Budownictwo wodne, Notatki z Ochrona środowiska

Pobierz Budownictwo wodne i więcej Notatki w PDF z Ochrona środowiska tylko na Docsity!

Budownictwo wodne - budowle morskie

opracowano na podstawie:

1. Budownictwo betonowe, tom XVI Budowle Hydrotechniczne Morskie, Arkady
2. Hückel Stanisław: Budowle morskie Tom I-IV, Wydawnictwo morskie, 1972- 1975
3. Mazurkiewicz Bolesław, Kazimierz: Morskie budowle hydrotechniczne, Fundacja Rozwoju Wyższej Szkoły Morskiej w Szczecinie, 1999
4. Morskie Budowle Hydrotechniczne. Zalecenia do projektowania i wykonywania. Budowle morskie – budowle hydrotechniczne wznoszone w portach morskich na szlakach morskich lub na wybrzeżu w bezpośrednim kontakcie z morzem. Większe niż budowle na wodach śródlądowych oraz narażone na dynamiczne i chemiczne działanie wody morskiej.

OCHRONA BRZEGÓW MORSKICH

(na podstawie: http://gnejs.im.gda.pl/cms) Erozja brzegu w konsekwencji prowadzi do następujących zagrożeń:

• powodzi morskich zatapiających niskie tereny;
• zniszczeń infrastruktury;
• utraty walorów przyrodniczych;
• zniszczeń wydm, klifów, zaniku plaż;
• możliwości przerwania mierzei (np. Półwysep Helski). W przypadku erozji mamy do wyboru trzy zasadnicze sposoby postępowania:
• nie przeciwdziałać, pogodzić się ze stratami, odłożyć rozwiązanie problemu na przyszłość, przenieść zagrożone obiekty w inne miejsce,
• rozpocząć działania umacniające w celu zatrzymania lub przynajmniej opóźnienia erozji. Ochrona brzegów morskich to sterowanie procesami przyrody na brzegu w różnych skalach przestrzennych i czasowych, zmierzające do utrzymania brzegu, a jednocześnie zachowania naturalnego środowiska. Metody ochrony brzegów można podzielić ogólnie na biologiczne (naturalne) i techniczne (sztuczne). Wybór ochrony brzegu zależy od:
• celu ochrony – np. ochrona przed powodzią niskiego zaplecza, zabezpieczenie stoków klifu przed rozmyciem, utrzymanie linii brzegowej, redukcja fal docierających do brzegu itd.;
• stopnia wymaganej ingerencji – czy to ma być tylko przyhamowanie tempa erozji brzegu, czy też zdecydowane całkowite jej zatrzymanie;
• stopnia bezpieczeństwa jaki musi gwarantować planowane umocnienie. Wszystkie działania ochronne powinny prowadzić do uzyskania bezpiecznego profilu brzegu. Biologiczna ochrona brzegu: Odtwarzanie i rozbudowa wydm nadmorskich, stabilizacja zboczy klifów a także ochrona gleby i wód gruntowych poprzez budowę płotków, zatrawianie, zakrzewianie oraz zadrzewianie. Rozbudowę i umacnianie wydm wykonuje się poprzez przykrywanie piasku budującego wydmę chrustem i/lub budowę płotków wydmotwórczych wykonywanych z materiałów naturalnych głównie żywokołów wierzby kaspijskiej, palików z chrustu, a także faszyny. Płotki te ustawia się z reguły równolegle do brzegu u podstawy i na skarpie istniejącej lub tworzonej wydmy. Powodują one gromadzenie się niesionego wiatrem piasku i stopniową rozbudowę wydm. Utrwalanie i dalsza rozbudowa tak powstałych wydm dokonuje się poprzez sadzenie pędów traw dostosowanych do wegetacji na ruchomych i zasolonych piaskach. W następnych etapach (po kilku latach) dokonuje się sadzenia kolejno krzewów (głównie na odlądowym stoku wydmy) i drzew (dalej w głębi lądu, za wydmą). Warunkiem niezbędnym do powstania wydmy jest istnienie szerokiej plaży. Na klifach trawy, krzewy i drzewa chronią stok klifu przed erozją powierzchniową, spowodowaną spływającymi wodami deszczowymi i roztopowymi. Również przechwytują i odprowadzają (poprzez odparowanie) wody gruntowe, dzięki czemu zmniejsza się prawdopodobieństwo i zasięg osuwania się zboczy klifu.

