CC BY
0УДК 62 Магомедов М.Ш., Семехин Э. Ф.
Магомедов М.Ш.
Владимирский государственный университет (г. Владимир, Россия)
Научный руководитель: Семехин Э.Ф.
Владимирский государственный университет (г. Владимир, Россия)
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОМБИНИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ ГОРНЫХ ДОРОГ ОТ КАМНЕПАДОВ
Аннотация: в статье рассмотрена проблема защиты участков горных дорог от камнепадов. На примере автодороги в Республике Дагестан обоснованы параметры комбинированной системы инженерной защиты, включающей габионную подпорную стену, свайную шпонку и анкерное крепление склона. Приведены результаты расчетов устойчивости и прочности конструкций. Дана оценка технико-экономической эффективности проектных решений.
Ключевые слова: горная дорога, камнепады, инженерная защита, габионы, свайная шпонка, анкерное крепление, расчет устойчивости.
Введение.
Обеспечение безопасности и надежности функционирования транспортной инфраструктуры в горных районах является актуальной научно-технической задачей. Значительную опасность для дорог представляют камнепады - падение обломков горных пород со склонов под действием гравитации. Их последствиями являются разрушение дорожного полотна, повреждение транспортных средств, травмирование людей, перерывы в
движении [1, 2]. В России камнепадами подвержено около 20 тыс. км дорог, ежегодный ущерб оценивается в 1-2 млрд руб. [3].
Защита дорог от камнепадов осуществляется путем применения различных сооружений и мероприятий: подпорных стен, улавливающих сеток, анкерного крепления, технологий предотвращения обрушений [4]. Выбор оптимальных решений зависит от конкретных инженерно-геологических условий, интенсивности и объемов камнепадов, требований безопасности. В сложных случаях целесообразно применение комбинированных систем защиты, обеспечивающих надежное удержание неустойчивых склонов.
Целью исследования является обоснование рациональных параметров комбинированной системы инженерной защиты горных дорог от камнепадов на основе сравнительного анализа вариантов и расчетов устойчивости.
Объекты и методы.
Объектом исследования является участок автомобильной дороги Буйнакск - Гимры - Чирката на 37-м километре в Унцукульском районе Республики Дагестан. Дорога проходит по крутому склону (до 40°) высотой 50100 м, сложенному выветрелыми сланцами, с активными осыпными процессами. Объем единичного обрушения может достигать 10-15 м3, дальность отскока обломков - 30-40 м. Интенсивность камнепадов - до 3-5 случаев в год.
Для выбора оптимального варианта защиты проведен анализ современных конструктивных решений [5, 6] и технико-экономическое сравнение вариантов (таблица 1).
Таблица 1. Технико-экономические показатели вариантов защиты.
Показатель Габионная стена Свайная шпонка Анкерное крепление
Степень защиты, % 80 70 90
Объем конструкций, м3 1200 450 600
Стоимость строительства, млн руб. 11,6 4,7 11,7
Стоимость эксплуатации за 20 лет, млн руб. 2,4 0,7 4,7
Чистый дисконтированный доход, млн руб. 22,7 26,7 24,8
По результатам анализа предложена комбинированная система в составе:
- габионной подпорной стены в нижней части склона высотой 6 м и шириной 4 м,
- двух рядов буронабивных свай-шпонок диаметром 0,6 м, длиной 5 м с шагом 1,5 м,
- анкерного крепления из винтовых свай 28 мм длиной 6 м с шагом 2 м и сеткой.
Прочность конструкций рассчитана по нормам [7, 8].
Результаты и обсуждение.
В результате расчетов получены коэффициенты запаса устойчивости склонов в естественном состоянии и с различными вариантами защиты (рисунок 1).
Коэффициенты запаса устойчивости склона
Рисунок 1. Коэффициенты запаса устойчивости склона: 1 - без защиты, 2 - габионная стена, 3 - свайная шпонка, 4 - анкерное крепление, 5 - комбинированная система.
Устойчивость незащищенного склона (вариант 1) не обеспечивается -коэффициент запаса 0,85 <[Ку]=1,25. Габионная стена (вариант 2) повышает устойчивость нижней части, но оставляет риски обрушений выше по склону. Свайная шпонка (вариант 3) лишь частично задерживает оползание грунта. Анкерное крепление (вариант 4) обеспечивает устойчивость за счет удержания поверхностных слоев.
