Инструкция по укреплению откосов
Укрепление земляных откосов также несет в себе защитную функцию, что предполагает их предохранение от размыва грунта атмосферными осадками, выдувания почвы с их поверхности. Если вовремя не принять меры по укреплению откосов, то неизбежно возникновение обвалов, оползней и прочих разрушительных процессов.
Геотекстиль при укреплении насыпей подкладывается под объемную георешетку. Он осуществляет разделительную функцию, задерживает наполнитель в ячейках. Помимо этого, геотекстиль имеет высокую водопропускную способность и выполняет функции обратного фильтра. При выполнении работ по фиксации склонов данный геосинтетик укладывается слоями на различной высоте. Таким образом, конструкция имеет повышенную прочность.
Способы укрепления откосов: технология
Выбор метода и устройства укрепления откосов зависит от некоторые факторов. Во-первых, это тип почвы. Во-вторых, вид сооружения, его размеры. В-третьих, климатические, топографические, гидрологические условия. Не менее важны заданные сроки строительства, имеющиеся финансовые средства.
Можно провести гидропосев трав, одерновку, посадки кустарников либо деревьев, устроить сплошные покрытия шлаком, установить монолитные железобетонные или асфальтобетонные плиты, а также волноотбойные стены и иногое другое. Но самым распространённым способом считается использование геосинтетических материалов.
Материалы для укрепления откосов
Для армирования песчаных, скалистых, крутых склонов мостов, автодорог и других конструкций принято использовать современные геоматериалы. Это геотекстиль – нетканое иглопробивное полотно, геосетка – плоская продукция из полимеров с ячеистой структурой. Также в работах применяются геоматы – трехмерный материал с хаотичной структурой и биоматы, представляющие собой биоразлагаемый, композиционный нетканый или нитепрошивной продукт из трех слоев.
Рассмотрим кратко некоторые методы армирования склонов.
Укрепления откосов земляного полотна геотекстилем
Геополотно наиболее часто применяется при укреплении откосов земляного полотна с наклонов до 60 градусов.
Технология укладки геотекстильного материала при усилении склонов состоит в следующем:
1. Перед началом работы по укреплению откосов необходимо выровнять поверхность, которая в дальнейшем будет укрепляться.
2. Далее решается проблема с обустройством площадки.
- Если она будет образована выше земли, то вначале нужно положить геотекстиль: перекрытие должно составлять 20 см. Затем создать опалубку по всей длине, засыпать сверху камнем или песком. После еще раз уложить геоматериал, засыпать его песком и, если требуется провести работы по укладки плитки.
- Если же площадка будет на одном уровне с поверхностью, то необходимо извлечь грунт так, чтобы образовалось углубление в 20-50 см. Далее укладывается геополотно, насыпается гравий и щебень. Затем снова застилается геосинтетик, сыпется песок. После чего можно уложить брусчатку или плитку с помощью цементного раствора.
3. Геотекстиль, уложенный нахлестами, обязательно крепиться скобами. Вдоль шва можно насыпать еще природных материалов.
Технология укрепление откосов геоматом
Для укрепления крутых откосов – около 70 градусов используется геомат.
При укладке этого геоматериала рекомендуется выполнять следующие условия:
- Выровнять, уплотнить поверхность почвы, где будут проводиться укрепительные работы.
- Вырыть небольшое углубление, глубиной около 30 сантиметров. Провести водоотвод.
- Выложить рулон материала и подогнать его по размеру, если это необходимо.
- Натянуть геосинтетик гладкой стороной вниз по поверхности земли ровно и плотно. Нахлест должен равняться 15 см в вдоль, 20 см – в поперек.
- Геомат крепится к траншее с помощью специальных крепежей — анкеров.
- Затем геоматериал засыпается грунтом, уплотняется.
Дополнительная информация:
Источник
Способы укрепления откосов
На дорогах, особенно у высоких насыпей или глубоких выемок, часто приходится наблюдать размыв откосов или дна кюветов после прохода весенних вод и дождей. Причем можно отметить, что размыв откосов, выемок и насыпей зависит в значительной степени (помимо уклона и длины откосов) также и от рода грунта, из которого построена насыпь или в котором заложена выемка, а для кюветов также и от продольного уклона.
В отношении устойчивости против размыва все грунты можно разделить на следующие три категории:
а) легко размываемые (мелкие супеси, лессовые и пылеватые грунты, пылеватые мелкозернистые пески);
б) средне размываемые (более связные пылеватые суглинки, супеси);
в) трудно размываемые (глинистые, тяжелые суглинки, гравелистые, скальные и пр.).
