Дамбы (путевые, ирригационные, заграждающие, струенаправляющие, береговые)

Дамба

ДАМБЫ, возвышения в виде вала, устраиваемые: 1) для проложения пути над водой, оврагом, в русле реки; 2) для защиты местности или сооружений от разлива рек, колебаний уровня озера или моря, от селевых вод; 3) для выправления течения реки; 4) для обеспечения правильной работы головных ирригационных сооружений; 5) для ограждения искусственных водоемов и каналов -  морских, речных, оросительных. Дамбы устраивают земляные, фашинные, каменные, карабурные, сипайные, габионные и смешанного типа.

Путевые дамбы. Дамба дорожная и железнодорожная устраивается для проложения пути над водой и имеет ширину по верху в зависимости от пропускной способности дороги (однопутная, двухпутная), а откосы - в зависимости от качества грунта и высоты дамбы. Крутизна откосов дамбы при крупном постелистом камне - от 1:1 до 1:11/4; при средних размерах камня - от 1:11/4 до 1:1 1/2; при песчаных дамбах – от 1:11/2 до 1:3 (в зависимости от качества песка и от возможности воздействия воды на дамбу, например, при разливах рек); при глинистых и суглинистых грунтах -  от 1:11/2 до 1:2. Для высоких дамб откосы делаются книзу более пологими. В случае воздействия на дамбу воды, при прохождении пути по берегу реки, устраивают с напорной стороны бермы, придающие дамбе большую устойчивость. Бермы должны превышать максимальный уровень воды на 0,50—1,00 м (фиг. 1). 

Бермы должны превышать максимальный уровень воды на 0,50—1,00 м

На поймах рек и при пересечении русел рек с устройством искусственных сооружений откосы дамбы необходимо защищать не только от течения, но в зависимости от характера розлива и от действия волн.

Мостовая в прикол

Поэтому такие откосы необходимо укреплять: одиночной мостовой, мостовой в прикол (фиг. 2), двойной мостовой, камнем в плетневых клетках, дерновкой, фашиной, подпорной стенкой (фиг. 3), бетонными плитками (см. также Берегоукрепительные работы).

Фашиная, подпорная стенка

Когда дамбы служат обыкновенной дорогой, то ширина по верху делается до 5 м и более. Въезды на них или переезды никогда не врезаются в тело дамбы, а присыпаются к ней. Если на дороге имеется большое движение, то возможно устройство в дамбе специального проезда в виде особого шлюза, который на время высоких вод закрывается двумя рядами шандор с засыпкой пространства между ними землей или навозом.

Шлюзы этим дают хорошо врезанные в дамбу устои и солидное основание во избежание протока воды через них или в местах соединения с дамбой.

При изысканиях необходимо тщательно собирать все гидрологические данные и производить бурение и шурфование местности. Особое внимание надо обращать на исследование в местностях, имеющих многочисленные подземные пустоты и поверхностные провалы, так как заполнение таких пустот, расположенных неглубоко от поверхности, и отвод поверхностных и грунтовых вод могут предупредить деформацию дамб.

Береговые дамбы. Речные береговые (оградительные) дамбы. В наиболее опасных местах сооружают резервные дамбы (фиг. 4) шириной по верху 1,25—5,00 м, с полуторным откосом, а при песчаных грунтах - с тройным.

В наиболее опасных местах сооружают резервные дамбы

Оградительные дамбы имеют широкое распространение в Голландии, Италии, Франции, Венгрии, Польше, Америке. На реке По длина оградительных дамб составляет 525 км, на реке Луаре - 483 км, на реке Дунае - 2484 км, на реке Тиссе - 3299 км. На фиг. 5 изображено несколько характерных профилей речных береговых дамб.

Характерные профили речных береговых дамб

На фиг. 6 показан поперечный разрез незатопляемой дамбы, шириной по верху 2,00 м, с внутренним откосом 1:11/2 и внешним 1:1. Внутренний откос покрыт пучками фашин диаметром 0,20 м.

