Kitobni o'qish: «Противоэрозионные гидротехнические сооружения в агроландшафтах»

Авторы:

Дубенок Н. Н., доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик РАН, заведующий кафедрой сельскохозяйственных мелиораций Российского государственного аграрного университета – МСХА имени К. А. Тимирязева;

Пчелкин В. В., доктор технических наук, профессор кафедры сельскохозяйственных мелиораций Российского государственного аграрного университета – МСХА имени К. А. Тимирязева;

Лебедев А. В., доктор сельскохозяйственных наук, доцент кафедры землеустройства и лесоводства Российского государственного аграрного университета – МСХА имени К. А. Тимирязева;

Гемонов А. В., кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры сельскохозяйственных мелиораций Российского государственного аграрного университета – МСХА имени К. А. Тимирязева;

Владимиров С. О., кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры сельскохозяйственных мелиораций Российского государственного аграрного университета – МСХА имени К. А. Тимирязева.

Рецензенты:

Овчинников А. С., доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик РАН, заведующий кафедрой прикладной геодезии, природообустройства и водопользования Волгоградского государственного аграрного университета;

Новиков А. Е., доктор технических наук, член-корреспондент РАН, директор Всероссийского научно-исследовательского института орошаемого земледелия – филиала Федерального научного центра гидротехники и мелиорации имени А. Н. Костякова.

© Коллектив авторов, 2024

© ООО «Проспект», 2024

Введение

Производство продовольствия в мире с 1950 г. увеличилось более чем в два раза, но в большинстве случаев это достигнуто благодаря такой сельскохозяйственной практике, которая приводит к излишне быстрой эрозии почв. В результате, по прогнозам, к концу столетия обрабатываемая площадь сократится на треть.

Овраги ежедневно съедают 100…200 га пашни, а общая площадь земель, выведенных из сельскохозяйственного использования, в связи с этим в 3…4 раза превышает площадь самих оврагов. На европейской территории России площадь оврагов составляет 5 млн га. Во всем мире ежегодные потери почв от оврагов составляют 3 млн га. Этот процесс представляет собой спокойный кризис, который широко не осознается.

Эрозия приводит к необратимым процессам не только в почвах, она нарушает организацию сельскохозяйственных территорий, сказывается на изменениях в атмосфере. В России свыше 50% сельскохозяйственных угодий затронуты эрозией или предрасположены к ней. Поэтому на современном этапе одной из основных задач является оперативное предупреждение эрозионных процессов, борьба с уже начавшимися. К таким мощным средствам относятся агротехнические и лесомелиоративные мероприятия. Они в основном применяются на склонах до 4°, а их действие проявляется чаще всего через несколько лет. Для быстрого задержания поверхностного стока и прекращения эрозии приходится применять противоэрозионные гидротехнические сооружения (ПЭГС), которые являются дополнительным мероприятием к агротехническим и лесомелиоративным. Особенно велико их значение, когда защитные лесные насаждения у вершин оврагов в первые годы еще не начали выполнять противоэрозионную роль.

В основе широкого развития работ по борьбе с эрозией лежит процесс проектирования, результатом которого является создание проектов противоэрозионных мероприятий или сооружений для конкретной местности.

Специалист сельского хозяйства должен быть знаком с методами и способами борьбы с водной эрозией.

1. Эрозия почв и противоэрозионные мероприятия

1.1. Понятие и сущность эрозии почв

Термин «эрозия» происходит от латинского слова erosio – разъединение, разрушение. Понятие «эрозия почвы» часто используют в широком смысле как разрушение и снос верхнего слоя почвы, независимо от того, какими силами они вызваны. В узком смысле «эрозия» – это смыв и размыв почвы поверхностным стоком временных водных потоков. В этом смысле понятие «эрозия почвы» и будет употребляться дальше.

Сущность эрозии почв. Эрозия происходит вследствие размыва потоками поверхности почв, перевода смещенных частиц во взвешенное состояние и переноса их на другие участки. В местах, где скорость потока снижается, минеральные частицы оседают, образуя переотложенные пролювиальные и делювиальные наносы и намытые почвы [Григоров с соавт., 1993].

Явление смыва связано с отрывом от поверхностного слоя отдельных частиц и целых агрегатов (рис. 1). Механизм смыва почв можно представить как взаимодействие эродирующей силы потока F_эр, действующего на частицу, с силой сцепления частицы с почвой F_сц. Эродирующая сила потока, действующая на частицу, зависит от скорости потока V, толщины слоя воды h и отношения массы частицы m к площади ее поперечного сечения S:

F_эр = f (F_сц, V, h, m/S). (1)

Сила F_эр возрастает с увеличением V и h и уменьшением m/S.

Сила сцепления почвенной частицы F_сц, в свою очередь, зависит от плотности частицы р и прочности ее связи с другими частицами F_св, на которую влияет содержание в почве коллоидов и многие другие факторы:

F_сц = f (p, F_св). (2)

В распространенных уравнениях для размывающей силы потока толщина слоя воды обычно не указывается. Однако очевидно, что сила бокового давления на частицу в приземном слое воды при одной и той же скорости будет возрастать по мере увеличения движущейся массы воды.

Эрозия происходит тогда, когда F_эр становится больше F_сц. Скорость водного потока, при которой начинается отрыв твердых частиц от поверхности почвы, называется критической скоростью потока V_кр.

При одной и той же плотности суммарное поперечное сечение частиц на единицу объема возрастает по мере уменьшения их размеров. Поэтому критическая скорость потока меньше на почвах с более мелкими микроагрегатами и гранулометрическими частицами, чем на почвах с крупными частицами (табл. 1).

Таким образом, интенсивность отрыва почвенных частиц тесно связана с текстурой, гранулометрическим составом почв и почвообразующих пород и с тем, насколько данные скорости поверхностного стока превышают критические (неразмывающие) значения для данной почвы [Захаров, 2009].

Рис. 1. Гидравлическое представление эрозии почв: а – смыв почв; б – смыв и размыв; в – размыв

Таблица 1

Допустимые скорости на размыв

Помимо указанных факторов, на интенсивность отрыва частиц от почвы большое влияние оказывает турбулентность потока, обусловленная неровностью поверхности почв. В турбулентном потоке оторвавшиеся частицы интенсивнее поднимаются к поверхности потока и переносятся дальше [Захаров, 2009].

1.2. Формы проявления и классификация эрозии

Форма проявления эрозии – это характер воздействия поверхностного стока на почву. Различают поверхностную (плоскостную) эрозию (смыв) почвы; струйчатую, или овражную, эрозию (размыв) почвы. Часто их проявление наблюдается совместно.

Плоскостная эрозия наблюдается на выровненных склонах, характеризующихся равномерным распределением стока. Она приводит к равномерному по территории смыву почв. В результате происходит «срезание» верхних плодородных слоев и укорачивание профиля почв (рис. 2).