Каждый грунт, не подвергаясь размыву, может допустить движение по нему воды только до определенной предельной скорости, свыше которой грунт начинает размываться и оплывать.
В целях предохранения откосов земляного полотна и дна кюветов от размыва, оползания и выдувания надлежит производить укрепление их.
К мерам, применяемым против размыва откосов, относится:
— укрепление откосов засевом травы;
— одерновка сплошная, в клетку или в стенку;
— укрепление хворостом;
— укрепление фашинами;
— посадка кустарника или деревьев;
— укрепление плетневыми клетками;
— замощение.
Откосы выемок и насыпей, находящиеся вне водотоков и затопляемых резных пойм, подлежат укреплению в зависимости от характера грунтов, климатических условий и высоты откоса. При назначении типа укрепления учитывается наличие местных материалов. Откосы насыпей и выемок в пылеватых и мелкозернистых песках рекомендуется укреплять сплошной одерновкой, независимо от высоты насыпи. Откосы насыпей и выемок в супесчаных и пылеватых грунтах укрепляются: при насыпи высотою до 2 м засевом травы, при насыпи от 2 до 4 м и выемке. до 4 м одерновкой в клетку и засевом травы, свыше 4 м одерновкою сплошь.
Откосы насыпей и выемок при пылеватых суглинках и в глинистых грунтах укрепляются в насыпях высотою до 4 м засевом травы, а в насыпях высотою свыше 4 м одерновкою сплошь, в выемках высотою до 2 м для указанных грунтов укрепление не требуется. В выемках высотою свыше 2 м откосы укрепляются одерновкою в клетку и засевом травы.
Укрепление откосов насыпей на поймах рек в пределах затопления выполняется в зависимости от ширины разлива, высоты волны, скорости течения и наличия материалов на месте. Укрепление откосов насыпей в таких случаях выполняется по заранее разработанным проектам. В частности к таким укреплениям откосов относятся: двойная и одиночная, мостовая, укрепление плетневыми клетками и пр. К мерам, применяемым против размыва дна и откосов кюветов, относятся:
а) в слабых легкоразмываемых грунтах (мелкие супеси, лессовые и пылеватые грунты и пылеватые мелкозернистые пески) при значительных расходах воды и уклонах кювета от 1 до 3%, а при более связанных грунтах (пылеватые суглинки, супеси), при уклонах от 2 до 3% — укрепление откосов кюветов производится одерновкой, а дно засыпкой щебнем с утрамбовкой (щебневанием) или мощением камнем (на мху или соломе);
б) при уклоне от 3 до 5% при значительных расходах и размываемых грунтах укрепление дна и откосов кюветов производится мощением камнем (на мху или .соломе), причем откосы’ кюветов отмащиваются на высоту заполнения водой + 10 см. При уклонах более 5% устраиваются перепады.
В трудноразмываемых грунтах (глинистые, щебневатые и др.) укрепление кюветов производится только в том случае, когда эта необходимость под¬тверждается расчетом количества и скорости поступающей воды. Способ укрепления кювета должен быть указан в проекте.
Укрепление откосов выемок можно производить непосредственно вслед за окончанием устройства откосов, откосы же насыпей укрепляются после их осадки.
Способы укрепления откосов
1. Укрепление откосов засевом трав
Растительные грунты в отношении пригодности для произрастания трав разделяются на тяжелые, т. е. такие, на которых трава плохо принимается.
К ним относятся пески и глины; средние, к которым относятся суглинки и супеси и легкие — черноземные и другие грунты с большим содержанием примесей растительного или животного перегноя.
При грунтах легких и средних засев трав может быть произведен непосредственно по грунту, из которого отсыпан откос насыпи или в котором разработана выемка; при тяжелых грунтах следует сделать поверх откоса отсыпку легкого грунта. Песчаные откосы могут быть укреплены и без дополнительной отсыпки легкого грунта, но тогда следует применять для посева семена трав с длинными корнями: песчаный овес, песчаная рожь и т. п.
Дополнительная засыпка растительного грунта на откосах производится или между клетками, образо¬ванными одерновкой откосов в клетку (рис. 2) или сплошной присыпкой сверху откоса растительного грунта.
В первом случае никаких дополнительных укрепительных работ, не требуется, во втором случае (при сплошной присыпке грунта) необходимо, для лучшего сцепления этого грунта с основным грунтом насыпи, устройство по откосам неглубоких уступов (рис. 1).
