УДК 911.52(470.26)
ГАБИОННАЯ СТЕНКА ДЛЯ БЕРЕГОВЫХ УСТУПОВ МОРСКОГО ПОБЕРЕЖЬЯ
А. С. Ведяшкин , д. т. н., профессор,
ФГБОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет», Н. Р. Ахмедова, к. б. н., доцент, ФГБОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет», isfendi@mail.ru, О. О. Скаленко, аспирант, ФГБОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет», olesyatimokhova@yandex.ru
Разработанная конструкция стенки относится к области прикладной экологии и может быть использована для защиты береговых склонов от размыва прибойными волнами. Габионная стенка содержит сетчатые ящики, заполненные рваным камнем и уложенные в перевязке друг с другом с образованием вертикальной поверхности со стороны склона и уступов со стороны моря, и фильтрующее полотно на контакте с грунтом. Отличительной особенностью стенки является размещение на уступах и на участке песчаного пляжа каменной наброски на высоту максимального потока волны во время штормов с ветровым нагоном воды.
The design of the wall relates to the field of applied ecology and can be used to protect the coastal slopes from erosion by tidal waves. A gabion wall contains mesh boxes filled with ragged stone and placed in tying next to each other to form a vertical surface from the side of the slope and terraces over the sea side, and filtering cloth on the ground contact. A distinctive feature of the wall is placing stone on ledges and on the sandy coastal area to the height of the maximum flow of waves during storms with wind surge of water.
Ключевые слова: габионная стенка, береговые уступы, штормовое воздействие, защита.
Keywords: a gabion wall, coastal ledges, storm influence, protection.
Калининградское взморье протянулось на 148 км, половина из которых приходится на коренные берега Сам-бийского полуострова Балтийского моря, 25 км на северную часть Вислинской, а 49 км на южную часть Курш-ской песчаных кос, отделяющих одноименные заливы от морской акватории [1]. Как и в прежние времена, морской берег продолжает изменяться под воздействием водной и ветровой эрозии, штормовых волн, нагонных явлений и прибрежных течений.
Коренной берег Самбийского полуострова сформирован ледниковыми отложениями, залегающими на выступе кайнозойских пород. Он окаймлен клифами — отодвигаемыми морем береговыми уступами. Высота клифа в окрестности городов Балтийска и Зеленоградска небольшая и составляет всего 5—7 м. По направлению к мысу Таран высота береговых уступов возрастает и непосредственно у мыса достигает 50—61 м. На протяжении 32 км Самбийского полуострова клиф является активным, 25 км побережья занимает отмерший береговой уступ, а участок берегового уступа длиной 17 км прикрыт авандюной [2, 3].
Характерной особенностью высоких участков береговых уступов является их сильное расчленение, подверженность оползневым, овражно-балочным и эрозионным процессам. Деформированию береговых уступов способствуют следующие факторы: строение массива горных пород, представленного частым чередованием песчаных и глинистых пластов и слоев; обнаженность выходов пород на дневную поверхность; значительное количество атмосферных осадков (800—900 мм/год); постоянная влажность и восходящие потоки воздуха, способствующие осаждению этой влаги на поверхности откоса; колебания температуры; разгрузка на откос водоносных горизонтов; морозное течение и др. Со стороны моря береговые откосы подвержены круглогодичному волновому воздействию, которое существенно возрастает во время штормов, часто сопровождающихся нагонными явлениями и усилением прибрежных течений.
Некоторые исследователи [4] основной причиной размыва пляжа и береговых уступов считают дефицит наносов на морском склоне и подъем уровня Мирового океана по 1,5 мм в год из-за проявления «парникового эффекта». В отношении дефицита наносов можно согласиться, однако мнение о подъеме уровня Мирового океана (и Балтийского моря) является необоснованным, так как оно противоречит данным о колебаниях уровня моря, зафиксированным наблюдениями по Кронштадтскому футштоку [5]. Так средний многолетний уровень в Кронштадте за период 1840—1941 гг. был ниже нуля футштока на 0,016 м, а за период 1806—1970 гг. — ниже на 0,011 м. Нуль футштока — горизонтальная черта на металлической пластине, укрепленной на опоре моста через Обводной канал в г. Кронштадте — соответствует среднему уровню за период 1825—1840 гг. и фиксирует положение нулевой поверхности системы абсолютных отметок высот России и некоторых стран СНГ (Балтийская система высот).
Выполнение берегозащитных мероприятий на Калининградском побережье ведется уже свыше 100 лет. Первым мероприятием по защите побережья считается [6, 7] закрепление движущихся песков дюн и дефляционных равнин Куршской и Вислинской кос. На песчаных косах постоянно ведутся работы по закреплению, наращиванию и выравниванию авандюн — песчаных валов в тыльной части пляжа. Авандюны составляют основу природной защиты берега от прорыва нагонных вод.