Интенсивность эрозии J измеряется потерей почвой ее массы m с единицы площади F в единицу времени t и выражается в т/га или мм/год:

В этих же единицах измеряют и скорость почвообразования. Поэтому из сопоставления скорости эрозии и почвообразования судят о степени эрозионной опасности почв.

Эрозионно опасными почвы считают в том случае, когда скорость эрозии превышает скорость развития почвенного профиля в глубину. Ряд показателей эрозионной опасности, такие как крутизна склонов и механический состав почв, включены в качественную характеристику земельного фонда, проводимую в рамках земельного кадастра (табл. 2).

Рис. 2. Расположение смытых и намытых почв на склонах различной формы

Таблица 2

Группировка склоновых земель по опасности проявления процессов плоскостного и линейного разрушения

Если эрозия почв меньше, чем скорость почвообразования, эрозию называют естественной, или нормальной. Скорость роста гумусового профиля при формировании разных почв неодинаковая, в среднем она равна 0,2 мм/год. Исходя из этого, при интенсивности эрозии, не превышающей 0,2 мм/год, ее считают нормальной и не принимают во внимание. При потере почвами 3…6 т/га в год относят к слабой, 6…12 т/га в год – к средней, а при сносе мелкозема в количестве, превышающем 12 т/га в год, – к сильной [Григоров с соавт., 1993].

Струйчатая эрозия возникает тогда, когда по склону сток перераспределяется и образует струи различной интенсивности, приводящие к появлению промоин глубиной 0,5…1 м. К струйчатым формам эрозии относят размыв почвы с образованием мелких отрицательных форм рельефа, которые устраняются сельскохозяйственной обработкой почвы. Они не имеют продольного профиля и повторяют поверхности склона. При отсутствии мер защиты эта форма эрозии перерастет в овражную [Захаров, 2009].

Овражная эрозия – форма линейной эрозии, когда промоины достигают глубины более 1 м и поля не поддаются сплошной сельскохозяйственной обработке. В отличие от форм струйчатой эрозии овраги имеют свой продольный профиль, отличающийся от профиля поверхности, в которую он врезан [Захаров, 2009].

Г. И. Швебсом предложена следующая классификация водной эрозии в зависимости от мест появления (табл. 3, рис. 3).

Таблица 3

Классификация водной эрозии

Рис. 3. Классификация эрозионных процессов на склонах (в соответствии с табл. 3): а – поверхностно-склоновая эрозия; б – овражно-русловая эрозия; в – подземная эрозия

1.3. Виды эрозии

Виды эрозии обусловливаются происхождением поступающей на почву воды. Различают происхождение эрозии природное (геологическое) и антропогенное, вызванное деятельностью человека.

Природным естественным условиям соответствует естественная (нормальная) эрозия, возникающая на поверхности почвы нераспаханных территорий. Она характеризуется чрезвычайно медленными, устойчивыми процессами, обеспечивающими неизменные эколандшафты довольно длительное время.

Значительные антропогенные нагрузки (сельское хозяйство, строительство и др.) в течение короткого времени меняют ландшафты (распашка, вырубка леса, строительство дорог), делают их неустойчивыми, изменяют состояние почвы, уменьшают ее сопротивляемость нагрузкам. Результатом является ускоренная эрозия. Это можно представить в виде алгоритма (рис. 4).

Рис. 4. Схема развития эрозионных процессов

Эрозия возникает при наличии стока, т. е. для ее проявления необходимы на поверхности почвы слой воды и уклон, обеспечивающий ее сток. В зависимости от специфики появления стока различают три вида эрозии: талых вод, ливневую и ирригационную. Каждый из них может давать плоскостную, струйчатую или овражную эрозию.

Эрозия от талых вод – смыв почвы талыми водами, поступающими при таянии снега. Характеризуется большой длительностью процесса, охватывает значительные территории, отличается малой интенсивностью, так как в период снеготаяния почва большую часть времени находится в мерзлом состоянии и не поддается сносу. Несмотря на относительно малую интенсивность эрозии от талых вод в расчете на единицу объема стока, в целом в определенных условиях она может достигать значительной величины и причинять большой ущерб сельскохозяйственному производству [Захаров, 2009].

Ливневая эрозия – это смыв почвы водами, появляющимися на поверхности при выпадении дождей. При ливневой эрозии разрушение почв происходит по двум причинам: в результате смыва и размыва почв потоками и вследствие разрушения почвенных агрегатов каплями дождя. Мощность размывающего потока поверхностных вод зависит от интенсивности дождя и его продолжительности, а также от длины склона и других факторов (рис. 5). Эрозионное влияние дождя велико, так как дождевые капли при ливнях обладают большой энергией. Кроме того, крупные капли создают турбулентность временных потоков и увеличивают их транспортирующую и «роющую» способность [Захаров, 2009].

Рис. 5. Зависимость смыва от крутизны и расстояния до водораздела (а) и среднего годового количества осадков (б); Белгородская область, типичный суглинистый чернозем, склон выпуклый, зябь: 1 – изменение крутизны склона; 2 – увеличение смыва почвы; 3 – при естественной растительности; 4 – при удалении естественной растительности

Ирригационная эрозия возникает при орошении. В зависимости от способа орошения она делится на подвиды: эрозия при поливе по бороздам, по полосам, по чекам и дождеванием [Захаров, 2009].

При разных способах полива количество сносимой почвы существенно различается. Наименьшая эрозия наблюдается при поливе дождеванием и по чекам, а наибольшая – при поливе по бороздам, когда она может превышать дождевую эрозию, или от снеготаяния.

Динамика скорости впитывания почвой зависит не только от свойств почвы, но и от качества дождевальных машин, так как каждая из низ дает разную интенсивность дождя и размер капель, оказывающих разное разрушающее воздействие на почвенные агрегаты (табл. 4).

Таблица 4

Допустимая интенсивность дождя в зависимости от вида почвы, уклона (i) и наличия растений, мм/мин

1.4. Противоэрозионные мероприятия

Главное направление ресурсосбережения при защите земель от эрозии – это территориальная дифференциация противоэрозионных мероприятий (агротехнические, лесо- и лугомелиоративные, гидротехнические) в зависимости от типов земель. Комплекс таких мероприятий обеспечивает надежную защиту земель от эрозии, повышает их плодородие. Проведение их особенно необходимо при наличии земель с разной площадью расчлененных массивов, крутизной и конфигурацией склонов, а также различных литогенных и гидрологических условий (табл. 5).

Таблица 5

Противоэрозионные мероприятия

В случае невысокой эрозионной опасности противоэрозионные задачи решают агротехническими способами: использованием различных обработок земель, их окультуриванием на основе применения повышенных доз удобрений, введением сево- и пастбищеоборотов, мульчированием почвы.