Работы по устройству уступов следует производить сверху вниз. По присыпанной дополнительно на откос растительной земле производят, посев трав различных сортов в зависимости от климатических условий и районов производства работ, так например:
а) для районов лесной и лесостепной зоны рекомендуются костер безостый, мятлик луговой, тимофеевка, клевер, овсяница;
б) для степных районов — костер прямой, житняк, люцерна желтая, пырей американский, мятлик.
Посев трав может производиться в период с ран¬ней весны по 15 сентября, наиболее удобный эффективный период посевов считается с весны до 15 июня.
Посев трав в южных районах СССР следует производить только ранней весной; при необходимости более поздних посевов — поливка их обязательна.
Посев трав рекомендуется производить в тихую безветренную погоду.
По окончании посева семена следует закрывать землей при помощи грабель (снизу вверх) на глубину не более 2 см.
Если посев производится в сухую землю, то после посева следует засеянный откос уплотнить легкими трамбовками и в течение нескольких дней после посева засеянные участки поливать водой (перед заходом солнца).
В тех местах откоса, где засев травы не удался (появились плешины) необходимо весною следующего года произвести подсев такой же травою.
Для предупреждения порчи засеянных откосов от хождения скота и лошадей, засеянный откос следует ограждать.
2. Укрепление откосов одерновкой
Для прорастания травы требуется определенное время, поэтому в тех случаях, когда необходимо сделать немедленное укрепление откосов, и в случаях, перечисленных в I главе, укрепление устраивается при помощи одерновки.
Сплошная одерновка откосов (рис. 3) состоит в покрытии всей поверхности откоса дернинами, которые укладываются горизонтальными рядами с перевязкой швов.
Дернины прибиваются тем же способом, как и при укладке дерна в клетку.
При крутых откосах более 1:1, когда сплошная одерновка держится слабо или при необходимости дать более сильное укрепление откоса одерновкой, таковую производят способом укладки дерна в стенку (рис. 4), который состоит в том, что откосы насыпи или выемки обкладывают дерном; при этом дернины кладут одна на другую травой к траве и в этом случае прибивка дерна не производится. При укладке дерна в стенку должен быть соблюден заданный уклон откоса, что проверяется обычным шаблоном.
Одерновка производится или ранней весной или осенью, чтобы корни травы быстрее могли прорасти в грунт откосов.
Размеры дернин принимаются шириною 20, 25, 30 см, длиною 30, 40, 50, 60 см, толщина дернин берется от б до 9 см.
Дернины заготовляются или лопатами или специальным резаком (рис. 5).
Дерн заготовляется незадолго до начала работ, чтобы он не успел высохнуть. В случае необходимости сохранять дерн до его укладки некоторое время на воздухе его укладывают в штабели, травой к траве, причем верхний ряд дернин в штабеле укладывается вверх травой, чтобы не было высыхания. Резка дерна (рис. 6) производится двумя рабочими, из которых один упирает резак или лопату в землю, а другой тянет за веревку, проделывая вначале два параллельных (на ширину дернины) продольных прореза в земле; затем дерн снимается лопатой (подрезая его снизу).
Лучший дерн дают черноземные и глинистые грунты; песчаные и болотные грунты дают мало пригодный дерн.
Дернину прибивают к откосу деревянными спицами (рис. 7) по углам; длина спиц 25 — 35 см и сечение 2,5×2,5 см.
Источник
Укрепление земляного полотна
Укрепление земляного полотна от размыва и волноприбоя. Для защиты земляного полотна от размыва и волноприбоя, когда происходит чрезмерное воздействии на него атмосферных и паводковых вод, применяют различные типы укрепления поверхностей, с целью уменьшения или предотвращения инфильтрации их в грунты.
Тип укрепления и вид защиты выбирается в зависимости от конкретных условий объекта: топографического расположения, климатических условий, гидрологи и других условий.
Укреплению подлежат следующие элементы земляного полотна:
— откосы насыпей, выемок и защитного слоя при всех видах грунтов, кроме скальных слабовыветривающихся и выветривающихся, а также крупнообломочных грунтов;
— обочины насыпей и выемок при песчаных, а в выемках, кроме того, и при переувлажненных глинистых грунтах;
— бермы, разделительные площадки на откосах насыпей и выемок, регуляционные сооружения, кавальеры, банкеты;
— откосы и дно водоотводных канав и кюветов;
— поверхности нарушенных при выполнении земляных работ площадей.
Основными расчетными параметрами при проектировании укреплений земляного полотна являются:
— скорость течения поверхностной воды;
— высота волны с заданной обеспеченностью ее непревышения;
Для защиты используются следующие основные виды укрепительных устройств: искусственный дерновой покров, каменные и бетонные укрепления и др.
