Результат интеллектуальной деятельности: ПРОТИВООПОЛЗНЕВАЯ СИСТЕМА БИОПОЗИТИВНОЙ КОНСТРУКЦИИ

Изобретение относится к гидротехническому и природоохранному строительству и может быть использовано для защиты прибрежных зон, дорог и других народнохозяйственных объектов от оползней и обрушений грунтовых массивов.

Известен способ возведения свайных противооползневых конструкций в дорожном строительстве [1], состоящих из буронабивных и анкерных свай, дренажа и железобетонных подпорных стен. Основными недостатками данного технического решения являются сложность и высокая стоимость конструкции, а также низкая биопозитивность сооружения.

Относительно близким аналогом является подпорные стенки биопозитивной конструкции, содержащие послойно уложенные тяжелые фашины и габионные тюфяки [2]. Основным недостатком данного технического решения является низкая эффективность и надежность работы в качестве противооползневого сооружения.

Цель изобретения - повышение эффективности и надежности работы.

Указанная цель достигается тем, что в противооползневой системе, содержащей ступенчатую укладку габионных тюфяков и тяжелых фашин, у подошвы обрушаемого откоса, вдоль подошвы первой ступени, состоящий из трех рядов тяжелых фашин, устроена свайная ростверка, выполненная из группы свай, забитых в основание через определенное расстояние друг от друга по одной линии с металлической обрешеткой, устроенной поверху свай по высоте первой ступени, а габионные тюфяки с дренажными устройствами, образующими площадки ступеней, выполнены врезанными в обрушаемый массив грунта и с уклоном в сторону подпорных стен, а поверху последней ступени габионный тюфяк площадки устроен дальше линии возможного обрушения массива, до его устойчивых грунтов. Ниже концевой части габионных тюфяков верхней площадки в устойчивых грунтах за обрушаемым массивом устроены железобетонные анкера на определенном расстоянии друг от друга, к железобетонным анкерам с помощью шарнирных узлов прикреплены металлические тросы, проходящие с натяжением через все ступени вниз к сваям с регулирующими натяжными устройствами, прикрепленными к ним, а выше концевой части верхней площадки вдоль откоса устроен трубчатый дренаж для перехвата поверхностного стока и направления его в дренажные системы габионных тюфяков верхней площадки, трубчатый дренаж выполнен из перфорированных труб и уложенных вокруг них гибких тюфяков из легких фашин, завернутых в геосетку.

На фиг.1 изображено поперечное сечение противооползневой системы из подпорных стен биопозитивной конструкции по линии возможного обрушения. На фиг.2 - участок сооружения в плане. На фиг.3 - габионный тюфяк. На фиг.4 - узел соединения свай с металлическим тросом с натяжным регулирующим устройством; на фиг.5 показан фрагмент дренажной перфорированной трубы с ребрами жесткости; на фиг.6 - тяжелая фашина; на фиг.7 - гибкий тюфяк из легких фашин, завернутых в геосетку.

Противооползневая система состоит из многоступенчатой подпорной стенки, включающий первый 1, второй 2 и третий 3 ступени, выполненные из тяжелых фашин 4 и габионных тюфяков 5 с дренажными устройствами. При этом габионный тюфяк 6 верхней площадки доведена до коренных грунтов за линии возможного обрушения грунтового массива. Выше верхней площадки из габионного тюфяка 6 устроен трубчатый дренаж 7, проходящий вдоль границы начала обрушаемого массива, состоит дренаж из перфорированных труб 8 с ребрами жесткости 9 и гибких тюфяков 10, выполненных из легких фашин, завернутых в геосетку. Ниже концевой части габионного тюфяка 6 в коренных грунтах устроены железобетонные анкеры 11 на определенном расстоянии друг от друга. К железобетонным анкерам прикреплены с помощью шарнирных узлов металлические тросы 12, проходящие вниз к свайным ростверкам 13. Свайные ростверки состоят из железобетонных или металлических свай 14, забитых в основание через определенное расстояние друг от друга у подошвы первой ступени, и прикрепленных к ним решетчатых рам 15 по верхним выходящим частям свай. К сваям 14 шарнирно прикреплены регулирующие натяжение тросов устройства 16. Выше верхней площадки габионного тюфяка 6 предусмотрено дополнительное крепление из гибких тюфяков 17.

