CC BY
7Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
УДК 624.154
DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-9-43-47
Н.С. СОКОЛОВ1' 2, канд. техн. наук, директор ([email protected])
1 ООО НПФ «ФОРСТ» (428000, Россия, Чувашская Республика, г. Чебоксары, ул. Калинина, 109 а) 2 ФГБОУ ВО «Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова» (428015, Россия, Чувашская Республика, г. Чебоксары, Московский пр., 15)
Геотехническая технология предотвращения подтопления равнинных территорий при половодье
Проблема предотвращения подтопления равнинных территорий является важной народнохозяйственной задачей, связанной с обеспечением жизнедеятельности населения, проживающего там. Половодье или паводки наносят огромный ущерб регионам, подверженным этим стихийным бедствиям. Подтопление приводит к аварийным ситуациям, авариям. Оно уничтожает посевы, приводит к распространению вирусных заболеваний. Разрушаются насыпи дорожных и железнодорожных полотен. Возникающие оползневые процессы приводят к разрушению устоев мостов и в конечном счете к разрушению самих сооружений. В статье приводится возможный вариант предотвращения выхода рек из берегов с помощью одной из геотехнических технологий.
Ключевые слова: буроинъекционная свая ЭРТ, грунтобетонная свая, Get-технология, половодье, паводок, несущая способность.
Для цитирования: Соколов Н.С. Геотехническая технология предотвращения подтопления равнинных территорий при половодье // Жилищное строительство. 2019. № 9. С. 43-47. DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-9-43-47
N.S. SOKOLOV1,2, Candidate of Sciences (Engineering), Associate Professor, Director ([email protected], [email protected])
1 OOO NPF «FORST» (109a, Kalinina Street, Cheboksary, 428000, Russian Federation)
2 Chuvash State University named after I.N. Ulyanov (15, Moskovsky Avenue, Cheboksary, Chuvash Republic, 428015, Russian Federation)
Geotechnical Technology for Preventing Inundation of Plain Territories
The problem of preventing plain territories from inundation is an important economic task associated with ensuring the vital activity of the population living there. High water or floods cause enormous damage to the regions affected by these natural disasters. Flooding leads to emergency situations, accidents. It destroys crops, leads to the spread of viral diseases. Embankments of road and railway tracks are destroyed. The resulting landslides lead to the destruction of the abutments of bridges and ultimately to the destruction of the structures themselves. The article presents a possible option to prevent rivers from overflowing their banks using one of the geotechnical technologies.
Keywords: bored-injected piles ERT, soil-concrete pile, Get-technology, high water, flood, bearing capacity.
For citation: Sokolov N.S. Geotechnical technology for preventing inundation of plain territories. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2019. No. 9, pp. 43-47. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-9-43-47
По данным Росгидромета (http:/www.kommersant. т^ос/97678/), в России ежегодно происходит от сорока до семидесяти крупных наводнений, ущерб от которых оценивается примерно в 40 млрд р. Этим стихийным бедствиям подвержено около 150 тыс. км2 территории России, где расположены порядка 300 городов, десятки тысяч населенных пунктов, большое количество хозяйственных объектов, более 7 млн га сельхозугодий, отмечают в Росгидромете.
