 |
Зарубежный опыт эксплуатации откосоукрепительных сооружений на автомобильных дорогах
|
|
|
|
В разных странах проводят примерно однотипные мероприятия по укреплению откосов автомобильных дорог, которые включают: живые посадки; хворостяные и сипайные укрепления; облицовку камней; наброску из фигурных блоков; возведение габионов, молов и асфальто-железобетонных конструкций в сборном или монолитном исполнении.
За последние десятилетия во Франции, США, Японии, ФРГ и других странах мира в откосах используется насыпной армированный грунт [ 7, 23]. Основными типами облицовки подпорных стен являются сборные железобетонные плиты и металлические волнистые листы (рис. 31). Наружную железобетонную облицовку собирают из плоских плит одного размера, шарнирно соединенных между собой. При этом заделку стыков раствором не производят, наружную металлическую облицовку изготавливают из горизонтальных профилей эллиптического сечения.
В качестве армирующих элементов служат гибкие металлические полосы, канаты, сетки, решетки, обладающие достаточным коэффициентом трения с грунтом и хорошо работающие на растяжение. Армирующие элементы жестко крепятся к конструкциям облицовки в перпендикулярном направлении, далее на них отсыпается послойно грунт на всю высоту откоса.
Рис. 31. Насыпной армированный грунт:
а-облицовка подпорной стенки железобетонными плитами; б-то же, металлическими волнистыми листами;
1-железобетонная плита; 2-армирующие элементы; 3-насыпной грунт; 4-металлический волнистый лист
В ФРГ, Франции, США и ряде других стран для защиты откосов от воздействия атмосферных осадков и ветра широко используют износостойкий материал из беспорядочно переплетенных невытянутых нейлоновых нитей, получивший название Enkamat [ 24, 25]. Защитный слой из этого материала укладывают слоем толщиной 7-22 мм. Материал с нанесенным на него растительным грунтом был успешно использован для укрепления откоса крутизной 70° из глинистых грунтов. В течение года откос стабилизировался и зарос травой. Практика показала возможность использования этого материала для укрепления водоотводных канав от размыва [ 26].
|
|
|
Бетонные блоки с замковым соединением используются при укреплении откосов в Нидерландах, Англии и США.
Типовые блоки представляют собой квадратные плиты с замковыми соединениями типа "корабельное (судовое) перекрытие". Эти соединения обеспечивают механические зацепления двух соседних блоков (рис. 32).
Покрытия из асфальтобетонных матов широко распространены в США [ 27]. Сначала маты изготовляли путем пропитки битумом основы из джута, конопли или пеньки. Пропитанную таким образом арматуру размещали внутри слоя из мелкозернистого асфальтобетона толщиной 2,5 см. В настоящее время для облицовки откосов применяют заранее заготовляемые тонкослойные покрытия из очищенного или окисленного битума толщиной 4-8 мм. Для армированных матов стали использовать основу из стеклянного волокна, джута, реже - асбестовый картон и алюминиевую жесть. Созданные в последние годы синтетические текстильные материалы широко применяют для изготовления гибких асфальтобетонных матов с помощью пропитки или обработки такой основы вязким битумом.
Рис. 32. Защитные покрытия из замковых бетонных блоков:
а, б - схемы расположения откосов;
1 - блок типа "судовое перекрытие"; 2 - тканевый фильтр из пластического материала; 3 - блок типа "шип и паз"
В США предложена конструкция асфальтобетонных матов, которые имеют толщину 13 мм, ширину 0,75-1 м и длину около 7,5 м. Такой лист состоит из армированного или неармированного асфальтобетонного ядра, помещенного между двумя слоями пропитанного битумом синтетического войлока. Кроме того, лист имеет водонепроницаемый защитный наружный слой. Маты такой конструкции укладывают на подготовленную и обработанную стерилизующими веществами поверхность откоса. Листы соединяют внахлест на 7,5 см. Швы заделывают мастикой или цементным раствором. Возможны варианты многослойных матов.
|
|
|
В США используют также тончайшие асфальтобетонные покрытия в виде оболочек-мембран. Тонкие покрытия из асфальтобетона остаются устойчивыми на откосах даже при крутизне 1:1,75. Оболочки-мембраны защищают слоем грунта толщиной не менее 0,3 м или грунтом, обработанным битумом, галькой и щебнем.