Искусственный дерновый покров образуется в результате посева семян многолетних трав. Дерновой покров предохраняет поверхность земляного полотна от размывания при скорости текущей воды до 0,9 метр/сек и при глубине до 0,4 метра, до 1,2 метр/сек при глубине до 1 метра и до 1,3 метр/сек при глубине до 2 метров.
Сплошная дерновка может выдерживать до 20 сут волнения с высотой образовывающейся волны до 0,2 метра. При этом травяной покров в два раза увеличивает испарение воды из грунта в результате транспирации; армирует корневой системой верхний слой грунта, защищая от водной и ветровой эрозии, инфильтрации и возникновения усадочных трещин при высыхании грунта.
Для многолетних трав применяют гидропосев с мульчированием (добавление в смесь опилок, торфяной крошки и т.д.) без применения растительной земли или механизированный способ — по слою растительного грунта.
Подбор состава семян многолетних трав осуществляется согласно агротехническим требованиям с учетом региона, климатических условий, состава почв и прочих особенностях региона. Рекомендуется использовать семена трав трех видов злаковых (рыхлокустовых, корневищевых, стержнекорневых) и бобовых. Засев семенами производят в лучшее время для вегетационноного периода растений, но не позднее чем за месяц до первых заморозков.
На откосах, сложенных из переувлажненных пылеватых грунтов, либо когда есть вероятность смыва семян до образования устойчивого травяного покрова, посев производится в растительный грунт, размещаемый в железобетонных обрешетках, объемных георешетках или в геоматах (рис. 1).
Рис. 1. Укрепления для откосов: а — железобетонные обрешетки для посева трав; 1 — обрешетка; 2 — посев трав; 3 — железобетонные свайки; б — план объемной георешетки; в — общий вид геомата
По технологии производства работ и оправданной стоимости преимущество имеют гибкие пластиковые типы укрепления на основе георешеток и геоматов. Объемные пластиковые георешетки состоят из объемной пластиковой конструкции, анкеров, материала для заполнения ячеек георешетки. Уложенные на откосе материалы образуют сплошной защитный ковер.
Георешетка
Георешетка — это складывающаяся объемная ячеистая конструкция прямоугольной формы, изготавливаемая из полиэтиленовых полос, соединяемых между собой сварными швами, располагающимися в шахматном порядке и перпендикулярно основанию георешетки.
Схема георешетки в растянутом положении приведена на рис. 1, б. Конструктивный модуль георешетки имеет следующие основные размеры.
Длина конструктивного модуля в рабочем состоянии А выбирается из стандартных длин, выпускаемых производителем (диапазон от 6 до 14 метров), и зависит от длины укрепляемого откоса. Ширина модуля В также принимается стандартной, выпускаемой производителем (диапазон размеров от 2,4 метра до 2,8 метров).
Размеры ячеек георешетки в плане а и b должны быть не менее 200 мм. Толщина георешетки (высота полосы) h в укреплении принимается от 75 до 150 мм, а толщина полосы 5 не меньше 1,5 мм.
Полосы могут быть как сплошными, так и перфорированными отверстиями, выполняющими дренажные функции. Действующая растягивающая нагрузка при этом условном достижении в пределе текучести полосы с шириной 50 миллиметров и при расстоянии между зажимами испытательной машины 100 мм должна быть не ниже 1 кН, а удлинение при этом не более 15 %.
Закрепление георешеток на откосе производится с помощью Г-образных анкеров, которые изготавливают из стальной арматуры диаметр прутка d = 10—14 мм, длина 50—120 сантиметров. Их устанавливают внутри конструктивного модуля равномерно по площади в шахматном порядке с установленным шагом 1,0—1,5 метра и более часто (в каждую ячейку) по границам модуля (рис. 2, а).
Конкретные размеры арматурных анкеров и шаг их прокладки определяют проектом в зависимости от грунта, крутизной укрепляемого склона и весом заполнителя решетки, с учетом надежного закрепления конструктивного модуля на откосе от сдвига.
После прокладки и закрепления на грунтовой поверхности георешетки необходимо защитить от воздействия солнечных (ультрафиолетовых) лучей материалом заполнения. Заполнение георешеток производится растительным грунтом или торфопесчаной смесью с таким расчетом, чтобы грунт выступал над верхней поверхностью георешеток на толщину 5—7 см. После заполнения георешеток грунтом выполняется посев семенами многолетних трав.