Поперечный разрез незатопляемой дамбы

Между двумя последовательными пучками остается промежуток в 0,40 м, заполняемый растительной землей и прикрытый ветвями, которые скоро дают ростки и прочно защищают всю дамбу. На горной реке Арк было построено сначала земляное ядро дамбы, в 2,20 м шириной, покрытое с внутренней стороны каменной стеной, утолщающейся книзу и заложенной на 0,50 м ниже горизонта меженних вод. Ввиду того, что нижняя часть стенки сползла, был устроен пояс из бутовых камней, опущенный на 1,5 м ниже горизонта высоких вод.

Дамба

На фиг. 7 показан тип дамбы, который благодаря своей прочности и дешевизне имеет теперь широкого распространения; фиг. 8 изображает береговую дамбу, предназначенную для укрепления озерной и нагорной сторон реки, а фиг. 9 - оградительную дамбу, расположенную в болоте (фашины заложены с обеих сторон дамбы).

Береговая дамба, предназначенную для укрепления озерной и нагорной сторон реки

Оградительная дамба, расположенную в болоте

Для определения очертания оградительных дамб можно пользоваться формулой инженера Бернадского:

Формула инженера Бернадского Для определения очертания оградительных дамб

где В - ширина зеркала, С - модуль сопротивления, h - глубина потока, L - продольная координата, е - основание неперовых логарифмов, В0 - отверстие сооружения.

Пользуясь этой формулой, можно создать условия полного примыкания пограничных струй потока к берегам, исключающего возможность образования вредных заводей и, следовательно, размыва дамбы. Повышение уровня высоких вод благодаря сужению русла дамбы можно определить по формуле:

Формула для определения повышения уровня высоких вод благодаря сужению русла дамбы

где t - средняя глубина, b - ширина русла при высоком горизонте, В - расстояние между дамбами. Указанное вредное влияние оградительных дамб возможно несколько уменьшить путем регулирования стока данного бассейна, понижая тем самым максимальные горизонты паводка.

Однако облесение склонов бассейна реки дает сравнительно ограниченный эффект, а устройство водохранилищ, собирающих паводковые воды, является предприятием очень дорогим и дающим экономический эффект только в связи с использованием водохранилищ для водной энергии или для орошения.

При весенних паводках в воде обычно имеется большое количество весьма ценного для удобрения сельскохозяйственных угодий ила, использование которого м. б. достигнуто с помощью затопляемых оградительных дамб, поднятых немного выше уровня средних паводков. В случае надобности возводят дополнительно незатопляемые дамбы для большого ложа реки. Соединяя затопляемые дамбы с незатопляемыми дамбами при помощи поперечных дамб, образуют бассейны заиления, в которых большие воды отлагают свой ил. Затопляемые дамбы не должны представлять препятствия для разлива больших вод и вызывать размыв земель ниже их; их главное назначение - создавать площади с малыми уклонами, на которых, благодаря уменьшению скорости, не будет происходить размыва. Устройство затопляемых дамб может также иметь целью давать речной воде выход при ледяных заторах и тем предохранять дамбы от прорыва. В тех случаях, когда через затопляемые дамбы переливается слой воды, наружный откос их делают очень пологим - до 1:12. В случае же укрепления его камнем или дерном он может быть круче. Пример затопляемых дамб можно видеть на фиг. 10—12.

Затопляемая дамба

Затопляемая дамба

Затопляемая дамба

Река, благодаря ненадежному гравелистому руслу, постоянно повреждала луга во время разлива. Старое русло реки было закреплено с помощью затопляемых дамб, устроенных из нескольких рядов дубовых кольев, соединенных распорками и плетнем из ивы или ветлы. Промежутки между кольями заполнены крупной галькой из реки. Нижняя часть сооружения с наружной от реки стороны снабжена частым забором из ивовых ветвей, удерживаемых легким плетнем. Эти ветви задерживают отложения паводков, которые возвышают поверхность земли. Ветви разрастаются в ряд деревьев, которые своими корнями укрепляют берег.