При значительной расчлененности территории ложбиннобалочной сетью и уклонах до 5° противоэрозионный комплекс включает лесомелиоративные и гидрологические водорегулирующие мероприятия в приводораздельном и присетевом фондах.

В основе разработок комплекса противоэрозионных мероприятий лежит метод выделения однородных по технологическим свойствам земель, где возможно применение однотипных мероприятий.

Агролесомелиоративные мероприятия комплекса применяют на слаборасчлененных пологих (до 2°) землях водораздельного и приводораздельного фондов. Элементы этих мероприятий способствуют поглощению стока. Один из приемов комплекса включает отвальную обработку с гребневанием и полезащитными лесными полосами, лункование.

На землях с крутизной склонов больше 2° основным является задержка и отведение избытка поверхностного стока. Такую задачу позволяют решить агромелиоративные и гидротехнические мероприятия. При этом на сложных склонах контурную обработку полей сочетают с водозадерживающими и водонаправляющими сооружениями.

Элементы луголесомелиоративных мероприятий комплекса применяют на эрозионно опасных землях присетевого фонда с крутизной склонов до 10°. Залужение осуществляют под защитой водорегулирующей лесной полосы плотной конструкции.

На сильно заовраженной территории специфика противоэрозионного комплекса заключается в применении гидротехнических сооружений, залуженных водотоков, а также в облесении или засыпке оврагов, коренном улучшении склоновых земель террасированием.

В табл. 6 приведены преимущества и недостатки противоэрозионных мероприятий.

Таблица 6

Преимущества и недостатки противоэрозионных мероприятий

Приведенные таблицы помогут выбрать необходимое противоэрозионное мероприятие. Возможно использование как отдельного мероприятия, так и различных их сочетаний.

1.5. Региональные особенности защиты земель от эрозии

Основная часть эродированных и эрозионно опасных земель расположена в регионах с постоянной или периодической засушливостью (рис. 6).

Рис. 6. Районирование территории России и ближнего зарубежья по эрозионной опасности земель: 1 – зоны эрозионно безопасные и весьма слабо эрозионно опасные; 2 – зоны возможного проявления эрозии от стока талых вод; 3 – зоны возможного проявления эрозии от стока талых и дождевых вод; 4 – зоны возможного проявления эрозии от стока дождевых вод¹

В Северо-Западном районе России распространена эрозия, усиленная в условиях крутосклонного холмисто-моренного рельефа интенсивной обработкой (отвальной вспашкой) пахотных земель. Противоэрозионные мероприятия направлены на безопасный отвод поверхностного стока, подбор почвозащитных культур, чередование отвальных и безотвальных систем обработки почвы, устройство залуженных водотоков и закрытого дренажа.

В Центральном районе России в эрозионном отношении неблагополучны 34% пашни, распространено оврагообразование. Наиболее важное значение имеет введение почвозащитных севооборотов, выполаживание оврагов и облесение овражно-балочных земель в сочетании с простыми гидротехническими сооружениями.

В Волго-Вятском районе наряду со смывом интенсивны процессы оврагообразования (58% пашни). Основные мероприятия – применение приемов обработки почвы, увеличивающих водопоглощение (кротование, щелевание), внедрение контурно-полосной и прямолинейно-контурной организации территории.

В Центрально-Черноземном районе 69% пахотных земель нуждаются в противоэрозионной защите. Основные звенья почвозащитной технологии: вспашка с плоскорезной и поверхностной обработкой, а также с почвоуглублением; регулирование стока созданием валов-террас при контурно-полосной организации территории. Широкое распространение получают выполаживание оврагов, устройство водопоглощающих канав и террасирование.

Уральский район, в котором эрозионной опасности подвержено 68% пашни, во многом сходен с Поволжьем как в отношении развития эрозионных процессов, так и в направленности противоэрозионных мероприятий.

В Западно-Сибирском районе эрозионно опасны 78% пашни. Почвозащитная технология основывается на плоскорезной обработке и полосном размещении культур.

В Восточно-Сибирском районе пахотные угодья размещены, в основном, в межгорных котловинах. Эрозионно опасные земли составляют 60% пашни. Здесь важное место занимают противоэрозионные гидротехнические сооружения.

В Дальневосточном районе подвержено эрозии 33% пашни. Муссонный климат способствует активному проявлению водной эрозии. Первостепенное значение в регионе приобретают посевы почвозащитных культур, чередование отвальной и безотвальной обработок в сочетании с устройством залуженных водотоков и закрытого дренажа, а также террасирование.

Выходом из сложившегося положения является замена потребительского подхода экологическим, основной целью которого является предотвращение ускорений эрозии, создание эрозионно устойчивых ландшафтов за счет комплекса противоэрозионных мероприятий.

2. Этапы развития противоэрозионных гидротехнических сооружений

2.1. Появление противоэрозионных гидротехнических сооружений

Определенные представления об эрозии, ее причинах и мерах борьбы с этим явлением возникли несколько тысяч лет тому назад в районах древних земледельческих цивилизаций (Семиречье, Китай, Индия). В России начало научным разработкам способов защиты от эрозии положили М. В. Ломоносов и профессора Московского университета М. И. Афонин и А. Т. Болотов.

В. В. Докучаев впервые предложил четкую систему мероприятий по защите почв от эрозии, в частности такие, как регулирование стока рек, устройство прудов в степи, определенное соотношение между площадями пашни, луга и леса, приемы обработки почвы, обеспечивающие наиболее полное использование влаги, применение сортов деревьев, приспособленных к местным условиям. Для изучения предложенного комплекса мероприятий под руководством В. В. Докучаева были созданы три опытных сельскохозяйственных участка: Каменностепной, Старобельский и Мариупольский.

Изучением эрозии почв занимался и П. И. Тихобразов. Им предложены такие мероприятия, как земляные валы на полях для задержания талых вод, нарезка полей и вспашка вдоль горизонталей, которые получили название контурной вспашки, теперь она широко применяется во всем мире. Им были построены в Тамбовской губернии валы с широким основанием треугольного поперечного профиля и заложены откосы при высоте вала 0,7 м. В 1910 г. В. М. Борткевич разработал конструкцию приовражного водозадерживающего вала с водосборной канавой и шпорами по концам.

Мероприятия, связанные с защитой оврагов от эрозии в нашей стране, начали применять еще в 1898 г. А. А. Тельфер разработал систему водонаправляющих валов. Появились первые водосбросные сооружения. В 1912 г. И. А. Кириенко предложил оригинальную конструкцию – консольный водосброс. Позже С. Г. Черемской разработал новую конструкцию висячего водосброса, отличающегося тем, что сливной лоток подвешивался к рамной опоре.

Данные сооружения в мелиоративных целях применяли также издавна. В 1903–1930 гг. предпочтение отдавали простейшим сооружениям – донным запрудам из дерева, плетней и хвороста, их применяли самостоятельно и совместно с водосбросными сооружениями.

