СП 32-103-97 Проектирование морских берегозащитных сооружений

4.2.1 Активность берегозащиты

Берегозащитные сооружения в условиях стадиально-ритмического развития побережья наряду со снижением волнового воздействия на береговой склон и пляжевую полосу должны регулировать перемещение наносов в прибрежной зоне моря, перераспределяя вдольбереговой и поперечный их транспорт с целью сохранения и восстановления пляжевой полосы, как основного элемента защиты берега.

4.2.2 Универсальность берегозащиты

Конструкции берегозащитных сооружений при многолетних и сезонных колебаниях уровня моря должны обеспечивать защиту берега от волнового и ледового воздействия как в фазу подъема уровня моря, так и в условиях его спада.

4.2.3 Многофункциональность берегозащиты

Конструкции применяемых сооружений должны совмещать основные функции берегозащиты с возможностью их использования в рекреационных, транспортных, биоихтеологических и других целях с обязательным выделением пляжевой полосы общего пользования.

4.2.4 Комплексность берегозащиты

Инженерные решения берегозащиты должны не только предусматривать защиту от абразии клифа берега и размыва аккумулятивных форм, но и предотвращать от затопления и подтопления прилегающие территории суши, сводить до минимума водонасыщение грунтов, приводящее к развитию и интенсификации оползневых и других отрицательных экзогенных процессов.

4.2.5 Экологическая чистота берегозащиты

Берегозащитные мероприятия должны сохранять и улучшать экологическую обстановку в прибрежной зоне моря и прилегающем к ней участке суши.

4.2.6 Поэтапность реализации берегозащиты

При многолетних колебаниях уровня моря конструкции берегозащитных сооружений должны предусматривать возможность поэтапного повышения их верха по мере поднятия среднегодового уровня моря. При этом темпы осуществления берегозащитного строительства должны обязательно опережать темпы разрушения берегов и затопления или подтопления прилегающих территорий суши с учетом прогноза штормовой активности моря на ближайшие несколько лет. В условиях существования вдольберегового переноса наносов берегозащитное строительство должно проводиться навстречу их потоку с обязательной защитой от размыва низовых участков берега.

4.2.7 Соответствие берегозащитных сооружений береговым ландшафтам и архитектурной эстетике

Берегозащитные сооружения должны органически вписываться в береговые ландшафты, а их архитектурное оформление должно способствовать эстетическому восприятию. Подобный эффект во многом достигается использованием новых конструкций, строительных материалов и покрытий.

4.2.8 Локальность берегозащиты

Берегозащитные мероприятия должны реализовываться в границах литодинамических систем. Однако, учитывая различную социально-экономическую значимость и степень освоения участков побережья в пределах одной литодинамической системы, размеры возможного материального ущерба и отрицательных экологических последствий от разрушения берегов и расположенных в их пределах промышленно-транспортных объектов и населенных пунктов, а также сообразуясь с финансово-техническими возможностями строительных организаций, берегозащитные мероприятия могут носить избирательный локальный характер.

5.1.1 Основным требованием к проектированию морских берегозащитных сооружений должно быть понимание и учет природных условий и факторов, в которых будут работать сооружения, основными из которых являются: ветер, волнение, колебания уровня моря, ледовые явления, транспорт наносов и связанные с ним деформации пляжа и подводного берегового склона, течения различной природы и др.

5.1.2 Информация о природных факторах и условиях должна анализироваться с целью получения исходных расчетных данных для проектирования морских берегозащитных сооружений, определения режима их работы и степени воздействия на природную среду побережья.

Ценность измерений и наблюдений, выполняемых в натуре, определяется правильностью выбора мест проведения, количеством точек наблюдений и их продолжительностью.

5.1.3 Для получения сведений о природных условиях прибрежной зоны моря в пределах защищаемого участка побережья следует использовать данные наблюдений, проводимых на государственной сети Роскомгидромета. При отсутствии таких данных в процессе изысканий и строительства должна быть развернута временная сеть наблюдений в объеме, позволяющем получить основные качественные и количественные характеристики гидрометеорологического и литодинамического режимов участка побережья, подлежащего защите, и соседних с ним. Организация и правила проведения инженерно-геологических и гидролитодинамических наблюдений должны соответствовать требованиям ВСН 51.2-84 "Инженерные изыскания для строительства" /6/ и "Наставления гидрометеорологическим станциям и постам. Вып.9. Ч.1" /7/ с учетом положений и рекомендаций, изложенных в работе "Инженерные и гидрометеорологические изыскания..." /9/.

________________

См. раздел Библиография, поз./7/; поз./9/. - Примечание изготовителя базы данных.

5.3.1 Эти изыскания имеют целью дать представление и фактические материалы о геологическом строении побережья, физико-механических характеристиках грунтов надводной и подводной частей берегового склона, а также об опасных геологических процессах (оползнях, обвалах и др.), развитых в пределах защищаемого участка побережья и соседних с ним. Инженерно-геологическими изысканиями устанавливается мощность отложений пляжевых наносов на надводной и подводной частях берегового склона, гранулометрический и минералогический состав, физико-механические характеристики /29/.

5.3.2 Грунты, слагающие береговой склон, подразделяются на связные и несвязные. К несвязным или сыпучим грунтам относят пески, гравий и гальку, состоящие из частиц размером более 0,1 мм. Грунты, в состав которых входит большое число глинистых мелких частиц размером менее 0,005 мм, являются связными.

Действующие строительные нормы и правила различают скальные, крупно-обломочные, песчаные и глинистые грунты оснований сооружений.

5.3.3 Физические свойства грунтов определяются по следующим характеристикам: гранулометрический состав грунта; удельная плотность; объемный вес; весовая влажность; объемный вес скелета грунта; пористость; влажность; консистенция. Все перечисленные физические свойства и характеристики грунтов определяюся согласно положениям СНиП 1.02.07-87 "Инженерные изыскания для строительства" /6/.

5.4.1 В естественных условиях колебания уровня моря бесприливных морей определяются гидрометеорологической обстановкой прибрежной зоны (сток рек, испарение с акватории моря, осадки и др.), а также тектоническими движениями земной коры. Колебания уровня моря, вызванные сезонными изменениями общеклиматических факторов, носят периодический характер в течение года и повторяются из года в год. На их фоне возникают непериодические колебания, вызванные сгонно-нагонными явлениями при интенсивных штормах, частота, интенсивность и продолжительность которых определяются интенсивностью и продолжительностью штормов. К непериодическим относятся также сейшовые колебания уровня моря.

Кроме того, при разработке берегозащитных мероприятий необходимо учитывать ритмические (циклические) колебания уровня моря, продолжительность которых составляет от нескольких до сотен лет.

5.4.2 Основными характеристиками уровня моря являются:

• максимальные, средние и минимальные отметки из наивысших, средних и наинизших отметок уровня за год;

• повторяемость и обеспеченность максимальных, средних и минимальных отметок из наивысших, средних и наинизших отметок уровня за год;

• максимальные амплитуды колебания отметок уровня моря за год.

При необходимости эти характеристики уровня моря могут определяться для любых интервалов времени.

5.4.3 При проектировании морских берегозащитных сооружений используются данные многолетних наблюдений за уровнем моря при длине ряда не менее 20 лет. В расчетах для оценки затопления, подтопления, гидростатического давления, интенсивности волновых и ледовых воздействий на берегозащитные сооружения и берег и других гидро- и литодинамичсских характеристик прибрежной зоны моря необходимы данные об отметках уровня моря заданной обеспечености из наивысших, средних и наинизших отметок за год.

Согласно СНиП 2.06.04-82* /1/ при определении нагрузок и воздействий волн и льда на берегозащитные сооружения отметки расчетных уровней должны иметь обеспеченность:

• для подпорных гравитационных стен (волноотбойных) II класса капитальности - 1%; III класса - 25% из наивысших за год;

• для искусственных пляжей без сооружений IV класса капитальности - 1% из наивысших за год;

• для подпорных и волноотбойных стен, бун и подводных волноломов IV класса капитальности - 50% из средних за год;

• для искусственных пляжей с искусственными сооружениями (буны, подводные волноломы) IV класса капитальности - 50% из средних за год.

Расчет уровней заданной обеспеченности выполняется статистической обработкой данных натурных наблюдений за уровнем моря с построением на их базе теоретических кривых обеспеченности, если ряд наблюдений составляет менее 100 лет.

5.4.4 Расчет и построение теоретических кривых обеспеченности производится в следующем порядке:

значения максимальных отметок уровня из наивысших и средних за год располагают в убывающем порядке, а минимальных из наинизших за год - в возрастающем порядке и вычисляют среднемноголетние их значения ():

,                                      (5.1)

где: - сумма всех отметок уровня данного ряда;

- общее число членов ряда;

вычисляют величины , , , ;

рассчитываются коэффициенты вариации () по формуле:

при <30,                         (5.2)

или

при >30;                      (5.3)

рассчитывается коэффициент асимметрии ():

,                  (5.4)

по значениям , и из таблиц Рыбкина "Отклонения ординат биноминальной кривой обеспеченности" /28/ снимают эти ординаты, по которым рассчитываются отметки уровня моря соответствующей обеспеченности. Расчет выполняется по следующей форме:

по данным таких таблиц строятся теоретические кривые обеспеченности отметок уровня моря из наивысших, средних и наинизших отметок за год (рисунок 5.1).

Для контроля соответствия теоретического закона распределения на построенные кривые накладывают значения обеспеченности для различных отметок уровня моря, рассчитанные для фактического ряда наблюдений по формуле:

,                                                         (5.5)

где - порядковый номер члена ряда.

Если теоретическая кривая вычислена правильно, то она должна пройти по точкам наблюденных уровней или занять среднее положение между ними (см. рисунок 5.1).

5.4.5 Точность расчетов кривых обеспеченности уровня моря зависит от длины ряда наблюдений и от точности расчета коэффициентов вариации и асимметрии. Относительные среднеквадратичные ошибки вычисления и рассчитываются по формулам:

,              (5.6)

.            (5.7)

Точность расчета и  считается удовлетворительной, если величина ошибки не превышает ±10-15%.

5.5.1 Ветер является ведущим волнообразующим фактором. Его основными характеристиками являются скорость и направление, которые меняются во времени и в пространстве (по горизонтали и вертикали).

5.5.2 Для расчета элементов волн используются данные наблюдений за скоростью и направлением ветра береговых метеостанций, репрезентативных для прилегающей акватории моря и имеющих ряд наблюдений не менее 15 лет. При отсутствии таких данных расчетные характеристики ветра получают на базе синоптических карт и полей ветра.

5.5.3 К расчетным характеристикам ветра относятся:

• скорость ветра (, м/с) на высоте 10 м над спокойным уровнем моря (анемометрическая) и его направление;

• коэффициент приведения скорости ветра к 10 м над водной поверхностью ();

• коэффициент пересчета данных по скорости ветра, измеренных флюгером, на анемометрическую ();

• параметр шероховатости подстилающей поверхности ().

5.5.4 Расчетные режимные характеристики ветра по данным наблюдений, представленных в виде ежегодных и среднемноголетних таблиц повторяемости градаций скорости ветра по направлениям, определяются согласно рекомендациям, изложенным в Руководстве /3/. Пример расчета приводится в прилож. А данного Свода правил.

5.5.5 Режимные характеристики ветра, определяемые по типовым полям ветра, построенных с помощью архива синоптических карт, рассчитывают согласно положениям, изложенным в /2- 4/.

_________________

См. раздел Библиография, поз./4/, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.

5.5.6 Для определения элементов волн и волнового нагона требуемой обеспеченности в режиме рассчитывают скорости ветра волноопасных направлений той же обеспеченности. Для этих целей либо по данным наблюдений за многолетний период за ветром (при длинах разгона волн менее 100 км), либо по данным синоптических карт или типовых полей ветра (при длинах разгона волн более 100 км) рассчитывают и строят кривые обеспеченности скорости ветра для всех волноопасных направлений в пределах защищаемого участка побережья согласно положениям, изложенным в /2- 4/. С этих кривых снимаются расчетные скорости ветра, возможные 1 раз в "N" лет, по которым рассчитываются параметры волн той же обеспеченности.

5.5.7 Учитывая сложность и важность расчетов режимных характеристик ветра, от точности которых зависит качество и точность расчетов параметров волн, и для обеспечения их надежности и достоверности, рекомендуется проведение таких расчетов специализированными организациями (Гидрометобсерватории и гидрометцентры Роскомгидромета, Государственный океанографический институт и др.).

5.6.1 Ветровое волнение является основным фактором, определяющим гидро- и литодинамические процессы, протекающие в прибрежной зоне моря, в том числе размыв берегов и пляжей, перемещение наносов по ширине и длине берегового склона под воздействием течений, генерируемых волнением, сгонно-нагонные колебания уровня моря и др.

От интенсивности и продолжительности волновых нагрузок на берегозащитные сооружения зависит их устойчивость и долговечность работы.

5.6.2 При проектировании морских берегозащитных сооружений необходимо наличие данных об элементах волн заданной обеспеченности в режиме и системе всех волноопасных направлений, продолжительности и повторяемости расчетных штормов.

Примечание. Под "режимом" волнения подразумеваются параметры волн, возможные 1 раз в "N" лет, т.е. за многолетний период. Под "системой" волн подразумевается их совокупность, наблюдаемых в данной точке за период одного срока наблюдения (20-30 мин  или из 100 подряд идущих волн).

Основным показателем расчетного шторма, возможного 1 раз в "N" лет, является высота волны. Обеспеченность высоты волны для сооружений II класса капитальности равна 2% (1 раз в 50 лет) в режиме и 1% в системе; для сооружений III и IV классов - 4% (1 раз в 25 лет) в режиме и 5% в системе.

5.6.3 Основными элементами волн являются: высота (, м), период (, с), длина (, м) и скорость распространения (, м/с).

Различают следующие основные характеристики волнения:

• геометрические - с размерностью длины (средняя высота и высоты заданной обеспеченности , средняя длина и длины заданной обеспеченности );

• частотные - с размерностью времени (средний период и периоды заданной обеспеченности ); частота ();

• кинематические - с размерностью длины и времени (средняя скорость распространения , орбитальная скорость движения частиц воды в волне ().

К другим характеристикам относятся следующие:

• направление распространения волны, совпадающее на глубокой воде с направлением ветра, формирующего данное поле волн;

• средняя крутизна волны ();

• групповая скорость ().

Для количественного описания волнения используются сведения о средних значениях элементов волн и элементов волн заданной обеспеченности в режиме и системе. Они называются статистическими характеристиками или параметрами ветровых волн.

5.6.4 В зависимости от соотношения между параметрами волн и глубинами и уклонами дна в прибрежной акватории моря выделяют следующие зоны по глубине /1/:

• глубоководная - с глубиной , где дно не влияет на основные характеристики волнения;

• мелководная (зона трансформации и рефракции волн) - с глубиной , где дно оказывает влияние на развитие волн и их основные характеристики;

• прибойная - с глубиной от до , в пределах которой начинается и завершается обрушение волн;

• приурезовая (зона наката) - с глубиной менее в пределах которой поиск от разрушенных волн периодически накатывается на берег.

5.6.5 Для определения режимных характеристик волнения по данным натурных наблюдений используется метод статистической обработки высот и периодов волн по методике, изложенной в разделе 5.4 данного Свода правил. Продолжительность наблюдений должна быть не менее 20 лет. Для этого за каждый год наблюдений по всем волноопасным направлениям в районе акватории моря, прилегающей к защищаемому участку побережья, выбираются максимальные значения высот волн, имеющих обеспеченность 50% в системе, и по ним рассчитываются кривые обеспеченности. Порядок и пример расчета приводится в прилож.Б данного Свода правил.

При наличии таблиц повторяемости градаций высот волн по направлениям за многолетний период обеспеченности высоты волн рассчитываются и строятся согласно положениям, изложенным в /3/. Пример расчета приводится в прилож.А данного Свода правил.

5.6.6 При отсутствии данных многолетних наблюдений за элементами волн в пределах защищаемого участка побережья они определяются расчетным способом на основе режимных сведений о ветре. При этом необходимо учитывать следующие волнообразующие факторы: величину скорости ветра и его направление, продолжительность непрерывного действия расчетного ветра над водной поверхностью, размеры и конфигурацию охваченной ветром акватории моря, длину разгона, рельеф дна и глубины водоема по длине разгона с учетом колебаний уровня моря /1/.

Расчет параметров штормовых волн на глубокой воде по данным наблюдений за скоростью и направлением ветра на береговых метеостанциях выполняется при длинах разгонов не более 100 км. Такие расчеты следует производить согласно положениям, изложенным в /1-3/. В случаях, когда разгоны волн равны или более 100 км, режимные характеристики волн определяются по режимным характеристикам ветра на основе анализа синоптических карт или по типовым полям ветра согласно положениям, изложенным в /2- 4/. При этом полученные значения элементов волн, их повторяемость и продолжительность принимаются равнообеспеченными скоростям ветра.

5.6.7 Полная энергия волн на глубокой воде, отнесенная к единице длины волны, составляет:

,                (5.8)

где: - плотность воды; - ускорение силы тяжести; - средняя высота волны глубокой воды.

5.6.8 При расчете средних высот волн, формирующихся от действия ветров различных направлений, в том числе и дующих с берега, необходимо использовать функцию углового распределения волновой энергии , которая рассчитывается по формуле /3/ :

.          (5.9)

При этом принимается, что максимальной энергией обладает составляющая углового распределения, распространяющаяся в направлении действия ветра (генеральном направлении). Функция углового распределения волновой энергии ограничена сектором ±90°.

При учете функции углового распределения волнения в расчетную высоту волны вводится поправка на закрытость горизонта :

,        (5.10)

которая вычисляется по выражению:

.    (5.11)

Углы и ограничивают сектор распределения волнения: - слева, а - справа.

5.6.9 Значения расчетных высот и периодов волн заданной обеспеченности в режиме (возможных 1 раз в "N" лет) вычисляют по кривым обеспеченности, расчет, построение которых выполняется согласно положениям, изложенным в /1- 4/. Высоту и период волны обеспеченности в системе следует определять умножением их средних значений на коэффициент согласно рис.2 прилож.1 СНиП /1/ или по табл.5.4-5.7 пособия /2/, а также по таблицам 5.1 и 5.2 настоящего Свода правил.

Таблица 5.1 - Числовые значения для различных значений

Таблица 5.2 - Числовые значения

5.6.10 Трансформацию и рефракцию элементов волн по мере продвижения их к берегу следует рассчитывать по одной из методик действующих нормативных /1/ или методических документов /2- 4/.

5.6.11 С выходом волн на глубины меньше критических () начинается процесс их обрушения. Зона обрушения располагается в пределах глубин первого () и последнего () обрушения. Основное влияние на процесс обрушения волн оказывают уклоны дна, его шероховатость и проницаемость, крутизна волны. При больших уклонах дна (>0,05) обрушение волн чаще всего бывает одноразовым, по типу "ныряющего буруна", когда происходит опрокидывание гребня волны. При малых уклонах дна (<0,01) волна теряет свою энергию постепенно, в результате чего она все время находится в состоянии, близком к критическому, претерпевая ряд обрушений по типу "скользящего буруна".

Расчет параметров обрушивающихся волн и глубин в местах их первого и последнего обрушения выполняется согласно положениям и рекомендациям СНиП /1/ и пособия к нему /2/.

5.6.12 Для определения типа обрушения рекомендуется, в зависимости от наличия исходных данных о волнах, использовать один из двух предлагаемых способов:

1. а) Зная крутизну расчетной волны () на глубокой воде и средний уклон дна в прибойной зоне () по данным батиметрической съемки тип обрушения определяется величиной () по формуле:

                      (5.12)

   При <5, но более 0,1 обрушение происходит по типу "ныряющего буруна", при >5 - по типу "скользящего буруна", при <0,1 - обрушение неполное;

2. б) Второй способ основывается на определении типа обрушения по величине параметра Кемпа /10/, который вычисляется по формуле:

   ,             (5.13)

   
   где: - время пробега обрушающейся волны по зоне прибоя;

   - высота волны при первом обрушении;

   - уклон дна в зоне прибоя.

Высота волны при ее первом обрушении рассчитывается по формуле:

,                (5.14)

где: - высота волны на глубокой воде. Средний уклон дна в прибойной зоне определяется по данным батиметрической съемки.

При >1,0 обрушение происходит по типу "скользящего буруна", при 1,0>>0,5 - по типу "ныряющего буруна", при 0,5>>0,25 - имеет место неполное обрушение, а при 0,25 - "коллапсирущее" обрушение.

5.6.13 Высоту наката после последнего обрушения волн определяют для решения ряда инженерных задач, в том числе: в расчетах нагрузок на откосы и назначения границ креплений откосов, определения отметок верха сооружения и искусственных пляжей, при прогнозировании динамики движения наносов и размывов берегов в приурезовой зоне, подверженных действию разрушающихся волн и др. /2/.