Wady i zalety:

• podatność na zniszczenie;
• pracochłonność;
• możliwość samodzielnego stosowania tylko przy niewielkiej erozji brzegu;
• konieczność ciągłej konserwacji.
• naturalny wygląd brzegu;
• elastyczność, dopasowanie do naturalnych procesów brzegowych. Techniczna ochrona brzegu i stabilizacja:
• sztuczne zasilanie brzegu ,
• wały przeciwsztormowe,
• opaski,
• ostrogi ,
• falochrony brzegowe,
• progi podwodne

Sztuczne zasilanie brzegu

Sztuczne odtworzenie optymalnego ukształtowania dna, plaży i wydmy. Polega na uzupełnieniu (z pewną nadwyżką) strat w materiale budującym brzeg morski spowodowanych erozyjnym oddziaływaniem morza. Materiał zasilający może być odkładany na wale wydmowym, plaży lub w podbrzeżu albo we wszystkich tych strefach jednocześnie. Polega na pobraniu kruszywa lub piasku z określonego obszaru morskiego lub lądowego, przetransportowanie go do zasilanego odcinka brzegu oraz odłożenie w celu spłycenia podbrzeża, poszerzenia plaży i rozbudowy wydmy. Skuteczność sztucznego zasilania zależy głównie od średnicy dostarczanego piasku. Średnica dostarczanego materiału nie powinna być mniejsza od średnicy piasku leżącego na plaży. Sztuczne zasilanie może być wspomagane przez inne metody zabezpieczania brzegu morskiego. Oprócz odbudowy erodowanych odcinków brzegu sztuczne zasilanie stosowane jest również do tworzenia nowych plaż rekreacyjnych. Wady i zalety:

• wymaga cyklicznych powtórzeń;
• konieczność posiadania odpowiednio zasobnych źródeł poboru materiału zasilającego w niedużych odległościach;
• problemy związane z ochroną środowiska w miejscach poboru materiału (niszczenie siedlisk);
• w dłuższym okresie duży koszt,
• naturalny wygląd brzegu;
• elastyczność, dopasowanie do naturalnych procesów brzegowych;
• szybkość realizacji;
• brak wznoszenia budowli hydrotechnicznych.

w pierwszym okresie po wybudowaniu powodują przyrost szerokości plaży, spłycenie podbrzeża. Z czasem w morzu przed ostrogami następuje pogłębienie dna, a na zakończeniu grup ostróg rozwija się rozległa zatoka erozyjna. W rezultacie z reguły brzeg w obrębie pola ostróg zaczyna być ponownie erodowany, a w rejonie zatoki erozyjnej następuje znaczne zwężenie plaży. Obecnie ostrogi nie są stosowane w Polsce jako samodzielne rozwiązanie. Mogą stanowić jeden z elementów systemu ochrony, np. wspólnie ze sztucznym zasilaniem brzegu. Wady i zalety:

• niekorzystne zmiany dna przed polem ostróg i rozwój zatoki erozyjnej na zakończeniu grupy ostróg;
• ograniczona w czasie skuteczność działania i tylko na odcinkach o dużej podaży piasku;
• przegłębianie dna w sąsiedztwie budowli;
• duża podatność na niszczenie konstrukcji;
• wysokie koszty budowy i utrzymania.
• pozwalają zachować walory rekreacyjne plaż;
• przy korzystnych warunkach zewnętrznych ostrogi przyczyniają się, głównie w początkowym okresie po wybudowaniu, do odbudowy i poszerzenia plaż.