В США, Италии, Франции для укрепления подтапливаемых откосов, в основном, использовали грунты, обработанные вяжущими материалами, вместо бетонных конструкций. В США широко используется цементогрунт, который американские специалисты подразделяют на два основных типа: стандартный и пластичный. Стандартный цементогрунт близок к дорожному, пластичный цементогрунт содержит большее количество вода и цемента, чем стандартный.
В США применяется способ укрепления крутых откосов нейлоновыми матами, заполненными цементным раствором.
Вариантом откосоукрепительного сооружения является покрытие в виде тюфяка, укладываемого на защищаемый откос секциями и заполняемого бетоном, приготовленным на мелком заполнителе, или цементным раствором. Тюфяки изготовляют из нейлона, не подверженного гниению. Такая конструкция укрепления откоса была разработана в Нидерландах, а затем применялась в США [ 25]. Толщина тюфяка составляет 8-30 см. Ткань пропускает лишнюю воду при укладке бетонной смеси или цементного раствора и задерживает частицы цемента и заполнителя. Благодаря этому бетон при твердении имеет свойства, аналогичные свойствам бетона с низким водоцементным отношением: быстро твердеет, приобретает высокие прочность и плотность.
Одним из преимуществ этой конструкции укрепления откосов является то, что на неровной поверхности тюфяков оседает илистый грунт, который способствует прорастанию растительности. Корневая система растений дополнительно укрепляет тюфяки на откосе.
В шт.Луизиана (США) применены два метода защиты откосов.
|
|
|
В первом методе использовали гибкую открытую облицовку, состоящую из ячеистых бетонных блоков с тальковой верхушкой на пластиковой фильтровальной ткали (рис. 33).
Рис. 33. Блок gobi на фильтровальной ткани:
а-общий вид гобимата; б-блок GOBI;
1-каменная верхушка; 2-фильтровальная ткань
Ткань шириной 18 футов крепится двумя 10-дюймовыми трубами Лонгарда.
Второй метод заключался в применении труб Лонгарда, заполненных песком.
При укреплении дороги в окрестностях Нью-Йорка была использована синтетическая ткань Hold / GRO, в структуру которой входят тонкие полоски бумаги, быстро разлагающиеся под воздействием природных факторов. Синтетическая ткань защищает грунт от размыва, отводит поверхностную воду и удерживает уложенный на откосе слой мульчи. Кроме того, ткань уменьшает объем седиментационных отложений на откосе при разливе реки.
В штатах Алабама, Арканзас и Миссури, начиная с 1983 г., проводятся опытные работы по укреплению откосов насыпей на подходах к мостам инъецированием жидкого раствора извести или известково-зольного шлама.
В отличив от цементации грунта при инъецировании расход раствора, нагнетаемого в грунт при помощи механических или гидравлических иньекторов, больше. Оборудование для инъецирования включает трейлер, на котором смонтирована емкость для шлама вместимостью 7,5 тыс.л. с механической мешалкой, насос и три инъектора.
Для борьбы с эрозией фирма " Enka Geomatrix Sistems "выпускает объемные ячеистые панели, изготовленные из нетканых полиэфирных материалов, отличающиеся легкостью, износостойкостью и простотой установки. Ими можно облицовывать и укреплять откосы искусственных сооружений, дамбы, берега водоемов.
В США для укрепления откосов дорог применяются треугольные бетонные блоки aru, объединенные в гладкое покрытие [ 28, 29]. Защитный комплекс состоит из двух частей: прочных бетонных блоков aru и нижнего слоя из геотекстиля. Под действием массы блоков, имениях форму равностороннего треугольника со стороной длиной 37,5 см и толщиной 15 см, полотнище геотекстиля удерживается на месте. Соединительные элементы объединяют треугольные блоки, придают гибкость покрытию, позволяя блокам смещаться относительно друг друга.
|
|
|
Соединительные элементы (массой 16 кг) изготавливаются из бетона и в поперечном сечении имеют форму гантелей. Длина соединительного элемента 21,11 см, ширина стержня элемента поверху 7,5 см, диаметр утолщений на концах элемента 8,8 см. Соединительный элемент толщиной 10 см сужается к низу, так что ширина стержня в нижней части элемента на 2,5 см меньше, чем сверху. Соединительные элементы вставляют в круглые углубления, выполненные на трех сторонах соседних блоков. Такое соединение обеспечивает подвижность блоков.