Расчет высоты наката выполняется согласно положениям, изложенным в п.1.14 СНиП /1/ и пособия к нему /2/.

5.6.14 При расчетах рефракции, трансформации и обрушения волн необходимо учитывать наличие в прибойной зоне моря уже построенных берегозащитных сооружений. Эти сооружения, как правило, влияют на процесс трансформации и рефракции волн, что не учитывается действующими расчетными методиками. Корректировку расчетов параметров волн в таких условиях рекомендуется выполнять по данным натурных измерений, а при их отсутствии - на основе гидравлического или математического моделирования.

5.6.15 При проектировании морских берегозащитных сооружений необходимо учитывать и рассчитывать не только параметры ветровых волн, но и волн зыби, которые в пределах отдельных регионов морских побережий имеют значительные высоты и периоды, а также и продолжительность и повторяемость действия.

Расчет элементов и параметров волн зыби на глубокой воде выполняется согласно положениям, изложенным в Руководстве /3/ . Рефракция и трансформация волн зыби рассчитывается, как и ветровых волн, согласно положениям, изложенным в СНиП /1/ и пособии к нему /2/.

5.6.16 Элементы волн на огражденных акваториях

К огражденным акваториям относятся акватории портов, естественных и искусственных бухт. Основными факторами, определяющими поле волн на таких акваториях, являются: размеры и структура исходных волн, проникающих на огражденную акваторию; плановое расположение волнозащитных и ограждающих сооружений; количественные характеристики поглощения и отражения волновой энергии этими сооружениями; рельеф дна и глубина акватории /2/. Основными физическими факторами, формирующими поле волн на огражденной акватории, являются дифракция, отражение и гашение волн около оградительных сооружений.

Высоты дифрагированных волн на портовых акваториях определяют по методике, изложенной в прилож.1 СНиП /1/ и пособия к нему /2/. Расчет дифракции волн в естественных и искусственных бухтах должен сочетаться с расчетом их рефракции, вызванной тем, что дно в бухте не является горизонтальным.

Для уточнения расчетов дифракции и рефракции волн на огражденных акваториях выполняется гидравлическое моделирование на пространственной модели.

5.6.17 При проектировании морских берегозащитных сооружений рекомендуется выполнить расчеты прогноза штормовой активности моря. Наличие такого прогноза дает возможность более четкого планирования работ по берегозащите во времени.

В основу прогноза штормовой активности моря заложен ее циклический характер. В пределах таких циклов численные значения штормовой активности колеблются от максимальных до минимальных ее величин. Методами гармонического анализа можно осуществить фильтрацию временного ряда (за период не менее 20-25 лет) значений штормовой активности моря. Каждая из выделенных таким образом гармоническая составляющая может быть экстраполирована на время упреждения. Их синтез на протяжении заданного периода времени упреждения по сути своей и является прогнозом штормовой активности моря.

В качестве единицы измерения штормовой активности принимается суммарный за год поток волновой энергии на единицу площади взволнованной поверхности моря (), который вычисляется по формуле:

,                 (5.15)

где: - средняя в градации высота волны, м;

- средний период, с;

- средняя длина, м;

- удельный вес морской воды, кг/м;

- продолжительность волнения каждой градации высот волн, сут.

Для удобства расчета потока волновой энергии формула (5.15) после несложных преобразований приведена к виду:

,         (5.16)

где - глубина в точке измерения волн.

Исходным материалом для расчета потока волновой энергии являются данные натурных измерений высот и периодов волн в виде ежегодных таблиц повторяемости градаций высот волн по всем волноопасным направлениям для защищаемого участка (региона) побережья.

Расчет прогноза штормовой активности моря выполняется с применением ПЭВМ по программе, которая приведена в прилож.В. Наиболее достоверным интервалом прогноза величин штормовой активности является 5 лет, т.к. погрешность прогноза растет с увеличением интервала упреждения. По мере увеличения продолжительности периода наблюдений за волнением прогноз уточняется, а его точность увеличивается.

5.6.18 При проектировании морских берегозащитных сооружений, особенно искусственных пляжей, необходимо учитывать влияние на них краевых волн, которые формируются в прибойной зоне моря в процессе взаимодействия обрушающихся волн с водными массами. Параметры краевых волн определяются высотой, периодом и направлением распространения приходящих волн, а также протяженностью пути взаимодействия их с подводным береговым склоном. Краевые волны способствуют увеличению волнового нагона, формированию периодических течений в прибойной зоне, подводных песчаных валов. Их пространственное перемещение во время шторма способствует подмыву оснований расположенных здесь берегозащитных сооружений.

Расчет параметров краевых волн выполняется на ЭВМ согласно алгоритму программы, изложенной в прилож.Г.

5.9.1 В прибрежной зоне моря действуют два основных вида движений воды, тем или иным образом обусловливающие перенос и перераспределение донных наносов в ее пределах: вдольбереговое, вызванное косоподходящими волнами, и поперечное, формирующееся за счет разности уровня воды по ширине прибойной зоны. Для оценки общей картины переноса воды вдоль берега используется метод расчета распределения по ширине прибрежной зоны при сравнительно однородном рельефе дна осредненной по глубине скорости вдольберегового течения (), основанный на теоретических разработках Лонге-Хиггинса /14, 15/, по формуле:

,             (5.19)

где: - относительное расстояние от линии первого обрушения значимой (17% обеспеченности в системе) высоты волны расчетного шторма до уреза воды с учетом волнового нагона. Значения принимают последовательно величины 1/, 2/, 3/, ..., /, где - количество участков принятой ширины, на которое разбивается подводный береговой склон при расчете вдольберегового расхода наносов через заданный створ.

Величина , представляющая скорость воды без учета горизонтального обмена, вычисляется по формуле:

,          (5.20)

где: - средний уклон подводного берегового склона между урезом воды и глубиной, равной 1,3; - коэффициент донного трения; - угол подхода расчетной волны к берегу на глубине , который определяется в процессе расчета трансформации и рефракции волн согласно положениям СНиП /1/; , где - высота значимой волны в расчетном шторме, вычисленная согласно положениям /1/, -  глубина ее первого обрушения. Величину в первом приближении можно принимать в пределах 0,62-0,78 для зоны первого обрушения и около 1,0 - для последнего обрушения.

5.9.2 Величину рассчитывают по формуле, предложенной в работе /16/:

,            (5.21)

где - угол подхода расчетной волны к берегу на глубокой воде.

Коэффициент вычисляется по формуле:

,               (5.22)

где - средневзвешенный диаметр донных наносов, - их гидравлическая крупность, которая вычисляется по формуле:

,            (5.23)

где . Здесь - плотность наносов; - плотность морской воды.

Величина коэффициента рассчитывается с учетом безразмерного параметра (), который вычисляется по выражению:

,                        (5.24)

где: - коэффициент кинематической вязкости, равный м/с; - круговая частота, равная .

С учетом этого параметра:

.                            (5.25)

Входящие в формулу (5.19) составляющие коэффициенты вычисляются по формулам:

,                          (5.26)

,                        (5.27)

,                     (5.28)

,                   (5.29)

,                   (5.30)

где: - параметр, характеризующий особенности поперечного обмена водных масс в зоне обрушения волн, вычисляемый по выражению, предложенному в работе /17/:

.               (5.31)

В редких случаях, когда равно 2/5, уравнение принимает вид:

.                  (5.32)

При сложном и неоднородном рельефе дна расчет выполняется с помощью ЭВМ по алгоритму программы, изложенной в прилож.З Свода правил.

5.9.3 Решающее влияние на устойчивость наносов на подводном склоне и их транспорт оказывают максимальные прямые (направленные к берегу) и обратные (направленные в сторону моря) горизонтальные составляющие придонной волновой скорости, поскольку наносы более или менее реагируют на приложенную силу только в фазах, близких к максимальному их значению. И если максимальные придонные волновые скорости вызывают нарушение устойчивости донных наносов, то их перенос обеспечивают течения, возникающие за счет разности прямых и обратных волновых движений жидкости. Расчет указанных выше течений выполняется на ЭВМ по методике, изложенной в прилож.З.

5.10.1 Для определения расхода наносов, формирующихся под воздействием волнения и генерируемых им течений на заданной глубине в единицу времени с единичной площади подводного берегового склона от глубины начала движения наносов до высшей точки волнового наката, используется зависимость средней объемной интенсивности перемещения твердого материала от характеристик скоростного поля, выраженного через параметр Шильдса.

5.10.2 Расчет глубины начала перемещения донных наносов данной крупности под воздействием волнения проводится из условия равенства начальной скорости их движения волновой скорости на уровне абсолютной шероховатости твердых частиц. В связи с этим предварительно определяется структура и толщина погранслоя. Кроме того, при этих расчетах учитывается степень отстаивания скорости перемещения наносов от скорости волнового движения жидкости, обусловленной крупностью, плотностью и формой твердых частиц.

5.10.3 В конкретных природных условиях расход наносов не может превышать определенного предела, называемого емкостью вдольберегового и поперечного потоков наносов. Если лито- и гидродинамические и морфологические условия вдоль береговой линии остаются неизменными, то транзитный вдольбереговой расход наносов остается постоянным, не вызывая ни размыва, ни аккумуляции в пределах этого участка берега. При изменении указанных выше условий вдоль береговой линии емкость потока может уменьшиться, и избыток наносов выпадет из потока, вызвав аккумуляцию их на надводной и подводной частях берегового склона и возможное выдвижение линии уреза в сторону моря. При увеличении емкости вдольберегового потока наносов их дефицит будет возмещен за счет размыва пляжа и берегового уступа, и береговая линия на этом участке сместится в сторону суши.

5.10.4 При недостаточном количестве наносов на подводном береговом склоне реальный их расход, называемый мощностью вдольберегового и поперечного потоков наносов, составляет некоторую часть от емкости.

5.10.5 Необходимым и достаточным признаком равенства мощности и емкости вдольберегового и поперечного потоков наносов в естественных условиях на конкретном участке побережья является наличие в его пределах профиля относительного динамического равновесия подводного берегового склона, сложенного рыхлым материалом. И наоборот, необходимым и достаточным для формирования профиля относительного динамического равновесия является равенство мощности вдольберегового и поперечного потоков наносов их емкости при постоянном за длительное время волновом режиме.

5.10.6 Для перехода к оценке объемов перемещения наносов за определенное время, выраженное в сутках (м/сут), используется формула:

,                  (5.33)

где: - количество секунд в сутках (86400);

        - продолжительность волнения, сут;

- расход наносов, м/с.

5.10.7 При расчете транспорта наносов необходимо учитывать фактор их истираемости во времени, которая приводит к уменьшению диаметра наносов, а это вызывает увеличение емкости и мощности потока наносов.

5.10.8 Расчет всех количественных характеристик вдольбереговых и поперечных потоков наносов от глубины начала их движения до высшей точки волнового нагона на береговой откос выполняется на ЭВМ согласно прилож.З.

5.10.9 В генеральных схемах берегозащитных мероприятий должны быть даны оценки бюджета наносов по всем литодинамическим системам, выделенным на рассматриваемом побережье. Оценка бюджета наносов в данной литодинамической системе основывается на учете поступления, выноса (потерь) наносов, их транспорта, результирующего избытка или дефицита наносов. Бюджет наносов определяется с целью качественной и количественной оценки их динамики на защищаемом участке побережья и соседних с ним.

5.11.1 При проектировании морских берегозащитных сооружений необходимо знать данные о качестве морской воды в зоне сооружений: температурный режим воды, содержание в ней коррозивных элементов, взвешенных твердых частиц, организмов, которые способствуют обрастанию ими конструкций сооружений, древоточцев и др.

На стадии изысканий должен быть определен химический состав воды, при этом особое внимание должно быть обращено на наличие в воде таких коррозивных элементов, как хлоридные и сульфатные ионы.

5.11.2 Колебания температуры воды влияют на интенсивность коррозии металлических частей конструкций, бактериальной коррозии, обрастания сооружений живыми организмами (водорослями, моллюсками и др.).

5.11.3 При разработке планов компоновки берегозащитных сооружений на побережьях курортного использования должно быть предусмотрено удаление на безопасное расстояние от берегозащитных сооружений всех возможных источников бактериологического, химического и механического загрязнения морской воды (выпуск ливневых, хозяйственных, промышленных и фекальных вод и др.).

5.11.4 На участках побережий интенсивного курортного и рекреационного использования систематический анализ качества морской воды должен быть включен в программы мониторинга береговой зоны.

6.1.1 Морские берегозащитные сооружения подразделяются на постоянные и временные. Постоянные относятся к гидротехническим сооружениям II, III и IV классов, временные - к V классу капитальности. Принятый класс капитальности берегозащитных сооружений должен быть указан на титульных листах проектных документов.

Капитальность берегозащитных сооружений необходимо назначать с учетом класса капитальности защищаемых объектов и с учетом размеров ущерба, который может быть причинен объекту в результате разрушения берегозащитного сооружения. Сооружения, разрушение которых влечет за собой немедленный вывод из строя защищаемого объекта, принимаются с классом капитальности, равным классу капитальности защищаемого объекта.

6.1.2 Основные расчетные показатели морских берегозащитных сооружений по классам капитальности приведены в табл.6.1. Для каждого класса капитальности берегозащитных сооружений установлены дифференцированные требования (см. табл.6.1):

• по прочности и устойчивости - применением дифференцированных коэффициентов запаса, обеспеченностей уровня моря, параметров волнения и величин возвышения гребней сооружений над расчетным уровнем;

• по степени надежности заложения оснований фундаментов сооружений против подмыва - назначением дифференцированных величин заглублений их ниже глубины размыва.

Таблица 6.1 -  Расчетные показатели морских берегозащитных сооружений по классам капитальности

Примечания.

1. 1) Значения коэффициента запаса, полученные по расчетам, не должны быть менее указанных в таблице, а один из них, являющийся лимитирующим, не должен превышать эти значения более чем на 15%.

2. 2) Когда вероятности превышения (обеспеченность) расчетных уровней и высот волн, указанных в таблице, не отвечают фактически возможным сочетаниям (период стояния высоких уровней не совпадает с периодом сильных штормов), расчетный уровень допускается определять только для периода сильных штормов.

3. 3) Числитель - высота волны в режиме, знаменатель - то же в системе.

4. 4) Для сооружений VI класса капитальности на отмелых берегах (i<0,03) к отметке расчетного уровня рекомендуется добавлять величину ветро-волнового нагона, определяемого для исходных расчетных параметров ветра и волн.

*) Меньшие значения соответствуют плотным осадочным породам, не нарушенным трещинами; большие - полускальным (аргиллитам и др.).

Расчеты сооружений на устойчивость и прочность производятся на допускаемые нагрузки.

6.1.3 Расчетные элементы волн следует принимать с учетом подверженности берегозащитного сооружения воздействию необрушенных, обрушающихся или разрушенных волн, а также с учетом геометрических характеристик, проницаемости и сквозности сооружения. Интенсивность волнового воздействия, испытываемого сооружением, может изменяться вдоль сооружения с изменением уровня воды и во времени (в ходе шторма и в течение волнового периода). Поэтому волновые условия должны быть определены в разных сечениях вдоль сооружения и при разных уровнях воды.

6.1.4 Для проверки устойчивости морских берегозащитных сооружений из гравитационных массивов на сдвиг рекомендуется принимать следующие значения коэффициентов трения бетона по основанию:

по поверхности прочной скалы и каменной наброски - 0,50,

по известнякам и песчаникам - 0,30-0,45,

по галечно-песчаному грунту береговых отложений - 0,40,

по пескам пляжевых отложений - 0,30,

по плотным глинистым сланцам и мергелям с неомыливающейся поверхностью - 0,25-0,35,

по глинам и суглинкам, а также глинистым сланцам и мергелям и другим грунтам с омыливающейся поверхностью - 0,20-0,25.

6.1.5 Глубину заложения подошвы бун и подводных волноломов следует назначать с учетом свойств грунтов основания по табл.6.1, а также с учетом долговременных и сезонных понижений поверхности пляжа и подводного берегового склона.

6.1.6 Принятые в проекте глубины размыва в нескальных грунтах должны обосновываться материалами изысканий, в том числе результатами анализа береговых процессов, и опытом строительства морских берегозащитных сооружений. Глубина размыва в скальных грунтах условно принимается равной верхнему слою породы, разрушенному физико-механическими процессами.

6.1.7 Величину заглубления подошвы фундамента гравитационных сооружений ниже расчетной глубины размыва необходимо принимать с учетом класса берегозащитных сооружений по табл.6.1.

6.1.8 Подошва фундамента волноотбойных стен, корневых частей бун и траверсов должна располагаться на 0,2-0,3 м ниже глубины промерзания грунтов.

6.1.9 В случае, если грунты в основании берегозащитного сооружения не удовлетворяют требованиям несущей способности или устойчивости против размыва, следует предусматривать их замену каменными постелями.

6.1.10 При проектировании оснований берегозащитных сооружений следует учитывать, что каменная постель может подвергнуться разрушению при воздействии на нее фильтрационных течений, возбуждаемых волнами, поэтому защитный слой постели или берменные плиты своей массой должны надежно пригружать постель и обеспечивать ее устойчивость. Глубина заложения подошвы постели должна быть больше максимальной глубины размыва на величину запаса согласно табл.6.1.

6.2.1 Нагрузки и воздействия волн на сооружения откосного профиля определяются согласно положениям пп.1.14-1.19 главы I СНиП 2.06.04-82* /1/.

6.2.2 Нагрузки от ветровых волн на подводный волнолом определяются согласно положениям п.3.1 главы 3 СНиП 2.06.04-82* /1/.

6.2.3 Максимальную донную скорость перед берегоукрепительным сооружением определяют согласно положениям п.3.2 главы 3 СНиП 2.06.04-82* /1/.

6.2.4 Нагрузки от волн на вертикальную стенку необходимо определять согласно положениям пп.3.3, 3.4 главы 3 СНиП 2.06.04-82* /1/.

6.2.5 Волновые давления на криволинейный участок волноотбойной стены определяются согласно положениям п.3.5 главы СНиП 2.06.04-82* /1/.

6.2.6 Нагрузки от волн на головной массив буны необходимо определять согласно положениям п.3.6 главы 3 СНиП 2.06.04-82* /1/.

6.2.7 Для условий сильно приглубных берегов, где конструкция бун состоит из двух и трех курсов бетонных массивов в их головной части, и с учетом неравномерности распределения нагрузок по высоте внешней грани буны расчет их следует выполнять с учетом рекомендаций:

максимальные значения горизонтальных , , кН/м и вертикальной , кНм, проекций равнодействующих линейной нагрузки от разбивающихся волн на головной элемент буны необходимо принимать по эпюрам бокового и взвешивающего волнового давления (рисунок 6.1). При этом значения волнового давления на внешнюю , кПа, и теневую , кПа, грани буны и соответствующие возвышения гребня волны , м, и , м, должны определяться по формулам:

,                (6.1)

, ,                  (6.2)

где - коэффициент, учитывающий неравномерность давления по длине сооружения (табл.6.2) в зависимости от угла подхода фронта волны к буне, ширина которой , а длина элемента (курса) (см. рисунок 6.1); - коэффициент, учитывающий угол между продольной осью сооружения и фронтом волны и углом наклона боковой грани буны относительно вертикали , определяемый по формуле:

;                 (6.3)

 - коэффициент, учитывающий неравномерность давления по высоте внешней и теневой граней буны, принимаемый в зависимости от глубины у сооружения и длины разбивающейся волны по формулам:

• на внешней грани буны при =0 =1,5;

  при

  .                  (6.4)

6.2.8 Для расчета нагрузок на упорный элемент подводного банкета применяются положения п.3.1 главы 3 СНиП 2.06.04-82* /1/ с небольшими изменениями:

максимальные значения горизонтальной , кН/м и вертикальной и , кН/м, проекций равнодействующей линейной нагрузки от волн при ложбине волны необходимо принимать по эпюрам бокового и взвешивающего волнового давления (рисунок 6.2), при этом значения , кПа, должны приниматься в зависимости от по формулам:

при ,                  (6.5)

, ,                  (6.6)

где: - ордината верха сооружения, м;

- ордината подошвы волны, м, определяемая по табл.16 п.3.1 главы 3 СНиП 2.06.04-82* /1/;

- ордината поверхности воды за упорным элементом подводного банкета, м, определяемая по формуле (73) п.3.1 главы 3 СНиП 2.06.04-82* /1/;

- ордината гребня волны перед упорным элементом подводного банкета, принимаемая по табл.16 п.3.1 главы 3 СНиП 2.06.04-82* /1/.

