Опыт проектирования и эксплуатации противоселевых сооружений

На примере объектов, расположенных в горном кластере Сочи и в Забайкальском крае, приводится широкий спектр технических решений, применяемых для инженерной защиты от селей.

*Доклад был зачитан главным конструктором «ГЕОИЗОЛ Проект» Павлом Александровым на IV Международной научно-практической конференции «Инженерная защита территорий, зданий и сооружений» 22 марта 2022 года. Скачать презентацию к докладу можно здесь, видеозапись доклада здесь.

Опасность селевых процессов очевидна – их развитие вблизи населенных пунктов, хозяйственных и инфраструктурных объектов чревато не только серьезными экономическими потерями, но и угрожает жизни и здоровью людей.

Актуальность выполнения противоселевых мероприятий с каждым годом возрастает. Защиты требуют как осваиваемые территории, так и районы, для которых сход селей ранее не был характерен. Активизацию селевых процессов вызывают изменение климата, возникновение чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера (аномальные осадки, лесные пожары), а также деструктивная деятельность человека (некомпенсируемая вырубка лесов).

К первой категории можно отнести курорты горного кластера Сочи, где благодаря Олимпиаде появилось множество объектов спортивно-рекреационной инфраструктуры, требующих защиты. Ко второй – участок федеральной трассы «Амур», которой летом 2018 года оказался заблокирован в результате схода селя и вызванного им оползня. В статье рассматривается опыт компании «ГЕОИЗОЛ Проект» в области проектирования противоселевых сооружений на этих объектах.

Современные методы инженерной защиты от селей

Защита от селей, как правило, требует комплексного подхода, который предусматривает комбинацию различных мероприятий, к основным из которых относятся:

— планировочные решения, подразумевающие перенос объектов из опасной зоны;

— исключение факторов селеобразования посредством укрепления русел водотоков и массивов грунта, устройство противоэрозионной защиты;

— изменение направления селевых потоков путем строительства направляющих дамб и селепропускных сооружений;

— уменьшение объемов селевого потока благодаря устройству жестких преград и гибких селеудерживающих барьеров.

Опыт компании «ГЕОИЗОЛ Проект» показал, что устройство традиционных противоселевых сооружений, прежде всего дамб, имеют ряд существенных ограничений. Их устройство, как правило, сопряжено с необходимостью выполнения большого объема земляных работ Крупногабаритные дамбы не всегда возможно вписать в границы существующего землеотвода. При их устройстве изменяется природный рельеф, что может нанести серьезный урон экологии.

Несмотря на относительно невысокую стоимость решения, фактические затраты на строительство защитной дамбы могут существенно превосходить сметную стоимость в случае, когда защищаемый объект удален от населенных пунктов и карьеров по добыче инертных материалов.

При проектировании инженерной защиты от селей на объектах в Сочи эти ограничения обусловили поиск современных технических решений. К таковым относятся гибкие селеудерживающие барьеры.

Барьер состоит из натянутой между стойками кольчужной или высокопрочной стальной сети, усиленной стальными канатами. Барьеры дополнительно удерживаются оттяжками, оснащенными энергопоглощающими устройствами, которые компенсируют ударную нагрузку от селевого потока. Для закрепления стоек и оттяжек применяются буроинъекционные грунтовые анкеры, в том числе многофункциональная геотехническая система GEOIZOL-MP.

Барьеры устанавливаются поперек расчетного русла селя для удержания твердой части стока, которая представляет наибольшую угрозу для защищаемых объектов. Конструкции предназначены для многоразового использования. Их правильная эксплуатация: расчистка после каждого удара стихии и, при необходимости, замена поврежденных элементов (амортизационных устройств) – гарантирует работоспособность конструкции на протяжении десятков лет.

К месту монтажа барьеры поставляются в частично собранном виде. Для их устройства требуется небольшой объем товарного бетона. Работы способна выполнить небольшая бригада квалифицированных рабочих с помощью легкой техники, что позволяет выполнить барьеры в труднодоступных местах, не требует устройства подъездных дорог и разворачивания строительного городка.

