ЦПИ 22/43

     Технические указания по применению габионов для усиления земляного полотна

УТВЕРЖДАЮ Заместитель руководителя Департамента пути и сооружений А.В.Бушин 30 декабря 1997 г.

Технические указания по применению габионов для усиления земляного полотна разработаны по заказу Департамента пути и сооружений МПС РФ кафедрой "Путь и путевое хозяйство" Московского Государственного университета путей сообщения (МИИТа) с использованием материалов ЗАО "Габионы Маккаферри СНГ".

В Указаниях приводятся рекомендации по сферам рационального применения различных габионных сооружений, выбору конструкций, проектированию и расчету поддерживающих, удерживающих сооружений и устройств по защите от размывов.

Технология работ по созданию различных габионных конструкций отработана и проверена на опытных объектах на Горьковской и Северо-Кавказской железных дорогах силами ПСК "Алькон" и АО "ИТМА КАПИТАЛ".

Указания предназначены для проектировщиков и работников организаций, занятых на капитальных работах по усилению и стабилизации эксплуатируемого земляного полотна.

ВВЕДЕНИЕ

Как известно, в настоящее время традиционными способами усиления эксплуатируемых железнодорожных насыпей и защиты от размывов земляного полотна являются устройство контрбанкетов из дренирующих грунтов и покрытия из бетонных и железобетонных плит (реже каменные наброски).

Контрбанкеты весьма надежны, однако этот способ усиления обладает рядом недостатков, которые вынуждают проектировщиков в современных условиях искать альтернативные решения. Основными недостатками являются: расход больших объемов дефицитных дренирующих грунтов, отвод значительных площадей культурных земель под основания контрбанкетов, необходимость в ряде случаев переноса различных коммуникаций, невозможность осуществления в стесненных условиях и главное необходимость удлинения водопропускных труб.

Защиты от размывов в виде плитных покрытий требуют значительных расходов дорогого железобетона, устройства специальных подготовок или обратных фильтров, и весьма уязвимы при воздействии волноприбоя. Каменные наброски более надежны, но также требуют устройства обратных фильтров и также уязвимы при ударах волн.

В том и другом случае альтернативой могут служить различные габионные структуры - сооружения и устройства из габионов и матрасов Рено /1/. Использование этих конструкций является более экономичным, а в ряде случаев и более надежным средством, чем традиционные способы по ряду причин. Наиболее важные из них следующие:

- высокая сопротивляемость нагрузкам, прочность армирующих элементов и лицевых граней;

- коррозийная устойчивость к воздействию воды и атмосферных явлений;

- проницаемость и пористость конструкций, которая обеспечивает дренирование обратной засыпки, что исключает дополнительные затраты на устройство дренажа;

- гибкость, которая позволяет габионной структуре поглощать осадки грунта без разрушения сооружения;

- простота строительства и минимальные объемы работ по подготовке основания (необходимо простое выравнивание поверхности);

- низкие эксплуатационные расходы.

Габионные сооружения отвечают требованиям экологии. Они не препятствуют росту растительности и с течением времени становятся частью естественного ландшафта.

Можно отметить, что в настоящее время габионные конструкции в России переживают свое второе рождение. Фирмой "ОФИЧИНЕ МАККАФЕРРИ" уже выполнен целый ряд работ в России по сооружению подпорных стен, берегоукреплений и других устройств из габионов (берегоукрепление Саратовского водохранилища, облицовка канала в Нижегородской области, устройство подпорной стены в г.Сочи и др.).

ПСК "Алькон" по проекту МИИТа осуществлено устройство армогрунтовой стены из габионов для усиления насыпи 1365 км Горьковской железной дороги.

Настоящие Указания разработаны в МИИТе д.т.н., проф. Виноградовым В.В. (руководитель темы), д.т.н., проф. Яковлевой Т.Г., к.т.н., доц. Фроловским Ю.К. (ответственный исполнитель), инженерами Анисимовой Н.Д., Виноградовой Г.А., Зайцевым А.А., Моргуненко В.И.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

     1.1. Общие сведения

Различные габионные структуры применяются свыше ста лет в области стабилизации грунтовых сооружений и защиты от эрозионных процессов любого рода. Аккумулируя в себе минеральные частицы грунта габионные сооружения приобретают еще большую прочность и становятся частью природного ландшафта.

Время полной консолидации конструкции в зависимости от климата и типа сооружения составляет от 1 до 5 лет. После завершения процесса консолидации габионное сооружение приобретает максимальную устойчивость и после этого срок его службы практически неограничен.

Габионные структуры относятся к классу гибких сооружений: они воспринимают возможные осадки грунта, реагируя на это незначительными прогибами. При этом разрушения самой габионной структуры не происходит и сооружение продолжает выполнять свое основное функциональное назначение.

Пористая структура габиона придает габионным конструкциям хорошие дренажные свойства, а высокая проницаемость защищает от возникновения гидростатических нагрузок. Исключен также разрыв связи грунтовых и поверхностных вод, поэтому практически исключается суффозия под подошвой берегоукрепительных сооружений.

Высокие дренажные свойства габионов позволяют в большинстве случаев строить подпорные стены без сопутствующего застенного дренажа, что удешевляет конструкцию. Кроме того, водопроницаемость габионов создает идеальные условия для появления на габионах растительности, подпитывая ее и стимулируя ее рост.

Многолетний опыт применения габионов "ОФИЧИНЕ МАККАФЕРРИ" показывает, что сооружения из них относятся к классу постоянных, они благоприятствуют со временем восстановлению состояния естественного равновесия в зоне их возведения, благодаря чему на сооружение воздействуют нагрузки меньшие, чем те, на которые они были рассчитаны первоначально.