6.2.9 Нагрузки и воздействия на проницаемые берегозащитные сооружения, представляющие собой относительно тонкую проницаемую стенку, которая может состоять из колон или свай с зазорами между ними, железобетонных плит с отверстиями, ступенчатых конструкций и др. определяются согласно рекомендациям, изложенным в методике /18/.

Схема взаимодействия волн с проницаемыми сооружениями показана на рисунке 6.3. В предлагаемой методике рассматриваются сооружения, устанавливаемые в мелководной зоне моря ().

6.2.10 Для автоматизации расчетов волновых нагрузок рекомендуется применять программы для ЭВМ, приведенные в приложениях И-Л.

6.3.1 Ледовые нагрузки и воздействия льда на береговой откос и берегозащитные сооружения следует определять согласно положениям главы 5 СНиП 2.06.04-82* /1/.

6.3.2 В дополнение к этим положениям предлагается методика определения размеров надвигов и навалов льда на береговой откос и откосные берегозащитные сооружения в замкнутых водоемах, когда эти ледовые образования возникают при сплошном ледяном покрове под действием температурного расширения льда, течения воды и ветра /21/. Под замкнутым водоемом понимаются озера, крупные водохранилища и глубокие заливы морей, на которых в зимнее время образуется по всей акватории сплошной ледяной покров.

6.3.3 Настоящую методику следует использовать при следующих условиях:

• в период зимы сохраняется или понижается уровень водоема;

• полоса неподвижного льда-припая охватывает весь периметр водоема;

• время надвига льда на берег или сооружение соответствует зимнему или весеннему, перед вскрытием водоема, периодам;

• наибольшая толщина льда в водоеме не превышает 1,0 м.

6.3.4 Настоящую методику не разрешается использовать:

• при возможности удлинения ледяного поля при его температурном расширении в сторону открытой воды, расположенной вдоль берега за границей припая;

• если берегозащитные сооружения выдвинуты в зону плавающего льда, т.е. за границу припая.

6.3.5 Толщина льда и его физико-механические свойства, состояние ледяного покрова, размеры надвигов и навалов льда и их распределение по периметру водоема, температура воздуха в периоды становления льда, ледостава и вскрытия водоема определяются по данным натурных наблюдений и измерений на гидрометеостанциях Роскомгидромета. Период наблюдений должен охватывать не менее 5 лет. По результатам изучения ледового режима водоема должно быть проведено районирование площади ледяного покрова по его прочностным характеристикам (разреженный, сплоченный, монолитный) и размещению становых трещин.

6.3.6 Исходя из размещения в плане монолитного ледяного покрова для дальнейших расчетов устанавливается положение прямоугольной системы координат. За ось Х принимается продольная ось монолитного ледяного покрова, а за ось У - его ширина. Начало координат располагается в середине монолитного покрова.

6.3.7 Расчетными уровнями воды в водоеме являются уровни в период открытой воды во время формирования на пляже заплесковых форм льда, ледостава и вскрытия ледяного покрова (рис.6.4). В зависимости от класса капитальности сооружения, защищаемого от надвига льда, обеспеченность расчетных уровней воды принимается по табл.6.3.

Таблица 6.3 - Расчетные уровни воды

6.3.8 Ширина полосы наплесковых форм льда на поверхности откоса сооружения в осенне-зимний период до ледостава принимается равной ширине наката расчетных волн и определяется в соответствии с рекомендациями п.1.14 формула (25) положения СНиП 2.06.04-82* /1/.

6.3.9 Ширина припая измеряется от уреза воды до линии сопряжения подводной поверхности льда с дном или подводной частью откосного сооружения. От уровня воды в период ледостава линия сопряжения льда с дном находится на глубине , м ( - расчетная толщина льда, м; - разность отметок уровней Ур(2) - Ур(3) (рисунок 6.4).

6.3.10 Ширина и высота надвига льда на сооружение или на откос берега отсчитывается от линии сопряжения нижней поверхности льда с дном или подводным откосом сооружения (точка А на рисунке 6.5).

6.3.11 Линейная нагрузка на береговой откос или берегозащитное сооружение от ледяного покрова , кН/м, действующая в его горизонтальной плоскости вследствие термического расширения сплошного (монолитного) ледяного покрова, течения воды и ветра, рассчитывается по формуле:

,                (6.15)

где: - коэффициент надежности по нагрузкам, равный при классе капитальности сооружений I - 1,20, II - 1,15, III - 1,05, IV - 1,0;

- нагрузка от сплошного ледяного покрова при его температурном расширении, кН/м;

- нагрузка, вызываемая ветром, т.е. трением воздуха о наружную поверхность ледяного покрова, кН/м;

- нагрузка, вызываемая течением, т.е. трением водяного потока о нижнюю поверхность ледяного поля, кН/м.

6.3.12 При изучении ледового режима водоема должны быть выявлены и проанализированы все ранее происшедшие случаи надвига льда на берег и сооружения. По размерам этих надвигов необходимо установить величину линейной нагрузки . Если фактическая величина линейной нагрузки больше, чем вычисленная по формуле (6.15), то она должна быть принята в качестве расчетной в пределах данного водоема.

6.3.13 Нагрузка от сплошного ледяного покрова при его температурном расширении кН/м, определяется по формуле:

,                   (6.16)

где - давление в толще льда, кН/м на расстоянии Х от начала координат монолита при его температурном расширении, которое вычисляется по формуле:

.               (6.17)

Здесь: - предел упругости льда, где , который при отсутствии данных допускается принимать равным 50 кН/м;

        - коэффициент вязкости льда, КПа·ч, который зависит от температуры льда (, °C) и определяется по графику (рисунок 6.6);

- коэффициент температурного линейного расширения льда; для практических целей его можно принимать при температуре от 0° до 20 °С в среднем равным ; 1/°С;

- ширина сплошного (монолитного) ледяного поля, м;

          
        - скорость повышения температуры льда, °С/ч;

- половина длины сплошного (монолитного) ледяного поля, м, в направлении его температурного расширения.

6.13.14. Скорость смещения , м/ч, любой точки ледяного поля (по направлению оси X) под действием температурного расширения льда определяется по формуле:

,                (6.18)

Максимальная скорость смещения имеет место при .

6.13.15 Нагрузка, вызываемая ветром, , кН/м, определяется по формуле:

,            (6.19)

где: - максимальная скорость ветра 1% обеспеченности в период надвига льда, м/с;

- коэффициент трения воздушного потока о шероховатую наружную поверхность ледяного покрова, кН·с/м, равный:

.            (6.20)

6.13.16 Нагрузка, вызываемая течением , кН/м, рассчитывается по формуле:

,            (6.21)

где: - максимальная скорость течения воды подо льдом 1% обеспеченности в период надвига льда, м/с;

- коэффициент трения водного потока о шероховатую нижнюю поверхность ледяного покрова, кН·с/м, равный:

        (6.22)

Примечание. Нагрузка, вызываемая трением водного потока о нижнюю поверхность ледяного покрова в том случае, когда направление потока совпадает с направлением ветра, в формуле (6.15) принимается со знаком плюс, при встречном течении - со знаком минус.

6.3.17 Ширина однослойного надвига льда на откос берега или сооружения , м (см. рисунок 6.5) определяется по формуле:

,      (6.23)

где: - линейная нагрузка на сооружение или береговой откос от действия ледяного покрова, кН/м;

- угол откоса, по которому происходит однослойный надвиг льда на сооружение, рад.;

- коэффициент трения льда по поверхности откоса сооружения, который определяется по табл.6.4;

- плотность льда, кг/м;

- сила сцепления льда, кН/м.

Таблица 6.4 -   Значения коэффициента трения льда

6.3.18 Высота однослойного надвига льда на берег или сооружение (, м) (см. рисунок 6.5) вычисляется по формуле:

.         (6.24)

Она отсчитывается от уровня воды, отвечающего периоду вскрытия водоема от льда (см. рисунок 6.5).

6.3.19 Высота навала льда , м (см. рисунок 6.5) при его надвиге на берег вычисляется по формуле:

    (6.25)

где: - угол откоса, по которому происходит однослойный надвиг льда на сооружение, рад.;

- коэффициент трения льда по льду (см. табл.6.4).

Высота льда в навале отсчитывается от уровня воды, соответствующего периоду вскрытия водоема ото льда (см. рисунок 6.5). Пустотность льда в навале может приниматься равной 50% первоначального объема.

6.3.20 Физико-механические свойства льда должны определяться на основе данных натурных исследований, а при их отсутствии допускается принимать =940 кг/м, =2 кН/м, =0,35-0,52 рад.

6.3.21 Протяженность навала льда на береговой откос или откос сооружения вдоль линии берега устанавливается по результатам натурных наблюдений за морфологией подводной зоны на рассматриваемом участке побережья. При этом, случай навала льда, вычисляемый по формулам (6.23-6.25), относится к наиболее опасным зонам: вершине подводного каньона, близко подходящего к урезу воды; наиболее приглубому месту дна, участку берега, расположенному по нормали к продольной оси монолитного ледяного поля, и т.д.

6.3.22 Угол откоса , рад., по которому происходит однослойный надвиг льда на сооружение, следует считать угол между горизонтом и линией, соединяющей точку А с бровкой сооружения (см. рисунок 6.5).

6.3.23 При необходимости защиты от ледового воздействия транспортных магистралей и других народнохозяйственных объектов, расположенных в зоне расчетного надвига льда и его навала, возможно создание в приурезовой зоне берм из скального грунта шириной, превышающей ширину однослойного надвига льда на откос, т.е.

.         (6.26)

6.3.24 В целях уширения существующей полосы припая допускается применять гравитационные массивные подводные волноломы со скошенной морской гранью при условии формирования на них в осенне-зимнее время наплесковых форм льда в качестве дополнительной защиты от надвигов льда. Образующийся лед с береговой полосы таких волноломов при понижении уровня воды в водоеме должен достигать дна.

7.1.1 Морские берегозащитные сооружения должны решать задачу стабилизации и защиты от абразии берегового склона и прилегающей к нему территории суши с находящимися на ней сооружениями различного назначения либо ценными природными ландшафтами, восстановления, расширения и стабилизации естественных и искусственных пляжей. В соответствии с этим морские берегозащитные сооружения можно разделить на два основных вида:

• берегоукрепительные - волноотбойные и подпорные стены, откосные и ступенчатые покрытия, дамбы, волногасящие прикрытия из камня и фасонных массивов, бермы, искусственные песчаные и галечные пляжи, сооружения из проницаемых конструкций;

• пляжеудерживающие - буны, подводные волноломы с траверсами, подводные банкеты.

7.1.2 При выборе типа берегозащитных сооружений должны учитываться природные условия литодинамической системы и ограничения, обусловленные требованиями экологии и охраны природы, обеспечения водообмена и санитарно-гигиеническими нормами на акватории расположения сооружений и технико-экономическими возможностями строительных организаций.

7.1.3 При первоначальном выборе типа сооружений и варианта защиты берега в литодинамической системе следует руководствоваться рекомендациями табл.7.1, составленной с учетом типичных природных условий на отмелых и приглубных берегах бесприливных морей.

Таблица 7.1 - Примерные области и условия применения берегозащитных сооружений

7.1.4 Берегозащитные мероприятия должны проектироваться, как правило, для каждой литодинамической системы в целом. В проекте берегозащитных мероприятий выбор метода защиты должен быть обоснован волновой обстановкой в средних и экстремальных условиях, результатами исследования бюджета наносов, с учетом экономики и влияния мероприятий на окружающую среду. Берегозащитные мероприятия должны обеспечивать минимальные нарушения в настоящем времени и будущем природных факторов в физическом и экологическом аспектах и эстетики литодинамической системы. При выборе типа, размеров и расположения берегозащитных сооружений в литодинамической системе должно учитываться не только достижение поставленной цели на защищаемом участке побережья, но также влияние проектируемых берегозащитных сооружений и мероприятий на примыкающие к нему участки побережья.

При проектировании берегозащитных мероприятий следует иметь в виду, что индивидуальная защита коротких отрезков размываемых берегов внутри большой зоны размываемого побережья весьма сложна, дорогостоящая и малоэффективна, так как прилегающие незащищенные берега продолжают отступать. Частичные берегозащитные мероприятия могут даже ускорить размыв прилегающих берегов.

7.1.5 При оценке состояния берегов в литодинамической системе должна предусматриваться возможность использования существующей в ней естественной защиты и ее сохранения в ненарушенном состоянии. При этом необходимо учитывать, что надводная и подводная части существующего пляжа являются внешней границей защиты, на которой гасится большая часть волновой энергии, а дюна на песчаных побережьях является внутренней границей защиты от жестоких штормов.

7.1.6 В случае размыва пляжей или их отсутствия защита берега должна быть обеспечена искусственными средствами с помощью различного вида берегозащитных сооружений, способствующих восстановлению и стабилизации пляжей. При изучении проблемы искусственного восстановления пляжей необходимо выяснить возможность механической или гидравлической доставки пляжевого материала на участок размыва.

7.1.7 На прямолинейных участках берега и при неизменном направлении результирующего потока наносов вдоль него метод искусственного питания может обеспечить защиту берега на большом протяжении. Важное преимущество метода искусственного питания состоит и в том, что он устраняет основную причину размыва берега и пляжей - дефицит естественного поступления наносов на рассматриваемый участок побережья и устраняет низовые размывы на смежных участках побережья.

7.2.1 К свободным следует относить искусственные песчаные пляжи, функционирующие без пляжеудерживающих сооружений. При экономически выгодном расположении песчаных карьеров и стоимости песка в них, а также условий доставки его на защищаемый участок побережья искусственные свободные песчаные пляжи являются эффективным и экономически целесообразным методом защиты морских песчаных побережий от размыва волнами и течениями. Этот метод защиты берега от абразии заложен самой природой во взаимодействии размываемого берегового откоса со штормовыми волнами, в результате которого формируется профиль подводного берегового склона, обеспечивающий наиболее полное гашение волновой энергии /22/.

________________

См. раздел Библиография, поз./22/. - Примечание изготовителя базы данных.

7.2.2 Использование искусственных свободных песчаных пляжей в целях берегозащиты позволяет значительно снизить материалоемкость, стоимость и трудоемкость работ, а также сократить их сроки; в условиях курортов обеспечивает нормальный водообмен в береговой зоне. Достоинством таких сооружений является их природоохранная роль, способствующая сохранению земельных ресурсов. Они не только полностью исключают низовые размывы берега, неизбежные при строительстве каких-либо других берегозащитных сооружений, но путем восполнения дефицита наносов во вдольбереговом их потоке обеспечивает стабилизацию участков побережья, прилегающих к защищаемому.

7.2.3 Искусственные свободные песчаные пляжи следует рассматривать как деформируемые сооружения, изменяющие в пространстве и во времени свое сечение и уменьшающие свой объем под воздействием волнения и течений.

7.2.4 Срок службы искусственных свободных песчаных пляжей определяется объемом первоначальной отсыпки или намыва пляжеобразующего материала заданного диаметра, а также частотой и объемом последующих их пополнений.

7.2.5 Первоначальный объем отсыпки или намыва искусственных свободных песчаных пляжей включает в себя:

• количество пляжеобразующего материала, необходимого для образования профиля относительного динамического равновесия;

• величину ежегодных потерь его за счет вдольберегового уноса песка, оттягивания частиц крупностью менее 0,1 мм на глубины, превышающие расчетные, истирания органогенных наносов, если таковые входят в состав пляжеобразующего материала;

• количество наносов, необходимое для образования строительного профиля сооружения, в том числе продольного профиля на его верховом и низовом примыкающих участках пляжа к естественному берегу.

7.2.6 Возможное отступание надводной части искусственного свободного песчаного пляжа за счет вдольберегового уноса пляжеобразующего материала должно определяться с учетом миграционных перемещений наносов.

7.2.7 Определение параметров профиля относительного динамического равновесия искусственного свободного песчаного пляжа и возможного ежегодного отступания его надводной части осуществляется с учетом расчетного уровня воды и параметров волн, имеющих заданную обеспеченность в режиме и системе (см. табл.6.1) и эффективного (средневзвешенного) диаметра пляжеобразующих наносов.

7.2.8 Расчетным горизонтом воды при проектировании искусственных свободных песчаных пляжей является уровень 50% обеспеченности из средних за год, увеличенный на высоту волнового нагона при расчетном волнении.

7.2.9 При назначении класса капитальности искусственных свободных песчаных пляжей следует учитывать размеры ущерба, который может быть причинен защищаемому объекту в результате размыва пляжа. Если размыв пляжа влечет за собой вывод из строя защищаемого объекта, его класс капитальности принимается равным классу капитальности защищаемого объекта.

7.2.10 Определение возможного объема ежегодного вдольберегового уноса пляжевого материала (емкости вдольберегового потока наносов) производится с учетом среднемноголетней продолжительности действия (в сутках) волнения с различной высотой волн и средним периодом по всем волноопасным для данного участка побережья направлениям распространения волн. Определение исходных данных по ветроволновому режиму осуществляется согласно рекомендациям, изложенным в разделах 5.5 и 5.6 главы 5 настоящего Свода правил. Расчет трансформации и рефракции волн выполняется по программе для ЭВМ, приведенной в приложении З.

7.2.11 Основными характеристиками искусственных свободных песчаных пляжей, подлежащими определению в процессе проектирования, являются:

• отметка мористого края бермы пляжа;

• средняя многолетняя и расчетная величины ежегодного отступания надводной части пляжа;

• ширина заложения бермы пляжа;

• поперечный профиль надводной и подводной частей пляжа;

• исходный удельный и суммарный объем пляжеобразующего материала, необходимого для формирования профиля относительного динамического равновесия подводного склона пляжей и поперечного профиля его в целом;

• плановое положение пляжа;

• строительный профиль сооружения;

• объем и места последующих периодических эксплуатационных пополнений пляжа;

• период времени между эксплуатационными подпитками;

• технология производства работ по строительству пляжа и объем технологических потерь пляжеобразующего материала;

• стоимость строительства создаваемого пляжа и текущего его содержания;

• оценка экологического влияния искусственного песчаного пляжа на прилегающую акваторию прибрежной зоны моря.

Для определения проектных характеристик искусственного свободного песчаного пляжа используется комплексная программа для ЭВМ, изложенная в приложении З настоящего Свода правил.

7.2.12 При проектировании искусственных свободных песчаных пляжей превышение мористого края бермы пляжа над средним многолетним уровнем моря , м принимается равным сумме высот волнового нагона , м, высоты наката , м расчетных волн и запаса на незатопляемость бермы высотой 0,1, м (рисунок 7.1.) по формуле:

.                    (7.1)

7.2.13 Ширину заложения бермы пляжа следует вычислять по формуле (см. рисунок 7.1):

,                    (7.3)

где: - число лет эксплуатации пляжа без его пополнения пляжеобразующим материалом;

- скорость отступания надводной части пляжа за счет ежегодного размыва при средних многолетних волновых условиях.

При , равном одному году, т.е. при ежегодном пополнении пляжа карьерным пляжеобразующим материалом, объем этого пополнения будет минимальным. Допускается срок эксплуатации искусственного свободного песчаного пляжа без пополнения увеличивать до 10 лет. Однако при этом первоначальный объем песчаного материала, необходимого для формирования профиля относительного динамического равновесия, увеличивается за счет выхода мористого края сооружения на большие глубины, что приводит к его удорожанию при строительстве.

7.2.14 Для определения изменения конфигурации искусственного свободного песчаного пляжа в плане за заданный период времени его береговая линия разбивается на элементарные участки, азимуты нормали к генеральному их направлению отличаются не более чем на 10°.

7.2.15 Сопряжение в плане береговой линии искусственного свободного песчаного пляжа с естественным берегом при расчетном уровне моря на верховом и низовом участках защищаемого участка морского побережья производится прямыми, перпендикулярными равнодействующим волнений от румбов, расположенных по соответствующую сторону от нормали к мористому краю искусственного пляжа (рисунок 7.2).

7.2.16 Средняя скорость отступания или выдвижения надводной части искусственного пляжа на элементарном его участке за заданный промежуток времени определяется по формуле:

,                  (7.4)

где: - протяженность элементарного участка искусственного свободного песчаного пляжа, м;

- изменение результирующего вдольберегового потока наносов за заданный промежуток времени в выходящем створе элементарного участка пляжа по отношению к соответствующему потоку наносов во входящем створе.

7.2.17 Расчет исходного удельного (на одном погонном метре береговой линии) объема песчаного материала, необходимого для формирования профиля относительного динамического равновесия искусственного пляжа, осуществляется путем наложения этого профиля на профиль естественного берегового склона на защищаемом участке побережья.