Противоэрозионная мелиорация как наука родилась в конце 20-х – начале 30-х годов прошлого века. В это время появляются работы Н. П. Чеботарева по гидрологическим расчетам стока, Б. В. Полякова – по расчетам сооружений на малых бассейнах, Н. И. Суса – по проектированию и строительству противоэрозионных гидротехнических сооружений, Н. И. Манилова – по террасированию склонов и многие другие. Они заложили основу самостоятельного направления мелиораций – охрану почв с помощью таких систем противоэрозионных гидротехнических сооружений, как валы с широким основанием, водозадерживающие и водонаправляющие залы-канавы и др.

Эти сооружения получили широкое распространение. Появились конструкции из новых строительных материалов: бетона и железобетона.

В 20-х годах прошлого века А. Д. Магомедов впервые разработал конструкцию сборно-звенчатого водосбросного лотка из сборного железобетона. С. Г. Черемской предложил конструкцию и технологию монтажа донных запруд из железобетона.

В начале 50-х годов А. А. Чернышов разработал и предложил новую технологию строительства валов и капав с применением механизации. В это же время начали применять типовое проектирование противоэрозионных гидротехнических сооружений, получившее впоследствии широкое применение.

Большой вклад в разработку основ теории противоэрозионных мелиораций внес В. М. Ивонин. Им предложены противоэрозионные инженерно-биологические системы, представляющие собой совокупность мелиораций эрозионных гидротехнических сооружений. Это перспективное направление должно способствовать созданию экологически и эрозионно устойчивых агроландшафтов.

2.2. Гидромелиоративные противоэрозионные мероприятия. Классификация сооружений

При защите почв от эрозии большое значение имеют гидромелиоративные мероприятия – гидротехнические сооружения, задерживающие или регулирующие сток.

Гидротехническими сооружениями называются инженерные сооружения, посредством которых осуществляются водохозяйственные мероприятия.

Противоэрозионными гидротехническими сооружениями (ПЭГС) называются инженерные сооружения, предназначенные для защиты почв от водной эрозии и обеспечивающие создание эрозионно устойчивого агроландшафта.

Цель применения ПЭГС:

• предупреждение ускоренной эрозии почв на склоновых землях и отвод избыточного поверхностного стока;

• закрепление растущих оврагов и заиление ложбинных понижений местности;

• безопасный сброс поверхностного стока в гидрографическую сеть;

• уменьшение заиления прудов, водохранилищ и рек;

• выравнивание конфигурации полей и вовлечение в оборот эродированных земель.

К гидромелиоративным относятся также мероприятия, связанные с мелиорацией разрушенных эрозией земель и освоением крутых склонов (засыпка промоин и оврагов, выполаживание откосов, оврагов, планировка склонов, террасирование и т. д.).

М. Н. Заславский приводит следующую классификацию гидромелиоративных противоэрозионных мероприятий:

1. Распылители стока.

2. Водоотводные каналы на склонах для перехвата и отвода большого склонового стока талых и ливневых вод.

3. Водозадерживающие и водоотводные палы и канавы перед вершинами оврагов.

4. Склоновые водоемы с водопроводящими валиками и канавами для задержания и использования вод склонового стока.

5. Лиманы на ложбинах для задержания и использования вод склонового стока.

6. Террасы различного типа.

7. Овражные гидротехнические сооружения – вершинные и донные (быстротоки, перепады, консоли и т. д.).

8. Плотины в оврагах и балках.

9. Приемы подготовки к сельскохозяйственному использованию сильнорасчлененных линейной эрозией склоновых земель (засыпка промоин и мелких оврагов, выполаживание откосов более крупных оврагов, планировка поверхности сильнорасчлененных склонов).

10. Гидротехнические меры, направленные на предупреждение ирригационной эрозии на склоновых землях (тщательная планировка поверхности участка орошения, укрепление водосбросов и т. д.).

Противоэрозионные гидротехнические сооружения разделены на группы в зависимости от назначения, местоположения, характера работы, материала сооружений, типа конструкции.

По назначению гидротехнические противоэрозионные сооружения разделяются на водозадерживающие и водоотводящие. Первые задерживают поверхностный сток, который в последующем впитывается в почвогрунт, испаряется или используется для хозяйственных нужд. Вторые отводят сток от эрозионно опасных участков и тем самым предохраняют их от эрозионного разрушения.

По местоположению сооружения делятся на следующие:

• склоновые (валы-террасы, валы-канавы, водозадерживающие валы и т. д.);

• вершинные (быстротоки, перепады и т. д.);

• донные (пороги, запруды, дамбы и т. д.).

Особое место занимают противоэрозионные гидротехнические сооружения в горах. Подробно о них говорится в разделе 8.

Строительным материалом могут быть грунт, дерево, камень, монолитный и сборный железобетон и т. д.

В табл. 7 приведена обобщенная классификация ПЭГС.

Таблица 7

Классификация противоэрозионных гидротехнических сооружений

2.3. Классы капитальности сооружений и расчетная обеспеченность

По условиям использования противоэрозионные сооружения разделяются на постоянные и временные.

Постоянные сооружения используются при постоянной эксплуатации и делятся на IV класса капитальности, учитывающие особенности аварий и оценку причиненного ущерба:

I – постоянно действующие, удовлетворяющие повышенным требованиям и прочности, и устойчивости материалов; их разрушение может привести к катастрофе;

II – постоянно действующие; их разрушение может нанести большой ущерб;

III – постоянно действующие, удовлетворяющие средним требованиям;

IV – постоянно действующие, удовлетворяющие минимальным требованиям.

Временные сооружения используются на время строительства, ремонта постоянных сооружений или иных временных целей. Они относятся к V классу капитальности.

Класс капитальности постоянно действующих сооружений определяется по СНиП 3.07.01-85 в зависимости от последствий аварии, высоты, материала и вида грунта основания. Все постоянные противоэрозионные сооружения, имеющие высоту менее 5 м, относятся к IV классу капитальности, независимо от грунта в основании.

Класс капитальности диктует расчетную обеспеченность максимальных объемов и расходов воды (табл. 8).

Таблица 8

Расчетная обеспеченность максимальных объемов W_max и расходов воды Q_max, % (ВСН 04-77)

3. Основы проектирования и строительства противоэрозионных гидротехнических сооружений

3.1. Проектирование сооружений. Исходные данные

3.1.1. Этапы, стадии проектирования. Документация

Проектированием называется разработка комплексной технической документации (проекта), содержащей технико-экономическое обоснование, расчеты, чертежи сметы, пояснительную записку и другие материалы, необходимые для строительства каких-либо сооружений и объектов.

