Доклад зачитан на всероссийской научно-практической конференции «Мероприятия инженерной защиты в транспортном строительстве», 16 июня 2023 года в г. Санкт-Петербург.
В статье рассматривается опыт проектирования мероприятий инженерной защиты территории в отношении объектов транспортной инфраструктуры. Приводятся типовые технические решения с использованием многофункциональной геотехнической системы (МГТС) GEOIZOL-MP: нагельное крепление, анкерное крепление с прижимными плитами, закрепление гибких сетчатых барьеров (для защиты от селей, камнепадов и лавин). Рассматривается применение легкой насыпи для строительства насыпей на слабых основаниях.
Деформированный склон после схода оползня
Введение
Инженерная защита территории подразумевает под собой решение широкого спектра задач, связанных с предупреждением негативного воздействия опасных природных и техногенных факторов [1]. При строительстве инфраструктурных объектов наиболее значимую долю занимают вопросы защиты от склоновых процессов: эрозии, крипа, оползневых явлений, обвалов и т.д. Особенно при необходимости изменения рельефа в ходе прокладки дорог – устройстве насыпей и выемок. В горных районах, а также местностях со сложным рельефом актуальны вопросы защиты от селей, камнепадов и снежных лавин (осовов).
При проектировании мероприятий инженерной защиты территории специалисты компании «ГЕОИЗОЛ Проект» широко используют возможности, которые дает применение МГТС GEOIZOL-MP. Разработанная и производимая на Пушкинском машиностроительном заводе (входит в Группу компаний «ГЕОИЗОЛ») анкерная система сопоставима с лучшими зарубежными образцами [2].
МГТС GEOIZOL-MP – это универсальная система, позволяющая из ограниченного набора комплектующих собрать и выполнить различные геотехнические конструкции: грунтовые анкеры, грунтовые нагели или буроинъекционные микросваи. Конкретное функциональное назначение определяется спецификой воспринимаемых нагрузок и решаемых задач. На рис. 1 приведен состав элементов, из которых состоит МГТС.
Рис. 1. Элементы МГТС GEOIZOL-MP: полая винтовая штанга (1), буровая коронка с форсунками (2), соединительная муфта (3), центратор (4), крепежные элементы (5)
Рис. 1. Элементы МГТС GEOIZOL-MP: полая винтовая штанга (1), буровая коронка (2), муфта (3), центратор (4), крепежные элементы (5)
МГТС GEOIZOL-MP устраивается в рамках одного технологического цикла с помощью малогабаритной техники. Это позволяет выполнять работы в сложных и стесненных условиях и решать специфические задачи инженерной защиты территории.
Практика проектирования нашла отражение в опубликованном в 2019 году «Альбоме типовых решений инженерной защиты территории» [3], где представлен широкий перечень конструкций, в том числе с применением буроинъекционных анкерных систем.
Защита от склоновых процессов
Мероприятия и конструкции инженерной защиты от оползней могут применяться как самостоятельно, так и в комплексе друг с другом. Конкретные технические решения определяются выполненными на основе инженерных изысканий аналитическими расчетами и численным моделированием [4].
Для обеспечения устойчивости оползнеопасных склонов применяется нагельное крепление – пространственное армирование грунтового массива. Грунтовые нагели GEOIZOL-MP выходят за поверхность скольжения склона, удерживая массив грунта, и закрепляются в нижерасположенных устойчивых слоях (рис. 2). По поверхности склона нагели объединяются покровной системой, которая препятствует смещениям и вывалу грунта в межнагельном пространстве. Наиболее широкое применение получила высокопрочная стальная сеть в комбинации с противоэрозионными матами и посадкой многолетних трав.
Рис. 2. Принципиальная схема нагельного крепления: грунтовый нагель (1), покровная система (2), линия скольжения оползневого тела (3)
Применение покровной системы такого типа в комбинации с самораскрывающимися или забивными грунтовыми анкерами позволяет обеспечить защиту склона от эрозии и явлений крипа.
МГТС GEOIZOL-MP в качестве грунтового анкера применяется для обеспечения дополнительной устойчивости удерживающих сооружений различной конструкции: шпунтовых, свайных, монолитных гравитационных подпорных стен (рис. 3). Грунтовые анкеры применяются как при строительстве новых, так и для восстановления работоспособности аварийных сооружений.
Рис. 3. Свайная подпорная стена с анкерным креплением и выполненным выше нагельным креплением. Геологический разрез
Анкерное крепление с прижимными плитами является компактной альтернативой пригрузочной бермы. Плиты, закрепленные анкерами, создают дополнительное давление (пригруз) на грунт в нижней зоне оползневого тела и увеличивают удерживающие силы, таким образом повышая устойчивость потенциально оползнеопасного склона или откоса. Вариант рационального применения технологии – обеспечение устойчивости конусов насыпей мостовых сооружений как при строительстве, так и в рамках противоаварийных работ.
Рис. 4. Анкерное крепление с прижимными плитами конус насыпи мостового перехода
Защита от камнепадов, селей и снежных лавин
Грунтовые анкеры GEOIZOL-MP широко применяются для закрепления на рельефе различных сооружений инженерной защиты территории от опасных природных явлений: селеудерживающих, камнеулавливающих, противолавинных барьеров, противокамнепадных завес и т.п. В ряде случаев применение легких и компактных сетчатых конструкций более оправдано, по сравнению с традиционными массивными защитными сооружениями.
