ОБЗОР РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ БЕРЕГОУКРЕПЛЕНИЯ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 627.41

М.И. Соскин, А.В. Шулепова ОБЗОР РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ БЕРЕГОУКРЕПЛЕНИЯ

В статье рассмотрены актуальные исследования нескольких авторов по изучению берегоукрепления, выполнен анализ существующих берегоукрепительных сооружений и мероприятий, а также обозначены их основные достоинства и недостатки.

Ключевые слова: берегоукрепление, река, габион, шпунтовые ограждения, геосинтетики.

Укрепление береговой линии важно для людей, чья недвижимость находится рядом с водоёмами. Поскольку вода обладает большой разрушительной силой она может спровоцировать множество проблем связанных с ухудшением свойств почвы. Для предотвращения этих проблем необходимо проводить профилактические мероприятия чтобы приостановить разрушения в прибрежной зоне. Но лучше с самого начала позаботиться об укреплении береговой линии. Ниже рассмотрено несколько технологий, позволяющих выполнить работы по берегоукреплению на высоком уровне.

В работе Прокопова А.Ю. и Лебидко В.А. рассмотрены несколько основных вариантов берегоукрепления на примере реки Кубань. Эти варианты подойдут и для искусственных водоёмов, так как естественные водоёмы, как правило, более агрессивны по своей разрушительной силе. Рассмотрим конструкции некоторых из этих вариантов с их достоинствами и недостатками.

Вертикальная стенка из железобетонного шпунта - больверк. Конструкция представляет собой вертикальную заанкеренную шпунтовую стенку. Для предотвращения размыва грунта у основания шпунта со стороны акватории устраивается упорная призма из камня. Отметка низа упорной призмы принимается с учётом максимального размыва ложа реки у основания шпунта. Недостатками данной конструкции является сравнительно высокая стоимость и материалоёмкость. Достоинства: долговечность, минимальные ремонтные затраты, эстетичный вид. Кроме того, применение данной конструкции обуславливает приращение полезной земельной площади [1].

Вертикальная стенка из металлического шпунта Ларсен V. Конструкция представляет собой вертикальную заанкеренную шпунтовую стенку из металлического шпунта Ларсен V. Для анкеровки применяются анкерные тяги из круглой стали, работающие совместно с анкерной плитой. Недостатками этой конструкции являются повышенные эксплуатационные затраты, состоящие из работ по защите металла от коррозии, сравнительная недолговечность, высокая стоимость. Достоинства: сравнительно несложное производство работ по забивке шпунта, применение данной конструкции обуславливает приращение полезной земельной площади [1].

Берегоукрепление откосного типа сборными железобетонными плитами представляет собой устройство нижнего упора из железобетонного шпунта и монолитного бетона. Крепление откоса осуществляется сборным железобетонным плитами, укладываемыми на сборные железобетонные балки. Основание - гравийно-песчаная смесь, перекрытая обратным фильтром. Недостаток конструкции: сложность производства работ по устройству нижнего упора. В связи с густонаселенностью примыкаемых жилых районов существует повышенная опасность - нанос тины, илистых частиц на откос, так как уровни реки Кубани меняются постоянно. Площадь земли, занимаемая откосом, изымается из полезного оборота. Достоинства: сравнительная экономия капитальных вложений и материальных ресурсов [1].

Откосное крепление откоса габионными конструкциями с упорной стенкой представляет собой ступенчатую пирамиду из габионов с устройством нижнего упора из железобетонного шпунта. Недостатком конструкции является повышенная сложность производства работ в нижней части сооружения. Работы необходимо будет производить или под защитой перемычки или при малых (санитарных) попусках воды реки Кубани. Конструкция сравнительно недолговечна, вследствие большой плотности населения прилегающих районов и соответственно повышенного фактора присутствия человека, требует постоянных эксплуатационных затрат для поддержания конструкции в рабочем состоянии. Вследствие регулярного изменения уровня воды в реке Кубань будет постоянное отложение мусора и наносов. Достоинство: сравнительная экономия капитальных вложений и материальных ресурсов [1].

Крепление матрацами Рено по существующему откосу представляет собой каменную наброску до определённых отметок. Выше этих отметок укладываются матрацы Рено по слою геотекстиля на гравий-

© Соскин М.И., Шулепова А.В., 2016.

но-песчаной подготовке, откос отрабатывается близко к естественной конфигурации с устройством промежуточной бермы. Недостатки конструкции: конструкция недолговечна вследствие повышенного фактора присутствия человека. Повышенные эксплуатационные затраты для подержания конструкции в рабочем состоянии. Вследствие регулярного изменения уровней воды в реке Кубань будет происходить отложение наносов, мусора и т.п. на откосе и берме берегоукрепления. Площадь земли, занимаемая откосной частью, изымается из полезного оборота. Достоинства: низкая стоимость, несложная технология производства строительно-монтажных работ; применение распространённых строительных материалов [1].

Стоит отметить, что откосное укрепление ж/б плитами и габионами, если таковой способ выбран, следует запроектировать заранее, поскольку устройство этих конструкций в искусственных водоёмах после их выполнения будет очень проблематично.