7.2.18 Построение профиля относительного динамического равновесия производится следующим образом: на поперечном профиле естественного берегового склона откладывается отметка мористого края бермы искусственного пляжа и от нее горизонтальной линией в сторону моря откладывается ширина ее заложения (см. рисунок 7.1); от мористого края бермы искусственного пляжа уклоном откладывается длина наката расчетной волны на береговой откос до высшей точки волнового нагона, от которой строится профиль относительного динамического равновесия подводного берегового склона искусственного пляжа до глубины . Если глубина моря в конце расчетного профиля превышает глубину , то его мористое окончание соединяется с дном линией с уклоном 1/3 (см. рисунок 7.1).

7.2.19 Удельный объем песчаного материала, необходимый для формирования профиля относительного динамического равновесия, численно равен площади графика, лежащего выше профиля естественного берегового склона. Общий объем отсыпки или намыва пляжеобразующего материала на защищаемом участке побережья определяется как сумма средних удельных объемов между смежными поперечными профилями на длину защищаемого участка берега.

7.2.20 Песок, необходимый для создания и периодического пополнения свободных пляжей, может разрабатываться в материковых или в морских подводных карьерах. Зерновой и минералогический состав песка является одним из основных показателей экономической эффективности создания искусственных свободных песчаных пляжей. Крупность песка свободных пляжей должна быть по возможности большей или равной крупности песка естественных пляжей на укрепляемом участке побережья. Допускается содержание в песке гравийно-галечных фракций.

7.2.21 Искусственное пополнение свободных пляжей песчаным материалом, включая байпассинг, можно осуществлять следующими средствами:

• наземными установками, работающими по принципу обычного землесоса;

• плавучими трюмнорефулерными землесосами или ковшовыми земснарядами;

• наземным транспортом, в т.ч. автосамосвалами, скреперами и др.

7.2.22 Местоположение выпуска напорного трубопровода на защищаемом берегу должно увязываться с размещением питающих отсыпок песка. Искусственные питающие отсыпки размещаются с учетом гидро- и литодинамических условий прибрежной зоны моря и в соответствии с технико-экономической целесообразностью. Наиболее удобным местом размещения питающей отсыпки в большинстве случаев является верхняя часть размываемого берега, считая по направлению господствующего движения насосов. При наличии экономической целесообразности питающие отсыпки допускается размещать в нескольких местах вдоль защищаемого участка берега.

Местоположение питающей отсыпки выпуска пульповода в особо сложной обстановке должно выбираться на основе планов рефракции, построенных для наиболее опасных волн по высоте и направлению.

7.3.1 К галечным (гравийно-галечным) относятся пляжи, содержащие в поверхностном подвижном слое не менее 65-70% невзвешиваемых фракций наносов.

7.3.2 Защита морских побережий искусственными свободными галечными пляжами требуется в тех случаях, когда естественный пляж отсутствует или под воздействием природных или антропогенных факторов размеры естественного пляжа уменьшаются и оказываются недостаточными для гашения штормовых волн /23/.

7.3.3 Защита морских побережий искусственными свободными галечными пляжами целесообразна на прямолинейных участках со слабо выраженным вдольбереговым потоком наносов и в бухтах. Создание таких пляжей на открытых побережьях с четко выраженным вдольбереговым переносом наносов возможно при естественной или искусственной компенсации потерь на вдольбереговой унос пляжевого материала.

7.3.4 В каждом конкретном случае решение о защите берега искусственными свободными галечными пляжами должно приниматься по результатам технико-экономических вариантов. Обязательным условием при этом является наличие близко расположенных карьеров пляжеобразующего материала с большим его запасом и доступной стоимостью.

Защищаемый участок берега должен рассматриваться не изолированно, а во взаимосвязи с соседними участками в пределах единой литодинамической системы. Как правило, искусственные свободные галечные пляжи оказываются предпочтительнее на участках берега большого протяжения.

7.3.5 Искусственное пляжеобразование обеспечивается доставкой на защищаемый участок берега необходимых объемов пляжеобразующего материала, их отсыпкой в зону действия штормовых волн и последующей переработкой волнами и течениями строительного профиля отсыпки в профиль относительного динамического равновесия искусственного пляжа. В процессе переработки пляжеобразующий материал перераспределяется по площади прибойной зоны, окатывается и сортируется по крупности с более плотной укладкой.

7.3.6 Штормовой профиль относительного динамического равновесия искусственного свободного галечного пляжа рассчитывается для пляжеобразующего материала, который способен перемещаться под воздействием расчетного волнения. Максимальная крупность подвижного пляжеобразующего материала , определяется по формуле:

,                            (7.5)

где: и - плотность воды и камня соответственно;

- высота волны 1% обеспеченности по линии последнего обрушения;

- средний период этой волны;

- угол подхода расчетной волны по линии последнего обрушения.

7.3.7 Для расчета штормового профиля относительного динамического равновесия искусственного свободного галечного пляжа необходимо знать следующие исходные данные:

• высоту волны 1% обеспеченности в системе и 4% обеспеченности в режиме (возможная 1 раз в 25 лет) по линии ее последнего обрушения, , м;

• высоту волны 30% обеспеченности в системе и 4% обеспеченности в режиме по линии ее последнего обрушения, , м;

• средний период волн указанных обеспеченностей, , с;

• угол подхода волн по линии последнего обрушения, ;

• отметку уровня моря 50% обеспеченности из средних за год, , м;

• отметку уровня моря 1% обеспеченности из наивысших за год, , м;

• медианный диаметр пляжеобразующего материала, соответствующий 50% обеспеченности по аккумулятивной кривой гранулометрического состава, , м;

  коэффициент Траска, характеризующий степень однородности пляжевого материала, , определяемый по формуле:

  ,                   (7.6)

  
  где: - диаметр наносов 75% обеспеченности;

  - диаметр наносов 25% обеспеченности.

7.3.8 Штормовой профиль относительного динамического равновесия строится по четырем характерным точкам на профиле (рисунок 7.3):

7.3.9 Расчет надводной части штормового профиля производится при отметке уровня моря 1% обеспеченности из наивысших за год, а подводной части - от положения моря 50% обеспеченности из средних за год.

7.3.10 Расчет характерных точек , , и выполняется в прямоугольной системе координат, начало которой помещено в точку пересечения штормового профиля с положением уровня моря 50% обеспеченности из средних за год. Ось Х совмещена с положением уровня моря 50% обеспеченности из средних за год, а ось У направлена вверх (см. рисунок 7.3). На рисунке 7.3 показаны две дополнительные точки:

В - пересечение линии штормового профиля относительного динамического равновесия с линией уровня моря 1% обеспеченности из наивысших за год;

А - верх пляжа с учетом необходимости создания резервной полки на незатопляемость пляжа.

7.3.11 Координаты характерных точек относительно выбранной системы координат (положение линии уровня моря 50% обеспеченности из средних за год) в абсолютных отметках будут следующие: (,), (,), (,), (0,), (,), (,), где:

;                (7.7)

 
   ;                 (7.8)

;                  (7.9)

;                (7.10)

.                (7.11)

7.3.12 Координаты искомых точек для неоднородного пляжевого материала с 1,35 рассчитываются по формулам:

- длина наката волн на надводную часть пляжа, считая от уреза моря при уровне 1% обеспеченности из наивысших за год:

;                 (7.12)

 - высота наката волн:

;                  (7.13)

 - высота запаса пляжа на его незатопляемость:

,                       (7.14)

 - ширина части пляжа при изменении уровня моря от 50% обеспеченности из средних за год до 1% обеспеченности из наивысших за год:

;                     (7.15)

 - ширина резервной полки на незатопляемость пляжа:

;                      (7.16)

 - глубина обрушения волн 30% обеспеченности в системе, считая на уровень моря 50% обеспеченности из средних за год:

;                       (7.17)

 - глубина обрушения волн 1% обеспеченности в системе, считая на уровень 50% обеспеченности из средних за год:

;                       (7.18)

 - горизонтальное расстояние между точками и :

;                      (7.19)

 - длина наката волн в подводной части пляжа, по абсолютной величине равная .

Подставляя значения расчетных и исходных параметров с их знаками получаем координаты характерных точек штормового профиля относительного динамического равновесия искусственного свободного галечного пляжа, которые соединяются прямыми линиями (см. рисунок 7.3). Если точка не совпадает с естественным профилем дна, то линия продлевается до пересечения с последним.

7.3.13 При создании пляжа из однородного по составу пляжеобразующего материала (<1,35) в формулы по расчету длины наката на надводную () и в подводной частях () пляжа необходимо ввести поправочный коэффициент , определяемый по графику (рисунок 7.4).

7.3.14 Для расчета строительного профиля искусственного свободного галечного пляжа необходимо определить площадь , заключенную между расчетным профилем относительного динамического равновесия и естественным профилем берегового склона на защищаемом участке побережья. При этом расчетный штормовой профиль необходимо располагать от проектного его положения (от берегового уступа, набережной и т.д.).

Полученное значение площади отсыпки необходимо увеличить на 20% с целью учета уменьшения объема отсыпаемого карьерного материала при его волновой переработке в профиль пляжа.

7.3.15 Обычно строительный профиль представляет собой наклонную в сторону моря поверхность с отметками у основания равными величине, определяемой по формуле (7.9). Морской край задается произвольно обычно при отметках от +0,5 до +0,7 м.абс. Длина строительного профиля рассчитывается исходя из обеспечения равенства площадей, заключенных между наклонной верхней линией строительного профиля и объемом материала. Морской край строительного профиля представляет собой угол естественного откоса отсыпаемого пляжеобразующего материала.

7.3.16 Рассчитанная величина площади строительного профиля по своей величине будет равна удельному объему отсыпки пляжеобразующего материала, отсыпаемого на один погонный метр берега.

7.3.17 С учетом длины участка и удельного объема материала рассчитывается общий объем материала , который необходимо отсыпать для создания искусственного свободного галечного пляжа, способного гасить энергию волн, возможных 1 раз в 25 лет.

7.3.18 В динамике искусственного свободного пляжа выделяют две фазы: а) фазу формирования поперечного и продольного профиля пляжа, когда отсыпка карьерного материала ведется форсированно, опережая потери; б) фазу эксплуатации, наступающей по достижении пляжем проектных размеров, когда темп отсыпок снижается до уровня, обеспечивающего лишь компенсацию потерь.

7.3.19 Отсыпка искусственного свободного галечного пляжа может проводиться с берега и с моря. При отсыпке с берега может быть использован один из трех способов: сплошной бермой по всей длине защищаемого участка берега; одиночным, периодически пополняемым отвалом; группой рассредоточенных вдоль берега отвалов.

В зависимости от конкретных условий возможно применение комбинированных способов. При отсыпке с моря разгрузка пляжеобразующего материала должна производиться на глубине, меньшей глубины последнего обрушения расчетных волн.

7.3.20 Для формирования галечных пляжей следует использовать карьерные материалы прочностью не менее 3-4 кПа в сухом состоянии и 2,5-3,0 кПа - при водонасыщении.

7.3.21 При создании искусственных свободных галечных пляжей наряду с природными галечно-гравийными смесями могут использоваться и щебеночные смеси из естественных залежей или полученные дроблением горных пород. Щебень, предназначенный для создания галечных пляжей, должен удовлетворять требованиям крупности по гранулометрическому составу, прочности, водостойкости и морозостойкости. Наибольшую крупность фракций следует принимать не более 150 мм.

7.3.22 Крупность щебеночных смесей (горной массы) должна быть равна или больше крупности галечного материала естественных пляжей на защищаемом участке берега. Кроме того, карьерный материал не должен содержать более 5% крупногабаритных камней, неподвижных под действием волн расчетного шторма.

7.3.23 Потери пляжевого материала за счет вдольберегового уноса определяются для бесприточного участка как разность потока наносов на выходном и входном створах. Для расчета величины вдольберегового перемещения наносов под воздействием расчетных параметров волн используется формула:

, м/сут,                         (7.20)

где: - высота волны 1% обеспеченности в системе по линии последнего обрушения, м;

- средний период волн, с;

- медианный диаметр пляжеобразующего материала, м;

- объемный вес наносов;

- объемный вес воды;

- угол подхода волн к линии последнего обрушения;

- время действия данного волнения, сут;

- коэффициент, учитывающий влияние степени окатанности пляжевого материала на интенсивность его перемещения, определяемый по табл.7.2.

Таблица 7.2 - Значения коэффициента окатанности пляжевого материала

Величина вдольберегового потока наносов определяется как алгебраическая сумма объемов перемещения пляжевого материала под воздействием всего спектра волн разной высоты и направлений.

7.3.24 Среднегодовые потери галечного материала на истирание для свободных пляжей следует определять по формуле:

, м/год,               (7.21)

где: - суммарная площадь сечения деятельного слоя пляжа, м, которая оценивается по графику (рисунок 7.5) в зависимости от ширины надводной части пляжа, , при уровне 50% обеспеченности из средних за год;

- протяженность искусственного свободного галечного пляжа, м;

- коэффициент истирания, который определяется по формуле:

,               (7.22)

где: - плотность наносов, кг/м;

- прочность наносов, кг/см;

- средняя крупность наносов, м;

- высота энергетически эквивалентной волны, м, которая определяется по формуле:

,                      (7.23)

где: - средние высоты волн по всем градациям, м;

- продолжительность действия средних в градации высот волн всех волноопасных направлений, сут (год);

- суммарная продолжительность всех волнений по градациям и направлениям распространения волн, сут (год).

7.3.25 Систематические отсыпки пляжевого материала, предназначенные на восполнение потерь на унос и истирание, следует производить с верховой стороны свободного пляжа, считая по ходу господствующего движения наносов на участке берега с экспозицией, обеспечивающей максимальное перемещение наносов.

7.3.26 В первые два года эксплуатации искусственных пляжей, пока происходит скатывание и превращение щебня в гальку, потери на истирание следует увеличить на 15-20%. В этот же период происходит более интенсивный безвозвратный унос мелких фракций.

7.4.1 Применение пляжеудерживающих сооружений обеспечивает стабилизацию и долговечность искусственных или естественных пляжей. Создание искусственного или расширение естественного пляжа в комплексе с пляжеудерживающими сооружениями допускается в том случае, когда крутизна подводного берегового склона, крупность пляжевого материала, экспозиция берега относительно волнений, определяющих господствующее вдольбереговое перемещение наносов, небольшие запасы пляжеобразующего материала в карьерах и его высокая стоимость не позволяют получить искусственный свободный пляж, соответствующий расчетным показателям (см. табл.6.1).

7.4.2 Выбор типа пляжеудерживающих сооружений зависит от типа берега, на котором предполагается создать искусственный пляж, стабилизировать или расширить существующий, от очертания береговой линии в плане, гидро- и литодинамического режима прибрежной зоны моря, геолого-геоморфологических характеристик берегового склона и др. Выбор типа сооружений для защиты искусственных и естественных пляжей на прямолинейных участках берегов в первом варианте допускается выполнять с учетом рекомендаций табл.7.1. Схемы формирования плановых очертаний и сечений искусственных пляжей в комплексе с пляжеудерживающими сооружениями приведены в табл.7.3.

7.4.3 Сооружения, предназначенные для защиты искусственных или расширения естественных пляжей, должны быть запроектированы так, чтобы материал пляжа, равновесное положение которого будет формироваться волнами разных направлений, удерживался с минимальными потерями. Если равновесный откос искусственного пляжа не сопрягается с естественным подводным склоном вследствие большой крутизны последнего, в основании пляжа в целях сокращения потерь пляжевого материала и объема первоначальной отсыпки следует сооружать подводный банкет или подводный волнолом из каменной наброски или другой конструкции (см. табл.7.3).

Таблица 7.3 - Искусственные пляжи, защищенные различными типами берегозащитных сооружений

7.4.4 Проектная ширина надводной части пляжа, создаваемого в комплексе с пляжеудерживающими сооружениями, определяется его функциональным назначением: пляж для защиты берега или для рекреационных целей. В первом приближении ширина пляжа должна быть не менее: при галечных наносах - 3 расчетного шторма и уровне моря согласно табл.6.1; при песчаных наносах - 8 по линии первого обрушения волн расчетного шторма и уровня моря согласно табл.6.1.

На участках берега, где природное поступление наносов не обеспечивает поддержание проектной ширины пляжа, следует принимать меры по искусственному пополнению пляжа пляжеобразующим материалом.

7.4.5 Создание искусственных пляжей или расширение и стабилизация естественных в комплексе с пляжеудерживающими сооружениями должно сопровождаться мероприятиями, предупреждающими возникновение низовых размывов берега. Эффект низового размыва при применении бун в качестве пляжеудерживающих сооружений должен быть предотвращен искусственной отсыпкой пляжеобразующего материала в межбунные отсеки одновременно с их строительством, а при применении подводных волноломов с траверсами - искусственное заполнение заволноломного пространства наносами одновременно с их строительством.

7.4.6 Для проверки правильности компановки искусственных пляжей с пляжеудерживающими сооружениями проводится гидравлическое и математическое моделирование.

7.5.1 Волногасящие бермы из горной массы являются самостоятельным берегозащитным сооружением, предназначенным для защиты от волнового воздействия и надвигов льда как естественных, так и искусственных прибрежных территорий, откосных креплений, волноотбойных стен и других сооружений, расположенных в приурезовой зоне /24/.

7.5.2 Ширина бермы, кроме волногашения, должна удовлетворять размещению наплесковых форм льда, полосы неподвижного льда (припая), величины навала льда при его надвигах в процессе торошения, тем самым защищая от последствий этих явлений береговой уступ и береговые сооружения.

7.5.3 Обязательным условием для применения берм из горной массы в целях берегозащиты является наличие карьера с необходимым объемом и составом горной массы.

7.5.4 Надводная часть бермы представляет собой широкую полку, выполненную за счет наброски горной массы, рассчитанной на уположение ее строительного поперечного профиля волнами в процессе эксплуатации до профиля динамического равновесия, который соответствует расчетному волнению заданной обеспеченности в режиме и системе и расчетному уровню моря. Поэтому такие бермы следует рассматривать как сооружения, изменяющие в пространстве и во времени свои геометрические размеры и очертания и уменьшающие объем в процессе эксплуатации под воздействием волн и течений. Создание такого берегозащитного сооружения повторяет обычные в природе пляжи из отвалов скального обломочного материала.

7.5.5 В процессе формирования профиля волногасящей бермы имеют место потери горной массы, которые связаны с уплотнением тела бермы, вдольбереговым переносом слагающего ее материала и его истиранием. Уплотнение тела бермы происходит за счет вымывания мелких фракций горной массы в пустоты между крупными фракциями и общей осадки насыпного скального грунта. В процессе уплотнения и вдольберегового уноса горной массы происходит образование отмостки из крупных камней на поверхности бермы в полосе наката волн и обратного фильтра под этой отмосткой, что обеспечивает устойчивость сформированного профиля бермы под действием волн и течений.

7.5.6 Геометрические размеры профиля динамического равновесия волногасящей бермы из горной массы (рисунок 7.6) и величина ежегодного отступания ее надводной части устанавливаются исходя из расчетного уровня воды, расчетных параметров волн, имеющих заданную обеспеченность в режиме и системе, и расчетного диаметра камня в горной массе.

7.5.7 Объем горной массы при строительстве волногасящих берм должен включать необходимый запас карьерного материала:

• для формирования профиля относительного динамического равновесия бермы;

• для компенсации отступания надводной части бермы за период расчетного времени за счет вдольберегового уноса мелких фракций горной массы;

• для образования строительного профиля в плане на его верховом и низовом участках;

• для компенсации уплотнения и истирания горной массы.

7.5.8 Объем ежегодного уноса горной массы с поверхности бермы под действием волнений и течений принимается равным алгебраической сумме емкостей вдольбереговых потоков наносов от всех градаций высот волн по всем волноопасным направлениям.

7.5.9 Уплотнение горной массы характеризуется коэффициентом уплотнения , вычисляемого по отношению:

,                        (7.24)

где: - площадь уплотнения в поперечном сечении бермы, равная разности площадей до уплотнения и после уплотнения .

При строительстве волногасящих берм следует предусматривать дополнительный резерв отсыпки горной массы в объеме 15-20% профильного объема материала, перерабатываемого волнением и течениями.

7.5.10 Годовые потери горной массы на истирание определяются по программе приложения З. Рассчитанные величины годовых потерь горной массы на истирание следует увеличить на 15-20% в связи с скалыванием углов камней при окатывании их в валуны.

7.5.11 Материалом для строительства берм является горная масса, представляющая собой смесь из несортированного горного камня, имеющая фракции различной крупности. Горная масса при этом должна удовлетворять следующим техническим требованиям:

• предел прочности камня в водонасыщенном состоянии на сжатие должен быть не менее Па;

• при соблюдении первого условия такие показатели как водопоглощение, марка морозостойкости, коэффициент размягчения не нормируются;

• по степени трещиноватости массива порода должна допускать возможность получения отдельностей с требуемым проектным диаметром 0,5 м не менее 50% по массе и камней - негабаритов - до 5%.