Геоматы
Геоматы представляют собой трехмерные водопроницаемые высокопористые структурные модули из полимерных хаотически расположенных волокон, соединяемых между собой термическим способом (см. рис. 1, в). Для укрепления откосов геоматы укладывают в определенном порядке, затем высевают семена, образующие покров из трав и небольших растений.
Геоматы выпускаются рулонами с шириной не менее 2 метров. Длина рулона не лимитируется и определяется в зависимости от длины укрепляемого склона, так чтобы при необходимости она была бы не меньше последней.
Применение геоматов, с целью укрепление земляного полотна, должно допускаться при температуре окружающей среды от минус 65 °С до плюс 40 °С в грунтах с параметром кислотности рН от 3 до 10.
Основные требования к прочности материала геоматов для укрепления поверхностей откосов земляного полотна указаны в таблице ниже
Геоматы должны применятся гибкими и выдерживать максимальный изгиб в 180 градусов, при этом видимых разрушений волокон наблюдаться не должно, радиус изгиба 10 миллиметров и температура — 5 °С. После монтажа и крепления на грунтовой поверхности геоматы необходимо защитить от воздействия солнечных (ультрафиолетовых) лучей.
Закрепление геоматов на откосе осуществляют при помощи П — образных скоб, изготавливаемых из металлической арматуры с диаметром прутка 6—8 миллиметров, длина прутка l = 30 см. Их устанавливают внутри конструктивного модуля по всей площади с равномерным шагом 1,0—1,5 метров.
Верхняя часть геомата закрепляется на верхней бровке склона в специально изготовленной траншее треугольной формы, глубина траншеи должна быть не менее 30 сантиметров, в последующем траншею заполняют местным грунтом с уплотнением.
Схема закрепления геомата в укрепление земляного полотна на откосе приведена на рис. 2, б, в.
Рис. 2. Схемы укрепления откоса: а — объемная георешетка; б — геомат в профиле; в — геомат в плане
Соседние рулоны укладываются внахлест друг к другу с перекрыванием не менее 10 сантиметров. При необходимости по длине откоса укладки нескольких рулонов, они также укладываются внахлест с перекрыванием не менее 10 сантиметров.
После укладки и закрепления на грунтовой поверхности геоматы покрываются слоем растительного грунта (возможно добавление песка) с семенами многолетних трав. Толщина слоя грунта в укрепление земляного полотна принимается не менее 10 сантиметров.
Крупнообломочные и скальные грунты (галечниково-гравийные, щебенисто-дресвяные и др.) применяются для покрытия откосов в местах, где посев многолетних трав невозможен по причине климатических, технологических условиях или экономически нецелесообразен, либо скорость течения воды превышает 1,0 м/с. К ним относятся мощение, каменные наброски, габионные структуры.
Кроме того, покрытие откосов насыпей набросками из крупного фракционного камня производится при наличии в основании насыпи мерзлоты, производящей охлаждающее действие, предотвращающее ее деградацию.
Конструктивные решения
В качестве укрепление земляного полотна, покрытия из крупнообломочных и скальных грунтов имеют разные конструктивные решения. Рассмотрим основные из них.
Мощение из булыжного камня (размер камня 0,15—0,3 метра укладываемый тычком) одиночное или двойное (два ряда камня) представляет собой способ защиты исключительно с использованием ручного труда, применяется в настоящее время редко и при малых объемах работ (например, для конусов мостов). Способ надежен и позволяет укреплять откосы при скорости течения до 2—5 м/с с высотой волны до 1,5 метра.
Каменные наброски из разрыхленных слабовыветриваемых скальных грунтах (горной массы — сортированной или несортированной) выполняется в виде защитных призм (набросок) на откос. В качестве материала наброски должен использоваться камень значительной прочности (> 50 МПа), морозостойкости (более 50 циклов замерзания и оттаивания) и высокого удельного веса (>24 кН/м3).
Устройство укрепление земляного полотна в виде каменных набросок экономически и технически целесообразно при скоростях вдоль берегового течения 1,5—5,0 м/с и высоте волны до 2,5 метра.
Верхнее крепление принимается не менее чем на 0,25 метра выше наибольшего расчетного уровня воды (НРУВ) при пропуске паводка с учетом подпора, волнового наката на откос, ветрового нагона, приливных и ледовых проявлений. Наибольший расчетный уровень воды устанавливается с вероятностью превышения 1:100 (1 %) для линий III и более высоких категорий и 1:50 (2 %) для линий IV категории.
При постоянном подтоплении откоса насыпи водотоком в верхней части укрепления, где скорости течения и волновое воздействие максимальны, укрепление может быть основным (более мощным), а нижняя часть облегченной.
