Гидротехнические сооружения в вершине оврагов

При небольших расходах воды со скоростью течения до 1 м/с при малых размывах рекомендуется производить выполаживание оврагов. Вершину оврага планируют с уклоном не более 5°. Дно образованной балки рыхлят, вносят удобрения, засеивают многолетними травами. В вершинах оврагов для предотвращения эрозии устраивают различные водосбросные сооружения, быстротоки, перепады и консольные водосбросы.

Быстротоки  изготавливают из сборных железобетонных конструкций (рис. 31). Как исключение, можно применять деревянные быстротоки, при строительстве которых дно (основание) водослива (входная часть, сливной пол и водобойный колодец) и его стенки изготавливают из шпунтовых досок. Срок службы деревянных «вершинных» сооружений 10-12 лет.

 

Рис. 31. Быстроток из сборного железобетона:

1 – понур; 2 – вход; 3 – сливной пол; 4 – водобойный колодец; 5 – выход

 

При строительстве быстротока необходимо выемку грунта производить строго по профилю будущего водослива. Наличие пустот под дном и возле стенок водослива недопустимо. Ширину быстротока определяют гидравлическим расчетом.

Перепады устраивают при больших уклонах вершинной части оврага. Наиболее распространены ступенчатые перепады (рис. 32). Число ступеней зависит от величины перепада высот в вершине оврага. При высоте перепада до 3-4 м можно применять одноступенчатые, при большей высоте – многоступенчатые перепады. Высоту ступеней и их длину подбирают с таким расчетом, чтобы перепад с минимальным объемом земляных работ вписывался в профиль дна по оси оврага. Иногда применяют хворостяные перепады. Для этого в вершине оврага делают площадки уступами высотой 0,3 м, длиной ступени 1 м. На каждом уступе в траншеи устанавливают два плетня из свежесрезанного хвороста. Траншеи врезают в боковые откосы на 0,5-0,6 м. Площадки между плетнями заполняют смесью глины с навозом, тщательно утрамбовывая. Подготовленные ступени и откосы укрепляют дерном. Деревянные перепады делают также из шпунтовых досок. Наиболее надежными являются бетонные перепады из сборных конструкций (рис. 40).

 

Рис. 32. Ступенчатый бетонный перепад:

1 – понур; 2 – стенки падения; 3 – водобойная; 4 – выход

 

При устройстве перепадов, как и быстротоков, недопустимы пустоты под основанием сооружения или присыпка грунта, так как при пропуске больших расходов вода, фильтрующаяся под основание, может вызвать частичное или полное разрушение водоспуска.

Консольные водосбросы обеспечивают пропуск воды, поступающей к вершине оврага через водосброс, смонтированный над дном оврага на опорах (рис. 33). Входная часть консольного водосброса врезается в вершину оврага, обеспечивая плавный переход воды с водосброса. Далее вода по быстротоку поступает на консоль. Для уменьшения энергии воды и разрушающего действия ее на грунт при падении конец лотка консоли расширяют, что рассредоточивает поток.

 

Рис. 33. Консоль

 

В настоящее время в качестве вершинных гидротехнических сооружений применяют трубчатые водосбросные сооружения из сборных железобетонных конструкций различного типа.

 

Донные сооружения в оврагах

Поступающая в овраги воды даже после закрепления вершины продолжает размыв и углубление оврага, что приводит к обрушению берегов и продолжению процесса эрозии. Для прекращения размыва возводят донные гидротехнические противоэрозионные сооружения. Наиболее распространенными из них являются запруды из различных материалов.

Плетневые запруды. При устройстве плетневых запруд (рис. 34) поперек дна оврага на расстоянии 100-150 м от вершины роют траншею глубиной и шириной 0,5 м, которую заглубляют в откосы оврага не менее чем на 0,7-1,0 м. Через 20-25 см друг от друга в траншею комлем вниз забивают ивовые колья диаметром 5-10 см. Установку кольев начинают от середины будущей запруды, при этом каждый последующий от центрального кол ставят выше на 2 см. Тем самым средняя часть запруды оказывается ниже крайних частей для слива воды. Колья плотно оплетают, начиная со дна траншеи. Верхний ряд плетня закрепляют проволокой. Высота плетневых запруд 0,5-0,7 м. Плетневые запруды могут устраиваться с одним или двумя плетнями, располагаемыми на расстоянии 0,5 м один от другого с поперечными связями рядов через 1,0-1,5 м.