Progi podwodne są ciągłymi lub przerywanymi budowlami wykonanymi w wodzie (w podbrzeżu),

usytuowanymi równolegle do linii brzegowej. Korona tych budowli najczęściej znajduje się kilkadziesiąt centymetrów ponad dnem, nie przekraczając połowy głębokości wody. Progi podwodne stosowane są w miejscach gdzie piasek (rumowisko) jest intensywnie wynoszony z brzegu w kierunku morza. Progi podwodne mają za zadanie zatrzymanie rumowiska i tym samym spłycenie podbrzeża. Połączenie sztucznego zasilania brzegu z budową progu podwodnego, zwane plażą podpartą, zwiększa trwałość uformowanej plaży. Wady i zalety:

• względnie wysoki koszt;
• wymaga szczególnie starannego zaprojektowania,
• wymaga systematycznego monitoringu i konserwacji.
• minimalny wpływ na erozję sąsiednich odcinków brzegów;
• pozwala zachować rekreacyjne walory plaż;
• istotne wspomaganie sztucznego zasilania plaż;
• zmniejszenie fal działających na brzeg morski.

Falochrony brzegowe są budowlami równoległymi do linii brzegowej, usytuowanymi w wodzie

(w podbrzeżu), działanie ich na brzeg jest aktywne. Falochrony są budowane jako konstrukcje pojedyncze lub w postaci ciągu segmentów. Konstrukcje mogą być budowane jako wynurzone lub zanurzone. Głównym zadaniem falochronów brzegowych jest redukcja oddziaływania falowania na plażę oraz stworzenie korzystnych warunków do odkładania się osadów w cieniu falochronów. Osadzający się piasek formuje charakterystyczne występy brzegowe, bądź nawet formy łączące brzeg z odcinkami falochronów zwane tombolami. Podstawowymi parametrami decydującymi o skuteczności działaniu falochronów brzegowych są: długości odcinków, odległości między nimi, odległość od brzegu oraz wymiary poprzecznego przekroju falochronów. Wady i zalety:

• wysoki koszt;
• erozja plaż na odcinkach przyległych;
• możliwość powstania zastoisk między budowlą a brzegiem;
• intensyfikacja prądów w sąsiedztwie budowli;
• pogorszenie walorów krajobrazowych dla konstrukcji wynurzonych.
• powoduje trwały przyrost brzegu w chronionym obszarze;
• pozwala zachować walory rekreacyjne plaż (konstrukcja zanurzona);
• redukcja fal działających na brzeg morski.

FALOCHRONY

Falochron – konstrukcja osłaniająca port lub inne akwatorium przed działaniem fal Ze względu na połączenie z brzegiem wyróżniamy falochrony półwyspowe (mola) oraz wyspowe. Nazwa molo często określa również inne budowle np. ostrogi, pomosty, terytoria portowe… Elementy falochronu półwyspowego:

• nasada falochronu - połączenie z lądem dostosowane do konstrukcji brzegowych, charakteru brzegu,
• ciąg falochronu – część właściwa, o odcinkach o różnej konstrukcji, naroża, odgałęzienia…
• głowica falochronu – zakończenie często z latarnią i szersza niż ciąg falochronu. Falochrony wyspowe z obu stron mają głowice. FALOCHRONY pod względem konstrukcyjnym dzielimy na:
• falochrony zwarte,
• falochrony ażurowe (w formie mostów wspartych na filarach), Częściej (90 % konstrukcji) stosowane są falochrony zwarte tj. konstrukcje, których część i podwodna i nawodna podzielona jest jedynie szczelinami dylatacyjnymi. Takie falochrony chronią przed falą oraz przed działaniem prądów oraz przed nanoszeniem rumowiska. Falochrony ażurowe nie zatrzymują fali, zmniejszają jedynie jej wysokość. Falochrony zwarte dzielimy na:
• falochrony o ścianach stromych (konstrukcje masywne lub sprężyste, w których ściana odmorska jest pionowa lub pochylona do poziomu pod kątem większym niż 45^0 ) – mogą być kamienne, murowane, betonowe lub żelbetowe (masywne) lub z drewna i luźnego kamiennego wypełnienia (sprężyste),
• falochrony o ścianach pochyłych – ściana odmorska nachylona pod kątem równym lub mniejszym od 450 , mają formę wałów kamiennych lub ziemnych lub z bloków betonowych, czasem zwieńczone czapą betonową,
• falochrony mieszane – zwykle masywna budowla o ścianach pionowych posadowiona na wale kamiennym. Falochrony o ścianach stromych nie rozbijają fal, powodują tylko ich odbicie. Może to powodować powstanie fali stojącej która może być dwukrotnie wyższa niż pierwotna. Dlatego takie falochrony budowane są tam gdzie mogą być wyższe od głębokości krytycznej z uwagi na największą spodziewaną wysokość fali (4h mierząc od najniższego poziomu wody przy jakim możliwe jest wystąpienie fali o wysokości 2h). Takie falochrony wymagają wytrzymałego i trudnorozmywalnego gruntu – najlepiej skalistego). Przy dużych wysokościach dąży się do zmniejszenia wysokości samej budowli przez pogrubienie podsypki – przy podsypce wyższej niż 3 – 4 m budowla jest już typem mieszanym. Na ścianach falochronów pochyłych fala ulega rozbiciu, budowane są więc w strefie przyboju gdzie fale uderzają ze znaczne większą energią niż fale nierozbite. Zależnie od sposobu połączenia z dnem falochronów o ścianach stromych rozróżniamy:
• falochrony stawiane (grawitacyjne) – przeciwstawiają naporowi fal swój ciężar poprzez sile tarcia,
• zapuszczane – siłom zewnętrznym przeciwstawia się również utwierdzenie w dnie, przenoszą ciężar budowli na głębiej położony, bardziej wytrzymały grunt.

