Доклад зачитан на 17 Азиатской региональной конференции по механике грунтов и геотехнической инженерии, которая состоялась 14-18 августа 2023 года в г. Астана (Казахстан).
АННОТАЦИЯ: Проведение Зимних Олимпийских игр 2014 года стало стимулом для активного развития потенциала горного кластера Сочи (Краснодарский край, Россия). Для размещения объектов спортивной и туристической инфраструктуры выполнен комплекс мероприятий инженерной защиты территории от опасных геологических явлений и процессов. Горный кластер Сочи стал полигоном внедрения передовых технических решений в области инженерной защиты при размещении объектов на территории национального парка на крутонаклонном рельефе в условиях высокой сейсмической активности (9 баллов). В статье дается обзор выполненных мероприятий. В их числе опыт применения гибких селеудерживающих, противокамнепадных и снегоудерживающих барьеров, обеспечение устойчивости склонов нагельным креплением с применением многофункциональной геотехнической системы GEOIZOL-MP, сооружение различных вариантов конструкции удерживающих сооружений (подпорных стен): свайных, уголковых монолитных на свайном основании, армогрунтовых, из габионов. Отдельное внимание уделено вопросам увеличения жесткости существующих удерживающих сооружений, находящихся в аварийном состоянии.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: Инженерная защита территории, оползень, сель, снежная лавина, камнепад, эрозия, грунтовый анкер, GEOIZOL-MP
1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Зимние Олимпийские игры 2014 года стали отправной точкой к созданию на территории горного кластера Сочи (Краснодарский край, Россия) одного из крупнейших в Восточной Европе конгломерата горноклиматических курортов.
Масштабное строительство развернулось на территории национального парка с особыми требованиями по минимизации воздействия на окружающую среду и сохранению сложившихся экосистем. Строительные площадки объектов туристической и спортивной инфраструктуры расположены в труднодоступной местности на крутонаклонных склонах. Объекты подвержены рискам возникновения опасных геологических явлений и процессов. Среди них эрозия почв, оползневые процессы, сели, снежные лавины и камнепады. Осложняющим условием является высокая сейсмическая активность региона (9 баллов).
В заданных условиях традиционные методы инженерной защиты территории с устройством массивных железобетонных конструкций, грунтовых насыпей и дамб оказались неприменимыми. Для обеспечения возможности строительства и последующей безопасной эксплуатации объектов компания «ГЕОИЗОЛ Проект» проанализировала лучший мировой опыт инженерной защиты территории и внедрила широкий спектр передовых технических решений в этой области.
Особенно стоит отметить комплексный подход к решению задач инженерной защиты территории и объектов, обусловленный применением комбинаций различных конструкций для обеспечения их совместной работы, повышения надежности сооружений и оптимизации финансовых затрат.
Горный кластер Сочи стал полигоном внедрения новых методов инженерной защиты территории. Среди итогов этой работы – развитие нормативно-технической базы с фиксацией в стандартах новых технологий и решений.
2 МЕРОПРИЯТИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ ТЕРРИТОРИИ
2.1 Водоотведение и защита от эрозии
Вода является одним из главных деструктивных факторов в горных условиях. При движении вниз по склону потоки воды накапливают значительную энергию, разрушая грунтовые покровы и оказывая негативное влияние на строительные конструкции. Вода замачивает грунтовые массивы, активизируя оползневые процессы.
В связи с этим на этапе проектирования в первую очередь необходимо предусмотреть мероприятия по водоотведению от строящихся объектов: выполнить дренажи, перехватывающие и нагорные канавы, каптажные камеры.
При проектировании мероприятий по водоотведению все элементы системы были взаимоувязаны на едином плане с учетом высотных отметок и расходов воды, для каждого элемента выполнены гидравлические расчеты, посчитаны скорости движения воды, обеспечена комплексная работа системы. Отдельно была проработана система временного водоотведения, функционирование которой предусмотрено на этапе строительства.
При выполнении строительных работ неизбежно нарушается целостность почвенно-грунтового покрова. Без дополнительной защиты вскрытые грунты подвержены эрозии – интенсивному разрушению под действием ветра и осадков.
Решения противоэрозионной защиты подбираются на основании расчетов, в зависимости от уклонов, типов грунтов, типа поверхности.
На небольших уклонах (до 10 градусов) достаточно уложить геосинтетические противоэрозионные маты с последующим восстановлением растительного покрова. Чем круче склон, тем более тяжелое решение необходимо применять. При уклонах более 35 градусов геокомпозиты дополнительно усиливались высокопрочными стальными сетками с креплением грунтовыми анкерами.
Противоэрозионные мероприятия полностью компенсируют негативный эффект от техногенного воздействия на грунт, а также препятствуют развитию процессам крипа.
2.2 Противооползневая защита без изменения рельефа
Строительство велось на территории заповедника, где требовалось максимально сохранить природный ландшафт, включая крутые уклоны горнолыжных трасс. Необходим был особый подход для обеспечения устойчивости склонов с минимальным изменением рельефа, без выполнения крупных железобетонных конструкций. Таким решением стало нагельное крепление склонов.