При неразмываемых грунтах основания применяют конструктивное решение в виде одной защитной призмы (рис. 3, а), а в случае возможности размыва грунтов основания защитные призмы дополняют в нижней части при постоянном водотоке упорными бермами (рис. 3, б) и при периодическом подтоплении — рисбермами (рис. 3, в).
Рис. 3. Укрепление насыпи набросками из горной массы: а — при неразмываемых грунтах основания; б — при размываемых грунтах осно¬вания; в — при подтоплениях двухслойной каменной наброской с рисбермой; 1 — каменная наброска; 2 — упорная призма; 3 — песчано-гравийная смесь; 4 — геотекстиль; 5 — рисберма; а — ширина защитной призмы; dBy — отметка верха укрепления; НУРВ и МУВ — наивысший расчетный и меженный уровни воды
Размеры рисбермы и упорных берм выбираются из условия предотвращения размыва основания у подошвы откоса и восприятия составляющей веса вышележащего массива наброски. Расчетный размер камня в наброске dK выбирается наибольшим исходя из требований обеспечения устойчивости камня на откосе данной крутизны в зависимости от скорости вдольберегового течения и высоты волны:
где vp — расчетная скорость течения, м/с, принимаемая как средняя скорость потока по вертикали у подошвы откоса в рассматриваемом сечении;
А — коэффициент, учитывающий устойчивость камня на откосе; А = 1 на участках крутых поворотов русла реки при радиусе менее 300 метров и А — 1,15 во всех остальных случаях;
g — ускорение силы тяжести, м/с2;
gK и gB — удельный вес камня и воды соответственно, кН/м3;
а — угол наклона откоса насыпи к горизонту, град;
QK — вес расчетного камня, кН;
hi%— высота волны i%-ной обеспеченности, м (обеспеченность i принимается 1 % для всех дорог от 111 категории и выше и 2 % для дорог IV категории);
X — средняя длина волны, м; величины и X определяется по СНиП 2.06.04-82.
Сортированная горная масса должна содержать не более 25 % неполномерных камней, а несортированная более 50 % камней расчетного веса. При этом степень неоднородности в горной массе Сц- d60/dl0 принимается в пределах от 3 до 15.
Каменная наброска может быть как однослойная, так и многослойная. При многослойной каменной наброске размеры камня нижних слоев dK_i определяются из условия их фильтрационной устойчивости
где dK_j+l — диаметр вышележащего контактирующего слоя каменной наброски.
Толщина однослойной каменной наброски (защитной призмы) t должна быть не менее t > 3dK при несортированной горной массе и не менее t> 2,5dK — при сортированном камне. При многослойной каменной наброске толщина каждого i-го слоя наброски определяется tj > 2dK_j.
При этом ширина защитной призмы а (см. рис. 3) принимается не менее 1 метра, а если призма сооружается по местным условиям отдельно от насыпи, то исходя из технологии производства работ, не менее 3 метров.
Под каменной наброской в случае, если коэффициент междуслойности нижнего слоя камня и грунта насыпи хк_г > 30, устраивается обратный фильтр, в качестве которого может быть слой щебня, песчано-гравийная смесь либо геотекстиль (нетканый материал). Коэффициент междуслойности нижнего слоя камня и насыпи определяется как
где d5о_г — размер частиц грунта насыпи, меньше которых по массе в грунте содержится 50 %.
Обратный фильтр служит для предотвращения механических суффозий мелкими частицами грунта откосов в поры каменной наброски при снижении уровня подтопления, уменьшения уровня пойменных вод, накате и откате волн на откос. Обратный фильтр, как правило, по технологическим соображениям принимается однослойным.
При этом обратный фильтр проектируется из условия недопущения выноса частиц грунта в фильтр и его кольматации, а также вымывания частиц самого фильтра через наброску. Для однослойных фильтров из зернистых материалов требования к их гранулометрическому составу определяются формулами:
где Си_ф — степень неоднородности гранулометрического состава фильтра;
d60-ф’ d50-ф и d10-ф — размеры частиц фильтра, меньше которых по массе в нем содержится соответственно 60, 50 и 10 %.
Если не выполняется условие, то рассматривают возможность укладки каменной наброски с большим количеством слоёв и соответственно уменьшение величины d50_ф либо укладку под фильтр геотекстиля. В качестве геотекстиля применяют нетканый материал, имеющий толщину не менее 4 мм и поверхностную плотность не менее 500 г/м2.