Проектирование противоэрозионных мероприятий при внутрихозяйственном землеустройстве сводится к тому, чтобы прекратить развитие эрозии и устранить причины, ее вызывающие. Основное назначение противоэрозионного проекта – это задержать или рассредоточить по поверхности рельефа сток ливневых и талых вод и обеспечить водоустойчивость почв [Степанов с соавт., 1974].

Противоэрозионные гидротехнические сооружения проектируются в тех случаях, когда агротехнические и лесомелиоративные мероприятия недостаточно эффективны. Они предназначаются для быстрого и надежного закрепления интенсивно развивающихся оврагов, которые приводят к выходу из сельскохозяйственного использования земельных угодий, разрушению капитальных сооружений (зданий, дорог, мостов и т. д.).

Этапы проектирования. Процесс составления проекта противоэрозионных гидротехнических мероприятий слагается из трех этапов [Степанов с соавт., 1974]: подготовительных работ, полевого обследования и собственно проектирования.

Подготовительный этап – изучают данные о климатических факторах, способствующих эрозии земель, состав почв и их физико-химические свойства, состояние и видовой состав растительного покрова, топографические материалы, геологические и гидрогеологические условия данной местности.

Полевое обследование – выясняют наличие гидротехнических противоэрозионных сооружений, уточняют их состояние и состояние действующих оврагов, эродированных балок и водосборных площадей. Визуально определяют границы площади водосбора балок и оврагов данного участка, по возможности корректируют геологические данные участка проектируемых мероприятий, предварительно намечают места расположения гидротехнических сооружений и их темпы, определяют необходимость инженерно-технических изысканий, их состав и детальность.

В полевых условиях ведется журнал и делается чертеж обследования. На чертеже полевого обследования в условных обозначениях отмечают: названия оврагов и балок, номера их действующих вершин, существующие и предполагаемые типы гидросооружений, которые будут построены на этих вершинах, границы водосборных бассейнов, а также участков, где необходимы инженерно-технические изыскания. За основу чертежа принимается топографический план местности в масштабе 1:10 000 или 1:25 000.

Проектирование противоэрозионных мероприятий может осуществляться в одну или несколько стадий.

Стадии в проектировании следующие [Степанов с соавт., 1974]: проектное задание, технический проект и рабочее проектирование. Стадийность проектируемых мероприятий определяется действующими инструкциями. При одностадийном проектировании составляется проектное задание.

Исходным материалом для проектирования служит: задание на проектирование, утвержденное в установленном порядке, программа и сметы на изыскания и проектирование, материалы полевого обследования, данные о климате, гидрографии и других природных характеристиках участка проектирования.

Проектное задание необходимо для обоснования технической возможности и экономической целесообразности строительства противоэрозионных гидротехнических сооружений на территории, подверженной эрозии. В нем намечают сроки и местоположение объектов строительства, основные технические решения и технико-экономические показатели.

Следует широко применять типовые проекты, а также повторно использовать наиболее экономически эффективные проекты. В случае необходимости при разработке проектного задания составляют сравнительные варианты для последующей их оценки и выбора наиболее экономичного решения.

Проектное задание включает следующие разделы: сводную записку, общую часть, экономическую часть, организацию сельского хозяйства на территории освоения, техническую часть, организацию строительства, сметную стоимость строительства.

Сводная записка содержит краткие сведения о проектном задании, в частности технические решения и технико-экономические показатели.

В общей части приводятся сведения о природных условиях (рельеф, климат, гидрография, гидрология, инженерно-геологические данные, почвы, растительный покров, состояние существующих сооружений и т. д.), здесь помещают генеральный план территории с нанесением границ землепользователей, проектируемых и существующих технических сооружений, дорог, лесных полос и т. д. Кроме того, в общей части описываются варианты (если они разработаны) основных технических решений и расчеты, обосновывающие технические решения, принятые в проекте [Степанов с соавт., 1974].

В экономической части приводится анализ капитальных затрат на строительство противоэрозионных сооружений и сельскохозяйственное освоение земельных площадей, предусмотренных проектом. Здесь дается оценка экономической целесообразности и эффективности строительства и сельскохозяйственного производства на земельных площадях после их ввода в сельскохозяйственный оборот.

В разделе организации сельского хозяйства на территории освоения предлагается направление сельского хозяйства, организация сельскохозяйственного производства, размеры и размещение мелиорируемых земель и очередность хозяйственного освоения, размещение севооборотных участков, лесных полос, лугов и т. д.

Техническая часть включает сведения о запроектированных водозадерживающих валах, вершинных и русловых сооружениях, их продольных и поперечных профилях, характеристику и обоснование принятых технических решений, перечень типовых и повторно используемых проектов с их краткой характеристикой.

В разделе организации строительства приводится общий объем и ориентировочные планы строительно-монтажных работ, выделяются объемы и сроки на строительство наиболее крупных сооружений. Сроки строительства устанавливают с учетом сдельно-прогрессивной оплаты труда рабочих и широкого применения механизации строительных и монтажных работ. В разделе содержится генеральный план строительства, обосновываются принятые методы производства работ, потребность в рабочей силе, строительных материалах, конструкциях, механизмах и т. д., а также технико-экономические показатели организации строительства [Степанов с соавт., 1974].

Сметы и программу на изыскания и проектирование составляют по материалам предварительного обследования на основании Инструкции о порядке составления смет и Сборника укрупненных показателей стоимости.

Технический проект составляют после подробных изысканий и исследований в районе намечаемого строительства, которые обусловлены проектным заданием. Это промежуточная стадия разработки проекта противоэрозионных гидротехнических мероприятий. Он составляется в объеме, необходимом для уточнения данных проектного задания при выполнении рабочих чертежей. В техническом проекте разрабатывается один принятый и утвержденный в проектном задании вариант. В состав технического проекта входят те же части, что и в проектное задание, но подробно разработанные и уточненные с гидравлическими, гидротехническими и статическими расчетами [Степанов с соавт., 1974].

К техническому проекту прилагаются сметы на основные объекты строительства, сметно-финансовые расчеты на вспомогательные объекты и сводные сметы. Во многих случаях при проектировании противоэрозионных сооружений технический проект не составляется, а сразу же после разработки проектного задания изготовляются рабочие чертежи.

При рабочем проектировании гидротехнических противоэрозионных мероприятий необходимо максимально использовать типовые проекты отдельных сооружений.

Типовое проектирование – техническое направление в проектировании, позволяющее многократно осуществлять строительство сооружений на основе специально разработанных проектов (типовых) при некотором диапазоне изменений размеров сооружений.

Типовой проект сооружения состоит из полного комплекта чертежей с пояснительной запиской и сметой (альбомов), которые позволяют проводить строительно-монтажные работы после привязки к местности. В типовом проекте содержатся все необходимые сведения об объемах работ, потребности в рабочей силе и строительных материалах, а также сметной стоимости строительства.

