Берегоукрепительные сооружения из габионов. Расчеты для проектировщиков
Укрепление откосов земляного полотна и склонов производится с целью их предохранения от разрушающего воздействия поверхностных и речных вод, грунтовых вод, ветра, волн, ледохода и других факторов. Определение расчетных характеристик паводочных, ледово-термических и других природно-техногенных воздействий должно производиться в соответствии с нормативными вероятностями превышения и методами, регламентом. Береговое укрепление из матрасно-тюфячных габионных конструкций должно проектироваться, основываясь на расчет берегоукрепительного сооружения, методика которого изложена в Технических указаниях.
При этом выполняются следующие расчеты:
- определение требуемой толщины матрасно-тюфячных габионных конструкций;
- проверка габионной структуры на деформацию;
- проверка скорости фильтрации.
Поскольку при проектировании габионных и сопрягаемых с ними конструкций в средней и нижней частях подтопляемого сооружения следует учитывать возможное воздействие примерзающего ледяного покрова к откосным сооружениям, выполняется расчет на воздействие ледовых нагрузок.
Пример.
Необходимо определить, будет ли размыв под матрасно-тюфячными габионными конструкциями толщиной t=0,23 м, уложенными по откосу 1:3.
Решение.
1. Определение коэффициента шероховатости поверхности откоса nf.
Значение коэффициента шероховатости поверхности откоса или берега:
- для глинистых грунтов – nf=0,033;
- для гравийной подготовки – nf=0,025;
- для геотекстиля – nf=0,020.
Поскольку под матрасно-тюфячными габионными конструкциями уложен геотекстиль, то и коэффициент nf берется как для геотекстиля – nf=0,020.
2. Определение расчетного диаметра камня-заполнителя dk.
Средний расчетный размер камня dk=0,12 м.
3. Определение скорости фильтрации на границе габион – грунт vB.
4. Определение допускаемой скорости фильтрации vL.
5. Проверка возможности размыва под габионными конструкциями.
Следовательно, размыва под габионами не будет.
Рис. 7.11 Схема к расчету берегоукрепительного сооружения
При строительстве каналов и возведении насыпей речных гидротехнических сооружений укрепление откосов и берегов следует выполнять, как правило, насухо. Укрепляемые откосы и берега надлежит в надводной части предварительно спланировать, а в подводной – протралить, очистить и в необходимых случаях спланировать.
Габионную кладку можно производить в любое время года при низкой воде. Укладку матрасно-тюфячных габионных конструкций можно производить не только со стороны берега, но и со стороны водоема при помощи плавсредств или кранов с траверсами. В этом случае матрас или комплекс взаимоувязанных матрасов заранее собираются и заполняются камнем. При необходимости к дну конструкции можно “пристегнуть” геотекстиль.
Границы укрепления откосов по длине подтопляемого участка рекомендуется устанавливать с запасом по 15 м в каждую сторону при их сопряжении с незащищаемыми участками, а при сопряжении с более слабыми типами укрепления – с запасом, равным 5 м.
Высота габионного сооружения должна превышать на 0,5-1,0 м расчетный уровень воды в водоеме в паводковый период с учетом ветровой и судовой волны.
Особенностью габионных конструкций является гибкость структуры, способной воспринимать возможные осадки грунта и размывы дна русел, реагируя на это прогнозируемыми прогибами.
Длины матрасно-тюфячных габионных конструкций, используемых в нижней части габионных укреплений для защиты от подмыва, следует устанавливать по формуле:
Глубина заглублений подпорных стен из габионных конструкций, устраиваемых без матрасов, определяется по формуле:
где ∆Z – расчетно-прогнозная глубина воронки размыва, определяемая для характерных участков месторасположения этих и других подтопляемых сооружений с учетом степени стеснения русловых потоков этими сооружениями, м.
Для определения выбранной оптимальной конструкции берегового укрепления следует работы по проектированию укрепляемых сооружений выполнять параллельно с проектированием и вариантными проработками всего комплекса того или иного объекта.
Достаточно часто разрушенный откос требует срочного вмешательства. В этом случае необходима не просто укладка матрасно-тюфячных конструкций по откосу, но и усиление основания в нижней части сооружения. Подобные варианты укреплений представлены на рис. 7.12 – 7.14.
Рис. 7.12 Берегоукрепительное сооружение срочного вмешательства с усилением основания каменной наброской
Рис. 7.13 Берегоукрепительное сооружение срочного вмешательства с усилением основания цилиндрическими габионными конструкциями
Каменную наброску, как и цилиндрические габионные конструкции обычно используют при создании подводных фундаментов сооружений из коробчатых габионов, а также для выполнения работ, требующих незамедлительного вмешательства при ликвидации аварий сооружений, расположенных на реках.
Для уменьшения высоты наката волн рекомендуется откосным сооружениям придавать ступенчатую форму. Крепление откоса делится на основное, расположенное в зоне максимальных волновых и ледовых воздействий, возникающих в эксплуатационный период, и облегченное – ниже или выше основного крепления.
Для креплений откосов из сортированного камня масса элементов наброски должна увеличиваться послойно от основания; каждый последующий слой должен надежно защищать нижележащий слой от вымывания. Верхний слой наброски должен состоять по высоте не менее чем из двух рядов камней, устойчивых против волнового воздействия.
Рис. 7.14 Берегоукрепительное сооружение срочного вмешательства с усилением основания каменной наброской и габионными конструкциями
При относительно небольшой крутизне нижней части берегового откоса и небольшом стеснении пойменно-русловых массивов могут быть применены конструкции откосно-матрасного габионного укрепления (рис. 7.15).
Рис. 7.15 Берегоукрепительное сооружение из матрасно-тюфячных габионных конструкций
В практике строительства находит применение техническое решение по устройству берегоукрепительного сооружения из матрасно-тюфячных габионных конструкций, заглубленных в землю на высоту, большую ожидаемой воронки размыва (рис. 7.16). Такое укрепление возможно при небольших глубинах, поскольку в противном случае проведение земляных работ становится затруднительным.
В обоснованных случаях обратную засыпку грунтом можно заменить на засыпку каменным материалом. Уклон засыпки должен быть 1:1.
Рис. 7.16 Берегоукрепительное сооружение из матрасно-тюфячных габионных конструкций с их заглублением в грунт
В обоснованных случаях экономически целесообразным является укладка по береговому откосу матрасно-тюфячных габионных конструкций различной толщины (с нижней до верхней части укрепительного сооружения толщина применяемых матрасов уменьшается). Подобный вариант представлен на рис. 7.17. Стоит отметить, что это решение должно быть подтверждено соответствующими расчетами.
Рис. 7.17 Берегоукрепительное сооружение из матрасно-тюфячных габионных конструкций различной толщины
В качестве защиты от подмыва берегоукрепительного сооружения возможно устройство “упорного зуба”. Эта конструкция может иметь совершенно разную структуру (подпорная стена небольшой высоты, несколько уложенных вместе габионов, каменная наброска, а также коминации этих вариантов).
При этом упорные конструкции в нижней части откосного укрепления для обеспечения их устойчивости должны учитывать возможность возникновения деформаций от подмыва.
На рис. 7.18 – 7.20 приведены варианты, в которых роль “упорного зуба” выполняют коробчатые габионные конструкции.
Рис. 7.18 Берегоукрепительное сооружение из матрасно-тюфячных габионных конструкций с упорной конструкцией из коробчатых габионных конструкций