Толщина обратного однослойного фильтра из зернового материала 5ф принимается
При этом минимальная толщина фильтра 5ф принимается не менее 20 см при отсыпке посуху и не менее 30 см при отсыпке в воду. Если по формуле толщина фильтра 5ф получилась более 35 см, то переходят на двухслойный фильтр.
Если зерновой материал применяется в комбинации с геотекстилем, то его толщина уменьшается до величины 5ф>4d 50-ф, а минимальная толщина может быть уменьшена до 10 см.
При постоянном подтоплении откоса насыпи с целью укрепление земляного полотна технологически целесообразно применять обратные фильтры из геотекстиля без дополнительного слоя зерновых материалов. В качестве такого геотекстиля используют специальные толстые фильтрационные нетканые материалы, толщина которых не менее 10 мм и поверхностная плотность не менее 1000 г/м2.
Габион
Габионные структуры в виде коробчатых габионов или матрасов Рено (плоские габионы) или их сочетание широко применяются для создания защит от размывов откосов, берегов и конусов мостов. Устройство укрепления в виде габионных структур экономически и технически целесообразно при скоростях вдольберегового течения 1,5—5,0 м/с и высоте волны до 1,5 метра.
Конструктивно габион представляет собой проволочный остов коробчатого типа, заполняемый камнем. Коробчатый габион — ящик прямоугольной формы с откидными крышками (рис. 4), изготовленный из металлической оцинкованной сетки, которая имеет шестигранные звенья (ячеи) с двойным кручением.
Рис. 4. Коробчатые габионы: а, б— габионы соответственно без диафрагмы и с диафрагмой; в — матрас Рено; г — металлическая сетка с двойным кручением ячей: 1 — кромка сетки; 2 — проволока; 3 — двойное кручение; Z) и В — размеры ячеи
Ящики заполняются камнем, крышки закрываются и связываются со стенками такой же проволокой. Стандартная высота коробчатых габионов устанавливается 0,5 и 1,0 метр при ширине 1,0 метр, а матрасов Рено — 0,17, 0,23 и 0,30 метра при ширине 2,0 метра. По длине коробчатые габионы изменяются от 2,0 до 4,0 метра, а матрасы Рено — от 3,0 до 6,0 метров.
Укрепление земляного полотна для придания габионам большей жесткости в них через 1,0 метр по длине могут устанавливаться из той же сетки диафрагмы (см. рис.4, б). Для особых целей (при высоких скоростях течения) существуют габионы больших размеров («джамбо»), ширина которых составляет 2,0 метра, а длина — 6,0 метров.
Проволока, которая используется для изготовления габионов, должна иметь цинковое покрытие с плотностью 0,240—290 кг/м2, а для применения габионов в особокоррозионной среде оцинкованная проволока должна дополнительно покрываться оболочкой из поливинилхлорида (ПВХ) толщиною 0,4—0,6 миллиметра.
Проволока должна иметь соответствующий предел прочности 380—500 МПа при соразмерном удлинении менее 12 %, диаметр проволоки 2—3 мм, размер звеньев от 5×7 см до 10×12 см. Разрывная нагрузка звеньев сетки 35—53 кН/м.
Укрепление земляного полотна для заполнения габионов применяется каменный материал, в основном состоящий из булыжника, карьерного камня, гальки. Рекомендуется использовать камень с большим удельным весом (не меньше 17 кН/м3) и пористостью не более 0,40, прочный, неразмягчаемых пород, морозоустойчивый (марка по морозостойкости выше МР350). Размер камня должен быть больше чем 1,0—1,5 размера ячейки сетки.
Из габионов устраиваются подпорные стены, а матрасы Рено укладывают в виде покрытий на откосы. Варианты укреплений откосов и других защитных сооружений с применением габионов указаны на рис. 5.
Рис. 5. Укрепления из габионов: а — стена из габионов, опирающаяся на матрасы Рено; б — стена из габионов, опирающаяся на каменную наброску; в — покрытие из матрасов Рено; г — комплексное укрепление в виде стены из габионов и покрытия из матрасов Рено; / — габионы сечением 1,0×1,0 м; 2 — матрасы Рено; 3 — максимальный размыв дна; 4 — основание из каменной наброски; 5 — фильтр из геотекстиля; 6 — обратная засыпка; НРУВ и МУВ — соответственно наивысший расчетный и меженный уровни воды
Укрепление земляного полотна и защитные сооружения из габионных структур рассчитываются на скорость вдольберегового течения, волновое воздействие, ледовую нагрузку и возможность подмыва основания.