Противооползневая система биопозитивной конструкции строится следующим образом.

Вначале заготавливают необходимое количество тяжелых фашин 4, легких фашин и габионных тюфяков 5. Для изготовления тяжелых фашин 4 используют сухой камыш в необходимом объеме и мешки из геосетки, (размеры мешков в поперечном сечении могут иметь следующие 20×20 см, 25×25 см, 35×35 см и другие, а длина 40 см, 45 и 50 см). Затем заполняют мешки плодородным грунтом с добавлением семян растений, приспособленные к местным условиям. Далее отрезают и заготавливают габионные сетки по размерам тяжелых фашин, изготавливают сегментный лоток на опорах из дерева или металла. Габионную сетку укладывают и растягивают симметрично в длину на сегментный лоток, сверху сетки по сегменту плотными рядами укладывают сухой камыш (толщиной 5-10 см). Затем сверху слоя камыша укладывают в длину в один плотный ряд мешки с плодородным растительным грунтом, соседние мешки между собой связывают плотными узлами из веревки в двух местах. Сверху и сбоку мешков укладывают плотный слой из сухого камыша. После чего с двух сторон натягивают свободные концы металлической сетки и плотно связывают между собой. Полученную цилиндрическую фашину (длиной 2-2,5 м) дополнительно перевязывают в нескольких (2-3) местах оцинкованной проволокой (диаметром 2-3 мм), и в местах перевязки с двух сторон фашины предусматривают ручки-петли. И с помощью этих ручек-петель с лотка снимается изготовленная тяжелая фашина. По такой же технологии изготавливаются все необходимое количество таких тяжелых фашин 4. Легкие фашины диаметром 10-20 см изготавливают из сухого камыша. А габионные тюфяки 5 и 6 выполняют из чередующих рядов легких фашин и перфорированных труб, завернутых в габионную сетку (длиной 2-2,5 м, шириной 0,4-0,6 м и толщиной 0,3-0,4 м). После чего разрабатывается траншея вдоль берега по ширине подпорных стенок, траншея разбивается на участки и монтаж осуществляется по участкам. По линии границы первой ступени через определенное расстояние друг от друга (примерно, через 10…20 м) забиваются железобетонные или металлические сваи 14, так чтобы они доходили до коренных устойчивых грунтов, не менее чем на 5 м ниже линии возможного сползания (обрушения) массива грунтов, а также чтобы высота верхних частей свай 14, находящихся выше поверхности земли, должна соответствовать высоте первой ступени 1. К этим верхним частям свай прикрепляется обрешетка 15 из металлических профильных балок (швеллеров, двутавров, прямоугольных труб и др.), образующих свайную ростверку 13. За свайным ростверком 13 по длине первого участка раскладываются в длину три ряда тяжелых фашин 4 и соединяются они между собой металлической проволокой. Затем сверху рядов тяжелых фашин 4 перпендикулярно к ним укладывают в один ряд габионные тюфяки 5, и прикрепляют их к тяжелым фашинам в основании. Далее, отступив на ширину первой ступени 1, сверху габионных тюфяков 5 и вдоль берега укладывают в два ряда тяжелые фашины 4 и прикрепляют их к сетке габионных тюфяков 4 на площадке первой ступени 1. А сверху ряда тяжелых фашин 4 перпендикулярно к ним укладывают в один плотный ряд габионные тюфяки 5, которые также прикрепляют к сетке тяжелых фашин 4 (и которые образуют площадку второй ступени 2). По такой же технологии возводят третью, в случае необходимости, и четвертую ступени подпорных стенок в составе противооползневой системы. Габионные тюфяки 6, образующие площадку последней ступени 3, укладывают до коренных грунтов вглубь за линии возможного обрушения (оползня). Ниже концевой части габионного тюфяка 6 в коренных грунтах устраивают железобетонные анкеры 11 на определенном расстоянии друг от друга (напротив мест расположения свай). К железобетонным анкерам прикрепляют с помощью шарнирных узлов металлические тросы 12, проходящие с натяжением вниз к сваям, куда и прикрепляются с помощью регулирующих натяжных устройств 16. Выше верхней площадки из габионного тюфяка 6 на склоне вдоль границы начала обрушаемого массива устраивают трубчатый дренаж 7, который выполняют из перфорированных труб 8 с ребрами жесткости 9 и гибких тюфяков 10, изготовленных из легких фашин и завернутых в геосетку. Сверху последней ступени подпорной стенки в концевой части предусматривают небольшой насып, на откосе которого устраивают крепление из гибких тюфяков 17, заполнитель которых выполняют из плотных рядов легких фашин, уложенных нормально к линии уклона откоса. После строительства всех сооружений с помощью регулирующих натяжных устройств 16 плотно натягиваются по очереди все тросовые системы 12, так чтобы часть возникающих сдвиговых сил в массиве грунта передавались непосредственно к свайным ростверкам 13 и анкерам 11.