Falochrony o ścianach pochyłych to zwykle narzuty kamienne (z kamienia lub bloków betonowych o różnych kształtach) lub nasypy (z piasku, żwiru, gruzu lub drobnego kamienia), wzmocnione blokami lub okładzinami – nie odbijają fal lecz łamią je na skarpach. Bloki betonowe (lub żelbetowe) mogą stanowić podstawowy element konstrukcyjny lub ochronny układany lub usypywany na skarpach. Falochrony narzutowe wymagają istnienia niedaleko źródła materiału (kamieniołomu). Falochrony te kształtuje się w kształt trapezu – skarpy zewnętrzne łagodniejsze niż wewnętrzne. Nachylenie skarp zależy od parametrów falowania oraz materiału użytego do budowy. Od strony portu można wykonać część ściany jako pionową, co zabezpiecza przed erozją (rozproszenie energii przelewających się fal) oraz daje możność przybijania do falochronu jednostek pływających. Wysokość falochronu ustala się 1 – 1,5 m nad szczytem największej spodziewanej fali przy najwyższym poziomie morza. Czasem dopuszcza się jednak przelewanie się fali w takich warunkach. Falochrony tego typu mogą być uzupełnione betonową konstrukcją nadwodną (w odróżnieniu od typu mieszanego gdzie wierzch narzutu jest na głębokości większej niż krytyczna). Konstrukcja ta jest podobna jak falochronów masywnych i często zaopatrzona w parapet. Skarpa falochronu od strony morza zwykle ma warstwę ochronną w formie narzutu lub okładziny. Falochrony ziemne stosuje się w warunkach spokojniejszych. Z reguły jednak stanowią konstrukcję mieszaną ziemno – narzutową. Falochrony typu mieszanego , ze względów oszczędnościowych, stosowane są tam gdzie głębokości są bardzo duże przekraczające głębokość krytyczną. Narzut podwodny wykonywany jest tak jak w przypadku falochronów o ścianach pochyłych, jego wysokość wynika z głębokości krytycznej oraz zanurzenia największych statków. Skarpy mogą być bardziej strome. Górna część konstruowana jest wg zasad dla falochronów masywnych, stawianych

Falochron ażurowy Końce falochronów narażone są na bardziej niekorzystne dynamiczne działanie morza niż ich główne odcinki i dlatego mają mocniejszą konstrukcję wykształconą w głowicę. Głowica często jest zapuszczona w gruncie w celu zabezpieczenia przed podmyciem. Głowica może mieć inną konstrukcję niż cały falochron np. przy falochronie o ścianach pochyłych, narzutowym głowica może być konstrukcją o ścianach stromych, co nie powoduje zawężenia toru wodnego. Głowice mogą być poszerzone, a ich zewnętrzne powierzchnie często pokryte są okładziną kamienną. Na głowicach umieszcza się światła portowe oraz inne urządzenia dodatkowe (np. stacje sygnałów mgłowych czy urządzenia do zamykania wejścia…) oraz schodki i urządzenia umożliwiające przybijanie jednostek do obsługi obiektów na głowicach. Urządzenia pomocnicze falochronów:

