Мероприятия по ликвидации разрушений

К несущим конструкциям, выполняющим и защитные функции для условий 1 дорожно-климатической зоны, отнесены следующие их типы:

1 - биологические укрепления в виде одерновки сплошной, одерновки в клетку, посадки кустарника одиночной и сплошной, лесопосадок;

2 - присыпные бермы из связного (глинистого) грунта с пологими откосами (в зависимости от крутизны откосов);

3 - растительный грунт с полимерной сеткой или геотекстилем и посадкой ивовых черенков;

4 - цементогрунтовые решетки с заполнением ячеек: растительным грунтом, щебнем размером 40-70 мм или камнем размером 50-100 мм, грунтом, обработанным вяжущим;

5 - монолитные цементогрунтовые сплошные покрытия и решетки;

6 - пневмонабрызгные: облегченные, усиленные и мощные;

7 - сборные решетчатые PK-I, РК-2, Г-1 с заполнением ячеек: растительным грунтом; щебнем размером 40-70 мм или камнем размером 50-100 мм; грунтом, обработанным вянущим;

8 - гибкие железобетонные решетки и покрытия из плит: ПГ-5, ПГ-7,5, ПГ-10, ПГ-12, ПГ-15;

9 - сборные бетонные плиты ПБ 0,5-8, ПБ-16, ПБ 1-20;

10 - сборные железобетонные плиты ПЖБ.3-15П, ПЖБ.3-15Ш, ПЖБ.3-20П и Ш, ПЖБК.3-161:

11 - монолитные железобетонные плиты размером 5´5´15 м, 5´5´0,25 м; 10´10´0,15 м; 10´10´0,25 м;

12 - каменная наброска.

Область применения этих типов укреплений в классификации, обобщенной автором, обусловлена предельно допустимыми значениями следующих регламентированных факторов гидрометеорологических воздействий па подтопляемые откоси (табл. 4, 5): длительностью подтопления, высотой волны, толщиной льда, ледоходом (его характеристикой по интенсивности, размерами льдин), лесосплавом и карчеходом (применительно к отдельным деревьям, их длине и диаметру).

Тип 1 обусловлен длительностью подтопления, скоростью течения, высотой волны, толщиной льда, лесосплавом и карчеходом (см. табл. 4). Для одерновки толщина льда не обозначена. Посадка кустарника обусловлена различными скоростями течения (2 и 3 м/с.). Автором в табл. 2 указана скорость течения, равная 2 м/с, (согласно описанию области применения на конструктивном чертеже). Противоречивые критерии скоростей течения имеются и в рекомендациях по применению лесопосадок. Поэтому автор считает более правильными данные, приведенные в табл. 5.

Таблица 4

Таблица 5

Однако и они представляются завышенными, а поэтому необходимы дополнительные обоснования всех расчетных критериев, типы и доработка их конструкций.

Рис. 13.

Укрепление откосов одерновкой:
а - сплошная; б - в клетку с засевом трав; 1 - отдельная дернина; 2 - деревянные спицы

Типы 2-12 обусловлены предельно допустимыми величинами регламентируемых гидрометеорологических факторов, которые и определяют область их применения. Нетрудно заметить, что в этих табличных данных не указан один из основных факторов воздействий - наличие или отсутствие продольного течения, величины скоростей течения, а также возможность образования размыва у подошвы укрепляемых насыпей. Воздействие примерзшего льда на устойчивость типовых укреплений рекомендовано учитывать индивидуально для каждого конкретного случая. Метод такого учета не регламентирован.

Тип 2 (рис. 3) рекомендуется для укрепления откосов пойменных насыпей, сложенных песчаными грунтами, а также в зоне стариц и озер. Конструкции этого типа рекомендованы к применению взамен бетонных типов укреплений при соответствующем технико-экономическом сравнении. Ширина бермы укрепления определяется по формуле:

В = 0,5 (H_p + h_H)(m_в – m₁),

где Н_р - глубина воды при расчетном уровне высокой воды (РУВВ) требуемой вероятности превышения;

h_H - высота волны с набегом, м;

m₁ - заложение откоса при свободной отсыпке грунта в воду (при 1:2 - 1:3);

m_в - заложение откоса, динамически устойчивого к волновому воздействию и определяемое для суглинка и глин в зависимости от высоты волны без набега (h_в) по следующему соотношению:

Рис. 14. Защитные конструкции из глинистых грунтов при высотах волн:
а - для укрепления откосов пойменных насыпей; б - в зоне стариц и озер

Применение укреплений типа 2 в условиях продольного течения воды и наличия волновых явлений может привести к разрушениям откоса. В этом типе должны быть приняты дополнительные меры по защите подводных частей откосов.

Типы 3,4,5 не регламентированы скоростью течения, длительностью подтопления, а тип 5 дополнительно не регламентирован высотой волны, толщиной льда и расчетными характеристиками ледохода, лесосплава и карчехода, что ограничивает условия их применения и обусловливает необходимость выполнения специальных исследований и гидрологических обоснований на конкретных объектах.