К минусам такого решения можно отнести относительно высокую стоимость гибких селеудерживающих барьеров. Однако в ряде случаев совокупные затраты оказываются ниже, чем при реализации традиционных решений. Это обусловлено высокой скоростью и технологичностью выполнения строительно-монтажных работ, возможностью размещения объекта на небольшой площади, установкой барьеров с сохранением экосистемы (без изменения рельефа и вырубки деревьев), а также невысокими эксплуатационными затратами.

Опыт проектирования и эксплуатации противоселевых сооружений в горном кластере Сочи

На территории Красной Поляны в Сочи реализовано два крупных проекта по селезащите.

Первый – в границах Горно-туристического центра (ГТЦ) «Газпром». Изыскания выявили очаг селеобразования выше ручья Рудничный. Кроме того, фиксировались неоднократные сели техногенного характера, вызванные производством строительных работ на склоне хребта Псехако.

На первом этапе, для защиты строящейся насосной станции и ниже расположенных объектов на берегу реки Лаура, был выполнен селепропуск открытого типа в виде железобетонного лотка шириной 4,5, высотой 2,5 и протяженность 365 м, рассчитанный на селевой поток объемом 7 500 куб. м со скоростью на входе свыше 6 м\с. В межселевой период сооружение функционирует в качестве искусственного русла ручья, сохраняя его естественный гидрологический режим.

На втором этапе, для защиты строящихся нижней станции канатных дорог, развлекательного центра «Галактика» и иной рекреационной инфраструктуры, расположенной вблизи устья ручья, русло Рудничного перекрыли каскадом из шести гибких селеудерживающих барьеров. Конструкции шириной 25 и высотой 6 м рассчитаны на суммарный объем задерживаемой массы 8 800 куб. м.

Комплекс мероприятий полностью исключил воздействие селевых потоков на защищаемые объекты. С учетом того, что на этом практически ежегодно фиксируются селевые явления, техническое решение на практике доказало свою эффективность. К барьерам организованы подъезды для механизированной расчистки удержанного твердого стока, которая выполняется по мере их заполнения. Конструкции рассчитаны на максимально возможные нагрузки и имеют достаточный запас прочности, что позволяет сократить замену расходных элементов.

На территории Горноклиматического курорта «Альпика-Сервис» селевые процессы приурочены к трем водотокам – ручьям Сулимовский, Шумихинский и Ржаной. Соответственно, селезащитные мероприятия здесь разделены на три этапа.

Наибольшая опасность для зданий и сооружений курорта исходила от первого ручья Сулимовский. Сель, проходящий по его руслу, угрожал участкам Альпийского шоссе, технологическим проездам к курорту «Роза Хутор» и водозабора системы искусственного оснежения курорта «Альпика-Сервис».

В рамках первого этапа принято решение по закреплению массива грунта в границах селесборного бассейна, расположенного выше ручья Сулимовский. Для ликвидации части очага селеобразования выполнено нагельное крепление участков склона в комбинации с покровной системой, обеспечивающей противоэрозионную защиту.

Учитывая остаточные риски, в русле ручья рядом со станцией канатных дорог «Юность» выполнен каскад из трех селеудерживающих барьеров, рассчитанных на суммарный объем задерживаемой массы до 8 000 куб. м. Конструктивное решение принято аналогично реализованному в ГТЦ «Газпром».

Ручьи Ржаной и Шумихинский имеют значительно большие площади очагов селеобразования и расчетные параметры селевых потоков – более 37 000 и 32 000 куб. м соответственно. Изыскания показали, что сели, сходящие по этим водотокам, не представляют опасности для зданий, расположенных у подножья склона хребта Аибга на берегу реки Мзымта, но могут повредить горнолыжные трассы.

Учитывая эти факторы выполнение мероприятий по предотвращению селей и удержанию твердого стока признаны нерациональными. Для защиты горнолыжных трасс принято устройство двух селепропускных сооружений закрытого типа.