• urządzenia wyłazowe do obsługi urządzeń na falochronie, prac konserwacyjnych i remontowych oraz ratownictwa,
• urządzenia odbojowe i cumownicze (rzadko, podobne jak przy nabrzeżach tam gdzie falochrony wykorzystywane są do postoju statków,
• urządzenia specjalne np. maszty i wieżyczki świateł portowych, kanały na przewody elektryczne, wodociągowe, balustrady…

_2) porcie lub przystani morskiej - rozumie się przez to akweny i grunty oraz związaną z nimi infrastrukturę portową, znajdujące się w granicach portu lub przystani morskiej;

3. portach o podstawowym znaczeniu dla gospodarki narodowej - rozumie się przez to porty morskie w Gdańsku, Gdyni, Szczecinie i Świnoujściu;
4. infrastrukturze portowej - rozumie się przez to znajdujące się w granicach portu lub przystani morskiej akweny portowe oraz ogólnodostępne obiekty, urządzenia i instalacje, związane z funkcjonowaniem portu, przeznaczone do wykonywania przez podmiot zarządzający portem zadań, o których mowa w art. 7 ust. 1 pkt 5; …_

NABRZEŻA

Nabrzeże

• część terytorium portowego położona nad akwenem portowym przeznaczona do przeładunku towarów ze statków na ląd lub odwrotnie lub do innych celów wyposażona zgodnie z przeznaczeniem,
• sama konstrukcja stanowiąca obudowę od strony wody brzegu akwatorium. Podział konstrukcyjny:
• oporowe (przenoszące parcie gruntu nadbrzeżnego):  masywne z betonowych lub żelbetowych elementów prefabrykowanych albo wykonywane na miejscu konstrukcje monolityczne,  kątowe składane z reguły prefabrykowanych elementów o kształcie litery L,  oczepowe ze stosunkowo cienkiej ścianki szczelnej, zagłębionej w gruncie poniżej dna i uchwycona ponad poziomem wody oczepem,  na palach – konstrukcja złożona ze ścianki szczelnej oraz z muru posadowionego na systemie pali (równocześnie kotwiącym ścianę), odmiana: nabrzeże płytowe z płytą, położoną na palach, odciążającą ścianę szczelną,  powłokowo – gruntowe : „skorupa” stalowa lub betonowa wypełniona gruntem,
• pomostowe (estakadowe) o charakterze pomostów przykrywających skarpę brzegu (konstrukcja przejmująca część parcia gruntu – pośrednia między nabrzeżem a pomostem), Nabrzeża oporowe masywne:
• stawiane (grawitacyjne) – postawione na wyrównanym dnie lub niewysokiej podsypce: przeciwstawiają siłom poziomym swój ciężar poprzez siłę tarcia,
• zapuszczane - przeniesienie obciążeń na głębsze warstwy gruntu i zabezpieczenie przed podmyciem. Nabrzeża stawiane stosuje się tam gdzie grunt jest twardy i wytrzymały (a wbicie ścianek i pali niemożliwe), po wykonaniu prac pogłębiarskich, wyrównaniu dna i ułożeniu podsypki. Składają się z podsypki kamiennej lub piaskowo – kamiennej (zwykle podsypka zagłębiona jest w dno, aby nie zmniejszać głębokości akwenu), części podwodnej – konstrukcyjnej (monolitycznej lub prefabrykowanej), części nadwodnej. Nabrzeża stawiane z reguły po wykonaniu są zasypywane
• materiałem wydobytym z dna lub tzw. zasypem odciążającym (z piasku, gruzu lub kamienia), co pozwala na zmniejszenie ciśnienia i zapobiega wypłukiwaniu gruntu zza nabrzeża.