Противооползневая система биопозитивной конструкции работает следующим образом.

При возникновении сдвиговых сил в грунтовом моссиве, из-за гибкости конструкции подпорных стенок и наличия анкерно-тросовой системы крепления, динамические силы перераспределяются и гасятся. Наличия дренажных систем в теле сооружений и на верху (трубчатый дренаж) обеспечивает безопасный прием и отвод как поверхностного стока, так и грунтовых потоков воды. В результате всего этого по линии возможного обрушения обеспечиваются необходимые силы сцепления и трения грунтов, надежно удерживающие грунтовый массив от оползня или обрушения.

В оползнеопасных прибрежных зонах рек предлагаемая система эффективно работает (одновременно) и как берегозащитное сооружение. Также и гидродинамические нагрузки паводкового потока будут рассредоточиваться и частично гаситься из-за гибкости и ступенчатой формы конструкции. При этом часть струи прибрежного потока проходит через фашины и габионные тюфяки в тело откоса и обратно из откоса в реку без возникновения опасных фильтрационных деформаций под креплением и в грунтах откоса. И при высоком волновом воздействии паводкового потока и повышенном водонасыщении грунтов тела откоса за подпорными стенками не возникает фильтрационное противодавление, которое могло бы привести к выпору и разрушению подпорных стенок. Также и сухой камыш, из чего сделаны легкие и тяжелы фашины, является хорошим дренирующим материалом. Кроме того, и свайные ростверки 13, предусмотренные у подошвы подпорных стенок, предотвращают возможные деформации сооружений от размыва русла.

В итоге противооползневая система работает и как подпорные стенки, и как армогрунтовая конструкция, и как дренажные устройства, и как защитно-регуляционное сооружение. При этом она легко вписывается в естественный ландшафт, обладая биопозитивными свойствами. Со временем наружная часть сооружений начинает зарастать растительностью. В тяжелых фашинах 4 с плодородным грунтовым заполнителем и в влажной среде происходит быстрое зарастание семян растений и развитие их корневой системы. В результате через фашинное крепление будут расти и трава и кустарники. С каждым годом, по мере зарастания и развитие корневой системы трав и кустарников, устойчивость и прочность сооружений будут повышаться. Использование сухого камыша в легких и тяжелых фашинах обеспечивает не только водопроницаемость и гибкость конструкции, но и способствует сохранению влаги в теле сооружений в течение длительного времени. Что создает хорошие условия для прорастания растений из плодородного грунта в мешках. Со временем противооползневая система по всей длине полностью зарастет травой и кустарниками и через несколько лет она превратится в сплошную дерновку, проросшую ветвями растений вверх и корнями вниз и вширь.

Таким образом, противооползневая система превращается в биопозитивное сооружение, которое не вносит помех в круговорот веществ и энергии, помогает развитию природы и включается в экосистему территорий, воспринимается природой как родственный ей элемент.

Противооползневая система биопозитивной конструкции предназначена для инженерной и природоохранной защиты народно-хозяйственных объектов, дорог и прибрежных зон, находящихся в оползнеопасных и паводкоопасных зонах.

Источник информации

1. Методические рекомендации по проектированию и строительству свайных противооползневых конструкций на автомобильных дорогах / Э.М.Добров и др.-М., 1977 г.

2. Патент РФ №2399717, Е02В 3/12 2010 г. Подпорные стенки биопозитивной конструкции. / Курбанов С.О. и др.