Путь железных дорог США - Водоотвод - эрозия, вызываемая потоками

Защита железнодорожного пути и сооружений от речной эрозии — серьезная проблема, требующая тщательного изучения, периодической проверки, регулярных и подробных записей для планирования. Такая защита обычно включает в себя перемещение железнодорожных линий, изменения русла реки, отклонение потока или защиту берега. Полезную информацию для планирования защиты от эрозии потока можно получить из многих источников, в том числе из руководств и бюллетеней Американской инженерной железнодорожной ассоциации.
Изменению русла должно предшествовать тщательное изучение и анализ последствий, к которым они могут привести в месте изменений или ниже по течению реки. До начала производства работ по изменению русла должны быть изучены законы, охраняющие водные потоки, и получены необходимые разрешения. Права соседних владельцев должны быть также рассмотрены.
Попытка изменить хорошо установившееся русло реки в прочной формации не приведет к хорошим результатам. В таких случаях предпочтительнее укрепить берега вдоль существующего русла. Там, где изменения русла могут быть экономически оправданы, должно быть получено экспериментальное подтверждение, гарантирующее, что запланированные и выполненные работы по уменьшению эрозии берега не будут являться причиной других трудностей, например повышенной эрозии дна реки: если длину русла уменьшить, а уклон увеличить, то возрастет заиливание нижележащего русла или образуется новое русло из-за наносов в случае, если скорость потока недостаточна.

Отклонители потока.

Берега можно защитить от эрозии, отклонив поток от берега бунами или дамбами со шпорами. Выбор и устройство отклоняющих сооружений —  специальные задачи, требующие совершенных знаний характеристик и цикличности речного воздействия. Сооружение должно быть запроектировано таким образом, чтобы речной поток на протяжении защищенного участка берега был бы по возможности плавным без местной турбулентности, при которой его энергия может расходоваться на эрозию.
Регуляционная система должна простираться от места, в котором поток должен контролироваться, до места, у которого новое направление потока точно установлено. У верхового конца контролируемого участка первая буна располагается под углом к берегу в направлении течения потока для того, чтобы отвести его от берега. Остальные буны устанавливают более или менее перпендикулярно к линии берега. Внешние их концы определяют линию нового берега.
Пространство между бунами будет постепенно заполняться осаждающимся материалом донных наносов. При небольшом количестве донных наносов в реке буны относительно неэффективны. Расстояние между бунами, их длина, возвышение над уровнем воды и угол, под которым буны устанавливаются по отношению к берегу, — важны параметры при проектировании сооружения. Внешние концы бун могут повреждаться при чрезмерном размыве, большом скоплении движущихся обломков пород или разрушаться эрозией у берегового конца, если они не вынесены достаточно далек на берег и не защищены.
Буны можно соорудить из насыпного камня габионов или деревянных свай. В местах, где есть камень, целесообразно сооружать каменные буши или дамбы со шпорами, так как стоимость 1 фута такой береговой защиты значительно меньше, чем других типов защиты, и для их сооружения не требуется никакого морского специального оборудования. Текущий ремонт легко выполняется досыпкой камня.
Буны из деревянных свай, защищенных эрозионно-устойчивым покрытием, сооружаются в тех мес тах, где мало камня. Деревянные буны проницаемы и создают эффект захвата материала донных нано сов в местах образования стоячей воды.
Другие типы отклонителей потока: трехбревенчатые сваи-сплотки, забитые в косые ряды в на правлении от берега, с системой поперечны: связок и брусьев на русловом конце каждого ряда заполненные камнем деревянные ряжи, располагаемые под углом 45° или менее к линии береге в потоках с твердым или каменистым дном.  Так как все виды отклонителей потока вызывают его завихрение под некоторым углом к береговой линии, обычно целесообразно дополнять их каменной наброской или другими видами береговой защиты.

Защита берега.

Берега можно непосредственно защитить от эрозии: эрозионностойкими покрытиями, такими, как каменная наброска с использованием нетканого материала или без него; облицовкой или габионами а также путем замедления потока различными способами. Каменная наброска — достаточно эффективный тип укрепления, поэтому будет рас смотрена отдельно.
Облицовка — традиционный способ непрерывного покрытия берегов рек на внешних сторонах изгибов реки; она устраивается, начиная с уровня расположенного ниже нормального уровня воды, и заканчивается выше этого уровня для того, чтобы предотвратить эрозию и обвалы. Цель облицовки — обеспечить плавный изгиб берега реки между сосед ними касательными участками.
Облицовки обычно состоят из тюфяков, расположенных ниже среднего уровня меженных вод и выстилки из связанных бревен выше того уровня до которого тюфяки могут быть сооружены, плетеных ивовых веток или фашин, наполненных скальным балластом или бетоном в ящиках, асфальтом или дробленым бетоном. Выстилка обычно доводится до верхней части берега и может быть выполнена из каменной наброски, бетонных блоков, асфальта или бетона. Пригодность материалов и оборудования — определяющие факторы при выборе типа конструкции.