7.5.12 Контроль за крупностью камня выполняется:

• при подсчете запасов камня в перспективном карьере до начала проектирования берегозащиты с использованием волногасящих берм;

• в процессе производства опытных взрывов в карьере при отработке технологии получения заданной проектом расчетной крупности камня до начала массовой разработки и отсыпки его в бермы;

• во время экскавации горной массы.

Контроль при строительстве обеспечивается на специально организованном контрольно-измерительном пункте, а при эксплуатации - путем статистической обработки данных, полученных фотографированием камней по квадратам 11 м.

7.5.13 Контрольно-измерительный пункт должен быть оснащен камнеразделительной установкой, бульдозером и автопогрузчиком. Горная масса, высыпаемая из самосвалов на камнераспределительную установку, просеивается через две решетки и образует три массы, объемы которых определяют ковшом автопогрузчика. В результате получают , , - объемы массы с диаметром соответственно меньше 0,7, 0,7-1,3 и больше 1,3.

При линейной аппроксимации кривой зернового состава в каждой массе оценка диаметра может быть получена по формуле:

,                      (7.25)

где: - масса камня, привезенного машиной; - удельная масса материала.

Доля мелких фракций в горной массе определяется по формуле:

.                      (7.26)

7.5.14 В каждом карьере в процессе экскавации взрыхленной взрывом породы производят случайную проверку ее в потоке машин.

7.5.15 Строительство волногасящих берм из горной массы может быть осуществлено двумя способами:

• отсыпка выполняется одним фракционным составом горной массы, у которой обеспечивается требуемый размер камня и допустимая доля камней-негабаритов и мелких фракций. При размыве этой массы ее мелкие фракции уносятся с бермы вдольбереговым потоком, а оставшиеся более крупные образуют на поверхности бермы отмостку;

• отсыпка выполняется двумя слоями: нижний - цоколь, который отсыпается сравнительно мелким каменным материалом, выше - панцирный слой из более крупной горной массы. При размыве нижнего слоя (цоколя) подмывается и обваливается верхний (панцирный), крупные камни которого создают отмостку, замедляющую или полностью прекращающую размыв горной массы цоколя.

При том и другом способах ниже поверхностного слоя отмостки из крупных камней под действием волнения образуется обратный фильтр из более мелких камней, который обеспечивает устойчивость отмостки.

7.5.16 При подходе волн к линии последнего обрушения под углом более 10° для уменьшения вдольберегового уноса горной массы с волногасящих берм могут устраиваться буны из камней-негабаритов, которые являются конструктивным элементом бермы. Они врезаются в тело бермы в уровень с ее строительным профилем. Расстояние между бунами, их длина и поперечный разрез подлежат определению одновременно с размерами самой бермы. Окончательное решение о необходимости использования бун принимается по результатам технико-экономического сравнения вариантов при наличии или отсутствии буны. Рекомендуется для выбора оптимального варианта провести их гидравлическое моделирование.

7.5.17 Волногасящие бермы из горной массы допускается возводить без каких-либо ограничений в зонах сейсмичности до 9 баллов, если уклон подводного берегового склона в прибрежной зоне водоема не превышает 10° и его основание сложено из связных или скальных грунтов. При более крутых уклонах дна или наличии в основании иловатых либо глинистых грунтов решение о возможности возведения волногасящих берм из горной массы принимается после выполнения расчета этих сооружений на сейсмические воздействия в соответствии с действующими строительными нормами.

7.5.18 Основным способом производства работ по возведению волногасящих берм является способ "с берега". Отсыпка горной массы может осуществляться либо автотранспортом, либо с использованием рабочих поездов из думкарных вагонов по технологическому пути, проложенному вдоль места строительства бермы по специально отсыпанному земляному полотну из горной массы.

7.5.19 Технология строительства волногасящих берм основывается на необходимости выполнения работ на протяжении всего года. В случае производства работ в зимнее время с участка отсыпки бермы снежный покров убирается. С установлением ледостава устраиваются майны, через которые и производится отсыпка каменной массы "с берега". Работы по строительству волногасящих берм в зимнее время приостанавливаются на период обмерзания технологического пути наплесковыми формами льда.

7.5.20 Отсыпка горной массы при строительстве волногасящих берм производится навстречу господствующему направлению движения наносов. Фронт отсыпки вдоль берега постепенно увеличивается до 100 м. По мере отсыпки каменного материала в берму в соответствии с проектом должна сооружаться буна из камней-негабаритов. Она обеспечивает сохранность отсыпаемой в межбунный промежуток горной массы.

7.5.21 После отсыпки волногасящей бермы в пределах первого межбунного отсека может возводиться полотно автострады или другие постройки. Низовой участок берега, находящийся за волногасящей бермой, считая по направлению господствующего потока наносов, если берег сложен размываемыми породами, подлежит обязательной защите от размыва волнами с помощью дополнительной отсыпки каменного материала.

7.5.22 Досыпка волногасящей бермы горной массой выполняется только после того, как строительный профиль бермы достигает профиля относительного динамического равновесия, рассчитанного на заданное число лет эксплуатации. Досыпке горной массы должны предшествовать: геодезическая съемка поперечных профилей бермы, промер глубин для определения интенсивности ее переформирования во времени; расчет объемов возможного вдольберегового потока наносов; составление поперечных профилей бермы с расчетом повторной досыпки через принятое число лет эксплуатации; технико-экономическое обоснование места карьерной разработки и доставки горной массы.

7.5.23 Строительство волногасящих берм из горной массы должно рассматриваться как одно из основных мероприятий по охране природы, направленное на сохранение береговых ландшафтов от разрушения без искажения их бетонными берегозащитными сооружениями. В процессе строительства берм и первых лет их эксплуатации может происходить временное сокращение биомассы на засыпанной камнем площади дна. Однако уже через 2-3 года происходит не только полное восстановление фито- и зообентоса, но и создаются условия для увеличения биопродуктивности прибрежной зоны водоема.

7.5.24 Определение экологической эффективности использования в целях берегозащиты волногасящих берм из горной массы должно базироваться на результатах специальных гидрохимических, ихтеологических и токсилогических исследований воздействия горной породы, полученной при взрыве, на гидробиоту прибрежной зоны водоема.

7.5.25 Технико-экономическая целесообразность применения волногасящих берм из горной массы определяется в каждом конкретном случае путем сравнительного анализа с другими конкурентоспособными вариантами берегозащиты с учетом возможных экологических последствий.

7.6.1 Оградительные береговые дамбы относятся к сооружениям из грунтовых материалов откосного профиля и возводятся для защиты пониженных территорий от затопления при повышении уровня моря (рисунок 7.7). Конструкция оградительной дамбы определяется возможной глубиной размыва перед дамбой, устойчивостью грунтов основания, интенсивностью волнения, высотой и продолжительностью стояния уровней моря на максимальных отметках. Расчетные показатели по классам оградительных дамб устанавливаются по табл.6.1.

7.6.2 Положение оградительной дамбы в плане должно вписываться в существующее очертание береговой линии с учетом ее возможного отступания и не должно нарушать вдольбереговое перемещение наносов. Укрепленный откос оградительной дамбы следует размещать, по возможности, под защитой естественного пляжа, а при его отсутствии - под защитой искусственного пляжа шириной, достаточной для гашения волн расчетного шторма.

7.6.3 Врезка концевых участков дамбы в коренные берега должна назначаться в соответствии с инженерно-геологическими условиями и исключать возможность обхода дамбы морем.

7.6.4 Очертания профиля дамбы проверяются на устойчивость с учетом физико-механических характеристик грунтов, слагающих дамбу, и действующих на нее статических и динамических нагрузок. Коэффициенты запаса устойчивости откосов назначаются в зависимости от класса дамб (см. табл.6.1).

7.6.5 Противофильтрационные и дренажные устройства, а также отсыпку (намыв) и уплотнение грунтов дамбы следует производить в соответствии с требованиями строительных норм и правил по проектированию плотин из грунтовых материалов.

7.6.6 Отметку гребня незатопляемой оградительной дамбы следует устанавливать, исходя из высоты расчетной волны при расчетном уровне моря (см. табл.6.1). Возвышение гребня оградительной дамбы над расчетным уровнем моря следует определять по формуле:

,                         (7.27)

где - запас высоты дамбы, м, который принимается не менее 1 м для II и III классов капитальности и не менее 0,5 м для дамб IV класса.

7.6.7 Ширина гребня дамбы устанавливается в зависимости от условий производства работ и требований эксплуатации (использование гребня для проезда, под набережную и др.), но не менее 3,0 м. Гребень дамбы в целях защиты от размыва волновыми заплесками необходимо укреплять облицовками.

7.6.8 Морские откосы оградительных дамб следует защищать от разрушающего воздействия волнения, льда, течений и атмосферных осадков. Поверхность морского откоса дамбы в пределах всей высоты наката волн укрепляется защитными покрытиями. Наиболее эффективным является откосно-каменное покрытие, которое значительно гасит энергию волн, сокращает высоту наката и предотвращает возможность перелива через гребень дамбы. Для лучшего гашения волн и облегчения конструкций защитных покрытий морскому откосу дамбы рекомендуется придавать ломаные очертания с наиболее пологим наклоном в его нижней части (см. рисунок 7.7).

Основания укрепленных откосов должны быть защищены от подмыва шпунтовыми ограждениями, а в тяжелых условиях работы усилены бермами.

7.6.9 Для предотвращения фильтрационных деформаций тела дамбы покрытие откоса должно укладываться по обратному грунтонепроницаемому фильтру.

7.6.10 Натурные и лабораторные наблюдения за дамбами с уположенным откосом из связных грунтов без крепления, расположенных на осушке, показали их слабую размываемость и минимальные эксплуатационные затраты. Величина размываемости для супесей и суглинков в 2,5-6,5 раз меньше, чем для песка средней крупности, поэтому при расчете величины размыва дамбы из связных грунтов необходимо в исходные данные ввести коэффициент уменьшения размываемости , зависящий от числа пластичности грунта тела дамбы. При числе пластичности , равном 3,0, =2,4, при , равном 12, =6,5.

7.6.11 При проектировании оградительных дамб следует предусматривать мероприятия по отводу воды, попавшей за дамбу.

7.7.1 Откосные береговые укрепления сооружаются для защиты откосов оградительных дамб или береговых уступов от разрушительного действия волнений и штормовых течений. Допускается применять следующие типы откосных креплений:

• непроницаемые бетонные, железобетонные из сборных плит или в виде сплошного покрытия;

• проницаемые бетонные, железобетонные из сборных элементов в виде откосно-ступенчатой конструкции с волновой камерой;

• укладки из фасонных или обыкновенных блоков;

• каменные наброски и отмостки, в том числе из горной массы.

В своем основании откосные укрепления должны иметь упоры или бермы, предохраняющие их от подмыва волнами и течениями. Для этих целей могут быть использованы свайно-шпунтовые конструкции, фасонные блоки и др.

7.7.2 Крутизна откосов всех типов креплений, за исключением наброски из камня и фасонных массивов, не допускается менее 1,5-2,0. В зоне наката волн рекомендуется принимать следующие заложения откосов: гладкие бетонные и железобетонные покрытия, бетонные и железобетонные крепления со ступенчатой поверхностью - 1,5-3,5; наброски из фасонных массивов, крупного камня и горной массы - 1,0-2,0.

7.7.3 Тип крепления должен назначаться с учетом силы удара расчетной волны при ее разрушении на откосе, ледовых нагрузок, истирающего действия наносов, а также характера грунта тела дамбы или берегового уступа.

7.7.4 Верхняя граница откосного крепления принимается в соответствии с рекомендациями п.7.6.6 раздела 7.6. При уклоне поверхности откосного крепления круче чем 1:3, в верхней части его следует устраивать волноотражающий карниз. Все типы откосных креплений сверху должны быть защищены водонепроницаемыми покрытиями, предохраняющими обратный фильтр (подготовку) и грунтовое основание от размыва. При этом должен быть обеспечен беспрепятственный отвод воды с поверхности покрытий.

7.7.5 Монолитные железобетонные откосные крепления выполняются путем бетонирования плит больших размеров (55 м и более), соединяемых между собой рабочей арматурой. Толщина железобетонных плит должна устанавливаться из условий их устойчивости при взвешивающем волновом давлении по формуле:

,                                                       (7.28)

где: - толщина плиты, м; - длина ребра плиты или карниза в направлении, нормальном к урезу воды, м; - коэффициент, принимаемый равным для монолитных плит 1,0, для сборных плит 1,1; - объемный вес плиты, т/м.

Толщину плиты следует принимать не менее 0,25 м. Прочность плит откосного крепления при заданных размерах проверяется для случая волнового давления в момент обрушения волн в центре плиты.

Температурно-осадочные швы монолитно-армированных креплений по длине откоса должны располагаться не реже чем через 20 см.

7.7.6 Откосное крепление, возводимое из сборных бетонных и железобетонных плит, следует омоноличивать в крупные карты размером 55, 1010, 1515 м и т.д. По контуру карт следует предусматривать закрытые температурно-осадочные швы с рубероидными прокладками. Вертикальные температурно-осадочные швы следует размещать вразбежку.

7.7.7 Откосные крепления из монолитных или сборных железобетонных плит должны быть уложены на щебеночном основании или щебеночно-галечном фильтре толщиной слоя не менее 20 см. Обратный фильтр в зависимости от грунтов, слагающих откос, может состоять из одного, двух, но не более трех слоев материала, состав которого подбирается согласно требованиям действующих строительных норм и правил.

7.7.8 Для защиты откосов оградительных дамб и береговых уступов в рекреационных зонах морских побережий можно использовать крепления откосно-ступенчатого типа непроницаемой конструкции и проницаемой сквозной конструкции с волновой камерой (рис.7.8). Эти типы откосных креплений, особенно последний, обладают повышенными волногасящими  свойствами и вместе с тем снижают скорость и соответственно эффект откатывающихся потоков воды, создавая условия для образования перед ним надводной полосы пляжа.

7.7.9 Все виды откосных креплений непроницаемой конструкции с морской стороны должны иметь надежную защиту от подмыва в виде упоров, берм, непроницаемых свайно-шпунтовых ограждений и др. Упоры откосных креплений следует выполнять в монолите или из сборных элементов. Там, где грунтовые условия позволяют, упоры устраиваются со свайно-шпунтовыми основаниями. Глубина погружения свай определяется исходя из глубины вероятного размыва и условий устойчивости конструкции откосного крепления в целом. Анкерные устройства свайно-шпунтовых оснований следует размещать вне призмы обрушения откоса. С тыловой стороны шпунтовых ограждений должна быть отсыпана призма каменного материала в виде грунтонепроницаемого обратного фильтра.

7.7.10 Все виды откосных волногасящих креплений проницаемой сквозной конструкции с волновой камерой с морской стороны должны иметь опоры из отдельных свай или бетонных блоков на расстоянии 2-4 м друг от друга, а со стороны берега - стенку непроницаемой конструкции (из шпунта и др.) или проницаемой (из ряда свай с нанизанными на них внахлест использованными автопокрышками). С тыловой стороны стенки должен быть устроен надежный грунтонепроницаемый обратный фильтр из синтетического материала или отсыпки каменного материала.

Сквозность откосно-ступенчатого крепления допускается принимать равной при непроницаемой стенке - 0,2, при проницаемой стенке - 0,4.

7.7.11 Вес и размеры обычных и фасонных массивов, а также камней в наброске должны устанавливаться в зависимости от интенсивности волновых воздействий. Наружная часть кладки или наброски, подвергающаяся воздействиям разбивающихся на ней волн, должна быть образована из фасонных блоков или крупных каменных глыб, расчетный вес которых удовлетворяет требованиям п.1.17 СНиП 2.06.04-82* /1/. Если на откосное крепление, расположенное в верхней части пляжа, воздействует уже накат разбившихся волн, размеры фасонных массивов или и камней допускается назначать по данным опыта применения набросок в аналогичных условиях или по результатам гидравлического моделирования.

7.7.12 Толщина слоя наброски из фасонных массивов принимается равной их полуторной высоте. Толщина наброски из камня должна быть достаточной для защиты от размыва обратного фильтра и грунтов откоса и должна составлять не менее 3 (диаметр камня, приведенный к шару). Величина определяется по формуле:

,                               (7.29)

где: - вес камня, т; - объемный вес камня, т/м.

7.7.13 Каменную наброску банкетов, работающих в качестве упоров откосных креплений на берегах с песчаными наносами, при условии их заглубления до уровня постоянной влажности допускается укладывать по тюфячной выстелке. Глубина заложения тюфяка должна назначаться с учетом возможной глубины размыва (см. табл.6.1).

7.8.1 Волногасящие прикрытия из фасонных массивов применяются для защиты береговых откосов и сооружений от волнового воздействия. По конструкции прикрытия делятся на два типа:

• прикрытия, уложенные курсами по определенной системе на горизонтальном или слабонаклонном естественном основании, отодвинутые от стены или прислоненные;

• прикрытия, состоящие из каменного ядра и защитного покрытия из фасонных массивов, уложенных по откосу и гребню ядра.

В отдельных случаях прикрытия могут выкладываться из фасонных массивов равномерно без определенной системы.

Укладка фасонных массивов в приурезовой зоне, в отличие от наброски, обеспечивает возможность создания компактного прикрытия с соблюдением заранее заданных размеров, экономию материалов и улучшенный вид.

В аварийных случаях допускается устройство волногасящих прикрытий из фасонных массивов в виде наброски.

7.8.2 Преимуществами волногасящих прикрытий из фасонных массивов являются:

• возможность интенсивного гашения волн на коротком расстоянии;

• малое волноотражение по сравнению с сооружениями, имеющими сплошные непроницаемые грани;

• значительное снижение интенсивности размыва пляжей, расположенных перед прикрытиями;

• относительная легкость ремонта повреждений прикрытия;

• возможность ликвидации усадок путем дополнительной укладки фасонных массивов;

• снижение материалоемкости при достаточно высокой устойчивости сооружения.

Прикрытия из фасонных массивов на участках, сложенных неразмываемыми грунтами и не используемых для курортных целей, по эффективности волногашения эквивалентны пляжам, но в отличие от последних обладают большей устойчивостью и практически не требуют периодических пополнений объемов.

Для волногасящих прикрытий в приурезовой зоне рекомендуется применять четыре типа фасонных массивов: тетраподы, долосы, гексалеги и диподы (рисунки 7.9 и 7.10). Это не исключает и применение других типов фасонных массивов.

7.8.3 Основными факторами, определяющими волногасящий эффект прикрытий из фасонных массивов, являются: тип фасонного массива, крутизна и высота морского откоса и процент пустот в теле прикрытия. Степень гашения энергии волн зависит от характеристик внешнего слоя фасонных массивов прикрытия. Наиболее эффективным является внешний слой, состоящий из двух курсов массивов при 40-50% пустотности. При большей толщине внешнего слоя гашение волновой энергии возрастает слабо.

7.8.4 Использование фасонных массивов из бетона для строительства волногасящих прикрытий допускается в том случае, когда отсутствует необходимое количество дешевого камня требуемого размера и прочности.

7.8.5 Сооружение волногасящих прикрытий из фасонных массивов допускается при любых грунтах естественного основания. На скальном основании или на каменной постели рекомендуется правильная укладка массивов. На размываемых грунтах допускается произвольная укладка без каменных постелей с последующим пополнением массивов по мере осадки сооружения.

7.8.6 Волногасящие прикрытия из фасонных массивов рекомендуется применять вне зон курортного использования и городской застройки при технико-экономической нецелесообразности искусственного пляжеобразования:

• на мысовидных выступах берега;

• на берегах с волноотбойными стенами или открытым береговым уступом, если ширина естественного пляжа недостаточна для обеспечения волногашения;

• на оползневых берегах, где гибкость, обеспечиваемая хорошей взаимосвязью между массивами, гарантирует их долговременную работу при существенных деформациях, возникающих в результате оползневых подвижек;

• при необходимости защиты откоса и оснований дюны от размыва во время нагонных повышений уровня моря;

• в качестве противоаварийного средства для ликвидации размыва берега или временного усиления поврежденных волноотбойных стен.

7.8.7 Волногасящие прикрытия из фасонных массивов относятся к берегозащитным сооружениям IV класса капитальности.

Волногасящие прикрытия под воздействием волнения разрушаются постепенно, поэтому сооружение их с большим запасом устойчивости экономически невыгодно, т.к. в процессе эксплуатации прикрытия легко ремонтируются пополнением фасонных массивов.

7.8.8 Волногасящие прикрытия из фасонных массивов защищают берег только непосредственно по фронту конструкции и не обеспечивают его защиту на верховом и низовом участках. Поэтому в целях предотвращения обхода прикрытия и его постепенного разрушения должно быть предусмотрено усиление его концов путем устройства надежных сопряжений прикрытия с береговым уступом в виде врезок либо путем защиты торцов прикрытия короткими и невысокими траверсами. Одновременно следует предусмотреть меры по ликвидации низового размыва.