Ким А.Б. и Пиотрович А.А. из Дальневосточного государственного университета путей сообщения, указали на то что наиболее популярными способами берегоукрепления являются укрепление откосов с помощью бетонных плит, габионных конструкций, матрацев Рено. Но у этих методов высокая трудоёмкость и низкая технологичность. Особое внимание учёные уделили универсальному гибкому защитному бетонному покрытию. Они отметили, что это является довольно прогрессивным решением, однако не решена проблема транспортировки, что значительно замедляет процесс возведения сооружений. Они предложили вместо капроновых канатов, в качестве связи использовать полимерную геосинтетическую двухосную сетку, а сами блоки исполнить в форме полсферы. Таким образом полученную конструкцию можно будет свернуть в рулон, что повысит удобство транспортировки и упростит процесс укладки покрытия на откос.

Рис. 1. Гибкое бетонное защитное покрытие, свернутое в рулон [2]

Представленное выше конструктивное решение позволяет достигнуть высокого уровня технологичности и эффективности в защите склонов и откосов от разрушающего воздействия [2].

Вдовенко А.В., Митюнина Г.П. и Мурашева А.А. в своей работе сделали вывод, что в последнее время за рубежом всё более широко применяют озеленяемые конструкции стен из армированного грунта с использованием горизонтально расположенных оболочек, а также мембран в сочетании с растительным слоем из геотекстиля, заполненного грунтом, и им не уступают, российские разработки мембранных ре-гальверков и откосных эстакад, допускающих облагораживание грунта засыпки до уровня хорошо организованной внутренней несущей структуры, работающей в качестве берегоукрепительного сооружения [3].

Зыков М.А. и Иванов В.А. рассмотрели различные виды габионных конструкций и отметили, что они имеют высокую водопроницаемость, к тому же, пространство между камнями со временем заполняется мелкодисперсным грунтом, что способствует росту растений, и, как следствие, укреплению сооружения корневой системой растений. Таким образом, габионы становятся естественной частью ландшафта и имеют длительный срок службы. Также они выяснили, что работы по сооружению берегоукрепления из габионно-сетчатых изделий включают в себя:

а) разработку и планировку берегового откоса.

б) укладка щебеночной или гравийной подложки толщиной 0,2...0,4 м;

в) раскладывание и соединение между собой сетчатых каркасов.

г) закрепление пустых коробов анкерами диаметром 16...19 мм, забиваемыми по углам коробов.

Учёные добавили, что широкое применение габионно-сетчатых изделий в качестве типа берего-

укрепления обусловлено универсальностью, долговечностью и малыми затратами на используемую технику. Благодаря разнообразию конструкций габионы могут применяться при больших углах заложения откоса и в сейсмоактивных районах [4].

Выс

v

7

Рис. 2. Матрацно-тюфячные габионно-сетчатые изделия [4]

Емузова Л.З. сделала вывод, что берегозащитные сооружения реки Нальчик находятся в полуразрушенном состоянии и морально устарели. Для защиты от эрозионной деятельности реки она предложила наряду с традиционными инженерными решениями, применять технологии с использованием габион-ных сооружений, характеризующиеся рядом ценных качеств, а именно: гибкостью, прочностью, проницаемость, долговечностью, экологичностью и эстетическим видом. Для получения максимального эффекта необходимо использовать современные, наиболее экологичные технологии берегоукреплений: гибких систем (габионов, георешеток, каменных набросок и т.д.) и биологических систем (восстановление растительности). Организовать постоянный контроль за состоянием защитной системы и установить границы водоохраной зоны реки, с последующим выведением хозяйственных объектов за их пределы [5].

Губайдуллин М.Г., Конюхов А.В. и Амбаров В.В. предложили способ берегоукрепления, который реализуем даже на Крайнем Севере. Данный способ характеризуется следующим образом. Срезают верхний слой покровных отложений, перемешивают их в смесителе с «тяжелой» нефтью, и осуществляют нагрев. Смесь укладывают обратно на поверхность отложений и уплотняют для получения слоя. При этом в смеси происходит необратимый процесс отверждения. Защитный слой дополнительно крепят к подстилающим грунтам анкерами. На поверхности слоя возводят снегозадерживающие обваловки. Полые анкера для крепления слоя к подстилающим грунтам изготавливают из отверждаемой смеси пылева-тых грунтов и «тяжелой» нефти. В полости анкеров размещают приемлемые для рекультивации вещества (донный ил, верховой торф, сфагнум), семена многолетних трав или саженцы растений. Снегозадерживающие обваловки размещают по периметру каждого из рекультивируемых участков и возводят их из термоокисленного грунта [6].