Площадь с возделанной почвой, ограничиваемая береговыми дамбами, называется в Германии и в Голландии польдером. Польдеры могут быть морские и речные. Первые обычно состоят из плодородного суглинка, нанесенного морем, и находятся выше морского отлива. Встречаются польдеры, расположенные и ниже уровня моря, что вызывает необходимость применять для их осушки водоотлив. Когда уровень дна поднимается на половину высоты прилива моря, то поверхность земли быстро зарастает. При возвышении ее на 0,3—0,5 м выше уровня нормального прилива она ограждается дамбой, осушается при помощи системы каналов и используется для сельскохозяйственной культуры. Гребень дамбы должен возвышаться над гребнем приливной волны при максимальном штормовом приливе на 0,3—0,5 м. Дамбы делаются шириной по верху 2—4 м с откосами к морю от 1:3 до 1:6 и внутренним 1:2. Иногда они снабжаются бермой. Нижнюю часть дамбы делают более пологой и укрепляют камнями, фашинами. Располагать дамбы необходимо перпендикулярно к господствующим ветрам и ударам волн. Эти дамбы, будучи расположены на наносном грунте, оседают, как оседает и пойма. Осадка дамбы происходит иногда на 1/3 ее высоты. Польдер приходится ограждать дамбами и со стороны материка, чтобы изолировать его от поверхностного стока атмосферных вод.

Морские береговые дамбы требуют особо тщательного надзора в виду частых их прорывов. Для защиты гаваней, рейдов от ветра, наносов и ледохода устраивают также оградительные дамбы (см. Волнолом). На фиг. 13 и 14 приведены два типичных примера дамб, служащих для ограждения морских каналов и гаваней.

Морская береговая дамба

Морская береговая дамба

Струенаправляющие дамбы. Если река во время прохода высоких вод выходит из берегов, то при пересечении реки железнодорожным мостом на поемных берегах д. б. устроены струенаправляющие дамбы, имеющие обыкновенно в плане или грушевидное очертание (фиг. 15, а), с примыканием к насыпи в двух местах, или же вид одного или нескольких отростков (фиг. 15, в—e), в зависимости от силы течения и интенсивности стока весенних вод (при спаде).

Струенаправляющие дамбы

При грушевидном очертании дамбы делают или замкнутые (фиг. 15, а), снабженные трубой с наружным щитом (для выпуска скапливающейся внутри воды), или разомкнутые с захождением одного отростка за другой (фиг. 15, б). Последнему очертанию следует отдавать предпочтение, так как глухая дамба подвергается сильному напору, что вызывает необходимость в увеличении толщины дамбы и применении водонепроницаемого грунта. Изображенная на фиг. 15 (е) схема укрепления одним рядом дамбы в виде ветвей достаточна только при малых размерах. В противном случае необходимо устраивать несколько отдельных ветвей (фиг. 15, в), постепенно укорачивающихся по мере удаления от главного русла. Расстояние между ветвями (траверсами) каждой группы делается 50—100 м, в зависимости от силы течения и характера грунта; чем сильнее течение и чем слабее грунт, тем расстояние д. б. меньше. Лучше делать ветви с некоторым закруглением (фиг. 15, ж) и на конце их устраивать Г-образные придатки (фиг. 15, г). Иногда, с целью более полного отклонения струи, траверсам придают ломаное очертание (фиг. 15, д). Для уменьшения разрушительного действия воды, пологость откосов концевых частей траверсов следует делать по возможности большей (фиг. 15, ж). Головная часть первой ветки (у русла) делается с откосом 10:1, а последующих - от 5:1 до 3:1; на остальном же протяжении - откосы всех траверсов 2:1. Все подвергающиеся действию текущей воды откосы д. б. надлежащим образом укреплены. Иногда, в зависимости от местных условий, струенаправляющим дамбам придают особые очертания: трапецеидальное, треугольное, прямоугольное и др. Длина верховых дамб, в зависимости от местных условий, обычно делается (передние траверсы) от 0,5·l до l, где l - полное отверстие моста. Эта норма может служить только для предварительных соображений; в окончательном же проекте длина должна вполне соответствовать местным условиям.