Использование габионных конструкций в качестве укрепление земляного полотна, имеет свои преимущества: высокое сопротивление нагрузкам (скорости течения и высоте волны), и одновременно гибкость лучше, чем покрытия из бетона, устойчивость к деформациям и усадкам.
Бетонные и железобетонные укрепления являются индустриальными укреплениями и широко применяются для защиты от размыва и волноприбоя. Укрепляемые плитами откосы из условия устойчивости плит на откосе должны быть не круче чем 1:2. Эти укрепления имеют разные типы.
Бетонные плиты сборные, свободнолежащие применяются в укрепление земляного полотна если скорость течения воды составляет до 1,5 м/с, и высоте волны до 0,7 метра и слабом ледоходе. Типовым являются размер плит 1,00×1,00×0,16 метров, укладываемые на щебеночной или гравийной подготовке при толщине 0,1 0,2 метра. Размер шва между плитами 0,01—0,02 метра.
Железобетонные конструкции, разрезные плиты (шарнирно-соединенные между собой) применяются если скорость течения воды составляет до 3,0 м/с а высота волны до 1,5 метра. Типовыми являются плиты размером 2,50×3,00 толщиной от 0,10 метра до 0,20 метра, укладываемые на сплошном слое обратного фильтра. Размер шва между плитами применяется 0,01—0,02 метра (рис. 6).
Рис. 6. Покрытия из плит, омоноличенных по контуру: 1 — железобетонные плиты; 2— обратный фильтр; 3 — геотекстиль; НРУВ — наивысший расчетный уровень воды; В — размер плиты, перпендикулярный урезу воды; а — длина плиты; b — ширина шва между плитами
В качестве обратного фильтра под железобетонными плитами применяют слой щебня или песчано-гравийной смеси. Требования к материалу такого фильтра аналогичны, как и для обратного фильтра под каменной наброской, и он должен предотвращать вымывание частиц грунта и частиц самого фильтра через швы в плитах. Для однослойного обратного фильтра параметры подбираются по формулам:
Если не выполняется условие, то под фильтр предусматривают укладку геотекстиля в виде нетканого материала, имеющего толщину не менее 4 мм и поверхностную плотность не менее 500 г/м2. Толщина обратного однослойного фильтра под плитами определяется аналогично, как и при каменной наброске по формуле.
Железобетонные плиты, омоноличенные по контуру в карты, применяются при скорости течения до 6,0 м/с и высоте волны до 3,0 метров. При этом используются плиты тех же размеров, что для разрезных покрытий, соединенных шарнирно.
Эти плиты соединяются сваркой арматуры, выпуски которой делают по краям, а сами края плит во избежание сколов при поворотах имеют скосы. Карты могут иметь размеры до 20—30 метров. Шов между соседними картами принимается 0,06—0,10 метра и заделывается пластичными смесями.
Укрепление земляного полотна, омоноличенные карты укладывают на подготовку из разнозернистого гравия или щебня толщиной 10 см, а под швами делается ленточный фильтр (рис. 7).
Рис. 7. Конструкция ленточного фильтра: а — продольного; б — поперечного; 1 — железобетонная плита; 2 — подготовка из разнозернистого гравия или щебня; 3 — крупный гравий или щебень; 4 — крупнозернистый песок; 5 — мелкий гравий или щебень
Монолитные железобетонные покрытия изготавливают на месте и обычно применяют при больших площадях защищаемых поверхностей и криволинейных откосах. Размеры карт, изготавливаемых на месте, могут изменяться в широких пределах в зависимости от потребности в температурно-усадочных швах, принятой технологии и местных условий.
Швы между картами заделываются аналогично, как и для карт, выполненных из плит, омоноличенных по контуру. Монолитные покрытия применяют при скорости течения до 8,0 м/с и высоте волны до 3,0 метров.
При применении всех перечисленных бетонных и железобетонных покрытий в укрепление земляного полотна их толщина определяется исходя из требований обеспечения плиты от всплытия (из-за противодавления воды), сдвига и опрокидывания ее расчетной волной по формуле
Где Кб— коэффициент запаса (для линий: скоростных, особогрузонапряженных и I категории — 1,30; II категории — 1,20; III категории — 1,15 и IV категории — 1,10);
nпл — коэффициент, учитывающий тип плиты (1,00 — при монолитных и 1,10 — при сборных и омоноличенных плитах);
hi% — высота волны /%-й обеспеченности,
X — средняя длина волны,;
В — размер плиты, перпендикулярный урезу воды,
упл и yb — удельный вес материала плиты и воды соответственно, кН/м 3 ;
Источник