Тип 12 не регламентирован по толщине льда и расчетным характеристикам ледохода, лесосплава и карчехода, а длительность подтопления и высота укрепления обусловлены размером камня. Соотношение размеров камней с высотой волны и длительностью подтопления не регламентировано и не обусловлено методикой расчета и справочными данными. Типовые пневмонабрызгные облегченные конструкции (тип 6) предназначены для укрепления подтопляемых откосов, однако условия их применения по факторам гидрометеорологических воздействий не регламентированы, что также ограничивает их использование без проведения дополнительных обоснований.

Для типов 2,3,4,7 и 11 остаются неопределенными условия применения укреплений против воздействий от лесосплава и карчехода, а для типов 3 и 7 дополнительно и против воздействий от ледохода. Для типов 4,7 и 11 не определены условия их применения против воздействий толщины льда. Конструкции укреплений по типу 8 предназначены для условий слабого ледохода. Плиты ПГ-12 и ПГ -15 могут воспринимать воздействия ледохода средней интенсивности с размером льдин соответственно до 15 и 25 м². В типе 8 не имеется регламентации по предельно допускаемым величинам скоростей течения вода.

Тип 3 (рис. 15) предназначен для укрепления подтопляемых откосов в условиях легкого гидрологического режима взамен одерновки, однако регламентированная предельно допустимая величина высоты волны для типа 3 составляет 0,5 м, а для одерновки 0,3 м.

Рис. 15. Укрепление откосов геотекстилем в условиях подтопления:
а – тип 3; б - геотекстиль в типах 5,9,10,11; 1 - растительный грунт с гидропосевом; 2 - полимерная сетка с ячейками 4´4 мм с нитью толщиной 2 мм; 3 - ивовые черенки; 4 - геотекстиль; 5 -сборные или монолитные бетонные, железобетонные плиты

Толщина льда для одерновки не обусловлена, а для типа 3 она регламентирована величиной 0,2 м. При этом следует учитывать, что тип 3 по своим конструктивным особенностям наиболее чувствителен к восприятию гидрометеорологических воздействий по сравнению с типами 4-12 и его применение должно тщательно обосновываться.

Для обеспечения устойчивости низовой части защитно-несущих конструкций при отсутствии возможности их подмыва (зоны II, V)применяют бетонный упор для типов 4,5,7, 8,9,10; фартук (тип 8) и упорную призму из гравия или щебня (тип II), устройство которых для типов 4,5,7,8,9,10 и 11 должно обосновываться расчетами скоростей течения вдоль откосов насыпей и сопоставлением с неразмывающими способностями грунтов в зонах II, VI, а также с планово-высотным положением водоотводных канав и других прилегающих сооружений. Упорные конструкции должны быть устойчивыми к воздействию стекающих по откосам поверхностных вод и эрозионных процессов, возникающих в прилегающей местности, а также к другим факторам, в том числе факторам, вызванным хозяйственной деятельностью человека как в период строительства, так и эксплуатации.

Рис. 16. Конструкции низовых частей откосных укреплений:
а - с применением бетонного упора для типов 4,5,7,6,9,10; б - с применением фартука для типа 8; в - с применением упорной каменной призмы; г - деталь конструкций температурно-осадочного шва в монолитных железобетонных плитах; 1 - гибкая железобетонная плита ПГ-5, ПГ-7,5 по типу 8; 2 - подготовка из гравия и щебня толщиной 15 см на слое крупнозернистого песка толщиной 10 см; 3 - бетонный упор; 4 - фартук; 5 - монолитные железобетонные плиты; 6 - зуб концевой части плит; 7 - упорная призма из камня; 8 - крупный щебень или гравий; 9 - крупнозернистый песок; 10 - фильтрующий синтетический материал

Для обеспечения устойчивости низовой части защитно-несущих конструкций при возможности ее подмыва или понижения от развития эрозии в зонах II, VI типовые решения предусматривают применение гибких тюфячных укреплений под основание каменной наброски (тип 12), фартука из гибких железобетонных плит (тип 8) и каменных упорно-защитных призм к плитным укреплениям. Возможности этих низовых защитно-несущих упорных конструкций против воздействий гидрометеорологических факторов не обусловлены конкретными показателями условий и областей применения. Упорно-защитные каменные призмы рекомендовано устраивать применительно к одному из двух типов: 1 - в виде рисбермы, врезанной в грунт, если подошва земляного полотна находится выше уровней меженных и грунтовых вод; 2 - в виде отсыпки у подошвы укрепляемого откоса, если она находится ниже уровня меженных вод. Упорно-защитные каменные призмы рекомендовано использовать при глубине размыва у подошвы до 3 м, скорости течения воды до 2,5 м/с и высоте откоса до 6 м. Скорость течения и крупность камня не взаимообусловлены. Эти конструкции целесообразно устраивать при отсутствии движения донных наносов и скоростей течения, при которых не происходит вымывание грунта через промежутки между камнями, что практически формально исключает возможность их применения. Поэтому требуется индивидуальный подход к обоснованию использования этих типов упорно-защитных призм.