Комбинированная система (вариант 5) дает максимальный эффект. Коэффициент запаса 1,38> [Ку]=1,25, что подтверждает достижение нормативной надежности.
Расчет прочности габионной подпорной стены показал достаточность принятых параметров (ширина 4 м, заложение откоса 1:5). Несущая способность сваи на боковую нагрузку - 180 кН при нормативной 150 кН. Анкерное крепление работает как гибкая удерживающая система без разрыва сетки и деформаций более 1 м.
Оценка экономической эффективности защиты выполнена методом дисконтирования денежных потоков. При горизонте расчета 20 лет и норме дисконта 10% комбинированная система имеет чистый дисконтированный доход 67,8 млн руб. и срок окупаемости 3,8 года за счет снижения ущерба от камнепадов на 95%.
Полученные результаты согласуются с данными других авторов по эффективности габионов [9], свай [10] и анкеров [11] для стабилизации склонов. Новизна предлагаемой системы в оптимальном сочетании элементов для конкретных условий объекта.
Выводы.
1. Обоснованы параметры комбинированной системы инженерной защиты участка горной дороги от камнепадов, включающей габионную стену, свайную шпонку и анкерное крепление.
2. Расчеты подтвердили обеспечение устойчивости склона с коэффициентом запаса 1,38 и прочности конструкций с нормативной надежностью.
3. Экономическая эффективность системы доказана снижением ущерба от камнепадов на 95% при сроке окупаемости 3,8 года.
4. Предлагаемые решения рекомендуются для внедрения на опасных участках горных дорог с целью повышения безопасности и надежности транспортной инфраструктуры.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Жиренко С.А., Сухов А.И. Оценка и прогноз камнепадной опасности на автомобильных дорогах // Вестник СибАДИ. 2018. № 2 (34). С. 75-82;
2. Круподеров А.В., Круподерова В.В. Анализ причин и последствий обрушения горных пород на автомобильных дорогах Северо-Кавказского региона // Инженерный вестник Дона. 2019. № 5. С. 12;
3. Пономаренко М.Н. Проблемы содержания автомобильных дорог в горной местности // Дороги и мосты. 2020. № 44. С. 215-224;
4. Маций С.И., Безуглова Е.В., Лейер Д.В. Специальные защитные мероприятия на горных дорогах от опасных геологических процессов // Сборник трудов конференции «Строительство в горных условиях». 2017. С. 73-81;
5. Панасюк И.С., Саврасова Н.А. Перспективные технологии укрепления откосов земляного полотна // Мир транспорта. 2018. Т. 16. № 2. С. 188-197;
6. Королев В.А. Современные конструкции подпорных сооружений из габионов // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2019. № 1. С. 21-26;
7. СП 116.13330.2012. Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения;
8. СП 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85;
9. Прокопов А.Ю., Рубцов А.С., Чахирев М.В. Влияние параметров габионных конструкций на устойчивость оползневых склонов // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2018. № 3. С. 98-103;
10. Полищук А.И., Межаков А.С., Петухов А.А. Экспериментально-теоретические исследования работы свай в оползнеопасных склонах // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2019. № 2. С. 8-15;
11. Маланин В.В., Пономарев А.Б. Оценка несущей способности инъекционных анкеров по результатам полевых испытаний в глинистых грунтах // Научно-технический вестник Поволжья. 2020. № 1. С. 54-57
Magomedov M.Sh., Semekhin E.F.
Magomedov M.Sh.
Vladimir State University (Vladimir, Russia)
Scientific advisor: Semekhin E.F.
Vladimir State University (Vladimir, Russia)
JUSTIFICATION OF PARAMETERS COMBINED ENGINEERING SYSTEM PROTECTION OF MOUNTAIN ROADS FROM ROCK FALLS
Abstract: the article discusses the problem of protecting sections of mountain roads from rockfalls. Using the example of a highway in the Republic of Dagestan, the parameters of a combined engineering protection system, including a gabion retaining wall, a pile key and slope anchorage, are substantiated. The results of calculations of the stability and strength of structures are presented. An assessment of the technical and economic efficiency of design solutions is given.
Keywords: mountain road, rockfalls, engineering protection, gabions, pile key, anchorage, stability calculation.