14 июня 1993 г. в Свердловской области из-за дождевых паводков разрушилась Киселевская грунтовая плотина на реке Каква. Было смыто 1550 домов, затоплен город Серов, погибло 15 человек. Ущерб составил 63,3 млрд неденоминированных рублей. 7 августа 1994 г. в Башкирии произошел прорыв пло-
92019
тины Тирлянского водохранилища и нештатный сброс 8,6 млн м3 воды. Погибло 29 человек, 786 остались без крова. В зоне затопления оказалось четыре населенных пункта, 85 жилых домов было полностью разрушено. Ущерб оценивался в 52,3 млрд неденоминированных рублей. 16 и 17 мая 1998 г. в районе города Ленска в Якутии два ледяных затора на реке Лене вызвали подъем воды на 11 м. В зоне затопления оказались 97 тыс. человек, 15 погибло. Ущерб превысил несколько сотен миллионов рублей. 12 мая 2001 г. Ленск вновь был почти полностью затоплен из-за паводка, что привело к гибели восьми человек. Было затоплено 5162 дома. Всего от паводка в Якутии тогда пострадало свыше 43 тыс. человек. Общий ущерб составил 8 млрд р. 7 июля 2001 г. в Иркутской области
- 43
Подземное строительство
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
из-за сильных дождей ряд рек вышел из берегов и подтопил 7 городов и 13 районов (всего 63 населенных пункта). Особенно пострадал город Саянск. По официальным данным, погибло восемь человек, пострадали 300 тыс. человек, было затоплено 4635 домов. Ущерб составил 2 млрд р. В июне-июле 2002 г. из-за дождей вышли из берегов реки в девяти регионах юга России, в том числе Кубань, Лаба, Белая, Уруп и Сунжа. Жертвами стали 114 человек, в общей сложности пострадало свыше 380 тыс. Было разрушено 13 тыс. жилых домов, повреждено более 41 тыс. Общий ущерб тогда составил свыше 18 млрд р. В августе 2002 г. наводнение произошло в районе Новороссийска. Погибло 62 человека. Было повреждено почти 8 тыс. жилых домов, ущерб оценивался в 1,7 млрд р. В апреле 2004 г. в результате половодья в южных районах Хакасии затопило 24 населенных пункта (всего 1077 домов). Погибло 9 человек. Ущерб превысил
29 млн р. 16 октября 2010 г. в Краснодарском крае сильные дожди подняли уровень горных рек, затопив
30 населенных пунктов в Туапсинском и Апшеронском районах, а также населенные пункты рядом с городом Сочи. Жертвами стихии стали 17 человек, пострадало более 5,1 тыс. человек. Ущерб оценили в 2 млрд р.
МЧС подготовило комплекс дополнительных мер по защите населения от весенних паводков. Об этом глава ведомства Евгений Зиничев доложил на заседании Совета безопасности РФ. Наиболее сложная обстановка сложилась в ряде регионов: Северо-Западном, Центральном, Приволжском, Сибирском и Дальневосточном федеральных округах.
Эксперты отмечают, что одним из самых сложных паводковых регионов России традиционно считается Якутия. В региональном ГУ МЧС РФ отметили, что совокупный ущерб от паводка в Якутии весной и летом 2018 г., в результате которого пострадало свыше 5,3 тыс. жителей республики, превысил 1,4 млрд р. На территории Якутии в ходе весеннего и летнего половодья пострадало 63 населенных пункта в 15 улусах. Прогнозируется, что могут оказаться подтопленными города Сургут и Нижневартовск в Ханты-Мансийском автономном округе на берегу р. Обь, которая и грозит выйти из берегов. Кроме того, в зону затопления могут попасть Курган, который стоит на р. Тобол, и р. Орск, расположенный у рек Орь и Урал.
Из-за большого скопления снега во время таяния льдов уровень воды на реках Урала может подняться на 5-8 м, что приведет к подтоплению городов, отмечают эксперты Минприроды. В зоне подтопления могут оказаться и крупные города Сибири: Иркутск, расположенный на берегу реки Ангары, Новосибирск, стоящий на Оби, и столица Алтайского края Барнаул. Уровень воды в р. Барнаулка, Обь во время паводка может подняться на 2 м, что приведет к подтоплению
4
7К7Ш
Рис. 1. Схема устройства грунтобетонной сваи (ГБС): а — грун-тоцементный массив со сваей SFA; б — грунтоцементный массив со сваей ЭРТ; 1 — грунтоцементный массив; 2 — свая SFA (НПШ); 3 — буроинъекционная свая ЭРТ; 4 — пространственный армокар-кас сваи ЭРТ
N
7ШШ
к
к
Рис. 2. Схема к определению несущей способности сваи SFA (НПШ) по грунтоцементному основанию Fd1:1 — грунтоцементный массив; 2 — свая SFA (НПШ)
44
9'2019
2
R
Научно-технический и производственный журнал
жилых кварталов Барнаула, отмечают в ГУ МЧС РФ по Алтайскому краю.