«ГЕОИЗОЛ Проект» первым в России проработал и внедрил на практике концепцию нагельного крепления склонов в качестве постоянного элемента инженерной защиты. Благодаря вкладу инженеров «ГЕОИЗОЛ Проекта» это техническое решение получило повсеместное применение в Российской Федерации.
Суть технологии заключается в пространственном армировании грунтового массива геотехническими элементами – грунтовыми буроинъекционными нагелями.
Грунтовые нагели выходят за поверхность скольжения склона, удерживая массив грунта (оползневого тела), и закрепляются в нижерасположенных устойчивых слоях. Покровная система (высокопрочная стальная сеть с противоэрозионными матами) препятствует смещениям на поверхности, не допускает вывалов грунта в межнагельном пространстве и защищает от эрозии.
Решение применяется при возникновении рисков развития оползневых процессов для обеспечения устойчивости естественных склонов и искусственных откосов. Позволяет выполнить работы без сведения растительности с сохранением первоначального рельефа. Для выполнения работ может применяться легкая техника – компания «ГЕОИЗОЛ» первой в России выполнила работы по устройству нагельного крепления с применением малогабаритных горных буровых установок.
Нагельное крепление может применяться для защиты любых типов конструкций, в том числе повышенной ответственности, таких как опоры канатных дорог.
Аналогичным образом работает анкерное крепление с железобетонными прижимными плитами. Это собственная разработка «ГЕОИЗОЛ Проект». Решение 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.
В качестве грунтовых анкеров и нагелей (а также буроинъекционных микросвай) применяется многофункциональная система GOIZOL-MP. Собственная разработка Группы компаний «ГЕОИЗОЛ» по ряду характеристик превосходит лучшие европейские аналоги. Производство GOIZOL-MP развернуто на «Пушкинском машиностроительном заводе» (входит в Группу компаний «ГЕОИЗОЛ») в Санкт-Петербурге.
2.3 Противооползневая защита с изменением рельефа
Размещение объектов на крутых горных склонах неизбежно приводит к изменению рельефа для выравнивания строительных площадок или прокладки дорог. Часто для этого необходимо устройство удерживающих сооружений различной конструкции.
При подрезке склона применяют шпунтовые или свайные подпорные стены. Свайная подпорная стена состоит из одного или нескольких рядов буронабивных свай, объединенных по верху ростверком. Как правило, дополнительную устойчивость конструкции придают грунтовые анкеры. Их выполняют в один или несколько горизонтальных рядов через распределительные балки по мере разработки грунта. На финальном этапе с лицевой стороны выполняется монолитная прижимная стена.
При формировании рельефа – отсыпке территории – возможно исполнение различных конструкций. Это уголковые стены на естественном или свайном основании, варианты армогрунтовых насыпей с облицовкой габионами, сборными железобетонными элементами, по системе «Зеленый Террамеш» или их комбинацией.
Для дополнительного обеспечения устойчивости удерживающие сооружения могут дополняться нагельным креплением, расположенным как выше, так и ниже по склону.
2.4 Защита от селей
Выбор мероприятий инженерной защиты от селей зависит от специфики защищаемого объекта. На объектах в Сочи «ГЕОИЗОЛ Проект» применил различные технические решения и их комбинации.
Прежде всего предусматриваются мероприятия, исключающие факторы селеобразования: укрепление русел водотоков, устройство противоэрозионной защиты на территории селевого бассейна, нагельное закрепление отдельных потенциально неустойчивых массивов грунта.
Традиционным решением для исключения воздействия селей на защищаемый объект является устройство улавливающих селенакопителей с возведением удерживающих дамб и специальных водоотводных конструкций.
Вместо традиционных массивных противоселевых дамб в горном кластере Сочи впервые в России были применены гибкие селеудерживающие барьеры. Они устанавливаются поперек расчетного русла селя для удержания твердой части стока, которая представляет наибольшую угрозу для защищаемых объектов. Барьер состоит из натянутой между стойками кольчужной сети, усиленной стальными канатами и энергопоглощающими устройствами. Для закрепления стоек и оттяжек применяются буроинъекционные грунтовые анкеры GEOIZOL-MP. Строительство и эксплуатация таких сооружений возможны с применением малогабаритной техники, даже на труднодоступных территориях без необходимости прокладки подъездных дорог.
На двух участках курорта требовалось защитить лишь участок горнолыжного спуска. Учитывая, что ниже по течению селеопасных ручьев Шумихинский и Ржаной не было защищаемых объектов, в их руслах были спроектированы селепропускные сооружения закрытого типа. Фактически под защищаемыми участками трасс были построены тоннели коробчатого сечения, способные принять и пропустить через себя расчетный сель большого объема (более 30 тыс. куб. м) и обеспечить нормальный режим водотока в межселевой период.