7.8.9 При проектировании волногасящих прикрытий из фасонных массивов устанавливаются их характеристики:

• целесообразный тип и необходимая масса фасонного массива в соответствии с крутизной морского откоса прикрытия;

• высота и ширина гребня прикрытия;

• нижняя граница (заглубления) защитного прикрытия;

• необходимая масса камня и толщина слоев грунтонепроницаемого фильтра, обеспечивающего устойчивость каменного ядра или грунтов защищаемого берегового откоса;

• необходимость в каменной постели или в фильтре в зависимости от требований, предъявляемых к основанию прикрытия и его общей устойчивости.

7.8.10 Бетон для изготовления фасонных массивов должен удовлетворять требованиям, предъявляемым к гидротехническим бетонам. Проектная марка бетона фасонных массивов по прочности, водонепроницаемости и морозостойкости должна назначаться в зависимости от района строительства и зоны работы сооружения.

7.8.11 Ядро волногасящего прикрытия из фасонных массивов должно выполняться из несортированного камня твердых пород. Фильтры, сопрягающие фасонные массивы с ядром бермы или грунтами защищаемых откосов, выполняются из несортированного камня, удовлетворяющего требованиям крупности и прочности.

7.8.12. Устойчивость волногасящего прикрытия определяется устойчивостью отдельных фасонных массивов на его морском откосе под воздействием расчетных волн. С увеличением крутизны морского откоса прикрытия количество материала для его возведения уменьшается, но при этом возрастает вес отдельного массива. При назначении крутизны морского откоса должен учитываться тип массива, способ укладки и угол естественного откоса каменного ядра.

7.8.13 Масса отдельного фасонного массива, соответствующая состоянию его предельного равновесия при воздействии расчетных волн, обрушивающихся непосредственно на откос прикрытия, устанавливается по формуле (33) п.1.17 СНиП /1/.

Массу фасонных массивов при приглубых берегах с галечными наносами во всех случаях следует принимать не менее 3 т, на отмелых песчаных берегах - не менее 1 т. При укладке фасонных массивов на откосе их масса может быть несколько меньше по сравнению с массой в наброске.

7.8.14 Для прикрытий, сооружаемых правильной укладкой массивов на горизонтальном или слабо наклонном основании, может быть использован любой тип массива, приведенный на рисунках 7.9 и 7.10, если по условиям изготовления, транспорта и производства строительных работ его применение наиболее целесообразно на данном участке берега. При этом следует учитывать, что постройка волногасящих прикрытий из долосов, диподов и гексалегов требует меньшего объема бетона и обходится дешевле прикрытий из тетраподов.

7.8.15 Волногасящие прикрытия должны проектироваться с незатопляемым гребнем при расчетных уровне моря и высоте волны. Высота прикрытия и, соответственно, незатопляемая отметка гребня его устанавливаются по результатам натурных наблюдений или гидравлического моделирования при различных режимах волнения. Для ориентировочных определений высоты гребня прикрытия допускается принимать, что высота наката волн на откосное защитное прикрытие из фасонных массивов приблизительно вдвое меньше высоты наката на гладкий непроницаемый откос, вычисленный при прочих равных условиях согласно СНиП /1/.

7.8.16 Нижняя граница защитного прикрытия устанавливается с учетом глубины размыва.

7.8.17 Толщина защитного прикрытия , состоящего из двух слоев тетраподов в равномерной укладке без системы, может быть установлена приближенно по формуле:

.           (7.30)

Требуемое количество тетраподов N в двухслойном защитном прикрытии устанавливается по формуле:

,       (7.31)

где: - пустотность прикрытия, %;

- площадь защитного прикрытия, м;

          
        - масса одного массива, т;

        - объемный вес массива, т/м.

7.9.1 Волноотбойные стены сооружаются для защиты от волнения береговых уступов или земляного полотна приморских железных и автомобильных дорог, поэтому часто такие стены называются подпорно-волноотбойными. Волноотбойные стены допускается, по возможности, возводить под защитой пляжа шириной, достаточной для гашения расчетных волн, в комплексе с бунами или волноломами. При проектировании волноотбойных стен, кроме требований данного раздела, следует учитывать рекомендации действующих строительных норм и правил по проектированию подпорных стен.

7.9.2 При назначении планового положения волноотбойных стен должно учитываться не только современное состояние берега, но и ожидаемые его изменения в будущем. Положение волноотбойных стен в плане должно совпадать с линией, за которую дальнейший размыв берега недопустим по условиям эксплуатации защищаемых объектов и сооружений.

7.9.3 При проектировании волноотбойных стен следует учитывать, что вызываемое стенами отражение волн, в особенности на берегах с дефицитом наносов и узкими пляжами, приводит к усилению размыва пляжевой полосы как непосредственно перед стенами, так и на низовом участке берега. Поэтому в проекте должны быть предусмотрены мероприятия по сохранению и расширению пляжа перед стеной с помощью бун или подводных волноломов с траверсами.

7.9.4 Если ширина пляжа перед стеной не обеспечивает волногашение и невозможно обеспечить ее увеличение, необходимо принимать меры по защите стен от подмыва выкладкой прислоненных к стене волногасителей в виде призм из фасонных массивов или камня, возведением берм, шпунтовых ограждений и др.

7.9.5 Отметка верха стены должна соответствовать расчетным значениям уровня моря и элементов волн (см. табл.6.1), а также с учетом высоты надвига льда. Возвышение гребня стены , м, над расчетным уровнем моря рекомендуется принимать по формуле:

,                      (7.32)

где: - запас, принимаемый для сооружений II класса капитальности - 1,5, III класса - 1,0, IV класса - 0,7 м.

В условиях открытых приглубых берегов бесприливных морей величину для всех классов капитальности в первом приближении следует принимать не менее 3,5 м.

7.9.6 Для уменьшения высоты наката штормовых волн и устранения переливов воды через гребень волноотбойной стены ее морской части (лицевой грани) следует придать плавное криволинейное очертание с горизонтальным заложением (рисунок 7.11):

,                  (7.33)

где - высота криволинейной части профиля.

7.9.7 Волноотбойные стены с поперечным сечением, принятым в соответствии с требованиями пп.7.9.5 и 7.9.6, должны быть устойчивыми под воздействием расчетных волновых нагрузок в случае отсутствия пляжа и засыпки за их береговой гранью в процессе строительства.

Эффективность работы волноотбойных стен и волногасящих вспомогательных прикрытий перед стеной в ответственных случаях должна быть проверена на гидравлической модели.

7.9.8 Глубину заложения подошвы фундамента волноотбойных стен следует назначать в зависимости от класса капитальности сооружения в соответствии с указаниями раздела 6.1 и табл.6.1.

7.9.9 Лицевые (морские) грани волноотбойных стен, подвергающиеся волновым ударам, следует защищать облицовкой из высокопрочных материалов с обеспечением стойкости швов. Облицовка стен, сооружаемых на галечных берегах, при ширине пляжа менее расчетной в зависимости от местных условий должна выполняться на высоту не менее 0,5 высоты волны над средним уровнем моря и на глубину 0,2 высоты волны ниже этого уровня моря. Если облицовка передней грани не выполняется, то марка бетона должна быть не ниже 300 и В-6.

7.9.10 Засыпку пазух за волноотбойными стенами следует выполнять по возможности обломочным дренирующим материалом. При этом, непосредственно у задней грани стены должна быть уложена дренирующая призма (обратный фильтр), а в теле стены через каждые 5-10 м должны быть предусмотрены отверстия 1010 см для выпуска грунтовых вод. Особое внимание должно быть обращено на тщательность укладки обратного фильтра у выпускных отверстий во избежание выноса засыпки при волнении.

7.9.11 Для обеспечения возможности свободных осадок и уменьшения опасности образования температурных трещин по длине стены (не реже чем через 10 м) необходимо устраивать температурно-осадочные швы с прокладкой досок для предупреждения выноса застойной засыпки.

7.9.12 При создании набережных на берегах с песчаными наносами в целях устранения или уменьшения волноотражения вместо волноотбойных стен рекомендуется использовать свайные эстакады в комплексе с откосным укреплением или волногасящие прикрытия сквозной конструкции с волновой камерой, совмещенной с набережной (рисунок 7.12).

7.9.13 Применение берм для защиты существующих стен целесообразно на мысовидных выступах береговой линии, в зонах низовых размывов и при экономической нецелесообразности искусственного пляжеобразования.

7.9.14 Бермы делятся на два вида: узкие и широкие (рисунок 7.13). Узкие бермы предназначены для предохранения бетонных поверхностей стен от истирания галечными наносами. Широкие бермы возводятся для уменьшения заплеска волн на откосы, снижения воздействия волн на стены. Бермы заглубляются в грунт основания в соответствии с расчетными показателями (см. табл.6.1.).

7.9.15 Ширина и высота бермы должны исключать возможность наката волн выше отметки гребня стены.

Ширину бермы перед волноотбойной стеной, не защищенной пляжем, в четвертой волновой зоне следует определять, исходя из условия:

м,                   (7.34 )

где - коэффициент, зависящий от наибольшей возможной глубины воды по переднему краю бермы. Он определяется по формуле:

.                 (7.35)

7.9.16 Высота бермы рассчитывается, исходя из условия высоты наката расчетных волн на откосы сложного очертания, и затем уточняется исследованиями на гидравлической модели.

7.10.1 Буна является поперечным пляжеудерживающим сооружением, прерывающим вдольбереговое перемещение наносов и накапливающим его на берегу. Строительство бун предусматривается в том случае, когда создание искусственных свободных пляжей по технико-экономическим условиям нецелесообразно или невозможно. Строительство бун предусматривается в целях:

• удержания наносов из естественного их вдольберегового потока и образования за счет этого пляжа необходимой ширины;

• сохранения или замедления размыва искусственного пляжа, созданного отсыпками или намывами пляжевого материала, доставляемого извне;

• стабилизации ширины пляжа, подверженного периодическим штормовым и сезонным размывам;

• сокращения интенсивности вдольберегового перемещения наносов путем приведения уреза моря к направлению, близкому к нормали относительно лучей расчетных волн.

7.10.2 Применение бун для образования и защиты пляжей должно быть предусмотрено Генсхемой берегозащитных мероприятий, разработанной для литодинамической системы в целом и при надлежащем тщательном технико-экономическом и природоохранном обосновании.

7.10.3 При проектировании бун следует учитывать:

• господствующее направление и годовой объем вдольберегового перемещения наносов;

• значимость и протяженность низового участка размыва берега и общий объем размыва, который может образоваться в результате постройки бун;

• экономические преимущества строительства бун с отсыпками пляжевого материала в межбунных отсеках по сравнению с берегозащитой, основанной на искусственных свободных пляжах и периодическом их пополнении пляжеобразующим материалом, доставленным извне, или по сравнению с подводными волноломами с траверсами;

• необходимость соблюдения соответствия выбранной конструкции бун инженерно-геологическим условиям защищаемого участка берега;

• необходимость соответствия материала и конструкции бун экономическим требованиям.

7.10.4 На участках берега, где естественное поступление наносов недостаточно для образования пляжа требуемой ширины, следует прибегать к искусственному заполнению межбунных отсеков пляжеобразующим материалом для того, чтобы обеспечить пропуск наносов на низовой участок берега, а также отсыпками непосредственно на низовом участке.

7.10.5 Буны подразделяются:

• по конструкции и роду материалов, из которых они возводятся (деревянные и железобетонные из свай и пластин, из фасонных массивов и камня, на колоннах-оболочках, гравитационных бетонных массивов и т.д.);

• по способу пропуска наносов (сквозные, уменьшающие скорость перемещения вдольбереговых наносов, и непроницаемые, пропускающие вдольбереговой поток наносов только через гребень и в обход конструкции);

• по высоте (низкие, высокие и регулируемой высоты, конструкция которых позволяет наращивать либо понижать их гребень).

7.10.6 Ввиду различий в процессах транспорта галечных и песчаных наносов вдоль и поперек берега и, соответственно, в формировании пляжей, а также крутизной подводного склона при проектировании следует рассматривать отдельно: а) буны на берегах с песчаными наносами; б) буны на берегах с песчано-галечными и галечными наносами.

а) Буны на берегах с песчаными наносами

7.10.7 При проектировании искусственного песчаного пляжа или расширении естественного с применением бун необходимо учитывать следующее:

• под воздействием бун будет полностью прервано или временно приостановлено вдольбереговое перемещение песка в полосе, расположенной между верхней границей наката волн и линией, соединяющей головы бун;

• степень воздействия бун на вдольбереговой поток песчаных наносов зависит от высоты, длины, сквозности и количества бун в системе;

• при значительной высоте и длине бун вдольбереговое перемещение песка может оказаться сдвинутым на глубины, мористее головных частей бун;

• транзитный поток наносов после прохождения вдоль линии голов бун достигает низового участка берега только на некотором расстоянии от последней буны, в связи с чем за последней буной всегда возникает низовой размыв;

• система, состоящая из непроницаемых бун, расположенных близко друг от друга (<1, где - расстояние между бунами, - длина бун), способствует отклонению потока наносов от берега и сокращению интенсивности образования пляжа в межбунных отсеках;

• буны следует располагать под прямым углом к линии берега.

7.10.8 На песчаных побережьях для расширения естественного пляжа при наличии насыщенного вдольберегового потока наносов или создания искусственного пляжа при отсутствии естественного потока наносов могут применяться:

• буны из фасонных массивов или наброски камня однородной крупности;

• буны из наброски с ядром и защитным покрытием (ядро буны может выполняться из камня разнородной крупности);

• гравитационные непроницаемые буны из сборных бетонных массивов.

Применение той или иной конструкции бун определяется надлежащим технико-экономическим обоснованием, которое включает в себя:

• анализ гидро- и литодинамического режима прибрежной зоны моря в пределах защищаемого участка побережья и соседних с ним;

• анализ геоморфологических характеристик надводной и подводной частей берегового склона, в том числе мощности и протяженности песчаных отложений;

• гидравлическое и математическое моделирование для определения оптимального варианта конструкции бун, их геометрических размеров, количества и расположения в плане на защищаемом участке побережья.

7.10.9 Длину , буны и ее продольный профиль, а также расстояние S, между ними следует назначать с учетом:

• планов рефракции, построенных для расчетных волн;

• господствующего направления и объемов перемещения песчаных наносов;

• положения линии обрушения расчетных волн;

• средней ширины пляжа в межбунных отсеках, необходимой для защиты от волн прилегающей территории и обеспечения курортных потребностей;

• естественного профиля пляжа, существовавшего до размыва в районе предполагаемого строительства бун;

• гранулометрического состава пляжеобразующего материала;

• профиля проектируемого пляжа с верховой стороны буны.

7.10.10 При проектировании бун следует исходить из следующих условий (рисунок 7.14):

• накопление наносов с верховой стороны буны приводит к отклонению линии уреза от естественного направления к устойчивому ее положению нормально к направлению луча господствующего румба расчетной волны;

• перераспределение площади естественного пляжа в межбунных отсеках таково, что величины площадей а и б равны между собой;

• положение уреза проектируемого пляжа принимается параллельным естественному урезу, изменившему свое направление под воздействием бун.

7.10.11 Основные размеры искусственных песчаных пляжей, создаваемых под защитой бун, назначаются согласно рекомендациям раздела 7.2. При этом профиль буны должен соответствовать профилю поверхности искусственного пляжа. В связи с этим по длине буны различают три части: береговую (корневую), переходную и головную (морскую) (рисунок 7.15).

7.10.12 Расстояние между бунами принимается равным не менее одной длины буны.

В целях улучшения пропуска наносов на низовой участок берега длины бун на концевом участке системы необходимо плавно уменьшать в направлении господствующего перемещения потока наносов. Угол отклонения головных частей бун в сторону берега принимается в пределах 6-10° (рисунок 7.16). При этом длина последней буны на переходном участке должна быть не менее половины расчетной длины буны.

7.10.13 Строительство бун должно осуществляться с минимальным ущербом для низовых участков берега. В связи с этим искусственное заполнение межбунных отсеков пляжеобразующим материалом необходимо выполнять одновременно со строительством бун.

Строительство системы из нескольких бун следует начинать с низового участка навстречу господствующему потоку наносов. Строительство последующих бун может быть начато только после заполнения наносами пространства между построенными бунами.

7.10.14 Каменно-набросные буны следует рассматривать как деформируемые сооружения, требующие периодического эксплуатационного ремонта. Для защитных покрытий ядра буны используется штучный постелистый камень, бетонные блоки фасонной или кубической формы и другие элементы. Защитное покрытие должно иметь толщину не менее чем в 1,5-3 элемента (камня, блока и т.д.). Вес защитных элементов определяется в соответствии с п.1.17 СНиП /1/. Откосы бун из каменной наброски устраиваются с уклоном не круче 1:3. Ширину гребня каменно-набросной буны следует принимать не менее 3 м. Головные части каменно-набросных бун доводятся до изобаты 1-1,5 м, считая от отметки уровня моря 50% обеспеченности из наинизших за год.

7.10.15 Гравитационные непроницаемые буны из сборных бетонных массивов в условиях песчаных пляжей следует применять только после обоснования специальными исследованиями на гидравлических и математических моделях. Ширина гребня гравитационных бун устанавливается, исходя из условий устойчивости бун при различных волнениях (см. табл.6.1). Головным частям гравитационных бун следует придавать скошенное очертание с уклоном в сторону моря 1:1,4 и положе.

б) Буны на берегах с галечными и песчано-галечными наносами

7.10.16 Для защиты искусственных, формирования, расширения и стабилизации естественных галечных пляжей применяются, как правило, непроницаемые буны. При этом вдольбереговое перемещение галечных наносов после заполнения всей емкости межбунных отсеков проходит через гребень буны и в обход их головных частей.

7.10.17 Буны располагаются под прямым углом к общему направлению линии берега. Наносоудерживающую способность бун определяют следующие факторы:

• экспозиция береговой линии на участке расположения бун относительно господствующего направления перемещения наносов;

• господствующее направление и годовой объем перемещения наносов;

• очертания береговой линии и крутизна надводной и подводной частей берегового склона;

• гранулометрический состав и средняя крупность галечных наносов, а также размываемость пород в основании пляжа;

• уровенный и ветроволновой режимы, условия трансформации и рефракции волн;

• длина, высота и профиль бун, а также расстояние между ними.

7.10.18 Размеры и уклоны галечных пляжей, проектируемых под защитой бун, должны соответствовать естественным пляжам, существовавшим на данном участке берега до начала размыва. При отсутствии данных о естественных пляжах проектируемые размеры пляжа допускается принимать согласно рекомендациям раздела 7.3 данной главы с учетом сокращения вдольберегового уноса пляжеобразующего материала за счет наличия бун.

7.10.19 Угол между линией проектного уреза моря в межбунном отсеке и общим направлением естественной береговой линии принимается равным наибольшему углу подхода фронта расчетной волны к береговой линии (рисунок 7.17). Величина определяется непосредственными гидрологическими наблюдениями или построением планов рефракции расчетных волн. Для открытых приглубых берегов, где высота волны в прибойной зоне достигает 3-4 м, значения в первом приближении допускается принимать равным, соответственно, 15-12°.

7.10.20 При назначении длины и продольного профиля бун, а также расстояния между ними следует учитывать:

• господствующее направление и годовой объем транспорта наносов;

• положение линии последнего обрушения расчетных волн;

• среднюю ширину пляжа в межбунном отсеке, необходимую для обеспечения защиты прилегающей территории и курортных потребностей;

• профиль проектируемого пляжа с ветровой стороны буны.

7.10.21 На профиле буны различают три части: береговую (корневую), переходную и морскую (головную) (рисунок 7.18).

7.10.22 Переходная часть, сопрягающая береговую и головную части буны, выполняется с наклонным или ступенчатым гребнем. Перелом профиля по гребню буны в надводной части совмещается с переходом фронтального участка пляжа в берменный, а в морской части проектируется на расстоянии 5-10 м от линии проектного уреза моря (см. рисунок 7.18).

7.10.23 Головная (морская) часть буны, как правило, выполняется с горизонтальным гребнем, расположенным на 0,3-0,5 м выше среднемноголетнего уровня моря с учетом ветроволнового нагона. Головным окончаниям бун необходимо придавать скошенное очертание с уклоном в сторону моря 1:1,4 и положе (см. рисунок 7.18).

7.10.24 Длина буны (см. рисунки 7.17 и 7.18) определяется из условия:

,                         (7.36)

где: - наименьшая проектная ширина надводной части пляжа между бунами, м, при среднем многолетнем уровне моря, принимаемая не менее 3;

- наибольший угол между направлением фронта расчетной волны и линией берега (см. п.7.10.19);

- длина морского отрезка буны, м, считая от расчетного уровня моря;

          
        - расстояние между бунами, м.