В 2019 г. проливные дожди в 27 населенных пунктах Иркутской области наделали много бед - подтопленными оказались почти 2,8 тыс. жилых домов, 16 участков автомобильных дорог и 13 мостов. Жители города Тулун в Иркутской области с помощью ква-дрокоптера снимали на видео последствия масштабного наводнения, случившегося из-за вышедшей из берегов реки Ии. Масштабы катастрофы были ужасными. Паводок начался в регионе из-за сильных дождей. Из берегов вышли реки Уда и Большая Белая, в некоторых местах введен режим ЧС. По данным областного управления МЧС, на утро 28 июня 2019 г. затоплены почти 2,4 тыс. жилых домов в 20 населенных пунктах, эвакуированы около 850 человек. 28 июня сообщалось, что МЧС начало эвакуацию города Тулун из-за резкого повышения уровня воды в реке Ия, который превысил 946 см при критической отметке в 700 см. Из-за проливных дождей в 27 населенных пунктах Иркутской области оказались подтопленными почти 2,8 тыс. жилых домов, 16 участков автомобильных дорог и 13 мостов.
Следует обратить внимание на то обстоятельство, что во всех случаях наводнений противопаводковые мероприятия производятся непосредственно только по факту затопления территорий. Так, например, возводятся временные грунтовые дамбы, которые усиливаются мешками, заполненными песком. В большинстве случаев устраиваются ограждения просто из заполненных грунтом мешков. Но эти мероприятия служат только для одного случая паводка [1-4].
В настоящей статье предлагается одна из новых геотехнических технологий для предотвращения затоплений равнинных территорий в результате выхода рек из своих берегов. Она предусматривает использование в едином комплексе сразу трех технологий:
1. Get-технология - устройство грунтоцементных свай согласно СП 291.1325800.2017 «Конструкции грунтоцементные армированные. Правила проектирования».
2. Технология SFA - устройство буроинъекцион-ных свай с помощью непрерывных проходных шнеков (НПШ) в теле грунтоцементного массива вдоль его оси симметрии, как правило, диаметром не более 300 мм.
3. Разрядно-импульсная технология устройства буроинъекционных свай. Электрогидравлический эффект, возникающий при обработке мелкозернистого бетона, способствует внедрению его в грунтоцемент-ный массив. Тем самым произойдет более полное сцепление этих двух конструктивных элементов [5-16].
К современному геотехническому строительству предъявляются повышенные требования [1-4].
9'2019
Рис. 3. Схема к определению несущей способности сваи SFA (НПШ) совместно с грунтоцементным массивом по грунту (грун-тобетонные сваи (ТБС): 1 — грунтоцементный массив; 2 — свая SFA (НПШ)
2
Рис. 4. Схема укрепления берегов разливающихся рек: 1 — сплошной шпунт; 2 — уголковая подпорная стена; 3 — свайное основание из ТБС как противофильтрационная завеса; 4 — русло реки
В большинстве случаев это оправданно. Часто не удается достичь проектных значений несущей способности оснований, применяя существующие геотехнические технологии. Используя несколько существующих технологий совместно, возможно создать заглубленную конструкцию повышенной несущей способности. Следует отметить, что современное геотехническое строительство позволяет решать большинство проблем, возникающих как во время строительства, так и в период эксплуатации объектов и сооружений. Это обстоятельство позволяет сконстру-
- 45
Подземное строительство
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
ировать принципиально новую заглубленную железобетонную конструкцию - грунтобетонную сваю. На рис. 1 приведена схема устройства комбинированной грунтобетонной сваи. Заглубленная железобетонная конструкция - грунтобетонная свая (ГБС), приведенная на рис. 1, в отличие от других типов имеет сложную конструкцию поперечного сечения. Несущим элементом служит электрогидравлически обработанная и армированная свая SFA (НПШ) (рис. 1, поз. 3). Ее несущая способность по наружной поверхности зависит от фрикционных характеристик грунтоцемент-ной составляющей (поз. 1 на рис. 2). Кроме того, свая SFA (НПШ) совместно с грунтоцементным массивом работает как железобетонная свая трения по боковой поверхности с окружающим грунтом (рис. 3).
Грунтобетонные сваи (ГБС) кроме усиления основания фундаментов также можно использовать еще по другому назначению - как противопаводковую геотехническую строительную конструкцию. Она может быть широко использована для укрепления берегов равнинных рек Средней России, Сибири и Дальнего Востока, а также насыпей автомобильных дорог, грунтовых дамб в тех же регионах. При этом в качестве основного конструктивного элемента против эрозии грунта берега русла (поз. 4 на рис. 4) используется сплошной шпунт (поз. 1 на рис. 4), за которым возводится монолитная железобетонная уголковая подпорная стена (поз. 2 на рис. 4) на свайном основании из ГБС (поз. 3 на рис. 3). При этом абсолют-
Список литературы
1. Ильичев В.А., Мангушев Р.А., Никифорова Н.С. Опыт освоения подземного пространства российских мегаполисов // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2012. № 2. С. 17-20.