Селепропуск в русле Ржаного имеет ширину лотка 10, высоту 7,4 и протяженность 192 м, что позволяет пропустить под защищаемым объектом расчетный объем сели. Коробчатая конструкция частично выполнена из свайных подпорных стен, частично – в виде шпунтового ограждения с защитным бетонным покрытием. Искусственное бетонное русло позволяет выдержать нагрузки от селя, а также обеспечить нормальный режим ручья в межселевой период.

Аналогичным образом выполнен селепропуск в русле ручья Шумихинский.

Наблюдение за работой сооружений с 2014 года показало эффективность принятых решений, что подтверждается полным исключением негативного воздействия селевых потоков на защищаемые объекты.

Селезащитные сооружения для транспортной инфраструктуры

Один из ключевых моментов при проектировании селезащитных мероприятий для автодорог и других линейных объектов заключается в необходимости разместить сооружения в узкой полосе отвода.

С такой задачей «ГЕОИЗОЛ Проект» успешно справился при проектировании противооползневых и противоселевых мероприятий на км 17 федеральной трассы Р-297 «Амур» Чита – Хабаровск в Забайкальском крае. Строительство сооружений выполнят в рамках капремонта участка км 10 – км 20.

В конце июля 2018 года после продолжительных ливней сошел сель, разрушивший часть склона. В результате трасса оказалась заблокирована почти на неделю. Изыскания подтвердили риски повторения опасных явлений. Было выявлено три бассейна, где могут образовываться селевые потоки.

Для защиты трассы предусмотрено сооружение гибкого селеулавливающего барьера, а также укрепление русла с устройством армогрунтовой насыпи по траектории схода селя.

Спроектированный барьер представляет собой сетчатую конструкцию высотой 10 метров и протяженностью 360 метров. Устойчивость сооружению придают мощное бетонное основание с фундаментом из буронабивных свай диаметром 1000 мм и длиной 10 метров, а также усиление грунтовыми анкерами GEOIZOL-MP длиной 19,5 метров.

Конструкция удерживает твердый сток, который может засыпать трассу. За счет проницаемости вода отжимается через барьер и по лоткам направляется в водоотводную систему дороги. Использование высокопрочной сети с демпфирующими элементами позволяет барьеру принять мощный удар, погасив энергию водно-грунтового потока, и удержать большой объем селя.

Уникальность спроектированного барьера заключается в том, что, он способен выдержать высокую нагрузку, защищая от селей, но при этом имеет минимальные габариты, что позволило разместить его в полосе отвода автодороги.

Вторая часть проекта инженерной защиты предполагает возведение армогрунтовой ступенчатой насыпи для восстановления рельефа и исключения развития склоновых процессов. Насыпь возводится на основании, укрепленном грунтовыми нагелями GEOIZOL-MP. В ней устраивается искусственное русло для предотвращения водной эрозии сооружения и расположенного выше естественного лога.

В качестве итога необходимо отметить, что все приведенные выше технические решения локализованы в России. Наши партнеры из компании «Гео-Барьер» развернули производство материалов и комплектующих, необходимых для выполнения различных видов удерживающих барьеров и покровных систем.

На «Пушкинском машиностроительном заводе» (входит в группу компаний «ГЕОИЗОЛ») развернуто производство многофункциональной геотехнической системы GEOIZOL-MP, которая широко применяется для крепления барьеров и тросово-сетчатых систем.

На предприятии также выпускаются малогабаритные горные буровые установки, применяемые при устройстве грунтовых анкеров и нагелей.

Современные технологии существенно расширяют спектр решаемых задач в области инженерной защиты территории. Грамотный учет и оценка возможных рисков позволяют выбрать рациональное решение, которое обеспечивает требуемый уровень безопасности при минимальных затратах. С такими задачами успешно справляется «ГЕОИЗОЛ Проект».

Главный конструктор «ГЕОИЗОЛ Проект»

Павел Александров