До выполнения облицовочных работ берегу реки должно быть придано плавное очертание в плане. При этом часто бывает необходим дренажный контроль для того, чтобы предотвратить вымывание нижележащих грунтов.
Верхнюю границу облицовки защищают от размыва, нижняя граница должна простираться достаточно далеко на дно реки для того, чтобы обеспечить устойчивость облицовки. Концы облицовки вверх и вниз по течению должны простираться до тех точек берега, где кривизна его незначительна.
Габионы — это плетенные из стальной проволоки ящики, собираемые на месте работ, которые заполняются камнем и связываются вместе проволокой для образования непрерывного покрытия или другого типа конструкции для регулирования русла реки. В отличие от бетона, габионные конструкции гибкие, что позволяет им приспосабливаться к изменяющимся условиям дна потока. Конструкции из габионов прочные, проницаемые, имеют естественный вид. Габионы целесообразно сооружать из оцинкованной или покрытой пластмассой проволоки для того, чтобы она не подвергалась коррозии и воздействию соленой воды. Для сборки габионов нужны местный камень и рабочая сила. С точки зрения регулирования эрозии габион можно использовать для образования облицовки, бун и поддерживающих стен. В тех облицовках, где материал берега реки эродирует, под габионами должен размещаться нетканый материал. При наличии опасности повреждений при спаде паводковых вод, выражающихся в образовании обрушений и заболачивании берега, габионы могут использоваться для создания удерживающих конструкций на верхней части берега в соединении с нижерасположенной облицовкой.
В последнее время были разработаны эффективные средства для защиты берегов от эрозии. Они включают в себя сборные бетонные плитки, которые укладывают в соединенном виде на нетканый материал или пористый нейлон, а также матерчатые тюфяки или связанные трубы, которые укладывают на месте и полностью заполняют бетоном с мелким заполнителем. Оба типа конструкций допускают фильтрацию воды со стороны берега и могут быть уложены под воду без каких-либо трудностей. Преимуществом матерчатых тюфяков и труб является то, что они пустые и могут быть компактно сложены, легко перевезены и заполнены с использованием легкого насосного и перемешивающего оборудования.
Течение потока напротив эродирующего берега можно замедлить различными способами. Там, где позволяют условия, эрозию можно регулировать. С этой целью делают посадки ивовых кольев для обрезания побегов и добиваются густой поросли. Такие насаждения, однажды созданные, не только уменьшают скорость потока около берега, но их корни армируют структуру материала берега. В тех местах, где внешний вид не имеет значения, вдоль берега реки могут быть выгружены старые кузова машин таким образом, чтобы создать сцепление их между собой.
Наиболее распространенный способ уменьшения скорости потока: комплекты из трех или более уголков, сваренных или связанных вместе для обеспечения прочности, скрепленных проволокой или кабелем, присоединяют к анкерной свае на берегу. Такое «приспособление», размещенное вдоль берега, перехватывает обломки в разлившемся при паводке русле, уменьшает скорость течения потока и способствует заиливанию, в результате которого создается берег потока.

Каменная наброска.

Каменная наброска из горной породы, должным образом размещенная на откосе или на дне потока, широко используется для защиты от эрозии откоса, эрозии берега, создаваемой потоком слива плотин, волнового воздействия или размыва вокруг береговых устоев мостов или свай. Там, где есть в наличии камень достаточного размера и качества, каменная наброска — наиболее экономичный вид эрозионной защиты. Этот способ защиты по сравнению с другими имеет преимущества: позволяет уменьшать скорость волны. Будучи гибкой, каменная наброска является саморегулирующейся по отношению к осадкам или размывам защищаемого материала; ее легко ремонтировать или досыпать, она имеет простую конструкцию и естественный внешний вид. Каменную наброску можно зарезервировать и повторно использовать.
Горная порода для каменной наброски должна быть прочной и устойчивой к длительному воздействию ветра. Целесообразно исследовать прочность местной горной породы в существующих сооружениях, чтобы установить ее пригодность для создаваемой каменной наброски. Хорошим материалом для каменной наброски служат изверженные и метаморфические горные породы, а также некоторые известняки и песчаники. Горная порода, состоящая из слоев глинистого сланца, для каменной наброски непригодна.

Размер камня.

Размер камня наброски выбирается так, чтобы обеспечивалась его устойчивость к воздействию потоков или волн, а также устойчивость камня на откосе, на котором он уложен. Примеры требуемых диаметров камня, приведенных к шару, для потоков на уклоне 1 к 2 : 6 дюймов — для скорости течения 8 футов/с; 21 дюйм — для скорости 14 фу- тов/с; 42 дюйма — для скорости 20 футов/с.

Таблица 2.

Отсыпать каменную наброску из одноразмерных камней нельзя, так как горная масса не обладает достаточным сцеплением, образуются большие пустоты. Этого не происходит при отсортированной по размерам каменной наброске. По этой причине, а также из экономических соображений каменную наброску отсыпают из карьерного материала, включающего в себя осколки. Этот материал должен выгружаться и разравниваться на месте бульдозером.