2. Улицкий В.М., Шашкин А.Г., Шашкин К.Г. Геотехническое сопровождение развития городов. СПб.: Геореконструкция, 2010. 551 с.
3. Ilichev V.A. , Konovalov P.A., Nikiforova N.S., Bulgakov L.A. Deformations of the retaining structures upon deep excavations in Moscow. Proc. Of Fifth Int. Conf on Case Histories in Geotechnical Engineering, April 3-17. New York, 2004, рр. 5-24.
4. Ilyichev V.A., Nikiforova N.S., Koreneva E.B. Computing the evaluation of deformations of the buildings located near deep foundation tranches. Proc. of the XVIth European conf. on soil mechanics and geotechnical engineering. Madrid, Spain, 24-27th September 2007 «Geo-technical Engineering in urban Environments». Vol. 2, рр. 581-585.
5. Nikiforova N.S., Vnukov D.A. Geotechnical cut-off diaphragms for built-up area protection in urban underground development. The proc. of the 7th
4б| -
ная отметка верхней грани стены должна быть как минимум на 0,5 м выше максимальной отметки разлива реки, принимаемой по результатам многолетних наблюдений. Используя технологию GET 2, свайное основание можно превратить в противофильтрацион-ную завесу из буросекущихся грунтоцементных свай. При разливе рек по обоим берегам конструктивное решение, приведенное на рис. 4, устраивается также вдоль противоположного берега. Такая схема устройства противопаводковой подпорной стены позволит не только предотвратить реки от переливания, но и воспрепятствует фильтрационному проникновению воды за пределы подпорной стены.
Укрепление грунтовых дамб и насыпей автомобильных дорог также рекомендуется усилить по этой же вышеприведенной технологии.
Выводы.
Предотвращение разлива равнинных рек является важной народнохозяственной задачей, связанной с обеспечением комфортного проживания живущих на затапливаемых территориях людей.
Предложенная конструктивная схема позволяет безаварийно эксплуатировать разливающиеся реки в течение длительного времени.
При проектировании и строительстве противопаводковых конструкций следует руководствоваться технической целесообразностью и экономической эффективностью принятых решений.
References
1. Ilyichev V.A., Mangushev R.A., Nikiforova N.S. Experience in the development of the underground space of Russian megacities. Osnovaniya, fundamenty i me-khanika gruntov. 2012. No. 2, pp. 17-20. (In Russian).
2. Ulitsky V.M., Shashkin A.G., Shashkin K.G. Geotekh-nicheskoe soprovozhdenie razvitiya gorodov [Geotechnical maintenance of development of the cities]. Saint Petersburg: Georekonstruktsia, 2010. 551 p.
3. Ilichev V.A. , Konovalov P.A., Nikiforova N.S., Bulgakov L.A. Deformations of the retaining structures upon deep excavations in Moscow. Proc. Of Fifth Int. Conf on Case Histories in Geotechnical Engineering, April 3-17. New York, 2004, рр. 5-24.
4. Ilyichev V.A., Nikiforova N.S., Koreneva E.B. Computing the evaluation of deformations of the buildings located near deep foundation tranches. Proc. of the XVIth European conf. on soil mechanics and geotechnical engineering. Madrid, Spain, 24-27th September 2007 «Geo-technical Engineering in urban Environments». Vol. 2, рр. 581-585.
5. Nikiforova N.S., Vnukov D.A. Geotechnical cut-off diaphragms for built-up area protection in urban under-
|9'2019
Научно-технический и производственный журнал
I nt. Symp. «Geotechnical aspects of underground construction in soft ground», 16-18 May, 2011, tc28 IS Roma, AGI, 2011, № 157NIK.
6. Nikiforova N.S., Vnukov D.A. The use of cut off of different types as a protection measure for existing buildings at the nearby underground pipelines installation. Proc. of Int. Geotech. Conf. dedicated to the Year of Russia in Kazakhstan. Almaty, Kazakhstan, 23-25 September 2004. P. 338-342.
7. Petrukhin V.P., Shuljatjev O.A., Mozgacheva О.А. Effect of geotechnical work on settlement of surrounding buildings at underground construction. Proceedings of the 13th European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering. Prague, 2003.
