Укрепление откосов земляного полотна каменной наброской
Укрепление откосов земляного полотна каменной наброской
В данном случае геоячейки «ПРУДОН-494» могут быть использованы как для укрепления нижней части насыпи, так и основания дорожной одежды. В качестве материала засыпки геоячеек возможно применение местных материалов, песков независимо от их коэффициента фильтрации, т.к. в засушливых районах практически отсутствует проблема отвода лишней влаги.
В настоящее время «ПРУДОН-494» — единственные объемные пластиковые геоячейки, которые в соответствии с проектными решениями лежит в основании федеральных автомобильных дорог.
У нас есть достаточно весомые примеры использования георешетки «ПРУДОН-494» в сложных климатических и гидрогеологических условиях.
Вторым направлением использования геоячеек «ПРУДОН-494» является укрепление конусов мостов и путепроводов, а также откосов насыпных сооружений и естественных склонов.
Все знают, какие беды приносит разрушение откосов насыпей дорог и насыпных сооружений под воздействием водной и ветровой эрозии, что в конечном итоге приводит к разрушению дорожной одежды, разрушению укрепления конусов мостов, и какие затраты требуются для их восстановления. Традиционные способы укрепления — посев трав, установка фашин, укладка бетонных плит, укладка монолитного бетона — очень трудоемки, а главное, не обеспечивают надежную защиту указанных выше элементов дороги от размывов, выдувания грунта, разрушения бетона под воздействием солей.
Конструкция укрепления откоса представляет собой сплошной ковер из геоячеек, заполненных растительным грунтом, и покрывающих верхнюю и нижнюю части откосов, берму и русло водоотводного ручья. Крепление геоячеек между собой выполняется посредством Г-образных металлических анкеров.
Применение геоячеек обеспечивает надежное закрепление грунта на откосах до образования устойчивого дернового покрова, а также препятствует выносу частичек грунта ветром и водой, замедляет скорость течения поверхностных вод на быстротоках.
К разработанной и предлагаемой нами технологии обращаются строители-тоннельщики. В журнале «Дороги России XXI века» (№ 8, 2002 г., №1, 2003 г.) в числе главных объектов года была упомянута дорога Адлер — Красная Поляна, отличающаяся содержанием серьезнейших тоннелей, откосы которых надежно укреплены геоячейками «ПРУДОН-494».
Податливость геоячеек, их гибкость позволяет создать практически любой дизайн откосов и конусов. Заполнение ячеек геоячеек при укреплении конусов мостов и путепроводов выполняется гранитным щебнем, цвет которого может быть различным от серого до ярких расцветок. Графическое оформление конусов выполняют с использованием мозаичной структуры поверхности, образованной геоячейками.
Эта перспективная технология по сравнению с традиционными способами укрепления позволяет:
— уменьшить расход строительных материалов и значительно снизить транспортные расходы;
— снизить расходы на содержание конструкции укрепления;
— обеспечить долговечность выполняемой конструкции, т.к. срок службы геоячеек достигает 100 лет, и она не подвержена воздействию различных агрессивных сред;
— повысить морозостойкость (до -60°С).
Применение армированного грунта для получения крутых откосов земляных сооружений получило широкое распространение в мировой практике. Примером может служить конструкция армогрунтовой насыпи при уширении подходов к путепроводу на км 16 автомобильной магистрали Москва — Нижний Новгород, предложенная ОАО «ЦНИИС». Откосы насыпи имеют крутизну 1:1,5 и 1:0,5.
При использовании армированного грунта для строительства насыпей на слабых грунтах, что как раз и имело место в описываемом случае, возникают три основные проблемы, требующие решения:
— Обеспечение устойчивости насыпи на слабом основании.
— Исключение недопустимых осадок основания насыпи после ее сооружения и сдачи в эксплуатацию.
— Обеспечение динамической устойчивости в процессе длительной эксплуатации земляного полотна подходов.
