снежного покрова, увеличивая этим воздействие солнечных лучей. В первом случае происходит замедление снеготаяния, а во втором, напротив, ускорение за счет уменьшения отражательных свойств снежного покрова. Искусственное перенесение центра ливня за пределы возможного очага развития селя относится к_ж методам регулирования погоды. Экспериментальные работы в этом направлении успешно проводят в нашей стране и за рубежом.

Профилактические работы выполняют по всему селеносному бассейну в комплексе с защитными инженерными мероприятиями, которые включают создание регулирующих, улавливающих и селеотводящих сооружений.

Регулирующие и улавливающие сооружения проектируют для уменьшения разрушительной силы потока в транзитной зоне, а иногда и в зоне затухания. К этим сооружениям относят береговые подпорные стенки, запруды, называемые иногда барражами, наносоуловители, донные пороги и плотины.

Поперечные запруды устраивают в русле селевого потока для уменьшения продольного уклона дна и расширения русла. Так же как и в оврагах, запруды в русле селевого потока способствуют снижению его скорости и уменьшают тем самым размыв дна. Кроме того, запруды задерживают и некоторую часть твердой составляющей, поэтому по мере их эксплуатации происходит заиливание пазух запруд. Это обстоятельство учитывают при определении расчетной емкости запруд и других регулирующих сооружений.

Поперечные запруды выполняют в виде бетонных (рис. 11. 1, а) или железобетонных подпорных стен, перед которыми для амортизации селевого удара устраивают засыпку из каменных материалов (рис. 11. 1,6).

Рис. 11.1. Противоселевые защитные сооружения:

I — кладка на растворе; 2 — то же. без раствора (каменная наброска); 3 — железобетонная конструкция; 4 — амортизирующая засыпка (стрелками показано направление движения селя) Запруда может быть сделана и из деревянных ряжей с загрузкой их камнем. Такая конструкция может оказаться надежной при прохождении грязевого потока. Для грязекаменных и водокаменных селевых потоков часто используют решетчатые металлические или железобетонные конструкции.

Такие запруды улавливают твердую часть потока, а осветленная вода движется дальше по руслу.

Размеры запруд, расстояние между ними определяют расчетом, размещая так, чтобы обеспечить проектный уклон «профиля равновесия»., при таком уклоне прекращается перемещение наносов заданной крупности. Обычно уклоны «профиля равновесия» (?₀) устанавливают по данным наблюдений за селевыми потоками в районе строительства, а приближенное его значение определяют по формуле (₀=0,093(1/11 или из соотношения /₀=/— с, где (I — средний размер частиц наносов, м; Я — гидравлический радиус живого сечения потока, м; / — естественный уклон дна русла селевого потока; с — параметр, величина которого зависит от крупности фракций д и составляет при ?=0,1-^0,5 с=0,33, а при ?/>0,5 с=0,20.

Продольный уклон дна русла селевого потока может быть смягчен и с помощью заглубленных в дно порогов, устроенных по типу ступенчатых перепадов. На участках русла с порогами происходит аккумуляция крупных каменных материалов потока, а мелкие частицы уносит вода. Расстояние между донными порогами устанавливают расчетом, назначая его таким, чтобы после прохождения потока дно превратилось в каскад перепадов с горизонтальными полками.

Регулирование русла селевого потока можно выполнить и с помощью расширения суженных участков с устройством на них креплений дна и откосов. Обычно в таких случаях узкое извилистое русло в пределах города превращают в канал, рассчитанный на пропуск селевого потока с максимальным расходом. Дно канала укрепляют бетонными порогами, а берега — каменными стенками, для строительства которых часто используют камни селевых выносов. Отметку карниза береговых подпорных стен выбирают такой, чтобы поток не выходил из берегов. Для борьбы с заторами в местах поворота русла селевого потока и в устьях притоков предусматривают направляющие дамбы с соответствующим укреплением откосов.

Для уменьшения разрушающей силы потоков при защите городских территорий от селевых выносов в транзитной зоне, а иногда и в зоне затухания устраивают наносоуловители, хотя при малых водосборах и небольшом объеме селевых выносов (до 10…20 тыс. м³) их можно задержать пазухами поперечных запруд. Однако следует помнить, что их вместимость оказывается исчерпанной после прохождения селевого потока, и для последующей работы запруды необходимо ее наращивание.

В зоне затухания специальные наносоуловители устраивают в виде котлована небольшого объема или запруд, создаваемых плотиной. Для пропуска бытовых и малых паводковых расходов в ее основании устраивают донный водовыпуск из железобетонных труб. В том случае, если наносы забивают трубы, сброс производят через водослив, расположенный рядом с плотиной. Его рассчитывают на пропуск катастрофического селевого потока.

Существенным недостатком наносоуловителей малой вместимости является их быстрое заполнение материалом потока. Это вызывает необходимость частой очистки емкости для приема твердой составляющей последующего селевого потока. В условиях горного рельефа эти работы сопряжены со значительными трудностями, хотя извлекаемые камни могут быть использованы для строительства защитных гидротехнических сооружений.

Наиболее надежными защитными сооружениями являются высокие и массивные плотины, верхние бьефы которых служат селехранилищами. Для такого рода сооружений потери воды из водохранилища большого значения не имеют, поэтому их можно устраивать в виде так называемых «завальных плотин». Их возводят из местных каменных материалов способом направленного взрыва с последующим наращиванием взорванного материала в виде насыпи. Примером такого уникального сооружения высотой 150 м может служить плотина, возведенная в 1967 г. на Малой Алмаатинке в урочище Медео. С ее помощью в 1973 г. был задержан катастрофический селевой поток объемом 3,8 млн. м³.

Получают распространение облегченные сквозные селеоградительные сооружения из стальных канатов и тросов, а также железобетонные конструкции трамплинного типа.

Селеотводящие сооружения устраивают для ограждения городских территорий, железных и автомобильных дорог. С этой целью предусматривают дублирующие отводящие каналы, перепускные сооружения над дорогами и транспортными сооружениями. Над горными дорогами, пересекающими трассы селевого потока, делают навесы или же прокладывают их в тоннеле.

В заключение отметим, что противоселевые мероприятия обязательно должны включать и борьбу со снежными лавинами, которые способны создавать заторы селевых русел. Прорыв заторов вызывает резкое увеличение расходов селевых потоков и усиливает их разрушающее действие, поэтому профилактические меры должны включать посадки высокоствольного леса, устройство траншей и террас, удерживающих снежные лавины. В защитных инженерных мероприятиях, в свою очередь, необходимо предусматривать создание специальных сооружений, воспринимающих удар лавины: лавинообрезы, направляющие отбойные стенки и дамбы. Для пропуска лавин над защищаемыми объектами следует проектировать навесы, галереи и тоннели.