В случае наклонного, относительно оси моста, направления течения встречную этому направлению дамбу следует делать длиннее, а противоположную - короче (фиг. 15, з). Если мост устраивается на спрямленном русле, то соответствующая струенаправляющая дамба (фиг. 15, и) д. б. такой длины, чтобы пересечь староречье, причем подошву дамбы в пределах староречья необходимо укрепить шпунтовым рядом; кроме того, в этих случаях рекомендуется укреплять шпунтовым рядом с широкой бермой подошву железнодорожного земляного полотна в месте пересечения староречья, а у ответвления нового русла пересыпать староречье широкой водораздельной дамбой. С низовой стороны струенаправляющие дамбы или вовсе не делаются или (что рекомендуется) делаются с целью предупреждения течения воды вдоль полотна железной дороги, но значительно (в 2—3 раза) меньшей длины. При устройстве на реках преграждающих сооружений, связанных с подъемом горизонта в реке, естественно возникает вопрос об устройстве в пределах подпора сооружений оградительных дамб для защиты от затопления культурных угодий и населенных пунктов. Такие работы имели место при осуществлении Волховской гидроэлектрической станции и намечены при осуществлении Днепровской и Свирской гидроэлектрических станций. Продольные струенаправляющие дамбы для выправления течения реки строят на Волге обычно из тюфячной кладки, а на Днепре - фашинные и каменные (фиг. 16); для заграждения рукавов в реке устраивают каменнофашинные дамбы.

Продольная струенаправляющая фашинная, каменная дамба для выправления течения реки Днепра

В Средней Азии для обеспечения поступления воды в ирригационную систему туземного типа устраивается в русле реки продольная водораздельная дамба с приданием головной части канала, расположенного в реке, меньшего уклона, для того чтобы быстрее вывести канал из русла реки на поверхность орошаемой площади. Эта дамба устраивается каменная, фашинная, карабурная, из кольев с хворостом или сипайная, в зависимости от имеющегося поблизости строительного материала. Головной участок Дальверзинского канала на 6 км отделяется от реки Сыр-Дарьи каменной дамбой, местами даже в виде подпорной стенки из сухой кладки, заливаемой в паводок водами реки Сыр-Дарьи. При помощи струенаправляющих дамб регулируется работа как туземных, так и инженерных ирригационных головных сооружений. Эти дамбы устраивают в русле реки выше и ниже головного сооружения, обеспечивая поступление воды в головное сооружение в необходимом количестве при разных расходах источника орошения.

Струенаправляющая дамба устраивается с таким расчетом, чтобы уменьшить заиление около головного сооружения или отложение около него крупного и мелкого камня.

Особого внимания заслуживают сипайные струенаправляющие дамбы. Сипаи состоят из трех или четырех бревен, образующих правильную пирамиду, с устройством у ног сипая перекладины, которая по обрешетке из хвороста и соломы нагружается камнем и способствует опусканию всего сипая в землю (фиг. 17).

Сипайная струенаправляющая дамба

Соединение ряда таких сипаев создает основу для каменно-сипайной дамбы (фиг. 18), которая иногда устраивается в несколько рядов и в несколько ярусов.

Каменно-сипайная дамба

Эти работы легко производятся и на быстром течении. Тяжелая фашинная кладка (карабуры) применяется в Средней Азии для укрепления подошв откосов дамб. Для карабур идет хворост, рисовая солома, крупный галечник; при отсутствии хвороста употребляют камыш, а при отсутствии камня - дерн. В последнее время в Средней Азии устроен ряд струенаправляющих дамб из габионов. В ирригации при выправлении течения водного потока применяются все виды дамб: для отклонения струй потока в желаемом направлении, для стеснения русла, для заграждения потока. При устройстве головных сооружений инженерного типа пользуются петлей в реке, заграждая ее после окончания работ земляными или каменными дамбами (фиг. 19) и пропуская воду по вновь прокопанному руслу.

При устройстве головных сооружений инженерного типа пользуются петлей в реке, заграждая ее после окончания работ земляными или каменными дамбами и пропуская воду по вновь прокопанному руслу