Запруда должна быть несколько выпуклой в сторону текущей воды (рис. 34) к вершине оврага. Стрела прогиба 1/8-1/10 длины плотины. Для устранения подмыва запруды снизу устраивают водобойную площадку, заглубляя ее на 0,3м в грунт при ширине вниз по склону равной 1,5-2,0 высотам плотины. Водобойную площадку укрепляют хворостом, фашинами или наброской камней. Перед плетнем со стороны движения воды ставят дамбу с двойным откосом и шириной гребня 0,5 м.

 

Рис. 34. Однорядная плетневая запруда:

1 – утрамбованный насыпной грунт; 2 – плетень; 3 – 0,1 L – величина прогиба

 

Деревянные запруды. При их устройстве поперек течения забивают ряд свай, к сваям крепят деревянные пластины или доски толщиной 50-60 мм. Перед установкой сваи и пластины просмаливают. Остальные элементы запруд сооружают так же, как и элементы плетневых запруд.

Фашинные запруды. В траншею, проложенную, как и при строительстве плетневых запруд, укладывают фашину, закрепляют кольями и тщательно утрамбовывают. Затем одна на другую укладывают две фашины, образуя отверстие для пропуска воды. Концы фашин тщательно заделывают в откосы оврага. Со стороны устья оврага фашины закрепляют сваями. Остальные элементы запруд аналогичны описанным выше.

Срок службы плетневых запруд 5-6 лет, деревянных 7-10 лет.

В последние годы начали создавать запруды из сборных железобетонных элементов, собираемых из железобетонных пластин толщиной 10 см, их устанавливают в столбах с контрфорсами. Высота плотин может достигать нескольких метров. В средней части запруд делают водослив с водобойным полом из таких же пластин, что и стенки запруды.

При наличии материала можно устраивать и каменные запруды.

Расстояние между запрудами можно определить по формуле:

;

где: l – расстояние между запрудами, м; h – высота запруды, м; i – уклон дна оврага.

 

Террасирование склонов

Террасы – это горизонтальная или слегка наклоненная площадка естественного происхождения или искусственно устроенная, образующая уступ на склоне местности.

На пологих склонах с уклоном поверхности от 0,02 до 0,12 с легко или среднепроницаемой почвой и в районах с небольшими паводками строят гребневые террасы с горизонтальным валом. Вал проектируют горизонтально местности. Высота вала в пределах от 0,25 до 0,4 м, заложение откосов 3-4, ширина основания 2-4 м. Валы получаются низкие, широкие и пологие. Они не препятствуют движению машин и не повреждаются стекающей водой (рис. 35а).

На тяжелых почвах, характеризующихся низкой водопроницаемостью и, следовательно, большим коэффициентом поверхностного стока, вода скапливается у нижнего вала и может вызвать заболачивание почвы при больших паводках. Поэтому возникает необходимость придать ему небольшой уклон – до 0,005 для стока воды с террасы, т.е. в этом случае строят гребневые террасы с наклонным валом.

Ширина террасы колеблется от 18 до 38 м для суглинков и от 22 до 55 м для супесчаных почв (рис. 35б).

 

Рис. 35. Типы террас

 

На склонах с уклоном от 0,12 до 0,25 проектируют ступенчатые террасы, на которых, кроме устройства оградительных валиков, проводят уменьшение уклонов на самой террасе, срезая почву в верхней половине террасы и насыпая ее на нижнюю.

Валики на этих террасах выше и круче, с заложением откосов от 0,25 до 0,75. Если почвенный слой большой, то уклон поверхности внутри террасы может быть нулевым. Такие террасы называют ступенчатыми горизонтальными (рис. 35в). Если уклон поверхности террасы колеблется от 0 до 0,12, то такие террасы называют ступенчатыми наклонными (рис. 35г).

На склонах более 0,25 для использования их под сады, лесные посадки и чайные плантации устраивают траншейные террасы (рис. 36). Для этого в направлении горизонталей местности на расстоянии, равном междурядью деревьев, отрывают траншеи, причем верхний гумусовый слой укладывают на верховую, а подпочвенный слой на низовую сторону траншеи, формируя из него оградительный вал. Слоем почвы, уложенным с верховой стороны и срезанным с поверхности террасы, засыпают траншею и высаживают в нее деревья. Таким образом, весь гумусовый слой почвы полезно используется культурой.