— Значительно стесненные условия из-за близости капитальных построек.
Применение в армогрунтовой насыпи на различных уровнях слоев из объемных геоячеек «ПРУДОН-494» в обойме из высокопрочных рулонных геосинтетиков (SG 80/80, Stabilenka 150/45 и др.) за счет собственной прочности и сопротивления растяжению препятствует сдвигу одних частей грунтового массива относительно других и, работая совместно с грунтом, вызывает перераспределение напряжений с перегруженных зон на соседние недогруженные участки, вовлекая их в работу. При этом устойчивость насыпи повышается за счет работы объемных геоячеек с грунтом в обойме из геоткани. Это в свою очередь существенно снижает неравномерность осадок насыпи и напряжения в основании.
Одним из наиболее перспективных направлений применения геоячеек «ПРУДОН-494» является строительство армогрунтовых подпорных стенок. Необходимость возведения таких сооружений возникает при строительстве мостов, путепроводов и других сооружений в стесненных условиях, а также для укрепления неустойчивых крутых откосов, земляных подмываемых дамб и т.п.. Подпорные стенки применяют для увеличения крутизны откосов и сокращения объемов работ, они удерживают грунтовый массив, откос которого имеет крутизну большую, чем предельная, по условиям устойчивости. Иногда подпорные стены служат не только для закрепления откосов, но и для проложения по ним участка автодороги, являясь основной частью насыпи. Возведение этих сооружений является ответственным, трудоемким и дорогостоящим мероприятием.
В последнее время получили широкое распространение подпорные стены из армированного грунта, которые характеризуются экономичностью и простотой возведения, причем эффективность их возрастает с увеличением высоты. Податливость стен за счет деформативности грунта делает их нечувствительными к осадкам основания. Такие подпорные стены лучше приспособлены к неравномерным осадкам, лучше компенсируют температурные и усадочные напряжения.
Конструкция армогрунтовой подпорной стенки с применением геоячеек «ПРУДОН-494» представляет собой многослойную конструкцию, в которой георешетки расположены одна над другой со смещением на расстояние, равное половине ширины ячейки. Заполнение ячеек георешетки производится, как правило, песчаным грунтом с добавлением не более 15% каменных материалов. Материал засыпки должен обладать хорошими дренирующими свойствами и иметь угол внутреннего трения не менее 25%.
Опыт строительства армогрунтовых подпорных стенок с использованием «ПРУДОН-494» значителен. Достаточно назвать такие объекты, как реконструкция III Внутреннего городского транспортного кольца на участке Автозаводский мост — Москва-Сити (ПК 364+80), строительство подпорной стенки на Кутузовской развязке (ПК78 — 80), где заказчиком выступает Правительство Москвы. Выполнено также строительство подпорных стенок при реконструкции автодороги МКАД — Кашира и благоустройстве микрорайона 8Г в Митино.
Интересным вариантом использования пластиковых геоячеек «ПРУДОН-494» является подпорная стенка высотой 4-6 м в г.Бронницы, выполненная методом многослойного армирования. Строительство данной подпорной стенки начиналось с устройства железобетонного свайного фундамента. Сваи в верхней их части были объединены с помощью ж/б ростверка. Укладка слоев геоячеек высотой 200 мм выполнялась со сдвигом каждого последующего слоя. Закрепление слоев геоячеек между собой осуществлялось арматурными стержнями d=12 мм, L=80 см по контуру в каждую ячейку, внутри модуля через три ячейки в шахматном порядке. Заполнение ячеек было выполнено растительным грунтом с последующим посевом по поверхности стенки семян трав, что в результате дополнительно укрепило поверхность, а также дало возможность получить необычный дизайн.