Заграждающие дамбы. Для образования искусственных водоемов или поднятия горизонта воды в озерах устраивают заграждающие дамбы. В Египте, Индии, Испании, Крыму, Средней Азии, на Кавказе в верхних частях долин рек, в естественных ущельях или углублениях местности устраивают такие преграждающие дамбы для того, чтобы собирать в них запасы воды для целей орошения. Такие водохранилища могут иметь и другие цели, а именно: регулирование стока данного бассейна, создание водоемов для питания судоходных каналов и для использования водной энергии. Водохранилища снабжают необходимыми преграждающими водоспускными сооружениями, причем сопряжение их между собой и с материком устраивают в виде заграждающих дамб. Кроме того, все пониженные места в берегах водохранилищ в свою очередь снабжают дамбами во избежание прорыва в этих местах или затопления водой культурных площадей и населенных пунктов. Мургабские речные и тугайные водохранилища, осуществленные в 1891 и 1909 гг., потребовали устройства большого числа оградительных дамб по берегам водохранилищ и крупнейших преграждающих русло реки Мургаба дамб, сопряженных с каменными плотинами - водосливами на самой реке. Многочисленные мелкие водохранилища, осуществленные в Средней Азии, на юго-востоке Европейской части СССР, в свою очередь, имеют большое число таких дамб.

Ирригационные дамбы. Особенное значение имеют дамбы для ирригационных каналов, сооружаемых б. ч. в полувыемке-полунасыпи; мелкая сеть идет почти целиком в насыпи. Несколько меньшее значение дамбы имеют в осушительной практике и в ирригации при осуществлении водосборной сети, так как в этих видах работ они применяются только для пересечения пониженных мест, логов. Магистральный ирригационный канал, пересекая пойму реки до выхода его на верхнюю береговую террасу, обыкновенно проходит в дамбе, которая, в виду опасности размыва от разлива реки, требует или специальных мер по регулированию реки или специального укрепления заливаемого откоса дамбы. При выходе на верхнюю террасу канал проходит в косогоре, и нижняя его часть является дамбой (фиг. 20).

При выходе на верхнюю террасу канал проходит в косогоре, и нижняя его часть является дамбой

Наивыгоднейшим сечение является в том случае, когда объем дамбы равен объему выемки. Обычно во избежание прорыва дамбы канал делается такого поперечного профиля, чтобы рабочее его сечение помещалось в выемке. При прохождении канала в полувыемке-полунасыпи сечение его м. б. с бермой или без бермы (фиг. 21).

При прохождении канала в полувыемке-полунасыпи сечение его м. б. с бермой или без бермы

Сечение канала в насыпи видно на фиг. 22.

Сечение канала в насыпи

Возвышение дамбы над горизонтом воды в канале устанавливается для больших каналов 0,6—0,8, для малых 0,5—0,7 м. В дамбах ирригационных каналов устраивают специальные места для водопоя скота путем поверхностного укрепления дамб и устройства специального пологого укрепленного мостового спуска к воде в канале.

Основные требования, предъявляемые к сооружению ирригационных дамб, по профессору Ризенкампфу, следующие: 1) безусловная прочность дамбы, а именно, достаточное сопротивление на скольжение и на вымывание из тела дамбы фильтрующей водой частиц грунта; 2) минимальные потери воды на просачивание, т. е. минимальная водопроницаемость тела дамбы; 3) минимальные затраты на сооружение дамбы и поддержание в порядке. Для первых двух положений профессор Ризенкампф рекомендует применять для тела дамбы грунты с диаметром зерен меньше 0,2 мм и уменьшать объем пор в грунте. Необходимо придавать дамбе такую ширину, чтобы внешний откос покрывал поверхность фильтрующих вод с некоторым запасом. Откосы дамбы устанавливаются в зависимости от качества грунта и д. б. положе угла естественного откоса грунта, из которого сложена дамба. Стрендж рекомендует принимать следующие величины: для дамб высотой менее 1 м - 1:1; для дамб высотой менее 2,5 м - внутренний откос под водой 1:1,5, внутренний откос над водой 1:1, внешний откос 1:1; для дамб высотой 2,5—4 м - внутренний откос под водой 1:2, внутренний откос над водой 1:1,5, внешний откос 1:1,5. В Индии откосы дамб делают более пологими. Для оросителей превышение дамбы над нормальным горизонтом воды в канале допускается 0,20—0,25 м, ширина поверху не менее 0,30 м; внутренние откосы, в зависимости от качества грунта, от 1:1 до 1:2; внешние откосы определяются из условия, чтобы поверхность фильтрующих вод не выходила из тела дамбы. Для мельчайшей сети превышение дамбы над нормальным горизонтом воды в канале допускается около 0,20 м, ширина дамбы поверху 0,2—0,3 м, откосы те же, что и для оросителей. При сопряжении дамбы с искусственными сооружениями они делаются с уширением и с некоторым запасом по высоте. В Америке обращается особое внимание на организацию «скорой помощи» для ремонта поврежденных дамб, для чего имеются всегда в запасе определенные комплекты инструментов и материалов. При некоторых способах полива полей применяются дамбы меньшего размера. В Египте находят широкое применение дамбы при системе бассейнов наводнения, которая состоит в том, что вся долина реки Нила при помощи поперечных и продольных дамб разделяется на отдельные бассейны. При лиманном орошении в СССР дамбы делаются шириной 1—1,4 м с двойным откосом и возвышаются над горизонтом воды в бассейне на 0,3—0,5 м.