Габионные структуры обладают высокими экологическими свойствами.

Конструкции из габионов более экономичны, чем традиционные жесткие или полужесткие конструкции: экономия средств при применении габионов составляет от 10 до 50% на один линейный метр; они требуют меньших затрат на эксплуатацию и ремонт.

Габионные структуры очень просты, для их сооружения не требуется квалифицированная рабочая сила. Объемы работ по подготовке основания минимальны (необходимо простое выравнивание поверхности). Не нужны дополнительные затраты на устройство дренажных систем. Не вызывают проблем климатические или сезонные условия, габионы могут устанавливаться как в сухом месте, так и в воде. Не нужна специальная техника, достаточно обычных средств строительной площадки.

     1.2. Классификация объектов, усиливаемых габионными конструкциями, и габионных структур

Классификация применения габионных структур приведена на рис.1.1.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ГАБИОННЫХ СТРУКТУР

Рис.1.1

Габионные структуры можно разделить на две большие группы:

- структуры, поддерживающие или удерживающие откосы насыпей или неустойчивые склоны, на которых размещено земляное полотно (первая группа);

- структуры, применяемые для защиты от размывов откосов насыпей и их оснований, защиты откосов от эрозии, защиты береговых устоев мостов и мостовых опор, для защиты от размывов берегов рек и морских берегов, вблизи которых размещается земляное полотно (вторая группа).

Все эти структуры, в основном, конструируются из габионов различных типов и матрасов Рено. Используется также геотекстиль и другие материалы (см. ниже, главу третью).

2. СФЕРЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ ГАБИОННЫХ СТРУКТУР

     2.1. Структурная схема сфер рационального применения габионных структур

Различные габионные структуры могут применяться как решения, альтернативные контрбанкетам из дренирующего грунта, устройство которых, как правило, требует удлинения водопропускных труб, а также защитам из бетонных и железобетонных плит и каменных набросок.

На рис.2.1 представлена структурная схема сфер рационального применения габионных сооружений, где приводятся основные причины, по которым в том или ином случае целесообразно использовать габионные структуры.

СФЕРА РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ ГАБИОННЫХ СТРУКТУР

Рис.2.1

     2.2. Указания по использованию структурной схемы

При выборе решения, альтернативного устройству контрбанкета или защит от размывов в виде бетонных или железобетонных плит и каменных набросок, необходимо обратиться к структурной схеме рис.2.1.

Основным приоритетом рассмотрения альтернативного контрбанкету решения в виде применения габионных стен или стен системы Террамеш (см. рис.1.1) является нецелесообразность удлинения водопропускной трубы. Исключительным приоритетом являются стесненные условия, при которых возведение контрбанкета вообще невозможно.

В ряде случаев при сооружении контрбанкетов требуется вынос на значительном протяжении различных коммуникаций (кабелей, линий связи, электропередач и пр.), что делает этот вариант усиления неконкурентоспособным даже в том случае, если контрбанкет с удлинением трубы и габионная стена экономически равноценны.

В остальных случаях принятие проектного решения основывается исключительно на экономической целесообразности.

При принятии проектного решения для защиты от размывов основную роль играет экономическая целесообразность. Однако, если требуется в обязательном порядке обеспечить отсутствие неравномерных осадок оснований или размывов оснований, а также устройство сложных обратных фильтров, предпочтение следует отдать габионным структурам.

3. ХАРАКТЕРИСТИКА ГАБИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ (СТРУКТУР)

     3.1. Конструкции габионов

Конструктивно габион представляет из себя проволочный остов заполненный камнем. По форме остова габионы делятся на коробчатые (рис.3.1) и цилиндрические (рис.3.2).

КОРОБЧАТЫЕ ГАБИОНЫ

а - габионы без диафрагмы

б - габионы с диафрагмой

в - матрасы Рено

Рис.3.1

ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ГАБИОНЫ

Рис.3.2

Коробчатые габионы - это ящики прямоугольные формы с откидными крышками, изготовленными из металлической оцинкованной сетки, имеющей шестигранные звенья с двойным кручением (рис.3.3). Ящики заполняются камнем, крышка закрывается и прикрепляется к стенкам проволокой. В зависимости от высоты ящика коробчатые габионы подразделяются на высокие (высота от 0,5 до 1,0 м) и низкие (высота от 0,17 до 0,30 м - матрасы Рено).

СЕТКА ДВОЙНОГО КРУЧЕНИЯ

1. Металлическая проволока. 2. Проволока кромки. 3. С двойным кручением. 4. Ось кручения

Рис.3.3

Габионы могут быть разделены на ячейки посредством введения диафрагм, которые служат для упрочнения конструкции и облегчения работ по устройству и эксплуатации габионных сооружений. Диафрагмы имеют такие же характеристики, что и сетка, из которой состоит габион. Они крепятся к раме основания габионов с шагом 1,0 м во время изготовления их на предприятии.

Спецификации коробчатых габионов приведены в Приложении 1 (табл.П.1.1-П.1.3).

Цилиндрические габионы имеют проволочный остов в виде цилиндра, который состоит из единого рулона сетки, открытого с одной стороны (мешкообразный габион) или вдоль одного бока. Они изготавливаются из оцинкованной проволочной сетки двойного кручения. Характеристики звена, проволоки, оцинкования, пластификации такие же как для коробчатых габионов.

Спецификация цилиндрических габионов приведены в Приложении 1 (табл.П.1.4.).

Проволока, используемая для изготовления габионов, имеет цинковое покрытие плотностью 0,240...290 кг/м (табл.3.1), предел прочности 380...500 МПа, и ее относительное удлинение составляет менее 12%.

Таблица 3.1

     
Плотность цинкового покрытия проволоки