7.10.25. При отсутствии вдольберегового потока наносов и искусственном пляжеобразовании головная часть буны располагается мористее глубины последнего обрушения , расчетных волн, имеющих обеспеченность 30% в системе, на расстоянии не менее 5,0 м (см. рисунок 7.18а).

При наличии вдольберегового потока наносов и необходимости пропуска наносов на низовой участок берега длина морской части буны принимается без запаса, т.е. при этом голову буны допускается располагать на глубине последнего обрушения расчетных волн .

7.10.26. На особенно приглубых участках берега с уклоном  дна на расстоянии около 40 м от уреза равным 0,15-0,25, а также при образовании искусственных территорий путем выдвижения в море, для создания пляжа в межбунных отсеках требуется устройство под ним искусственного дна в виде подводного банкета (см. рисунок 7.18б). При этом длину морской части буны следует определять в первом приближении по табл.7.4.

Таблица 7.4 -  Величины относительной длины морской части буны

7.10.27 Конструктивная длина буны назначается с учетом длины ее заделки в берег, предусматриваемой с целью устранения возможности обхода корневой части буны наносами при накате волн. При наличии волноотбойных стен корневые части бун должны примыкать к ним без зазоров.

7.10.28 Проектирование плана пляжа в межбунном отсеке и назначение длины буны начинается с установления средней ширины надводной и подводной частей пляжа. После этого определяется положение проектного уреза моря с наветренной стороны буны. Направление проектного уреза в межбунном отсеке принимается в соответствии с п.7.10.19.

Расстояние между бунами устанавливается, исходя из условия обеспечения на низовой стороне буны ширины пляжа , составляющей не менее . При этом значение должно удовлетворять соотношению =1,0-1,4.

7.10.29 При проектировании бун необходимо использовать опыт строительства и эксплуатации бун, находящихся в аналогичных природных условиях. В особо сложной природной обстановке запроектированную систему бун следует проверять на гидравлических моделях.

7.10.30 Конструкции бун на берегах с галечными и песчано-галечными наносами следует назначать с учетом геологического строения подводного склона и характера застройки прибрежной полосы.

Рекомендуется применение бун следующих конструкций:

• в условиях побережий с галечно-гравийными наносами - буны из призматических бетонных блоков, закрепленных колоннами-оболочками (рисунок 7.19,а);

• в условиях побережий с гравийно-песчаными наносами - буны тонкостенные железобетонные с промежуточными опорами, закрепленными колоннами-оболочками (рисунок 7.19,б, в);

• буны гравитационного типа (рисунки 7.20 и 7.21).

7.10.31 Глубина погружения колонн-оболочек, работающих на горизонтальные волновые нагрузки, определяется с учетом грунтов, проходимых колоннами-оболочками. Конструктивные элементы таких бун закладываются на спланированное естественное основание ниже возможной глубины размыва. Диаметр колонн-оболочек допускается принимать от 0,9 до 1,6 м. Вибропогружение колонн-оболочек должно сопровождаться извлечением грунта из стволов колонн-оболочек эрлифтами или грейферами.

7.10.32 Буна тонкостенной конструкции может быть заменена буной из "каплевидных" массивов (рис.7.19, в). Такие буны могут быть построены и на скальных грунтах, в которых должны быть забурены колонны-оболочки или сваи.

7.10.33 Применение бун гравитационного типа следует ограничивать участками берега, сложенными скальными коренными породами, скоплением неразмываемого валунного материала или слаборазмываемыми грунтами, затрудняющими погружение свай. Гравитационные буны следует возводить из крупных бетонных массивов сопрягающимися фасонными соединениями в один или два курса (см. рисунки 7.20 и 7.21). Ширина швов между массивами должна быть не более 5 см. Боковые грани бун в целях повышения их устойчивости при волновых нагрузках должны выполняться с наклоном 7-20° относительно вертикали.

Головным массивам гравитационных бун следует придавать скошенное очертание по передней грани головного массива с уклоном в сторону моря 1:1,5 и положе.

7.10.34 Основания гравитационных бун на слабых скальных и полускальных породах следует заглублять ниже выветрелого слоя до уровня ненарушенной породы. Под основанием бун следует создавать выравнивающую каменную постель, защищенную покрытием из берменных плит.

7.10.35 Гравитационные буны на размываемых грунтах следует сооружать с искусственной каменной постелью, защищенной покрытиями (берменными плитами и др.) (рисунок 7.22), и на подставках (рисунок 7.23).

7.10.36 Толщину каменной постели в первом приближении следует принимать: от головы буны до линии уреза при отметке уровня моря 1% обеспеченности из наивысших за год - не менее 0,3, у верхней границы наката волн - не менее 0,6 м. Корневые части бун при соответствующем обосновании допускается возводить без каменной постели.

7.10.37 Применение искусственного галечного пляжа под защитой бун должно быть обосновано его экономическим преимуществом по сравнению с искусственными свободными пляжами. При этом должны быть оценены и учтены:

• запасы материала в карьерах, из которого может быть создан искусственный пляж, и их достаточность для организации непрерывного искусственного питания вновь созданного пляжа в течение длительного времени (не менее срока службы бун);

• соответствие качества карьерного материала по прочности, гранулометрическому составу и чистоте предъявляемым к пляжам экологическим, санитарным, рекреационным и технико-экономическим требованиям;

• уменьшение величины потерь пляжевого материала и соответственно величины искусственного питания, которую обеспечивает применение бун в сравнении с потерями и необходимым питанием для пляжа без бун.

Систему бун следует считать экономически оправданной, если ее стоимость (с учетом стоимости сокращения питания) меньше стоимости искусственного свободного галечного пляжа, особенно в условиях дефицита карьерного пляжеобразующего материала.

7.11.1 Подводные волноломы предусматриваются для удержания наносов, поступающих из вдольберегового потока, и образования за счет этого пляжа, и удержания искусственного пляжа, созданного отсыпками или намывами пляжеобразующего материала, доставленного извне.

Подводным волноломам следует отдавать предпочтение на берегах с оползневыми склонами, на приглубых участках берега с искусственным песчано-галечным пляжем, в котором преобладают песчаные фракции.

При проектировании волноломов следует учитывать те же факторы, что и при проектировании бун. Кроме того, необходимо учитывать, что присутствие волноломов в береговой акватории ухудшает в ней водообмен, поэтому на побережьях курортно-рекреационного назначения должны быть предусмотрены меры по усилению водообмена в заволноломных акваториях. К таким мерам относятся: использование волноломов распластанного профиля с глубоким затоплением гребня, принудительный водообмен с помощью насосных станций и др.

7.11.2 Подводные волноломы подразделяются:

• по конструкции - на гравитационные (из бетонных массивов) и свайные в сочетании с наброской фасонных массивов;

• по высоте гребня относительно горизонта моря - на затопленные; с гребнем, расположенным на уровне моря 50% обеспеченности из средних за год;

• по ширине и форме поперечного сечения - узкие с малым заглублением гребня (до 0,75 м) и широкие с распластанным поперечным сечением и заглублением гребня до 2 м.

7.11.3 Трасса подводных волноломов в плане не должна иметь резких переломов и входящих углов.

Пространство между подводными волноломами и берегом следует разделять траверсами в целях устранения размывов пляжа вдольбереговыми течениями и равномерного распределения пляжевого материала вдоль берега. Для устранения разрывных течений волноломы с траверсами в плане должны образовывать замкнутые акватории.

На участках берега с обильными естественными потоками наносов могут применяться волноломы с одним траверсом. В этом случае план волноломного сооружения должен иметь Г-образную форму, направленную навстречу потоку наносов (рисунок 7.24).

7.11.4 Траверсы сооружаются по возможности перпендикулярно к линии волнолома и общему направлению береговой линии. Отметки гребня траверсов назначаются с учетом состава наносов, мощности их вдольберегового потока или условий искусственного их пополнения. Траверсы следует примыкать к береговым укреплениям и волноломам без зазоров. Возвышение гребня траверсов над расчетным уровнем моря в их головной части принимается равным 0,5 м при песчаных наносах и 0,3 м - при галечных наносах.

При наличии потока наносов корневые части траверсов не должны превышать поверхность проектируемого пляжа с наветренной стороны траверса.

При отсутствии естественного потока наносов возвышение гребня корневой части промежуточных траверсов на галечных пляжах принимается на уровне проектного пляжа с их верховой стороны. Возвышение гребня крайнего низового траверса принимается равным 2-3 м над средним многолетним уровнем моря. На песчаных пляжах возвышение гребня корневой части траверса принимается равным 0,5 м над поверхностью проектируемого пляжа с наветренной стороны траверса.

7.11.5 На оползневых берегах подводные волноломы должны быть расположены мористее глубин выхода валов выдавливания оползней.

7.11.6 Размеры акваторий, замкнутых волноломами и траверсами, должны удовлетворять соотношению =1,5-2,0.

7.11.7 Строительство секций подводного волнолома с траверсами следует начинать с низового участка, продвигаясь навстречу потоку наносов по мере заполнения секций, законченных строительством. В целях устранения низовых размывов заполнение заволноломного пространства наносами следует производить одновременно со строительством волноломов и траверсов.

7.11.8 На берегах с песчаными наносами предпочтение должно отдаваться волноломам свайных конструкций в сочетании с наброской из камня или фасонных массивов с морской стороны свайного ограждения, а также волнолома из фасонных массивов.

Применение гравитационных волноломов из бетонных массивов допускается только в том случае, если грунтовые условия не позволяют производить забивку свай.

Волноломы из крупного камня или фасонных массивов, предназначенные для удержания песчаных пляжей, следует выполнять с ядром из камня разнородной крупности или с экраном.

7.11.9 Поперечному сечению подводных волноломов рекомендуется придавать откосную форму с крутизной грани, обращенной к морю, порядка 1:2.

7.11.10 Вес фасонных массивов и камней, образующих защитные покрытия, следует определять согласно положениям п.1.17 СНиП /1/.

7.11.11 Для предотвращения погружения камня в песок под основанием волнолома из каменной наброски следует устраивать обратный фильтр из щебня общей толщиной не менее 0,5 м.

7.11.12 Устойчивость волноломов камненабросной конструкции может быть повышена путем их пригрузки бетонными массивами или плитами, уложенными по гребню волнолома.

7.11.13 Размеры и вес массивов гравитационного волнолома должны устанавливаться из условий прочности, устойчивости, транспортировки и производства работ.

7.11.14 Волнолом из сборных массивов следует возводить с перевязкой швов. Зазоры по швам между сборными массивами волнолома не должны быть более 5 см. Сопряжение массивов по вертикальным швам в целях ослабления токов воды рекомендуется выполнять по типу шпунта или с вертикальными вкладышами.

7.11.15 Для обеспечения устойчивости гравитационных волноломов, сооружаемых на размываемом основании, необходимо предусматривать под ними искусственные каменные постели с защитным слоем из камня или берменных плит (рисунок 7.25). Крупность камня и геометрические размеры постели должны обеспечивать ее фильтрационную устойчивость при возникновении в ней гидродинамических напоров.

7.11.16 Минимальную толщину каменной постели, включая щебеночную подготовку, под волнолом допускается принимать в зависимости от высоты расчетной волны в месте установки волнолома по табл.7.5. При этом необходимо учесть, что при галечном основании щебеночная подготовка не устраивается, а расстояние от отметки заложения каменной постели до подошвы массива волнолома должно быть не менее 1,0 м.

Таблица 7.5 - Толщина каменной постели

7.11.17 На берегах с песчаными пляжами расстояние от волнолома до проектной линии уреза должно быть не менее 100 м, а глубина воды у волнолома - не менее 3 м при отметке уровня моря 50% обеспеченности из средних за год.

7.11.18 При систематическом пополнении пляжа наносами среднюю ширину надводной части пляжа в заволноломном пространстве допускается принимать равной 1/3 расстояния между волноломом и берегом.

7.11.19 Линию уреза в замкнутом заволноломном пространстве приближенно допускается принимать параллельной фронту расчетной волны. При Г-образной форме волнолома в плане угол между направлением уреза моря и береговой линией допускается принимать равным половине угла подхода расчетных волн к берегу, при этом ширина пляжа с наветренной стороны траверса принимается равной 2/3 расстояния волнолома от берега (см. рисунок 7.24).

7.11.20 При соответствующем обосновании на берегах с галечными и песчано-галечными наносами допускается применение волноломов из шатровых блоков шести типоразмеров: высотой от 3 до 5,5 м, шириной 6,5; 9,0; 11,0 м, длиной по фасаду 8,5; 6,0 и 4,0 м и массой от 93 до 100 т (рисунок 7.26). Полости таких блоков заполняются камнем.

7.11.21 На отмелых песчаных берегах рекомендуются к применению волноломы распластанного профиля, отсыпаемые из бутового камня, поперечное сечение которых представляет собой призму с шириной верхней грани 10-15 м и с боковыми гранями уклоном 1:2 (рисунок 7.27). Для защиты такой призмы от разрушения штормовыми волнами на ее поверхность укладываются железобетонные берменные плиты или сетка из арматурной стали. В целях экономии таких прикрытий предлагается защитный ковер из старых автопокрышек для защиты волнолома (рисунок 7.28).

7.12.1 В данном разделе приводится краткая характеристика новых конструкций морских берегозащитных сооружений, разработанных в Черноморском отделении ЦНИИС (в настоящее время Научно-исследовательский центр "Морские берега" ОАО "ЦНИИС"), имеющих более высокие технико-экономические показатели по сравнению с применяемыми в настоящее время в берегозащитном строительстве. Многие из разработанных конструкций прошли стадию опытного строительства, а на некоторые из них получены авторские свидетельства и патенты на изобретение. Предлагаемые новые конструкции имеют статус рекомендательных.

7.12.2 Стены сквозной конструкции с камерой гашения волн

На отмелых песчаных берегах рекомендуется применять различные варианты волногасящих стен сквозной конструкции с волногасящей камерой: а) сборной конструкции на скальном основании; б) свайной конструкции на размываемом основании; в) сборной железобетонной конструкции ромбовидной формы в плане (рисунок 7.29).

7.12.3 Откосные береговые укрепления

Предлагаемые варианты откосных береговых укреплений наиболее эффективны на берегах с песчаными наносами. На рис.7.30 приводится для сравнения традиционная откосно-ступенчатая непроницаемая конструкция укрепления (см. рисунок 7.30, а) и проницаемая конструкция с камерой волногашения (см. рисунок 7.30, б и в). Проницаемые конструкции откосного берегового укрепления увеличивают гашение волновой энергии и тем самым способствуют сохранению пляжа перед ними. Конструкции проницаемого типа равнозначны по степени волногашения и пляженакопления. Они различаются по конструкции устройства опор на размываемом основании (см. рисунок 7.30, б) и на скальном основании (см. рисунок 7.30, в), с применением старых автопокрышек и без них.

7.12.4 Бермы

Предлагаемые варианты конструкций берм основаны на применении старых автопокрышек (рисунок 7.31). Сооружение бермы свайной конструкции осуществляется на месте защиты основания берегового уступа, откосов дюн или волноотбойной стены (см. рисунок 7.31, а). Вариант конструкции бермы на рисунке 7.31, б и в является сборным, так как блоки или секции таких конструкций могут быть заранее изготовлены на стройдворе, в готовом виде привезены на берег моря и быстро смонтированы в берменные сооружения.

7.12.5 Буны

Буна, монтируемая из наклонных плит с консолями и проемами (рисунок 7.32, а) сооружается пионерным способом с берега.

7.12.6 Подводные волноломы

Рекомендуется два варианта конструкций подводных волноломов: а) волнолом, монтируемый из волноломных массивов пяти типоразмеров, в которых устраиваются по высоте сквозные ниши-проемы; при сопряжении смежных массивов образуются "колодцы", которые заполняются бутовым камнем (рисунок 7.34); б) волнолом, монтируемый из волногасяших блоков проницаемой конструкции высотой 4,2 м с использованием старых автопокрышек (рисунок 7.35). Предлагаемые конструкции позволяют повысить биопозитивные качества сооружения, сокращают расход бетона, улучшают водообмен в заволноломном пространстве, сокращают сроки и себестоимость строительства.

8.1.1 Искусственные мысы предназначаются как для восстановления, расширения и стабилизации естественных пляжей при наличии насыщенного вдольберегового потока наносов, так и при создании искусственных пляжей между мысами за счет пляжеобразующего материала, доставляемого на защищаемый участок побережья извне. Наиболее эффективно их применение на прямолинейных участках морских побережий с песчаными наносами. Поверхность искусственных мысов является также дополнительной площадью для целей рекреации, что является важным преимуществом в связи с постоянным сокращением свободных площадей в курортных зонах и ростом стоимости земли в их пределах.

8.1.2 Рекомендуемый вариант искусственных мысов имеет в плане форму трапеции (рисунок 8.1). Тыльной (береговой) гранью длиной 125-135 м они примыкают к береговому уступу или имеющемуся продольному берегоукрепительному сооружению. Морская (передняя) грань длиной 45-50 м удалена от берегового уступа или берегоукрепительного сооружения на 40-45 м. Боковые грани мыса имеют длину 55-60 м и примыкают к береговой грани под углом 45° (см. рисунок 8.1).

8.1.3 Ядро мыса отсыпается из любых местных инертных материалов с обязательным устройством за тыльной гранью окаймляющей мыс проницаемой конструкции дренажной отсыпки из бутового камня и щебня (рисунок 8.2). Поверхность мыса (площадью более 4 тыс. м) отсыпается из песка. Отметка поверхности мыса определяется как сумма величины ветроволнового нагона и высоты наката расчетных волн (1% обеспеченности в системе и 4% в режиме, т.е. возможных 1 раз в 25 лет) над отметкой уровня моря 50% обеспеченности из средних за год. Обязательным условием при выборе отметки поверхности искусственного мыса является ее незатопляемость расчетными волнами.

8.1.4 Боковые и передняя грани мысов окаймляются сборной проницаемой откосно-ступенчатой конструкцией, которая способствует более интенсивному волногашению и сохранению пляжей (см. рисунок 8.2).

8.1.5 Расстояние между осями мысов в первом приближении составляет 200-215 м, т.е. на 1 пог. км берега устраивается до 5 искусственных мысов.

8.1.6 Между мысами при отсутствии естественного вдольберегового потока наносов или малой его мощности для формирования пляжа требуемой ширины отсыпается искусственный песчаный или песчано-гравийный пляж, по фракционному составу соответствующий естественному песчаному материалу на защищаемом участке побережья или крупнее. Пляжеобразующий материал отсыпается с учетом емкости вдольбереговых потоков наносов при расчетном волнении, и объем его должен быть достаточным для формирования пляжа шириной не менее 30-35 м.

Искусственное пополнение пляжей между мысами (периодичность и объемы) рассчитываются по мощности вдольбереговых потоков наносов. При этом используются данные совмещенных промеров в пределах защищаемого участка побережья с помощью системы искусственных мысов и пляжей между ними, которые позволяют определить объемы и места размыва надводной и подводной частей пляжа.

8.1.7 Выбор оптимальных геометрических размеров искусственных мысов и пляжей между ними, размещение их и количество на защищаемом участке побережья определяется в каждом конкретном случае гидро- и литодинамическим режимом, геолого-геоморфологическими характеристиками прибрежной зоны моря защищаемого участка побережья. При этом рекомендуется проведение гидравлического моделирования.

8.2.1 Восстановление размытых песчаных пляжей, а также их стабилизация на участках размыва требует отсыпки больших объемов песчаного материала, что обусловливает высокую стоимость берегозащиты и порождает сложные проблемы экологического плана, поскольку при выполнении таких работ засыпаются песком значительные площади прибрежного дна. Это может вызвать временные нарушения природного равновесия и негативные последствия для рыбного хозяйства.

Высокая подвижность песка в штормовой период приводит также к значительным эксплуатационным затратам после завершения строительства.

8.2.2 В ряде случаев оказывается целесообразным использование в качестве пляжеобразующего материала для восстановления песчаных пляжей галечно-гравийной смеси, что позволяет в несколько раз сократить объем отсыпаемого материала и стоимость берегозащитных мероприятий при сохранении равной волногасящей способности пляжа.

Вследствие большей устойчивости гравийно-галечного пляжа существенно сокращаются затраты на поддержание его в стабильном состоянии.

8.2.3 Расчет профиля искусственного гравийно-галечного пляжа, его размеров, объемов первоначальной отсыпки, потерь и периодичность и объемы эксплуатационных пополнений выполняется согласно положениям раздела 7.3 настоящего Свода правил.