Модули геоячеек, выполненные из гибких полиэтиленовых лент, дают возможность возведения армогрунтовых подпорных стенок в местности с любым рельефом, различной конфигурации, а крутизна укрепляемого склона не ограничена, вплоть до вертикального. Кроме того, возведение стенок может быть выполнено в несколько ярусов. Это позволяет добиться наибольшей устойчивости склона, дает возможность более рационально использовать строительную технику, так как ширина яруса достаточна для ее размещения.
Следующим направлением применения «ПРУДОН-494» является укрепление русел и берегов постоянных водотоков. В гидротехническом строительстве с использованием геосинтетических материалов решаются задачи гидроизоляции и дренажа, армирования и стабилизации откосов набережных, русел водотоков, защиты их от эрозии и размыва.
Применение геоячеек, как показали исследования, позволяет обеспечить длительную защиту водоотводных канав с заданной степенью жесткости и стабильности. Благодаря пластичности и гибкости геоячеек возможно создание укрепления, точно повторяющего конфигурацию существующих русел или водоотводных канав.
В качестве заполнителя ячеек возможно применение различных материалов. Тип заполнителя выбирается в зависимости от интенсивности потока воды:
— при небольшой интенсивности течения или кратковременных потоках воды для укрепления предлагается конструкция с использованием в качестве заполнителя ячеек растительный грунт. В этом случае допустимая неразмывающая скорость воды равна 5,5 м/сек (глубина потока 0,4м);
— при скорости потока воды от 5,5 м/сек до 6,6 м/сек заполнение ячеек целесообразно выполнять щебнем или каменной наброской;
— при высокоинтенсивном продолжительном течении целесообразно использование конструкции с заполнением геоячеек бетоном М200. При этом допустимая неразмывающая скорость при глубине потока 0,4м составляет 13 м/сек.
В случае необходимости укрепления крутых склонов, подверженных интенсивному воздействию волн, или укрепления каналов, берега которых сложены из неустойчивых размываемых грунтов, целесообразно применение другого варианта укрепления, когда модули геоячеек укладываются послойно друг на друга. Такой вид укрепления позволяет достигнуть значительно большей устойчивости русел глубоких водотоков. Заполнение ячеек при большой интенсивности потока воды лучше выполнять щебнем или каменной наброской. Крутизна укрепляемых откосов при этом не ограничена.
Интересен вариант применения георешетки «ПРУДОН-494» при мобильном строительстве вертолетных площадок в короткий промежуток времени с высоким качеством и достаточной прочностью. В пустынных условиях, где в основании таких площадок находятся несвязные или слабосвязные пески, достаточной прочности которых возможно достичь только с помощью дополнительных инженерных мероприятий. Укладка в основании такой площадки георешетки, заполненной даже местным материалом, позволит без больших дополнительных затрат и в кратчайшие сроки получить прочное основание.
Принципиальная идея конструкции типа армогрунт заключается в помещении в грунтовой насыпи гибкого, обеспечивающего анкеровку (в теле насыпи) армирующего материала, воспринимающего растягивающие напряжения, которые грунт воспринимать не может.
Обобщив опыт предыдущих лет, мы пришли к необходимости создания альбома, в котором были бы отражены все направления применения «ПРУДОН-494» в транспортном строительстве. Результатом такого обобщения стали «Принципиальные схемы конструктивно-технологических решений по применению объемных георешеток «ПРУДОН-494″ и примеры их реализации в транспортных сооружениях», изданные ОАО «494 УНР» в 2002 году.
Все это было бы невозможно без тесного сотрудничества с научно-исследовательскими и проектными институтами «Союздорпроект», ЦНИИС, «РосДорНИИ», «СоюздорНИИ», «ПетербургДорсервис» и др. Выпущена методическая литература с рекомендациями применения геоячеек «ПРУДОН-494» в различных дорожных конструкциях.