Для монтажа GEOIZOL-MP применяется легкая техника, что позволяет выполнять работы в труднодоступных местах, в том числе на крутых склонах, без устройства технологических подъездных дорог. Материалы и оборудование могут быть доставлены на строительную площадку вертолетом.
Частный случай защиты от камнепадов – устройство камнеулавливающих барьеров, располагаемых вдоль защищаемого участка дороги. Барьер состоит из высокопрочной стальной сети на стойках и демпфирующих элементов, гасящих энергию падающих обломков. На локальных неустойчивых участках горного массива возможно устройство противокамнепадной завесы, представляющей собой драпировку склона сплошными стальными сетками, которые препятствуют свободному падению обломков.
Противоселевые барьеры устанавливаются (зачастую каскадами) поперек русел водотоков, по которым сходят сели. Барьеры предназначены для удержания твердого стока и пропуска жидкой фазы, за счет чего гасится энергия селевого потока.
Снегоудерживающие барьеры устанавливаются поперек склонов в местах накопления снега. Барьер удерживает снежный массив в статическом состоянии, предотвращая риски возникновения снежных осовов. Летом может выполнять функцию камнеулавливающего барьера.
Производство защитных барьеров локализовано в России.
Рис. 4. Монтаж гибких снегоудерживающих барьеров для защиты от лавин осового типа
Строительство в условиях слабых и специфических грунтов
В некоторых случаях, при появлении потенциальных рисков развития карстовых процессов под существующими насыпями автомобильных и железных дорог, в качестве предупредительной меры, может быть выполнен пространственно-армированный массив грунта из грунтовых нагелей GEOIZOL-MP (рис. 5).
Упрочненный массив в теле насыпи по принципу действия аналогичен гибкому ростверку. Армирование грунта препятствует внезапному скоростному образованию карстовых провалов, что дает возможность своевременно обнаружить активизацию карстовых процессов и купировать их развитие.
Применение этого решения может быть оправдано также для повышения устойчивости насыпей, например, при увеличении нагрузок, скоростей и интенсивности движения поездов.
Особенность этого решения заключается в возможности выполнения работ без прекращения эксплуатации защищаемого объекта, с сохранением движения транспорта.
Рис. 5. Моделирование пространственного расположения нагелей в теле железнодорожной насыпи
При необходимости строительства объекта транспортной инфраструктуры в условиях слабых грунтов основания возможно устройство легкой насыпи, тело которой формируется из блоков вспененного (экспандированного) полистирола прямоугольной формы толщиной от 0,5 до 1,0 м, шириной от 1,0 до 1,2 м, длиной от 2,0 до 5,0 м [5].
Удельный вес этого материала в 30-50 раз меньше по сравнению с песком, за счет чего уменьшается вертикальная нагрузка от собственного веса насыпи на основание. Это позволяет обойтись без дополнительных мер по укреплению грунта, устройства свайного основания или замены грунта.
Технология в целом позитивно влияет на сроки строительства. При устройстве легкой насыпи сокращаются сроки консолидации основания, а выполнение строительно-монтажных работ не требует привлечения тяжелой техники.
Рис. 6. Монтаж легкой насыпи
Заключение
В заключение отметим, что опыт инженерной защиты территории, накопленный специалистами «ГЕОИЗОЛ Проект» может быть эффективно применен в практике военных инженеров. Одно из преимуществ рассмотренных выше технических решений заключается в высокой технологичности и скорости выполнения строительно-монтажных работ.
Библиографический список
- СП 116.13330.2012 Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения. (Актуализированная редакция СНиП 22-02–2003). М.: Минрегион России, 2012.
- Богданов И.С., Александров П.А. Опыт и особенности применения многофункциональной геотехнической системы (МГТС) GEOIZOL-MP // Механика грунтов в геотехнике и фундаментостроении: материалы международной научно-технической конференции, г. Новочеркасск 28-30 сентября 2022 г. / Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова. — Новочеркасск: Лик, 2022. – С. 454-466.
- Альбомы технических решений // ГЕОИЗОЛ Проект: сайт. – URL: https://geoizolproject.ru/library/albomy-tipovyh-reshenij/ (дата обращения: 05.06.2023).
- Конюшков В.В. Инженерная защита территорий от склоновых процессов с учетом природных условий и техногенных воздействий // Вестник гражданских инженеров. 2017. №2 (61). – С. 137-142.
- ОДМ 218.3.1.006–2021 Методические рекомендации по проектированию легких насыпей на слабых основаниях с применением легких геокомпозиционных материалов. Федеральное дорожное агентство (Росавтодор), Москва, 2022.
Богданов И.С.,
технический директор «ГЕОИЗОЛ Проект»
Александров П.А.,
главный конструктор «ГЕОИЗОЛ Проект»
Для цитирования:
Богданов И.С., Александров П.А. Технические решения инженерной защиты территории в инфраструктурном строительстве / Мероприятия инженерной защиты в транспортном строительстве: материалы всероссийской научно-практической конференции «Мероприятия инженерной защиты в транспортном строительстве» (16 июня 2023 г.) / под общей редакцией Веприняка И.А. – СПб: ВИ (ЖДВ и ВОСО), 2023. – 314 с., с. 35-42.