Искусственные берегозащитные сооружения возводились в виде продольных, глухих и проницаемых стенок, опоясков и берм и поперечных бун. На побережье было возведено 233 буны в различном конструктивном исполнении (из деревянных и железобетонных свай одно-, двух- и трехрядные с каменным заполнением, из металлического шпунта). Применялись проницаемые для воды конструкции, состоящие из ячеистых берм в виде тетрапо-идного ряда с наполнителем, горизонтальных и вертикальных железобетонных балок с нанизанными на них утилизированными покрышками и др. Достоинства и недостатки таких конструкций подробно описаны в ряде работ [4].
В последние годы для защиты береговых склонов от размыва используются проницаемые габионные стенки. Так в пределах береговой линии в черте города Светлогорска возве-
Рис. 1. Меры защиты существующей габионной стенки от воздействия волн [4]: 1 — каменная наброска перед стенкой; 2 — каменная наброска на уступах стенки
дена габионная стенка высотой до 4 м (рис. 1) [4]. Вдольбереговая подпорно-защитная габи-онная стенка содержит коробчатые габионы и фильтрующее полотно (геотекстиль), которое располагают в основании стенки и со стороны берегового уступа.
Однако довольно быстро выявился недостаток такой конструкции габионной стенки — ее невысокая устойчивость против экстремального волнового воздействия при штормах с нагоном воды. На участках с шириной пляжа до 15—20 м при спокойном уровне воды прибойные волны достигали стенки и вызывали деформации коробок габионов, разрыв сетки ящиков, что в конечном итоге приводит к разрушению стенки со стороны моря.
В связи с вышеизложенным для защиты береговых уступов морского побережья требуется габионная стенка особой конструкции, которая способна противостоять не только давлению грунта со стороны уступа, но и волновому воздействию со стороны моря [8].
На рис. 2 [8] показан поперечный разрез габионной стенки, конструктивно приспособленной для защиты морских береговых уступов от разрушения прибойными волнами.
Отличие такой стенки от известных конструкций состоит в том, что габионные ящики со стороны моря дополнительно защищены каменной наброской, в основании которой размещен обратный фильтр. Наличие каменной наброски и обратного фильтра обеспечивают защиту габионов от экстремального волнового воздействия.
Предложенная габионная стенка работает следующим образом. При ветровом нагоне воды во время шторма забурунившаяся волна разбивается об нижнюю часть каменной наброски и в виде прибойного потока проходит
Рис. 2. Конструкция габионной стенки для морского побережья: 1 — габионные ящики [8]; 2 — фильтрующий материал; 3 — грунт склона; 4 — обратный фильтр; 5 — пляж; 6 — каменная наброска; 7 — эпюра давления грунта склона; 8 — выбег волны при ветровом нагоне; 9 — уровень спокойной воды при ветровом нагоне; 10 — уровень спокойной воды при отсутствии ветрового нагона
через полости между камнями в средней и верхней частях наброски и только после этого достигает габионов.
Энергия прибойного потока при этом затрачивается на преодоление местных сопротивлений в виде каналов произвольной конфигурации между камнями, на трение между слоями воды и на контакте с твердыми стенками каналов, а также на вихреобразование.
Потеря значительной части энергии существенно снижает силовое воздействие волнового потока непосредственно на габионы при максимальном выбеге волны, которое наблюдается при штормах с ветровым нагоном волны.
Основная масса прибойного потока задерживается в полостях между камнями наброски и габионов и через обратный фильтр поступает в грунт в основании габионной стенки и каменной наброски.
Устойчивость габионов в такой стенке повышается за счет боковой нагрузки от веса каменной наброски, противоположно направленной гидростатическому давлению со стороны берегового уступа. Давление грунта на вертикальную поверхность габионной стенки, отделенной от грунта берегового уступа фильтрующим полотном, распределяется по линейному закону и представлено на рис. 1 [4] эпюрой 7.
При среднем волнении моря 3—4 балла и отсутствии ветрового нагона разбившаяся о песчаный пляж прибойная волна накатывается на нижнюю часть каменной наброски до уровня 9 и частично через обратный фильтр 4 и песчаный пляж 5 возвращается в море в виде грунтового потока. Такое движение воды способствует намыву песчаного пляжа, поскольку откатной поток прибойной волны становится меньше накатного потока и взвешенные твердые частицы в большом количестве осаждаются на напорном откосе.
Таким образом, предложенная конструкция габионной стенки за счет каменной наброски и обратного фильтра обладает значительно большей устойчивостью к экстремальному волновому воздействию и способствует намыву песчаного пляжа.
Она рекомендуется для применения на новых участках укрепления берега. В возведенной в пределах г. Светлогорска габионной стенке снижение вредного воздействия волн может быть достигнуто путем дополнительного размещения каменной наброски на пляже перед стенкой, либо непосредственно на уступах стенки (см. рис. 1) [4]. При разработке конструкции габио
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.