В настоящее время в России наиболее крупный проект в дорожной отрасли — строительство Кольцевой автомобильной дороги вокруг г.Санкт-Петербург. По гидрогеологическим и климатическим условиям район строительства является очень сложным, что вызвало необходимость использования новейших материалов и технологий. Участок КАД, относящийся к лоту №5,пересекает реку Охту (ПК 786-790). Грунты пластичные, текучей консистенции. Было разработано три варианта укрепления щебеночного основания. В одном из них использовались геоячейки «ПРУДОН-494» совместно с нетканым геотекстилем. В 2001 году были построены опытные участки, на которых проводились испытания и сравнения вариантов.
Оценка несущей способности предложенных вариантов и натурные испытания проводились лабораторией дорожных одежд Союздорнии на участке КАД г.Санкт-Петербурга на ПК 786-790 («Заключение по результатам испытаний» Союздорнии, «Заключение о возможности применения георешеток «ПРУДОН-494» лот №5, ПГУПС). Благодаря этому в проекты не только лота №5, но и других было заложено применение различных типов геоячеек «ПРУДОН-494»
Выполненные расчеты и испытания показали, что вариант конструкции с геоячейками имеет более высокую несущую способность, что позволяет оптимизировать конструкцию и снизить толщину щебеночного слоя. В сложных инженерно-геологических условиях вариант усиления щебеночного основания объемными геоячейками «ПРУДОН-494» является более предпочтительным по сравнению с традиционным.
Хочется еще раз обратить Ваше внимание на перспективность использования геосинтетических материалов, в частности, объемных геоячеек «ПРУДОН-494». Они хорошо работают как при низких (до -60°С), так и при высоких (до +55°С) температурах, в зонах постоянного увлажнения, выдерживает воздействие любых агрессивных сред. Диапазон применения пластиковых объемных геоячеек может быть еще значительно расширен.
Применение новых материалов, новых технологий позволит нам создать надежную, работоспособную сеть автомобильных и железных дорог, а также комплекс связанных с дорогами сложных инженерных сооружений.
Укрепление откосов земляного полотна каменной наброской
Кроме поездных нагрузок, на земляное полотно постоянно действуют стихийные силы природы: воды, температура, ветер, землетрясения и т. д. Под влиянием этих сил грунты, слагающие земляное полотно, могут вымываться или размываться водой, растрескиваться или взбугриваться в связи с промерзанием и оттаиванием, выдуваться ветром или подвергаться геологическому выветриванию. Для того чтобы сохранить целостность грунтов, их покрывают различными одеждами или закрепляют.
Одежды для откосов, подверженных постоянному или периодическому подтоплению. Одежды выбирают в зависимости от высоты волны и скорости течения воды.
Наиболее мощной одеждой являются монолитные железобетонные плиты размерами от 5Х5 до 10Х10 м, толщиной 0,15 — 0,45 м (рис. 1.14). Такие плиты допускают воздействие волн высотой до 3,5 м и даже больше. В аналогичных условиях при меньших волнах применяют сборные железобетонные плиты или омоноличенные по контуру, т. е. залитые по швам цементным раствором (размерами от 2,5Х2,5 до 2,5Х3,5 м), сборные плиты из бетона или асфальтобетона (размерами 1Х1 м при толщине 0,16 — 0,2 м). При применении сборных железобетонных или бетонных плит под ними на откос укладывают так называемый обратный фильтр. Этот фильтр представляет собой щебеночную или гравийную подготовку из слоев, имеющих более мелкие фракции на откосе и более крупные под самой плитой. Обратный фильтр защищает откосы от вымывания грунта водой, проникшей через швы между плитами.
Все эти типы одежд называют индустриальными, поскольку их устраивают с помощью механизмов и машин. К таким же индустриальным одеждам для защиты постоянно подтопляемых откосов относят каменные наброски (рис. 1.15). Чтобы наброски из камня были надежны, важно подбирать размеры камней (и, следовательно, их массу), при которых они не уносятся течением воды. Опыт и исследования показывают, что при скоростях 1,5; 2,5 и 3,5 м/с масса камней соответственно должна быть не менее 3; 8 и 16 кг.