Производство земляных работ. Для производства земляных работ по устройству дамб в Управлении водного хозяйства Средней Азии существуют следующие технические условия. В пределах возводимых дамб и насыпаемых площадок необходимо вырубить все кусты и деревья, выкорчевать пни и полученный от расчистки материал убрать за границу работ. Верхние слои почвы д. б. предварительно разрыхлены (вспаханы) или совсем удалены (последнее особенно необходимо при пухлых солонцах). Земля для возведения дамб должна быть из пород, по возможности трудно размываемых водой и задерживающих последнюю. Мерзлая земля и чистый песок для постройки дамб не допускаются. Если дамба запроектирована с внутренним ядром, то последнее по сделанной в основании траншее засыпается плотной глиной или плотной песчаноглинистой землей и выводится по всей высоте дамбы до проектного уровня высоких вод. Вся дамба насыпается слоями от 0,15 до 0,30 м, с тщательной утрамбовкой и поливкой каждого слоя и разбивкой комьев и оставшейся земли. На осадку насыпей и окружающего грунта высота насыпей должна быть увеличена на 5—10%, в зависимости от рода грунта и способа производства работ. Со стороны канала допускается оставление затопляемых бермочек шириной не более 0,50 м. Между дамбами (перемычками) и котлованами возводимых искусственных сооружений оставляется такой промежуток, чтобы при производстве каменной кладки в котлованах от давления насыпной дамбы не страдала устойчивость стен котлована и не выпиралось дно последних, а также не подвергалась опасности выводимая кладка. При устройстве небольших каналов, с расходом воды до 10 м3 в сек., возведенная дамба замачивается, для каковой цели канал в некоторых местах перегораживается перемычками и затопляется водой на полную глубину почти до бровки дамбы; в таком положении вода должна оставаться в канале до того момента, когда дамбы, подправляемые все это время, перестанут оседать и давать прорывы. Замачивание дамб больших каналов, с расходом воды свыше 10 м3 в сек., должно производить только с особого разрешения. При возведении каналов в насыпи с подсыпным дном или без него необходимо увеличивать высоту дамбы против проектной, в зависимости от рода грунта, до 25% на последующую осадку при нетрамбованных и до 10% при трамбованных дамбах. При возведении канала в полувыемке, в случае недостатка объема выемки на образование дамбы, необходимо закладывать наружные резервы с оставлением бермы позади дамбы. Ширина берм определяется расчетом на фильтрацию. Резервам надлежит придавать правильные продольный и поперечный уклоны, сохраняя прямолинейные очертания в плане и, по возможности, обеспечивая выход воды из них. Глубину резервов делают не более 0,5 м. По окончании насыпи дамбы горизонтальные площадки и откосы д. б. точно спланированы по установленным шаблонам и тщательно утрамбованы под будущую каменную одежду. В дополнение к этим требованиям, обязательным для всяких дамб, можно указать еще на следующие условия: при наличии бокового ската с водопроницаемым грунтом необходимо, во избежание сползания дамбы, подготовить основание уступами; при существовании заболоченности необходимо под дамбой устроить дренаж в виде дренажных каналов и труб или поглощающего колодца. Укрепление дамбы производится после ее осадки. Ил и тина ни при каких условиях для дамбы не употребляются.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 6 - 1929 г.