Część konstrukcyjna może być wykonywana z bloków lub z zatapianych skrzyń pływających (ściana przednia, odbojowa jest często grubsza). Z reguły po wykonaniu zasypywane od tyłu materiałem wydobytym z dna, albo jako zasyp odciążający materiałem o większym kącie tarcia wewnętrznego (piasek, gruz, kamień). Nabrzeża budowane są w lepszych warunkach niż falochrony dlatego szerokość podsypki może być mniejsza, a część podwodna częściej wykonywana jako monolityczna Nabrzeża zapuszczane zależnie od metody wykonania dzielimy na nabrzeża:

• na studniach (szereg studni, częściej o przekroju prostokątnym niż kołowym) lub skrzyniach,
• na kesonach,
• monolityczne wykonywane w grodzach na sucho,
• monolityczne wykonywane pod wodą Odległości pomiędzy studniami lub kesonami mogą wahać się od niewielkich odległości do kilkunastu metrów (wtedy nabrzeże staje się nabrzeżem pomostowym na filarach). Przestrzeń pomiędzy studniami lub kesonami należy uszczelnić (za pomocą pali, worków z betonem,
• z wypełnieniem betonem lub kamiennym - albo ścianek szczelnych). Nabrzeża kątowe:
• wspornikowe z prefabrykatów o pełnej wymaganej wysokości,
• tarczowe – złożone z kilku elementów.

Nabrzeża na palach (w warunkach podobnych jak w przypadku nabrzeży oczepowych), ale pozwalają na przenoszenie większych sił więc mogą być znacznie wyższe:

• z ścianką szczelną z przodu,
• z ścianką szczelną z tyłu. Charakterystyczne elementy: ścianka szczelna , układ pali , konstrukcja nadwodna (mur posadowiony na palach za pośrednictwem płyty, rusztu lub bezpośrednio), ewentualnie narzut utrwalający powierzchnię skarpy podwodnej. W nabrzeżach palowych pale nie tylko przenoszą obciążenie pionowe, ale również współpracują w przenoszeniu sił poziomych (pełną więc rolę zakotwienia i poparcia ścianki szczelnej).

Połączenie ścianki z konstrukcją nadwodną może być przegubowe (ścianka nie jest wpuszczona w konstrukcję, a tylko do niej dotyka lub jako przegub ukształtowany stosowany w konstrukcjach stalowych) lub sztywne (głowica pala musi być wpuszczona na głębokość zapewniającą przeniesienie momentów). Stosowane są przede wszystkim pale żelbetowe prefabrykowane oraz sprężane. Nabrzeże powłokowo – gruntowe:

• nabrzeża grodze,
• nabrzeża z zasypem zbrojonym tj. z gruntów ziarnistych zbrojonych taśmami, kratami lub matami z dowolnego materiału nierozciągliwego i nieulegającego korozji. Nabrzeża na palach ze ścianką szczelną z tyłu (omówione wcześniej), stanowią typ przejściowy do nabrzeży pomostowych. Jeżeli zachowane jest nachylenie skarpy mniejsze niż kąt stoku naturalnego to skarpa będzie się utrzymywać w równowadze i w zasadzie niepotrzebna jest ścianka szczelna. Nabrzeża pomostowe są również budowane jako uzupełnienie (poszerzenie) nabrzeży oporowych. Konstrukcja oporowa podtrzymuje grunt, równoległe do tej konstrukcji (lub oparte na niej) nabrzeże służy celom eksploatacyjnym. Takie rozwiązanie często jest wykorzystywane do odbudowy zniszczonych nabrzeży lub ich powiększenia ze względu na zmiany eksploatacyjne. Nabrzeża pomostowe i pomosty wykonywane na filarach dość gęsto rozstawionych (8-12 m) z betonu, posadowionych na studniach, kesonach, na fundamentach wykonywanych pod wodą lub w grodzy, na skrzyniach pływających, blokach lub zgrupowaniach pali. Filary mogą być stawiane lub zapuszczane. Pomiędzy filarami nabrzeża kształtuje się skarpę, która powinna być dość stroma, z uwagi na szerokość nabrzeża – dlatego umacniana jest narzutem kamiennym lub faszyną.

Urządzenia cumownicze stanowią wyposażenie nabrzeży, pomostów, ostróg i czasem falochronów:

• pachoły (polery) – słupy żeliwne, kamienne, żelbetowe lub drewniane mocno zakotwione w budowli, w pobliżu krawędzi odwodnej lub na ścianie odwodnej,
• pierścienie cumownicze ,
• haki cumownicze samozwalniające