Более надежной и долговечной одеждой, чем каменная наброска, является наброска из камня в плетневых клетках. Однако ее устройство более трудоемко; здесь возможно лишь частичное использование механизмов. К таким же более трудоемким, но весьма эффективным одеждам для защиты откосов от бурных потоков воды относятся габионы. Они представляют собой прямоугольные или цилиндрические ящики, заполненные мелким камнем. Каркасы габионов сделаны из прутковой стали диаметром 6 — 8 мм и обтянуты сеткой из оцинкованной проволоки диаметром 2,5 — 4 мм. В процессе эксплуатации мелкий камень заносится илом и постепенно стенка, выложенная из габионов, как бы омоноличивается.
Возможные виды стенок из габионов (связанных проволокой) показаны на рис. 1.16. Часть из них делают в период, когда нет воды (рис. 1.16, а, в), некоторые — в период половодья. Например, на рис. 1.16, б показано, как под воду скатываются цилиндрические габионы. Известен опыт защиты берегов и откосов бесформенно закрепленными сетками, в которые забрасывается камень при очень бурных весенних потоках.
В прежние годы для защиты пойменных насыпей применялось двойное мощение. Устройство этой одежды очень трудоемко, а защитный эффект невелик. Применяют также одиночное мощение (рис. 1.17), устройство которого тоже трудоемко. Камни укладывают на подстилающий слой из мха, соломы, торфяного очеса, а если нужно добиться гидроизоляции,- то на слой промазученного песка (5 — 10 см). У подошвы откоса делают рисберму для того, чтобы не допустить подмыв грунта снизу.
В качестве одежды для периодически затопляемых откосов пойменных насыпей или берегов используют кустарники и деревья. Предпочитают местные породы ивовых кустарников. Желательны стелящаяся корневая система, чтобы «армировать» поверхностные слои грунта, и кустящаяся крона, чтобы эффективнее гасить мелкие волны.
Для защиты откосов в период бурных весенних паводков широко используются различные временные хворостяные одежды, например фашины, фашинные тюфяки, выстилки и т. д.
Фашины бывают легкие (связка хвороста длиной 2 — 4 м) и тяжелые (тоже связка, наполненная мелким камнем), ежовые (когда по периметру связки торчат радиально колышки), карабуры — связки хвороста, соломы, камня, завернутые по принципу «рулета» (рис. 1.18). Хорошо защищают основание откоса от размыва и гасят энергию набегающих волн связки хвороста в виде фашинных тюфяков (связка хвороста, уложенного послойно, перпендикулярно друг другу, общей толщиной 0,4 — 0,6 м). Откосы защищают фашинной кладкой «в стенку» (рис. 1.19).
В районах Средней Азии нередко применяют сочетания хворостяных выстилок с железобетонными тетраэдрами или с сипаями (связки из деревянных кольев или бревен). Тетраэдры и сипаи повышают устойчивость хворостяных выстилок, а также служат заилителем, поскольку снижают скорость течения воды.
Ряд специалистов считают, и это подтверждено практикой, что откосы насыпей у водохранилищ и на поймах рек выгоднее не укреплять железобетонными плитами или каменной наброской, а делать очень пологими (например, 1:25). При этом достигается хороший результат по защите от размыва, особенно если применить одновременно посев трав или посадку кустарников.
Одежды для откосов, подверженных воздействию ливневых и талых вод. Простейшей одеждой для таких откосов является посев многолетних трав. Для посева применяют специальный агрегат АДТС-2. Семена высевают на откосах выемок и насыпей после предварительного покрытия откосов растительным грунтом (слой толщиной 10 — 15 см). Агрегат засевает за смену 4000 — 9000 м², при этом он рыхлит комья, вносит удобрения и прикатывает посев. Через 3 — 4 мес. после посева получают густой дерн. Рекомендовано много трав для такого засева (в основном в зависимости от климатической зоны: тимофеевка луговая, овсяница луговая, костер безостый, люцерна, клевер).