В процессе проектирования противоэрозионных гидротехнических сооружений проводятся их расчеты. Основная цель этих расчетов – определить оптимальные размеры с точки зрения надежности, долговечности и удобства в эксплуатации противоэрозионных гидротехнических сооружений. Для расчета сооружений пользуются полученным в результате изысканий топографическим планом местности в горизонталях, сведениями о стоке талых и ливневых под, данными о почвогрунтах на участке проектирования и т. д. Эти материалы дают возможность наметить план работ и вычислить размеры земляных и овражных сооружений, а также рассчитать необходимость креплений и их размеры [Степанов с соавт., 1974].

3.1.2. Исходные данные для проектирования

Для выбора конструкции сооружения, его размещения на склоне необходимы исходные данные.

Характеристики водосборной площади:

• площадь водосбора, F, км²;

• длина водотока, L, км;

• средняя длина склонов, L_ск, км;

• средняя ширина водосбора, В, км;

• средневзвешенный уклон водотока, I_в, %;

• средний уклон склонов, i, %;

• залесенность водосбора, f_з, %;

• распаханность водосбора, k, %;

• заболоченность водосбора, f_б, %;

• почвогрунты, слагающие поверхность водосбора;

• агротехнический фон склона.

Большая часть данных определяется в результате съемки местности и по картам, а также с применением современных геоинформационных технологий. Площадь водосбора в проектной практике может находиться планиметром, менее точно – палеткой или по формуле Н. П. Чеботарева:

F = a × B × L, м², (4)

где а – коэффициент, учитывающий форму бассейна: для треугольной формы а = 0,5; круглой – а = 0,785, прямоугольной – а = 1,0; В, L – ширина и длина описанного прямоугольника.

Уклоны определяются как отношение разности отметок горизонталей (H₁, H₂) на расстояние между ними (L_{1, 2}):

При наличии оврага устанавливают его глубину (Р_овр).

Гидрологические данные: объем воды, который должен быть задержан сооружением, W; максимальный сбросной расход воды, Q; возможные скорости потока на эрозионно опасных участках склона, V.

Эти характеристики рассчитываются по данным местных станций гидрометеослужбы, а при отсутствии последних – по эмпирическим формулам и картографическим материалам.

Гидрологические расчеты производятся согласно ВСН 04-77, Инструкции по определению гидрологических характеристик при проектировании противоэрозионных мероприятий на европейской территории СССР. Методика этих расчетов следующая:

1. Определяются величины слоя и объема весеннего стока для необходимой по классу капитальности вероятности превышения Р%.

Слой стока вероятности превышения Р% рассчитывается по следующей формуле:

h_p% = (c × h_k – b) × f_л × k × k_э, (6)

где с, b – эмпирические постоянные, которые определяются в зависимости от вероятности превышения Р%, при Р = 40% с = 0,66, b = 15; при Р = 50% с = 1,00, b = 0; h_k – величина слоя стока, определяется по картам в зависимости от местоположения водосбора (рис. 7); f_л – коэффициент, учитывающий влияние залесенности на слой стока:

где k – коэффициент, учитывающий влияние распаханности бассейна, для водосбора с площадью менее или равной 0,05 км² k = 0,8, если больше – k = 1; k_э – коэффициент, учитывающий влияние экспозиции водосбора; восток, юго-восток, северо-запад – k_э = 0,7…0,8, север, северо-восток, запад – k_э = 0,9…1,0, юг, юго-запад – k_э = 1,2.

Объем весеннего стока вычисляется по формуле:

W_p% = 1000 × F × h_p%, м³, (9)

где 1000 – коэффициент размерности; F – площадь водосбора, км²; h_p% – слой стока, мм, формула (6).

2. Определяется величина максимальных расходов воды весеннего половодья.

Расчет максимальных расходов воды осуществляется по редукционной формуле:

Q_p% = 0,28 × a_p% × r × f_л × f_п × k × k_зат × j × F, м³, (10)

где Q_p% – максимальный расход вероятностью превышения P%, м³/с; 0,28 – коэффициент размерности; a_p% – максимальная часовая интенсивность водоотдачи, мм/ч:

при P ≤ 25%, a_p% = a_1%,

при P > 25%, a_p% = a_50%,

численные значения определяются по картам ВСН 04-77; r – коэффициент редукции, учитывающий снижение максимального модуля стока с увеличением площади водосбора (табл. 9).

Таблица 9

Коэффициент редукции

f_б – коэффициент заболоченности, ориентировочно f_б = 1;

f_л – коэффициент, учитывающий снижение максимальной часовой водоотдачи вследствие залесенности водосбора;

f_п – коэффициент, учитывающий почвогрунты; суглинки, серые лесные, дерново-подзолистые, смытые черноземы на суглинках, f_п = 1,3; мощные черноземы, карбонатные почвы, лессы, f_п = l,0; супеси, бурые почвы, супесчаные и песчаные сероземы, f_п = 0,8;

k – коэффициент, учитывающий влияние видов распашки на максимальную часовую интенсивность водоотдачи при вспашке (F < 0,05 км²); поперек склона – 0,8, вдоль склона и многолетней залежи – 1,2; выпасаемой залежи и целины – 1,3, при F > 0,05 км² k = 1,0;

k_зат – коэффициент, учитывающий увеличение расхода вследствие прорыва заторов; при P < 25% и F < 2,0 км² определяется по формуле:

j – переводной коэффициент от максимального расхода воды вероятностью превышения P = 1% или P = 50% к максимальным расходам воды других вероятностей превышения (табл. 10).

Таблица 10

Переходной коэффициент

3. Определяются величины слоя и объема дождевого стока воды. Слой дождевого паводкового стока необходимой вероятности превышения h_p% рассчитывается по формулам в зависимости от площади водосбора F:

при F < 1,0 км² h_p% = Y(t) × Н_1% × r₁ × j_p%, (12)

при F > 1,0 км² h_p% = Н_1% × r₁ × j_p%, (13)

где Н_1% – суточный слой осадков вероятностью превышения Р = 1%, мм (рис. 8);

r₁ – объемный коэффициент стока, определяется в зависимости от значений H_1% и категории почв, для смытых и мощных черноземов – по табл. 11;

Y₍t₎ – ордината кривой редукции слоя осадков, зависит от орографии местности и равна 0,65 или 0,73;

j_p% – переходный коэффициент к другим обеспеченностям, определяется по табл. 12.

4. Устанавливается величина максимального расхода дождевых паводков вероятностью превышения Р% по формуле:

Q_p% = A_1% × r × H_1% × j_p% × F, (14)

где A_1% – максимальный модуль дождевого стока, выраженный в долях от произведения rH_1%, зависит от гидро-морфометрической характеристики русла Ф_р, времени склонового добегания t_ск, района кривой редукции осадков. В целях упрощения расчетов при проектировании противоэрозионных гидротехнических сооружений ориентировочно может быть принят равным 0,2;

r – коэффициент стока в зависимости от категории почвы Н_1% и площади водосбора. Определяется по табл. 13.