Купчикова Н.В. представила технико-экономические особенности исследования технологий бере-гоукрепления и благоустройства набережных реки Волги с помощью свай-оболочек, каменной наброски и шпунтовых ограждений. Также предоставлена запроектированная конструкция береговой одежды:

а) в подводной части берегоукрепления, где отсутствует воздействие ветровых и судовых волн, выполнена отсыпка щебёночной призмы фракции 70-120 мм с заложением откоса 1:1,5;

б) на внешний откос щебёночной призмы отсыпан камень крупностью 30-40 мм с заложением откоса 1:1,25;

в) на отсыпанную щебёночную призму устанавливали сборные железобетонные упоры У-2, а перед упорами укладывали матрасы Рено размерами 5,0х2,0х0,23 м;

г) на матрасы Рено устанавливали коробчатые габионы размером 2,0х1,0х0,5 м.

Также учёный отметила, что устройство гидротехнического сооружения, особенно каменной наброски, сопровождалось значительным увеличением расхода использованного щебня - на 1250 м3 по сравнению с запланированным в проекте и посоветовала объем каменного материала в наброске следует определять с учётом коэффициента запаса на уплотнение [7].

Кокорева K.A., Беляев Н.Д. и Ялышев А.И. провели статические расчёты двух вариантов берего-укрепления с помощью шпунтов одного дизайна, но из разных материалов. Первый вариант предполагает строительство берегоукрепительной шпунтовой стены из металлического шпунта Ларсена 4, второй -шпунтовой стены из композитного шпунта ШК-150. Оба варианта показали хорошие результаты по прочности и стабильности. Оба типа могут быть использованы для реконструкции защитных береговых строений, но для композитного шпунта необходима система якорного устройства, в отличие от металла, из-за более низких показателей жёсткости. Принимая во внимание экономическую целесообразность

технологии и производства работ по реконструкции окончательной версии устройства был изготовлен из металлического шпунта, как инновационная система анкерного требует демонтажа существующих анкеров, которые усложняют процесс строительных работ и будет приводят к значительным финансовым потерям [8].

Рис. 3. Сечение шпунта Ларсен 4 (слева) и сечение композитного шпунта ШК-150 (справа) [8]

Несмотря на это, работа демонстрирует возможность использования современных ультракомпозитных материалов, полученных с использованием пултрузионных технологий в гидротехническом строительстве. Этот шпунт по сравнению с металлическим имеет много преимуществ, таких как более низкая стоимость (в 2 раза), меньший вес, хорошая несущая способность (по сравнению с металлическими аналогами). Кроме того, нет никакой разницы в работе между композитным материалом и листовым металлом (требуется стандартное оборудование для свайного комплекса) [8].

Заключение

Все вышепредставленные способы берегоукрепления актуальны для искусственных водоёмов. Выбор того или иного способа должен быть обусловлен его экономическими характеристиками и характеристиками эффективности. Также следует обратить внимание на существующую материальную базу в регионе где собираются производить берегоукрепительные работы. Ещё, при выборе способа берегоукрепления, нужно учитывать потенциальную опасность водоёма для близлежащих зданий и рядом живущих людей. Особое внимание следует уделить последующему ремонту берегоукрепительных сооружений и рассчитать сколько бюджета уйдёт на их обслуживание, и оценить смогут ли муниципалитет или обслуживающая организация должным образом поддерживать удовлетворительное состояние конструкций.

Библиографический список

1. Прокопов А.Ю., Лебидко В.А. Выбор и обоснование методов берегоукрепления // Известия РГСУ. - 2015. - № 19. - С. 41-48.

2. Ким А.Б., Пиотрович А.А. Инновационная технология берегоукрепления для дорожных грунтовых сооружений // Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке. - 2015. - Т. 1. - №1. - С. 186189.

3. Вдовенко А.В., Митюнина Г.П., Мурашева А.А. К вопросу обустройства и защиты прибрежных территорий // Ученые заметки ТОГУ. - 2014. - Т. 5. - № 4. - С. 25-31.

4. Зыков М.А., Иванов В.А. Методы защиты иберегоукрепления подводных переходов магистральных трубопроводов // Современные наукоёмкие технологии. - 2015. - № 12. - С. 29-33.

5. Емузова Л.З. Оценка современного состояния защитной гидротехнической системы реки Нальчик // Вестник ВГУ, Серия: География. Геоэкология. - 2016. - № 2. - С. 50-55.

6. Губайдуллин М.Г., Конюхов А.В., Амбаров В.В. Способ укрепления морского берега при эксплуатации нефтегазовых объектов на Крайнем Севере // Нефтепромысловое дело. - 2013. - №4. - С. 45-47.

7. Купчикова Н.В. Технико-экономические особенности берегоукрепления набережной р. Волги сваями-оболочками, каменной наброской и строительства на намывных грунтах вдоль береговой зоны // Инженерно-строительный вестник Прикаспия. - 2014. - №1(7). - С. 88-94.

8. Кокорева К.А., Беляев Н.Д., Ялышев А.И. Шпунты из ультракомпозитных материалов в гидротехническом строительстве // Строительство уникальных зданий и сооружений. - 2015. - №4. - С. 163-172.

СОСКИН МИХАИЛ ИВАНОВИЧ - магистрант, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Россия.

ШУЛЕПОВА АНАСТАСИЯ ВАЛЕРЬЕВНА - магистрант, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Россия.