8.3.1 Создание островных берегозащитно-рекреационных комплексов в мелководной прибрежной зоне моря на искусственных основаниях обеспечивает сохранение уникальных береговых ландшафтов и ценных земельных ресурсов, а также существующих или вновь создаваемых пляжей. Кроме того, строительство таких сооружений способствует созданию дополнительных дефицитных территорий в курортных зонах, обеспечивает пространственное рассредоточение отдыхающих, что снижает рекреационную нагрузку на пляжевую полосу и улучшает санитарно-гигиенические условия в прибрежной акватории моря.

8.3.2 Можно выделить 4 основные группы островных берегозащитно-рекреационных комплексов по их функциональному назначению:

• 1 - лечебно-оздоровительные комплексы, которые включают в себя гостиницы, пансионаты, туристические базы, профилированные стационарные лечебные сооружения и др.;

• 2 - пляжные комплексы, которые могут включать в себя, помимо искусственно созданных пляжей, климатические павильоны, солярии, аэрарии, бассейны и другие вспомогательные сооружения;

• 3 - комплексы развлечений, включающие подводные и надводные рестораны, дансинги, сооружения и устройства для театрализованных представлений, водные аттракционы и др.;

• 4 - спортивные комплексы с искусственным ледовым катком, спортивными залами, сооружения для занятий водомоторным, парусным, воднолыжным и гребным спортом, плавательными бассейнами, подводным туризмом и др.

8.3.3 В зависимости от вместимости берегозащитно-рекреационных комплексов рекомендуются следующие их типы:

I - вместимостью до 10 тысяч одновременно отдыхающих, эквивалентный по протяженности 2 км пляжевой полосы площадью 5 га (из расчета 5 м/чел. по существующим нормам):

II - вместимостью до 5 тысяч одновременно отдыхающих, эквивалентный 1 км пляжевой полосы площадью 2,5 га;

III - вместимостью до 3 тысяч одновременно отдыхающих, эквивалентный 0,6 км пляжевой полосы площадью 1,5 га.

Все перечисленные виды и типы островных сооружений должны предусматривать возможность обслуживания отдыхающих в течение всего года.

8.3.4 При размещении и строительстве островных комплексов необходимо учитывать следующие факторы:

• существующую и ожидаемую рекреационную нагрузку пляжевой полосы отдыхающими;

• гидролитодинамический режим прибрежной зоны моря (ветер, волнение, уровень моря, транспорт наносов и др.);

• инженерно-геологическую характеристику и рельеф дна;

• возможности возникновения низовых размывов пляжа и берегового склона за пределами возводимых сооружений;

• необходимость расширения, создания новых и сохранения существующих пляжей на участке строительства островных сооружений;

• происходящие или возможные разрушения берегового склона из-за оползней или других причин, когда по условиям безопасности нельзя использовать существующую пляжевую полосу;

• возможность создания за счет островных комплексов бухтообразного контура берега, при котором для образования и сохранения пляжевой полосы отпадает необходимость в пляжеудерживающих сооружениях.

8.3.5 При проектировании комплекса островных сооружений необходимо исходить из следующих положений:

• искусственно создаваемые острова обладают блокирующими свойствами и при определенных условиях могут существенно влиять на направленность береговых процессов;

• в качестве основного параметра, характеризующего степень блокировки, является относительное расстояние от исходной линии берега до искусственного острова (, где - длина блокирующего острова, - расстояние от берега до искусственного острова);

• степень блокировки зависит от угла видимости блокирующего острова со стороны коренного берега , являющегося углом, под которым с данной точки берега виден остров и от которого падает тень;

• понятие относительного расстояния от берега до острова аналогично понятию угла видимости, из соотношения которых связь между ними выражается зависимостью =53°/;

• в условиях равновесного состояния аккумулятивного берега, когда не требуется искусственного расширения надводного пляжа, для уменьшения отрицательного влияния острова на береговые процессы угол видимости должен быть меньше 18° или относительное расстояние меньше 3;

• в условиях абразионного берега при отсутствии вдольберегового потока наносов для обеспечения относительной динамической устойчивости искусственно создаваемого пляжа могут применяться островные сооружения сравнительно малых размеров прерывистого типа со сквозностью 0,3-0,5. Допускается их относительное расстояние от берега меньше 0,75 при угле видимости больше 72°;

• во всех случаях применения искусственных островов на участке берега с вдольбереговым потоком наносов должны предусматриваться мероприятия, компенсирующие возможный размыв берега на смежном низовом участке;

• для обеспечения надежности принимаемых инженерных решений и выбора оптимальных вариантов размеров и компоновки искусственных островных сооружений необходимо выполнять гидравлическое и математическое моделирование.

8.3.6 Местоположение островных сооружений в прибрежной зоне моря определяется в результате соответствующих эколого-экономических расчетов с учетом ее гидро- и литодинамического режима и технических возможностей строителей. Принципиальные схемы устройства берегозащитно-рекреационных островных комплексов приведены на рисунках 8.3 и 8.4. Следует иметь в виду, что приведенные схемы не исчерпывают всех возможных вариантов и зависят они от целей и назначения использования островов.

8.3.7 Конструкции, окаймляющие острова, а также мостовые переходы, соединяющие их с берегом и между собой, определяются в процессе проектирования.

Теневая акватория, образуемая островными комплексами в штормовую погоду, может быть использована для отстоя судов маломерного флота и образования гаваней для яхт.

8.3.8 При строительстве островных сооружений берегозащитно-рекреационного назначения создаются благоприятные условия для возможности использования автономных, экологически чистых источников энерго- и теплоснабжения их за счет энергии волн, ветра и солнечной энергии.

8.3.9 Вопросы экологического влияния островных сооружений на динамику и режим водных масс прилегающей к ним акватории моря должны быть предметом всесторонних специальных исследований.

8.4.1 В основу рекомендуемого способа создания искусственного свободного песчаного пляжа путем изменения рельефа дна перед его подводным откосом заложен принцип оптимального перераспределения над береговым склоном концентрации энергии расчетных волн при их трансформации, что обеспечивает уменьшение вдольберегового и поперечного транспорта наносов.

Одним из вариантов такого способа является устройство вдоль берега перед пляжем подводной траншеи, над которой происходит развал гребней штормовых волн, в результате чего уменьшается их воздействие на создаваемый искусственный песчаный пляж (рисунок 8.5).

8.4.2 Управление гидро- и литодинамическими процессами в прибрежной зоне путем изменения рельефа дна предлагаемым способом обеспечивает значительное повышение технико-экономической эффективности защиты берега как свободным, так и прислоненным пляжами. Это связано с тем, что в определенных условиях пляж может создаваться из материала, забираемого из подводной траншеи, которая, в свою очередь, способствуя снижению волнового воздействия на пляж, обеспечивает уменьшение в 1,5-2,0 раза необходимых объемов пляжеобразующего материала на его строительство и подпитку этим материалом в процессе эксплуатации пляжа.

8.4.3 Размеры траншеи проектируются с учетом требования волногашения. Расположение траншеи вдоль берега выбирается таким образом, чтобы интенсивность заносимости ее была относительно невелика при максимальном уменьшении волнового воздействия на создаваемый пляж. Извлекаемый при строительстве и эксплуатации (периодической очистке) траншеи песчаный материал используется для отсыпки и пополнения искусственного пляжа перед траншеей.

8.4.4 Эффективность создания искусственных песчаных пляжей под защитой подводной траншеи обуславливается возможностью использования для его строительства высокопроизводительных средств гидромеханизации непосредственно в пределах защищаемого участка побережья. Стоимость берегозащиты при варианте искусственного свободного песчаного пляжа с подводной траншеей ориентировочно в 2 раза меньше по сравнению с вариантом пляжа без траншеи перед ним.

8.5.1 Создание песчаных пляжей в комплексе с волногасящими сооружениями сквозной конструкции с волногасящей камерой реализует оптимальное перераспределение концентрации энергии прямых и отраженных волн составляющими элементами волногасящего сооружения с уменьшением вдольберегового и поперечного транспорта наносов. Такие сооружения как бы заменяют собой большую часть песка в объеме создаваемого пляжа (до 0,8 его объема) (рисунок 8.6). Кроме того, эти конструкции могут быть использованы для строительства набережной.

8.5.2 Способ реализуется волногасящим сооружением, состоящим из вертикального или откосно-ступенчатого экранов сквозной конструкции с морской стороны и волногасящей камеры между ним и берегом или волноотбойной стеной. Наличие такого волногасящего сооружения резко снижает интенсивность размыва прислоненного к нему искусственного или естественного пляжа, повышает его устойчивость, уменьшает потребность в периодических подпитках его пляжеобразующим материалом.

8.6.1 С целью сокращения объемов первоначальной отсыпки дамб в период их строительства и уменьшения величины омертвления капитальных затрат предлагается способ упреждающей береговой неполнопрофильной отсыпки песчаных оградительных дамб. Он заключается в том, что дамба отсыпается в объеме меньшем, чем это необходимо для сформирования профиля относительного динамического равновесия морского откоса дамбы по отношению к расчетному волнению.

Строительный объем насыпи неполнопрофильной дамбы в 1,25-2,0 раза меньше объема насыпи дамбы с профилем относительного динамического равновесия.

8.6.2 Под термином "береговая" подразумевается возведение дамбы на суше. Расстояние от дамбы до штилевого уреза моря при отметке уровня 50% обеспеченности из средних за год определяется: уклоном участка суши между урезом моря и дамбой, который затапливается в период действия расчетного шторма; величиной ветро-волнового нагона плюс наката волн расчетного шторма. Обеспеченность расчетного шторма принимается от 4 до 2% в режиме (1 раз в 25-50 лет) в зависимости от класса капитальности защищаемых дамбой объектов, при этом учитывается местоположение защищаемых от затопления объектов.

8.6.3 Внешний (мористый) откос дамбы отсыпается в объеме достаточном для того, чтобы гарантировать защиту объекта от затопления при действии расчетного шторма. При более слабых штормах мористый откос дамбы не размывается. После окончания расчетного шторма при необходимости выполняют досыпку дамбы до первоначального объема. Верховой откос неполнопрофильной дамбы возводится с коэффициентом заложения, близким к коэффициенту естественного откоса песка.

8.6.4 Размываемая часть дамбы рассчитывается на действие различных факторов, определяющих динамику береговых процессов. Продольная ось оградительной дамбы в плане, как правило, не прямолинейна. Повороты ее обусловлены топографией осушки (выбором наиболее выгодной трассы, обеспечивающей минимальный объем тела дамбы), расположением ограждаемых территорий, объектов, площадей закладки потенциальных карьеров грунта для возведения тела дамбы относительно основных воздействующих факторов - ветра, волнения и нагона. При этом каждый угол поворота - это граница раздела двух разнонаправленных волновых течений и потоков наносов.

8.6.5 Каждое вдольбереговое волновое течение порождает вдольбереговой поток наносов. И каждый вдольбереговой поток наносов формируется в пределах зоны насыщения. За конечным створом зоны насыщения по направлению движения вдольберегового течения начинается зона транзита насыщенного вдольберегового потока наносов.

8.6.6 Когда насыщенный вдольбереговой поток наносов достигает конечного створа прямолинейного участка, размыв поверхности напорного откоса по всей его длине, кроме зоны насыщения, прекращается. Следует иметь в виду, что местоположение зоны насыщения не остается постоянным, а перемешается в течение шторма в направлении движения потока наносов.

Продвижение насыщенного вдольберегового потока наносов по прямолинейному участку бермы происходит со скоростью, близкой к скорости вдольберегового волнового течения.

8.6.7 Рассматриваемый механизм размыва морского откоса оградительной дамбы в зависимости от направления волнового луча будет происходить с соответствующей стороны мыса - угла поворота трассы дамбы.

8.6.8 Расчет размыва морского откоса неполнопрофильной песчаной дамбы начинают с угла поворота трассы дамбы, расположенного со стороны господствующих по силе и продолжительности волнений.

8.6.9 Определяют длину зоны насыщения вдольберегового потока наносов при расчетном волнении и нагоне по формуле:

,                                   (8.1)

где: - расчетная высота волны перед подножием морского откоса дамбы на изобате их первого обрушения, м; - длина расчетной волны по первому обрушению, м; - средневзвешенная крупность смеси песчаных наносов, из которых возводится дамба, м.

8.6.10 Определяют объем размыва и уноса песка по длине зоны насыщения за время интервала шторма и соответствующего ему расчетного нагона согласно рекомендациям программы "Литокомплекс" (см. прилож. З).

Размыв откоса происходит с различной интенсивностью по длине прямолинейного участка дамбы, причем интенсивность размыва уменьшается с начала участка до его конца.

8.6.11 Определяется размыв на единицу длины для участка с наиболее интенсивным размывом, который располагается в начале зоны насыщения. Длина этого участка принята равной 1/3 длины зоны насыщения . Объем размываемого грунта , на этом участке принят равным 2/3 полного объема размыва , в зоне насыщения. Таким образом, объем размыва на единицу длины наиболее размываемого участка зоны насыщения равен:

.                                         (8.2)

8.6.12 В расчете учитывается график развития шторма, имеющий форму трапеции. Расчеты размыва выполняются на ЭВМ по программе, описание применения которой приведено в приложении М.

8.6.13 Для окончательного выбора оптимального варианта расположения дамбы в плане, ее геометрических размеров и объема первоначальной отсыпки песчаного материала рекомендуется провести гидравлическое моделирование на пространственной модели.

8.7.1 При наличии в районе строительства оградительных дамб связных и песчаных грунтов есть возможность возвести наиболее рациональный и экономичный поперечный профиль дамбы на осушке при расположении ее в рекреационной зоне. При этом используются полезные свойства связных и песчаных грунтов: повышенную сопротивляемость размыву связных грунтов и способность песчаного материала при размыве формировать вдольбереговой поток наносов и рекреационный пляж у подножья морского откоса дамбы. Такой способ строительства комбинированных дамб дает положительный экономический и социальный эффект.

8.7.2 Способ строительства комбинированной дамбы заключается в том, что тело оградительной дамбы выполняется из местного связного грунта, а ее морской откос отсыпается защитной одеждой из песчаного материала, объем которой рассчитывается на действие расчетного шторма и нагона, которые могут иметь место не более одного раза в 25 или 50 лет. После прохождения такого шторма и нагона размывы верхового откоса полностью восстанавливаются. Очевидно, что любой менее сильный шторм и нагон предлагаемой конструкции сооружения не опасен. Восстановление размывов защитного слоя песчаного материала следует производить после нагонов и штормов средней силы в той мере, чтобы сооружение всегда было готово устоять против действия расчетного штормового волнения и нагона. Чтобы не производить ремонта (восстановления) после каждого сильного шторма и нагона, рационально в нижеприведенный расчет ввести коэффициент запаса, равный 1,5.

8.7.3 Оградительную дамбу возводят на поверхности осушки водоема (низинная равнинная территория, слабо наклоненная в сторону водоема и спланированная действием волнового потока, затапливаемая только при ветро-волновых нагонах) на определенном удалении от уреза при спокойном расчетном уровне моря (см. п.8.6.2). Во время ветро-волновых нагонов волновой поток может: затапливать часть ширины осушки между урезом моря и подножьем дамбы; достигать подножья дамбы; затапливать напорный откос дамбы до уровня, определенного суммой высот нагона и наката расчетной волны, способной распространяться по слою воды, равной глубине нагонного потока.

Высоту оградительной дамбы рассчитывают на действие катастрофического нагона расчетного шторма, поэтому к высотам нагона и наката добавляют конструктивный запас не менее 0,5 м. При этом высота волны, формирующейся и распространяющейся по поверхности нагонного потока, не превышает 0,78 его глубины.

8.7.4 При комбинированной конструкции оградительной дамбы основная площадь поперечного сечения выполняется из местного связного грунта и лишь поверхностный слой морского откоса дамбы в объеме потенциального размыва волнами расчетного шторма и сопутствующими им течениями при нагонах выполняется из песка. Необходимый объем песка, обеспечивающий сохранность ядра из связных грунтов, определяют расчетом. Благодаря такой расчетной модели конструкции оградительной дамбы ее напорный откос, практически, идентичен известному искусственному свободному песчаному пляжу.

Расчет начинают с угла поворота трассы дамбы, расположенного со стороны господствующих по силе и продолжительности волнений.

8.7.5 Определяют длину зоны насыщения вдольберегового волнового течения , при расчетном нагоне волн по формуле (8.1), в которой - средневзвешенная крупность смеси песчаных наносов, из которых возводится защитный слой ядра оградительной дамбы из связных грунтов, м.

8.7.6 Определяется объем смыва песка по длине зоны насыщения за время действия шторма с расчетным нагоном по зависимости, приведенной в приложении З. Объем смыва и уноса песка рассчитывается с учетом стадий шторма: развития, стабилизации и затухания. Определенный объем уноса песчаной смеси увеличивается на объем наносов, у которых <0,01 мм. Этот объем наносов будет унесен за пределы площади напорного откоса и отложится на поверхности осушки или в море.

Определенный по зависимости расчета объема размыва песчаного материала (приложение З) объем защитного покрытия, уложенный в пределах зоны насыщения, обеспечит в течение действия нагона расчетного шторма полное насыщение вдольберегового волнового течения наносами и предохранит от размыва волнами поверхность напорного откоса прямолинейного участка дамбы. Однако процесс насыщения вдольберегового волнового течения наносами в пределах зоны насыщения происходит неравномерно. На 1/3 длины от начала зоны насыщения (размыва) течение размывает 2/3 объема песка, а на остальных 2/3 длины - 1/3 объема. В связи с этими показателями и следует распределять суммарный объем отсыпки, определенный по зависимости, приведенной в приложении З в пределах длины зоны насыщения.

8.7.7 Песчаный материал укладывают в виде призмы, основанием которой служит плоскость напорного откоса дамбы, горизонтальную поверхность гребня призмы располагают на расчетной высоте нагона, а напорный откос образуется автоматически и соответствует углу естественного откоса песка. Ширину гребня определяют подбором.

Призма состоит из двух частей: головная часть (с наветренной стороны) имеет одинаковое поперечное сечение на 1/3 длины зоны размыва; подветренная часть имеет начальное сечение, соответствующее головной части, и конечное, равное нулю.

В случае действия на прямолинейном участке дамбы двух встречных направлений господствующих волн расчетного шторма, а соответственно, и вдольбереговых волновых течений и потоков наносов, приведенные выше размеры частей песчаной призмы и способ ее укладки выполняются на обоих концах прямолинейного участка дамбы, т.е. формируются две зоны насыщения.

8.7.8 Очевидно, что чем длиннее прямолинейный участок, тем за больший период времени насыщенный вдольбереговой поток наносов достигнет его подветренного края. За это время начнется размыв тела ядра. Чтобы этого не произошло, поверхность напорного откоса прямолинейного участка следует покрыть песчаной защитной одеждой. Скорость течения насыщенного вдольберегового потока наносов определяют по зависимости, приведенной в приложении З.

8.7.9 Объем защитного слоя на прямолинейном участке определяют по зависимости, приведенной в программе "Литокомплекс" (приложение З). Длины участков следует принимать равными не менее 500 м. Объем смываемого песка следует укладывать по тому же принципу, как и в пределах зоны насыщения.

Для каждого угла (мыса) трассы оградительной дамбы выполняется два расчета для двух взаимопротивоположных направлений подхода волн волноопасных направлений.

Расчет выполняется согласно программе для ЭВМ, описание применения которой дано в приложении М.

8.7.10 Окончательный вариант размера и объема защитной песчаной отсыпки морского откоса комбинированной оградительной дамбы определяется по результатам гидравлического моделирования на пространственной модели.

3.1. Средняя высота волн, , при глубине >500 м определяется по формуле:

,                       (5)

где: - длина разгона ветра;

- ускорение силы тяжести.

При глубине на разгоне <500 м высота волны умножается на коэффициент , вычисляемый по формуле:

.                    (6)

3.2. Средний период волн определяется по формуле:

.                            (7)

3.3. Средняя длина волн рассчитывается по формуле:

.                                        (8)

3.4. Высота волны обеспеченности % определяется умножением средней высоты волны, , на коэффициент , определяемый по формуле:

,                 (9)

где ; - гамма функция.

Длина и период волны обеспеченности определяются по тем же формулам (7) и (8), что и для средних волн.

Ниже приводится контрольный пример расчета по программе для района Лазаревского в г.Сочи. Спектр волн приведен для двух азимутов из рассчитанных девяти.

ПРОГРАММА РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ВЕТРОВЫХ ВОЛН НА ГЛУБОКОЙ ВОДЕ НИЦ "МОРСКИЕ БЕРЕГА"

Версия 1.0. 1995 г.

Район: Сочи, Лазаревское

Обеспеченность расчетного шторма: 4%

Таблица повторяемости скорости ветра, %     

Элементы волн расчетного шторма

Спектр волн по высотам и направлениям

Азимут волнения, градус 135.00

Азимут волнения, градус 157.50

     
Рисунок Ж.1 - Контрольный пример расчета