Рис. 7. Величина слоя весеннего стока (мм) в европейской части России (штриховка – горные районы)

Таблица 11

Объемный коэффициент стока

Таблица 12

Переходный коэффициент к другим обеспеченностям

Таблица 13

Коэффициент стока

Определив максимальные объемы, расходы весеннего половодья W_10%, Q_10% и дождевого стока, производим их сравнение. За расчетные принимаются максимальные значения объема или расхода стока от снеготаяния или ливней 10% вероятности превышения. В лесостепной и степной зонах России наибольшие объемы стока дают весенние паводки, а наибольшие расходы – ливни. В засушливых степных районах расчеты следует вести на задержание весеннего стока, а в степных – ливневого.

Рис. 8. Величина суточного слоя осадков (H_1%, мм) 1% вероятности превышения на европейской территории России

3.1.3. Общие сведения о сметах, сметной документации

Сметы – проектный документ, составляемый на каждый объект на основании рабочих чертежей, отражающий сметную стоимость, т. е. возмещение затрат предприятию-изготовителю в определенных пределах, лимитируемых отпускной ценой. В них приводятся обоснованные расчеты стоимости строительства с учетом конкретных условий производства.

На основании смет осуществляется планирование и финансирование строительства, расчеты между подрядчиком и заказчиком, контроль за правильностью расходования средств.

Строительными нормами (СНиП) установлены типовые формы всех сметных документов:

Форма 1 – сводный сметный расчет;

Форма 2 – сводка затрат;

Форма 3 – объектная смета;

Формы 4 и 5 – локальные сметы, составляемые с применением ЭВМ и вручную;

Формы 6 и 7 – локальные сметы на приобретение и монтаж оборудования, составляемые с применением ЭВМ и вручную;

Форма 8 – ведомость сметной стоимости строительства объектов, входящих в пусковой комплекс, если проект большой и много объектов;

Форма 9 – ведомость сметной стоимости товарной строительной продукции;

Формы 10 и 11 – индивидуальная единичная расценка и расценка на монтаж оборудования;

Форма 12 – каталог единичных расценок;

Формы 13 и 14 – калькуляции стоимости материалов, конструкций, изделий и транспортных расходов.

Для составления сметной документации применяется единая методика и система сметных нормативов, соответствующая установленному уровню цен на данный период.

Стоимость строительных и монтажных работ (сметная стоимость) включает в себя:

• прямые затраты ПЗ (заработная плата, стоимость строительных материалов и расходы на эксплуатацию машин);

• накладные расходы HP;

• плановые накопления ПН.

Она определяется по формуле:

C = ПЗ + НР + ПН, (15)

где НР = 15,1% ПЗ; ПН = 8% (ПЗ + НР).

В сметной стоимости выделяется нормативная условно чистая продукция (НУЧП), включающая в себя:

• основную заработную плату, ЗП;

• затраты на эксплуатацию строительных машин, З;

• накладные расходы, HP_нучс;

• плановые накопления на эти виды затрат, ПН_нучп.

Определяется по формуле:

НУЧП = ЗП + З + НР_НУЧС + ПН_НУЧП. (16)

По величине НУЧП планируется производительность труда и заработная плата строительных организаций.

Сметная стоимость приводится в расчетах, которые входят в состав документов, объединяемых понятием «сметная документация». В нее входят: сводный сметный расчет, сводка затрат, объективные и локальные сметы или сметные расчеты, ведомость потребности в ресурсах, ведомость сметной стоимости товарной строительной продукции и другие документы.

Конкретный состав сметной документации зависит от стадии проектирования.

Сметы имеют определенную структуру, отраженную во всех ее формах. В формах указываются работы или объекты и затраты по ним, нормативные или другие директивные источники, служащие основанием для определения стоимости; принятые единицы измерения (объемы работ или трудозатрат); сметная стоимость единицы и общая стоимость. В составе сметной стоимости выделяются основная заработная плата и затраты на эксплуатацию машин, служащие для нахождения нормативной условно чистой продукции (НУЧП). В конце сметы отдельными строками выписываются накладные расходы с указанием установленного их размера в процентах от прямых затрат, а также плановые накопления, начисляемые в установленном размере от суммы прямых затрат и накладных расходов. Итоговая строка определяет полную сметную стоимость.

3.2. Основы организации и технологии работ

3.2.1. Общие понятия

Для решения вопросов, связанных со строительством сооружений на стадии проектирования, составляют проект организации работ. Его основу составляют следующие основные понятия.

Строительством называются работы, выполняемые при возведении новых, реконструкции и ремонте существующих сооружений. В зависимости от способа выполнения строительных работ выделяют: механизированные, выполняемые с помощью машин и механизмов; ручные, осуществляемые вручную рабочими. Строительные процессы состоят из рабочих операций.

Рабочая операция – это однородный процесс, характерными признаками которого являются неизменные исполнители, механизмы, инструменты и материалы. Изменение любого из компонентов приводит к началу другой рабочей операции.

Технологией называется совокупность процессов по переработке материалов, из которых строят сооружения.

Для выполнения технологических процессов их требуется организовать, т. е. подготовить, обеспечить необходимыми ресурсами, упорядочить в соответствии и с учетом свойств материалов, особенностью создаваемого объекта и т. д.

3.2.2. Технические нормы и расценки

Основу решения любых вопросов производства по организации, учету и оплате труда рабочих составляют технические нормы и расценки.

Норма – это количество времени или ресурсов, необходимых для выполнения единицы объема работ. В строительстве широко используются следующие виды технических норм:

• норма времени – это количество времени, затрачиваемое рабочим соответствующей квалификации на выработку единицы объема работ (человеко-дни на 100 м³);

• норма машинного времени, в течение которого должна работать машина, чтобы выполнить единицу объема работ (машино-смена или машино-час на 100 м³);

• норма выработки – объем работ, выполненный рабочим соответствующей квалификации за смену или час. Норма выработки обратно пропорциональна норме времени;

• нормы расхода материалов, энергии и других ресурсов – это требуемое их количество на единицу объема.

Расценка – заработная плата рабочих за качественно выполненную единицу объема.

Разработанные технические нормы и расценки являются едиными и обязательными для всеобщего применения и приводятся в документе ЕНиР (единые нормы и расценки).

3.3. Основы строительства

3.3.1. Строительные материалы

При строительстве противоэрозионных гидротехнических сооружений широко применяются такие строительные материалы, как различные грунты, вяжущие материалы, бетон, железобетон, камень, кирпич, дерево. Для противоэрозионных сооружений в большинстве случаев строительным материалом является грунт.