С успехом используют и готовый дерн для покрытия откосов либо дерновкой плашмя, либо дерновкой в клетку. Лучше всего прорастает и поэтому желателен луговой дерн, хуже песчаный. Дерн применяют штучный и ленточный. Прикрепляют его к грунту при укладке деревянными спицами длиной 25 см, диаметром 2,5 см (или сечением 2х2 см). Установлено, что дерновка (сплошная) в 10 раз дороже и в 30 раз более трудоемка, чем механизированный посев травы. Однако все же приходится дерновку применять, так как ее защитный эффект практически наступает сразу.
Откосы выемок в глинах и глинистых грунтах должны быть укреплены одеждой, иначе они будут сползать или оплывать после ливней. Такие откосы рекомендуют укреплять посадкой кустарников типа скумпии и облепихи. Облепиха к тому же относится к очень целебным лечебным растениям.
Одежды для откосов насыпей, возведенных из мелкозернистых песков. Откосы таких насыпей защищают от выдувания покрытием из щебня или глинобетона (толщиной 10 см). Так как глинобетон играет одновременно роль гидроизолятора, то при его использовании у подошвы откосов делают дренажные окна, позволяющие вытекать воде из тела насыпей.
В качестве временной одежды иногда используют камыш (в виде сплошного настила). У бровки откосов устанавливают так называемые полуявные щиты, представляющие собой скрытый ряд кустарников или камыша.
Одежды для откосов выемок в легко выветривающемся скальном грунте. Нередко вследствие геологического выветривания образуются западины и углубления на поверхности откосов скальных выемок. Для закрепления таких мест применяют одевающие стены; в скалу забивают штыри, натягивают на них металлическую сетку и покрывают цементным раствором. Одевающие стены защищают путь от падения на него камней.
Защита речных и морских берегов. Наиболее вероятен подмыв берегов рек, имеющих излучину (поворот). Простейшей защитой является возведение полузапруд под углом к течению воды. Скорость воды при этом падает и из речного потока начинают выпадать частицы ила. Так постепенно не только прекращается размыв, но иногда наблюдается даже наращивание этого берега.
На морских побережьях берегозащитные сооружения делятся на два основных вида в зависимости от их назначения. Для защиты берега от разрушения (от уноса пляжной гальки), а следовательно, от перемещения уреза воды к земляному полотну применяют буны (рис. 1.20) и донные волноломы. Для защиты земляного полотна от разрушительного действия волн устраивают волноотбойные стены.
Возможно в качестве временных сооружений использование стен из ряжей. Они представляют собой срубы типа колодца с дном, заполненные камнем.
Защита берегов, а также земляного полотна у рек и морей достигается также с помощью специальных регуляционных сооружений.
Закрепление грунтов. Цементация грунтов представляет собой инъецирование (нагнетание) в поры и трещины грунта цементного раствора. После затвердевания раствора повышается прочность грунта.
Силикатизация грунтов — это укрепление их за счет последовательного нагнетания жидкого стекла и хлористого кальция. В результате образуется твердое вещество, не растворимое в воде. Этот способ применим в песках без органических примесей, частично в лёссах и лёссовидных грунтах.
Химическое закрепление грунтов состоит в затвердевании грунта за счет нагнетания в него раствора химикатов: сульфитно-спиртовой барды, карбамидной смолы (с добавкой отвердителей) и др.
Электрохимическое закрепление грунтов состоит прежде всего в осушении грунта, которое достигается, если через грунт пропускают постоянный электрический ток (через забитые в него электроды). Если же еще нужно добиться затвердевания грунта, то в него перед пуском тока нагнетают жидкое стекло (или другие химикаты).
Обжиг применяют для укрепления глины. Обжиг делают через специальные скважины, в которые вводят топливо.