Для стабилизации откосов автомобильной дороги в шт. Колорадо (США) использованы блоки из полистирола массой 36,5 кг, которые легко распиливаются (рис. 34).
Блоки из полистирола также применяли для стабилизации мостовых переходов [ 29]. Конструкцию с блоками из полистирола приняли взамен обычной конструкции крепления с применением геотекстиля и жесткой подпорной стенки. Для отведения поверхностных вод от блоков полистирола в процессе таяния снега предусмотрены четыре системы гидроизоляции и дренажа. Две из них расположены над слоем блоков, две другие - ниже этих блоков. Верхняя основная система гидроизоляции представляет собой слой бетона толщиной 15 см, армированный стальной сеткой. Срок службы таких блоков не менее 30 лет.
Рис. 34. Укрепление откосов из блоков полистирола:
а-общий вид; б-облегченный блок полистирола;
1-дорога; 2-кирпичная кладка из блоков полистирола; 3-бетонная гидроизоляция
В США для армирования грунта откосов опытного участка дорожной насыпи протяженностью 128 м применяли волокна из синтетического материала тексол, которые перемешивали с грунтом с образованием композитного материала.
Использование этого материала позволило принять более крутые откосы. Наружный откос заложен под углом 65°, внутренний 73° при высоте насыпи 5,5 м. Ширина усиленного волокном участка по основанию составляет 0,9-1,8 м.
В Великобритании для защиты откосов дорог от размыва применяются:
хворостяные укрепления (переплетение кольев) - для формирования противоэрозионной системы на месте;
резиновые шины (рис. 35) - из одного или двух рядов шин формируют колонны, забивают для устойчивости по их центру колья, затем шины заполняют подходящим местным материалом и в рядах соединяют неразлагаемым в естественной среде материалом;
распыляемые покрытия - их получают разбрызгиванием бетонных смесей или засевом трав;
"катаный" бетон - бетонная смесь распределяется на специальные щиты, уложенные на сухую поверхность откоса, и уплотняется виброкатками.
|
|
|
В Великобритании для строительства подпорных стенок широко используются изношенные автомобильные шины [ 30].
Конструкция подпорных стенок состоит из облицовочных шин, уложенных в ряд и прочно связанных друг с другом, и шин, выполняющих роль анкеров, соединенных с облицовочными шинами прочной лентой Paraweb. Анкерные шины располагали на расстоянии 3 м от облицовочных шин (между центрами). Внутреннее пространство шин заполняли песком. Каждый ряд шин смещали относительно нижнего на половину диаметра шины. Поверхности облицовочных шин придавали уклон 1:0,7 (рис. 36).
Рис. 35. Укрепление откосов автомобильными покрышками:
а-ковер из резиновых шин и их анкеровка на откосе дорог; б-стойки из покрышек, используемые как подпорная стенка
Рис. 36. Подпорная стенка из изношенных шин:
1-облицовочные шины; 2-анкерные шины; 3-песок; 4-дорога
Анализ эффективности подпорной стенки из изношенных шин показал их экономичность (в 10 раз дешевле и в 9 раз менее трудоемки, чем традиционная стенка из армированного грунта). Подпорные стенки из изношенных автомобильных шин можно строить и без анкерных шин.
Рис. 37. Укрепление скального откоса бермы, используемой для строительства местной дороги:
1-анкерная опора; 2-дренажные скважины; 3-анкер; 4-выравнивающий слой из бетона; 5-скальные иглы; 6-набрызг бетона по стальной сетке
Рис. 38. Комбинированная система из анкеров и ряда свай:
1-берма; 2-облицовка; 3-плиты размером 5,7 ´26 м: 4-дополнительный анкер; 5-пористый бетон; 6-насадка; 7-резервная полоса; 8-грунтовый анкер; 9-слой торкретирования бетоном; 10-сваи; 11-массив грунта слоистого строения; 12-колодец
В некоторых случаях (рис. 37, 38) для предохранения поверхности откосов выемки в неустойчивых скальных породах применяют легкие решетчатые одевающие стенки [ 31] или торкретирование поверхности откоса бетоном [ 32, 33].