 

Рис. 36. Траншейная терраса

 

Таблица 10. Предельные значения элементов террасы (по А. А. Черкасову)

Тип террас	Уклон местности, i	Высота вала, h, м	Ширина основания вала, b, м	Коэффициент заложения откосов валов, φ	Высота террасы, м
1. Гребенчатая с горизонтальным валом	0,03-0,12	0,24-0,42	2-4	3-4	0,8-1,5
2. Гребенчатая с наклонным валом	0,05-0,18	0,15-0,30	6-9	3-4	0,9-2,4
3. Ступенчатая горизонтальная	0,12-0,20	0,15-0,30	0,6	0,2-0,5	0,9-1,8
4. Ступенчатая наклонная	0,15-0,25	0,30-0,50	0,9-1,0	0,2-0,5	1-3

 

 

Рис. 37. План террасируемого участка

1 – вал гребенчатой террасы; 2 – шпора; 3 – терраса; 4 – нагорный канал;

5 – ливнесброс; 6 – граница участка; 7 – дорога; 8 – лесная полоса

 

На участке, план которого представлен на рисунке 37, поверхность склона покрыта суглинистой почвой, подстилаемой хорошо водопроницаемой подпочвой. Рельеф участка спокойный. В данном районе интенсивность ливневых дождей i =30 мм/ч, максимальная продолжительность ливня Т =1 ч. Для освоения и использования склона необходимо запроектировать террасы и разместить их на склоне оврага, подобрать соответствующие культуры для выращивания на этих террасах.

 

Выбор типа террас

С учетом смыва почвы намечают границы участков склона с различными уклонами – на первом участке – аb – с длиной склона 225 м i =0,16, а на втором – bc – с длиной склона 900 м – i =0,04.

На участке ab можно построить ступенчатые террасы, но участок неудобен по форме и очень мал по площади – 5 га. Поэтому отделяем его от участка bc нагорным каналом, который в пределах участка имеет длину 1600 м, а общая его длина до оврага 1800 м. По дну оврага проектируем ливнесброс. На откосах оврага и на участке ab сажают лесозащитную полосу. Уклон участка bc площадью 80 га не превышает 0,12, почва средней, а подпочва хорошей водопроницаемости, рельеф спокойный, поэтому строим гребенчатые террасы, с валом параллельно горизонталям и без канав.

 

Расчет параметров террас

Земляные валы, ограничивающие террасу, в сечение имеют форму равнобедренного треугольника. Опытным путем установлены наиболее рациональные размеры валов:

1. высота общая h_o =0,4-0,5 м;

2. высота рабочая h =0,3-0,5 м;

3. ширина подошвы вала b =(8÷10) h _о;

4. коэффициент заложения откосов к =3-4.

Так как уклон местности в нашем случае находится в оптимальных пределах, то примем h_o =0,4 м, к =4; b =3,2 м, h _ст = 0,03 м, σ =0,58 – коэффициент стока, i =0,04.

Тогда ширина террасы определяется по формуле:

;

Зная длину террасируемого склона – 900 м, определяем число террас по формуле:

.

Принимаем n _т =7 и уточняем ширину террасы вдоль склона:

4.6.7. Расположение террас на плане

Земляные валы гребенчатых террас с горизонтальным валом на план наносят ломаными линиями приблизительно параллельно горизонталям местности. Длину террас берут во всю ширину участка по плану (рис. 37).

Первый вал самой нижней террасы наносят цветной тушью или цветным карандашом приблизительно горизонтали 59, у границ участка вал оканчивается шпорой (рис. 37). По линии a, b, c через 128 м (в масштабе 1:5000, через 2,56 см) так же параллельно горизонталям местности наносят остальные шесть валов. Каждый вал по границам участка заканчивают концевой шпорой. Для увеличения срока службы валов и предохранения их от разрушения при сильных ливнях террасу обычно делят на отдельные участки разделительными шпорами (валами). Конструкция шпор такая же, как и валов. Длина шпоры равна длине прудка воды у вала:

;

Разделительные шпоры устраивают через 200-400 м, в зависимости от длины террасы.