Методы инженерной защиты выбираются в зависимости от типа снежных лавин. На территориях с высокой лавинной опасностью необходимо проводить профилактические мероприятия. Среди наиболее распространенных – предварительные искусственные спуски снега. Для снижения объема снежной массы возможно размещение снеговыдувающих конструкций или устройств типа GAZEX в местах накопления снега.
Некоторые объекты – опоры канатных дорог – было невозможно разместить за пределами зоны негативного воздействия лавин. Для их защиты были предусмотрены локальных защитных сооружений – массивные железобетонные лавинорезы. Для защиты от потенциальных лавин станции канатных дорог «Юность», расположенной на склоне хребта Аибга, выполнена лавинонаправляющая стена, выполненная в виде высокой армогрунтовой насыпи с облицовкой габионами.
Естественный метод борьбы со снежными осовами (сдвиговыми лавинами) заключается в восстановлении лесного массива. Другой эффективный метод – устройство гибких снегоудерживающих барьеров. Сетчатые конструкции устанавливаются поперек склона в местах накопления снега. Барьеры удерживают снежный массив в статическом состоянии, предотвращая риски возникновения снежных осовов. Крепление конструкций осуществляется грунтовыми анкерами GEOIZOL-MP. В летний период конструкции могут функционировать как камнеулавливающие барьеры.
Для выбора решений защиты от камнепадов определяются опасные участки и характер разрушения горного массива. При наличии относительно небольшой площади рельефа, где возможны срывы камней, выполняется сплошная драпировка из высокопрочной стальной сети с дополнительным закреплением крупных скальных образований. В ряде случаев оптимальным решением остановки развития обвальных явлений может стать нагельное крепление.
Для защиты объектов, где существуют риски падения обломков, в том числе с большой энергией – до 10 000 кДж, применимо устройство камнеулавливающих барьеров. Такие сетчатые конструкции также могут быть использованы для защиты от сопутствующих рисков – снежных лавин и селевых потоков.
2.7 Ремонт аварийных удерживающих сооружений
В практике работы компании приходится сталкиваться со случаями, когда заказчику требуется восстановить работоспособность существующих подпорных стен. Повышение жесткости таких сооружений является одной из самых сложных инженерных задач в области защиты от оползневых процессов. При проектировании таких мероприятий необходимо учитывать фактическую жесткость аварийных конструкций и изменение характера их работы после усиления. Также учитывается реальное состояние конструкций, в том числе снижение или частичная утрата несущей способности элементов конструктива.
Для усиления аварийных подпорных стен можно выделить несколько подходов. К первой группе относится повышение устойчивости удерживающих конструкций за счет устройства дополнительных рядов грунтовых анкеров GOIZOL-MP через тело существующих сооружений. Следующая группа решений предусматривает устройство дублирующих подпорных стен для снятия дополнительной нагрузки при особых воздействиях.
Следует отметить, что при проектировании ремонта аварийных сооружений необходим комплексный подход. Прежде всего требуется выявить причины снижения работоспособности конструкций. Таковым может оказаться изменение гидрогеологической обстановки. В проекте следует предусмотреть устранение этих причин, а также ликвидацию последствий техногенного воздействия при выполнении ремонтных работ: выполнить мероприятия противоэрозионной защиты и обеспечить водоотведение.
3 ВЫВОД
Проектирование инженерной защиты олимпийских объектов в Сочи дало компании «ГЕОИЗОЛ Проект» уникальный опыт. Эта работа продемонстрировала очевидную необходимость комплексного подхода при проектировании мероприятий инженерной защиты территории. Рассмотрение всей совокупности групп рисков позволяет взаимоувязать и оптимизировать защитные мероприятия, что позитивно сказывается как на эффективности принятых проектом мероприятий, так и на сроках и стоимости их выполнения. Комплексный подход при проектировании инженерной защиты территории стал стандартом для компании.
В горном кластере Сочи «ГЕОИЗОЛ Проект» применил на практике доказавшие свою эффективность методы инженерной защиты территории, которые позволяют обеспечить требуемый уровень безопасности, и при этом оказывать минимальное воздействие на окружающую среду. Многие из этих технологий ранее не использовались на территории России. К таковым следует отнести гибкие барьеры, применяемые для защиты от селей, снежных лавин и камнепадов. Также в Сочи широкое применение получило нагельное крепление оползнеопасных склонов.
Полученный опыт строительства олимпийских объектов позитивно повлиял на строительную отрасль России в целом. Компания «ГЕОИЗОЛ Проект» стала одним из пионеров инженерной защиты территории как самостоятельного направления в строительной отрасли страны.
И.С. Богданов
Технический директор, ООО «ГЕОИЗОЛ Проект»
Для цитирования:
Bogdanov I.S. Comprehensive engineering protection of the territory on the example of the Sochi mountain cluster / Zhussupbekov, A., Sarsembayeva, A., & Kaliakin, V.N. (Eds.). (2023). Smart Geotechnics for Smart Societies: Proceedings of the 17th Asian Regional Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering (17th ARC, Astana, Kazakhstan, 14-18 August, 2023) (1st ed.). CRC Press. P.p. 2330-2333 URL: https://doi.org/10.1201/9781003299127.