8. Triantafyllidis Th., Schafer R. Impact of diaphragm wall construction on the stress state in soft ground and serviceability of adjacent foundations. Proceedings of the 14th European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering. Madrid, Spain, 22-27 September. 2007. Vol. 2, рр.683-688.
9. Соколов Н.С., Соколов А.Н., Соколов С.Н., Глуш-ков В.Е., Глушков А.Е. Расчет буроинъекционных свай повышенной несущей способности // Жилищное строительство. 2017. № 11. С. 20-26.
10. Соколов Н.С. Фундамент повышенной несущей способности с использованием буроинъекционных свай ЭРТ с многоместными уширениями // Жилищное строительство. 2017. № 9. С. 25-29.
11. Соколов Н.С., Викторова С.С. Исследование и разработка разрядного устройства для изготовления буровой набивной сваи // Строительство: Новые технологии - Новое оборудование. 2017. № 12. С.38-43.
12. Nikolay Sokolov, Sergey Ezhov, Svetlana Ezhova. Preserving the natural landscape on the construction site for sustainable ecosystem // Journal of applied engineering science. 15.2017. 4, 482. p. 518-523.
13. Соколов Н.С. Электроимпульсная установка для изготовления буроинъекционных свай // Жилищное строительство. 2018. № 1-2. С. 62-66.
14. Соколов Н.С. Один из подходов решения проблемы по увеличению несущей способности буровых свай // Строительные материалы. 2018. № 5. С.44-47.
15. Соколов Н.С. Критерии экономической эффективности использования буровых свай // Жилищное строительство. 2017. № 5. С. 34-38.
16. Соколов Н.С. Технология увеличения несущей способности основания // Строительные материалы. 2019. № 6. С. 67-71. DOI: https://doi. org/10.31659/0585-430X-2019-771-6-67-71
92019
ground development. The proc. of the 7th I nt. Symp. "Geotechnical aspects of underground construction in soft ground», 16-18 May, 2011, tc28 IS Roma, AGI, 2011, No. 157NIK.
6. Nikiforova N.S., Vnukov D.A. The use of cut off of different types as a protection measure for existing buildings at the nearby underground pipelines installation. Proc. of Int. Geotech. Conf. dedicated to the Year of Russia in Kazakhstan. Almaty, Kazakhstan, 23-25 September 2004, pp. 338-342.
7. Petrukhin V.P., Shuljatjev O.A., Mozgacheva O.A. Effect of geotechnical work on settlement of surrounding buildings at underground construction. Proceedings of the 13th European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering. Prague, 2003.
8. Triantafyllidis Th., Schafer R. Impact of diaphragm wall construction on the stress state in soft ground and serviceability of adjacent foundations. Proceedings of the 14th European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering. Madrid, Spain, 22-27 September. 2007. Vol. 2, pp. 683-688.
9. Sokolov N.S., Sokolov A.N., Sokolov S.N., Glush-kov V.E., Glushkov A.E. Calculation of flight augering piles of high bearing capacity. Zhilishchnoe Stroitefstvo [Housing Construction]. 2017. No. 11, pp. 20-26. (In Russian).
10. Sokolov N.S. The foundation of the increased load-bearing capacity with the use of flight augering piles-ERT with multiplies broadening. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2017. No. 9, pp. 25-29. (In Russian).
11. Sokolov N.S., Viktorova S.S. Research and development of a discharge device for the production of a flight augering pile. Stroitel'stvo: Novye tekhnologii - Novoe oborudovanie. 2017. No. 12, pp. 38-43. (In Russian).
12. Nikolay Sokolov, Sergey Ezhov, Svetlana Ezhova. Preserving the natural landscape on the construction site for a sustainable ecosystem. Journal of applied engineering science. 15 (2017) 4. 482, pp. 518-523. (In Russian).
13. Sokolov N.S. Electroimpulse Installation For The Production Of Flight Augering Piles. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2018. No. 1-2, pp. 62-66. (In Russian).
14. Sokolov N.S. One of the approaches to solve the problem to increase the capacity of bored piles. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2018. No. 5, pp. 44-47. (In Russian).
15. Sokolov N.S. Criteria of economic efficiency of use of drilled piles. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2017. No. 5, pp. 34-38. (In Russian).
16. Sokolov N.S. Technology for increasing the bearing capacity of the base. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2019. No. 6, pp. 67-71. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-771-6-67-71
- 47