Границы укрепления откосов по длине подтопляемого участка дороги 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. Однако расчетную отметку обводнения следует предусматривать с учетом волновых воздействий и переливов паводковых вод из одной поймы (зоны затопления) в другую. Запас по возвышению бровки земляного полотна с учетом неподтопления низа конструкций дорожной одежда предусмотрен только в типе 2 с неограниченной длительностью подтопления. В других типах с неограниченной длительностью подтопления он не регламентирован. Отсутствуют регламентации и по учету возможности затопления выходов на откос дренажных устройств и слоев дорожных одежд.

Рис. 17.

Укрепление подтопляемых откосов каменной наброской по типу 12:
а - равномерным слоем; б - с упорной призмой; в - с бермой при наличии меженных вод; г - то же, с тюфячным укреплением

Не подлежали типизации сопряжения типовых откосных водосбросных лотков с защитно-несущими укреплениями откосов и упорно-защитных конструкций. Эти сопряжения подлежат индивидуальному обоснованию и проектированию. Сопряжения защитных укреплений, расположенных в зоне I, с защитно-несущими, расположенными в зоне III-V и имеющими обратные фильтры, не обеспечивают попадание поверхностных вод в их слои и учет негативного влияния на устойчивость защитно-несущих конструкций. Под воздействием стекающих поверхностных вод в слоях обратных фильтров и под защитно-несущими конструкциями наблюдается вынос мелких фракций, в результате чего образуются локальные промоины, просадки и разрушения укреплений с искажением проектного откосного профиля дороги на участке подтопления.

Типовые сборные решетчатые конструкции не ограничены решениями. В качестве типовых следует рассматривать и конструкции сборных решетчатых укреплений, предусмотренные в ВСН 181-74 и имеющие достаточно полные критерии применимости относительно факторов гидрометеорологических воздействий.

Типы укреплений 1-12 предусмотрены типовыми решениями для условий одностороннего подтопления дороги, а для двустороннего подтопления в них отсутствуют соответствующие рекомендации. Условия возможного двустороннего подтопления могут возникнуть как при периодическом, так и при постоянном подтоплении. При разновысотном и разновременном подъеме и спаде уровней воды в условиях двустороннего подтопления возможна фильтрация воды через тело земляного полотна с соответствующими последствиями для устойчивости его откосов и защитно-несущих укреплений. Типовые конструкции 1-12 в условиях нарушения предельно допустимых критериев регламентированных факторов гидрометеорологических воздействий способны подвергнуться размывам и разрушениям, поэтому для их применения необходимо выполнение соответствующих расчетов и обоснований с учетом возможных изменений гидрометеорологических условий в период функционального предназначения и применительно к нормируемым пространственно-временным критериям вероятности превышения расчетных факторов воздействий. Типовые укрепления 2-12 регламентированы предельно допустимыми критериями только шестью (см. табл. 1) факторами гидрометеорологических воздействий, хотя они испытывают в период своего функционирования и ряд других дополнительных факторов, способных вызвать нарушение их устойчивости.

Анализ гидрометеорологических воздействий и их последствий, имеющих место на автомобильных дорогах в разных странах и регионах, показывает, что главными среди них являются скорости течений, амплитуда колебаний уровней воды, длительность динамического действия волн, частота и длительность внутригодового затопления, периодичность повторении расчетных уровней воды, скорость подъема и спада уровней воды, условия отекания поверхностных вод с неподтопляемых откосов (зона I), набег волны от динамического действия потока в местах устройства труб и пересыпки действующих проток, местные искривления водной поверхности при косом пересечении действующих проток при сбросе паводковых вод вдоль насыпи под мост, условия двустороннего подтопления, а также появление паводковых воздействии более редких, чем расчетные.

Для типовых конструкций 2-12 не предусмотрены условия возможного их затопления более редкими паводками, в том числе паводками, вызванными результатами хозяйственной деятельности, поэтому они могут быть подвержены размывам и разрушению. С целью предохранения их от размывов и разрушений должны быть заблаговременно разработаны соответствующие мероприятия по усилению или защите в зонах ожидаемых превышений расчетных паводковых воздействий. Для наиболее полного учета различного сочетания воздействий гидрометеорологических факторов, а также для учета накопленного опыта устройства укреплений из местных и иных строительных материалов не только на дорогах общей сети СНГ, но и на местных дорогах, целесообразно в качестве вариантных проработок использовать конструкции укреплений индивидуального и зарубежного проектирования. Особый интерес при этом могут представить построенные и успешно эксплуатирующиеся конструкции, обоснованные прежними типовыми и индивидуальными укреплениями, а также конструкции, рекомендуемые инструктивно-методическими документами и разработками различных организаций и авторов как для автодорожного, железнодорожного, так и других отраслей капитального строительства.