Для озеленения подпорных и одевающих стенок используют конструкции с отверстиями, которые засылают гравелистым грунтом с примеоью пылевато-глинистых частиц с последующей присыпкой слоя растительного грунта [ 34, 35]. Вид растений выбирают с учетом требований ландшафтной архитектуры, климата, рельефа, экспозиции склона, загазованности воздуха и конструкции сооружения.
Фирма MMG Civil Engineering Systems Ltd (Англия) для укрепления откоса автомобильной дороги А II вдоль р.Тет использовала бетонные рамки марки Armoplex, связанные между собой проволокой в единую гибкую систему. Более 1 тыс.м2 береговых откосов было закрыто такими рамками и более 5 тыс.м2 - водонепроницаемой мембраной марки Nicotorp 100 hd. На гладкую поверхность мембраны уложили материал марки Armater с сотовыми ячейками глубиной 10 см. Соты засыпали растительным грунтом с последующим высевом семян трав.
На дорогах ФРГ для укрепления откосов применяют фильтрующий геотекстиль На Те тип 02214. Полотнища геотекстиля шириной 5 м укладывали на откос с помощью специальной машины, затем сшивали между собой. Поверх геотекстиля устраивали слой каменной наброски толщиной 40 см. Геотекстилем был заменен слой обратного фильтра из гравия толщиной 30-40 см.
Фирмой "Генрих Ольгманс" разработан способ укрепления откосов синтетическими матами в комбинации с травосеянием [ 36]. Вначале укрепляемый откос планируют и засевают травами, имеющими длинные корни. Затем на него укладывают не подверженные гниению эластичные синтетические маты с шероховатой поверхностью, обеспечивающей лучшее сцепление с грунтом. Маты шириной 5 м, толщиной 2 см доставляют на строительство в рулонах. Расстеленные маты дополнительно закрепляют скобами длиной по 20 см (4-5 скоб на площади 1 м2), которые через некоторое время разлагаются и не служат помехой при последующих покосах трав. Расстеленные маты покрывают слоем растительного грунта, по которому осуществляют посев трав.
Травы могут свободно развиваться, надежно скрепляя корнями верхние слои почвы. Таким образом, синтетические маты защищают грунтовое основание от размыва и закрепляют нанесенный поверх них растительный слой.
На одной из курортных дорог Югославии откосы земляного полотна в мергелистых грунтах укрепили предварительно изготовленными бетонными брусьями сечением 30 ´ 37 см и длиной, равной высоте откоса (18 м). Брусья, расположенные через 2,5 м по длине откоса, закрепили анкерами в грунте. Пространство между брусьями заполнили слоем торкрет-бетона толщиной 18 см после предварительного армирования. Для улучшения внешнего вида стенки по высоте откоса были подвешены желоба, в которые высажены растения, частично закрывшие участки торкретирования.
В Ливане для укрепления откосов автомагистрали Хамат-Хери устроена подпорная стенка из армированного грунта, а на скальном обрыве применено анкерное крепление.
В Австрии и Индии неустойчивые откосы закрепляют посадкой растительности.
Решетчатые конструкции широко применяют в некоторых странах, в частности, в Японии для укрепления откосов из глинистых грунтов, склонных к набуханию при увлажнении, а также в Болгарии при укреплении откосов глубоких выемок.
За рубежом для укрепления откосов широко практикуются молы. В районах, открытых для воздействия волн, молы представляют собой сооружения из каменной наброски. В тех же районах, где указанные воздействия не столь значительны, используются как стальные ячейки, так и кессоны из бетона.
Рис. 39. Укрепление откосов молами:
а-каменно-асфальтовая смесь; б-откос, укрепленный тетраподами; в-то же, из трибаров массой 18 т
Каменно-асфальтовую смесь для молов приготавливают методом двойного замеса. При этом сначала в камерах горячего смешения получали традиционную асфальтобетонную смесь, а затем смешивали ее с предварительно высушенными и прошедшими термическую обработку камнями (для крупных проектов).
Различные конструкции молов из тетраподов и трибаров показаны на рис. 39.
|
|
|