Грунтом называется горная порода или почва, используемая в качестве основания, среды или материала для возведения зданий и сооружений. По характеру структурных связей грунты делятся на скальные (гранит, базальт, некоторые песчаники), полускальные (гипс, конгломерат и т. д.) и нескальные.

Поскольку эрозионные процессы распространены в нескальных, т. е. рыхлых, грунтах, остановимся на них более подробно. Они в зависимости от крупности твердых частиц грунта имеют следующие наименования: валуны > 200 мм, галька – 20…200, гравий – 2…20, песок – 0,05…2, пыль – 0,005…0,05, глина < 0,005 мм. В строительной практике грунты классифицируют в зависимости от содержания глинистых частиц (табл. 14).

Наиболее важными показателями физических свойств грунтов являются плотность, пористость, влажность, внутреннее трение и сцепление.

Физические свойства грунтов трудно определить и заложить в основу классификации грунтов в строительстве. В соответствии с принятыми строительными нормами и правилами (СНиП) все грунты разделены на XI групп:

I – растительный грунт, песок, супесь, средний суглинок влажный и разрыхленный;

II – суглинок, гравий мягкий и средний, глина мягкая влажная и глина разрыхленная;

III – суглинок крепкий, глина средняя, крепкая влажная или разрыхленная;

IV – суглинок крепкий со щебнем или галькой, глина крепкая или очень крепкая, влажная;

V…XI – скальные и мерзлые породы различных состояний.

Таблица 14

Классификация грунтов по гранулометрическому составу

Рыхлые грунты отнесены к первым трем группам. Их можно разрабатывать землеройными машинами без предварительного рыхления.

Важнейшей характеристикой грунта при его уплотнении и укладке в качественные насыпи является влажность. Чем больше глинистых и пылеватых частиц в грунте, тем большее количество воды может удерживаться в его порах.

Вяжущими строительными веществами называются такие, которые при нагревании или соединении с водой, растворами солей и другими жидкостями образуют пластично-вязкую массу, затвердевающую и переходящую со временем в камневидное состояние. Их делят на две группы: минеральные и органические.

Минеральные вяжущие вещества делятся на воздушные (твердеющие и сохраняющие прочность только на воздухе) и гидравлические (твердеющие и сохраняющие прочность на воздухе и в воде).

К воздушным относятся строительный гипс, используемый в штукатурных работах, и воздушная известь, применяемая для приготовления растворов, производства силикатного кирпича, низкомарочных бетонов.

К гидравлическим вяжущим веществам относятся гидравлическая известь, портландцемент и специальные цемент. Гидравлическая известь применяется при приготовлении строительных растворов для сухой среды и бетонов низких марок. Портландцемент используется для приготовления цементных растворов, бетонов и железобетонов. Его прочность характеризуется пределом прочности на сжатие и изгиб, что соответствует марке цемента. Марка – это предельное сопротивление (кг/см²) цементного кубика на сжатие и изгиб через 28 суток. Марки цементов следующие: 400, 500, 550, 600.

Пуццолановый портландцемент. Марки 300, 400. Обладает повышенной водостойкостью и водонепроницаемостью, стоек к действию агрессивных и сульфатных вод; широко применяется для подводных и подземных бетонных и железобетонных конструкций.

Шлакопортландцемент. Марки 300, 400 и 500. Обладает высокой стойкостью в мягких и минерализованных вода повышенной жаростойкостью и низкой морозостойкостью. Используется в монолитных и гидротехнических сооружениях, не подвергающихся частому замораживанию и оттаиванию, а также для сборных конструкций и приготовления строительных растворов.

Гидрофобный портландцемент. Марки 300, 400, 500, 600. Обладает высокой сохранностью (активностью) в благоприятных условиях. Используется в гидротехнических сооружениях.

Органические вяжущие и гидроизоляционные материалы представлены высокомолекулярными соединениями углеводородов. Это битумные (искусственные и нефтяные) и дегтевые материалы, представленные различными вязкожидкими смолами и вязкотвердыми песками (остатками перегонки дегтей и смол). Их характерной особенностью является несмачиваемость, нерастворимость в воде, пластичность, химическая стойкость, способность склеивать сыпучие и рулонные материалы, передавать им свои свойства. Поэтому их широко используют для антикоррозийной защиты, в качестве гидроизоляционных материалов, обладающих высокой водонепроницаемостью.

Бетон – искусственный камень, получаемый при затвердевании бетонной смеси, состоящей из вяжущего вещества – цемента, воды и заполнителей – песка, гравия или щебня. Прочность бетона зависит от качества составляющих его материалов. Марка цемента должна соответствовать марке проектируемого бетона. Для получения высокого качества необходима относительная влажность воздуха 90…100% и температура +18…+22 °С. Интенсивное испарение воды из бетона и повышение температуры воздуха замедляют твердение. Проектную прочность бетон приобретает через 28 суток.

Железобетон – это сочетание бетона и металла в одном изделии. Бетон обладает хорошей прочностью на сжатие, но плохой на растяжение. Для предотвращения разрушения бетонных конструкций растягивающими усилиями в них вводят стальную арматуру, хорошо работающую на растяжение.

По способу производства железобетонные конструкции бывают монолитными, сборными и сборно-монолитными. Монолитные конструкции возводят непосредственно на строительной площадке с помощью опалубки. Сборный железобетон, изготовленный в заводских условиях, дает возможность использовать индустриализацию и максимальную механизацию на работах. Сборно-монолитные конструкции представляют собой сочетание сборных элементов и монолитного бетона, укладываемого на месте строительства.

Железобетон применяют в виде балок, плит, свай, труб, а также сборных конструкций в гидротехническом строительстве.

Керамические материалы. К ним относятся кирпич, керамические камни, а также изделия – плиты и трубы.

Кирпич. В строительстве широко применяется глиняный (красный) и силикатный. Размеры кирпича: одинарного – 250×120×65 мм, утолщенного красного и модульного – 250×120×88 мм. Марки кирпича по прочности: 75, 100, 125, 150, 200, 250, 300. Масса кирпича 3,2…3,6 кг. Силикатный кирпич нельзя применять в условиях повышенной влажности из-за его недостаточной водостойкости.

Асбоцемент. Обладает высокой прочностью на растяжение, водопроницаемостью, морозостойкостью, низкой теплопроводностью, легко механически обрабатывается. Применяется в виде плит, водопроводных труб.

Древесина используется в строительстве очень широко. Это обусловлено ее свойствами, значительной механической прочностью, упругостью, малой теплопроводностью, высокой морозостойкостью, легкой обрабатываемостью. В строительстве распространены хвойные породы (сосна, лиственница, ель, пихта, кедр) и лиственные (дуб, граб, береза, липа, осина и т. п.). Древесину применяют в виде круглого леса и пиломатериалов (доски, брусья и т. п.). Недостатки древесины: легкая возгораемость, подверженность загниванию, грибковым окрасам, действию насекомых, растрескиванию и т. п.