Захист земляного полотна від розмивів

Для захисту земляного полотна від дії атмосферних і паводкових вод, від розливів і інфільтрації води в ґрунт в першу чергу здійснюються планування всіх поверхонь земляного полотна, смуги відведення, берм, резервів, кавальєрів і інших. Для цього ці поверхні повинні бути вирівняні, мати достатні поперечні і повздовжні уклони для швидкого відтоку води від земляного полотна. При необхідності проводиться планування прилеглої до земляного полотна території, ліквідуються всі западини, ложбини без стоку, особливо на поверхні нестабільних схилів.

Правильно запроектовані заходи захисту від розмиву одночасно захищають від інфільтрації води в ґрунт.

Тип укріплення і вид захисту призначають в залежності від значимості і розмірів споруди, топографічних, кліматичних, ґрунтових і гідрологічних умов, наявності місцевих матеріалів, строків спорудження і інших факторів.

Укріплення зменшують або запобігають інфільтрації води в ґрунт, захищають земляне полотно від розмивів текучою водою і хвилями, захищають піщані укоси і обочини від вітрової ерозії.

Основними розрахунковими параметрами при проектуванні укріплень є швидкість течії поверхневої води v_р, глибина потоку h_в і висота хвилі з заданою і-ю забезпеченістю, % її неперевищення. В окремих випадках враховується навантаження від льоду.

Застосовують такі типи захисних і укріплюючих пристроїв, що відповідають сучасним вимогам і максимальній механізації робіт.

Штучний дерновий покрив (засів травою) – утворюється посівом насіння багаторічних злакових і бобових трав. Дерн здатний захистити поверхню земляного полотна від розмиву при v_р=1,5 м/с в залежності від глибини потоку і навіть захистити від дії хвиль висотою h_% ≤ 0,2 м.

Трав’яний покрив у 2 рази збільшує випаровування води з ґрунту за рахунок її транспірації – відбору води з ґрунту через корені рослин і випаровування її через стеблі і зелену масу (до 200-250 мм опадів за рік).

Окрім того, трав’яний покрив формує верхній шар ґрунту кореневою системою, захищає від водної і вітрової ерозії та інфільтрації, захищає від усадочних тріщин при дії сонця і вітру.

Якщо укоси складені перезволоженими пилуватими ґрунтами, в яких можуть розвиватись поверхневі спливи, то для їх попередження і утримання насіння на укосі до утворення кореневої системи посів трав проводиться в залізобетонних обрешітках.

Посів багаторічних трав зараз здійснюється способом гідропосіву з мульчуванням без використання родючої землі або механізованим способом посіву по шару родючої землі спеціальними сівалками.

Покриття укосів крупноуламковими ґрунтами застосовується там, де посів трав неможливий за ґрунтовими, кліматичними, технічними умовами або економічно не виправданий. Використовують в тих місцях де треба захистити від видування вітром. При відсутності крупноуламкових ґрунтів для покриття розвіюваних укосів можуть застосовуватись торфоґрунтові суміші або глинисті ґрунти.

Мощення з каменю в один або два шари на підготовці з дрібного щебеню потребує виключно ручної роботи і зараз застосовується дуже рідко при малих об’ємах робіт. Однак воно надійне і дозволяє укріплювати укоси і конуси мостів при v_р ≤ 2-5 м/с і h_% ≤ 1,5 м. Камінь розміром 15-20 см. Кладуть на шар підготовки. Більша грань перпендикулярно до поверхні.

Споруди з насипного каменю з розпушених слабо вивітримих скельних ґрунтів (гірничої маси) виконують у вигляді захисних призм (рис. 6.4) або інших форм (рис. 6.5, 6.6). Вони можуть складатися з одного або кількох шарів каменів різного розміру. Споруди, показані на рис. 6.4 і 6.5 застосовують при постійному підтопленні, а на рис. 6.8 – при періодичному підтопленні паводковими водами.

В матеріалі гірничої маси кількість уламків розрахункового розміру d_к повинна складати не менше 50% для забезпечення цілісності споруди.

Розмір d_к визначається, виходячи з вимог стійкості каменю на укосі при течії води вздовж берега при швидкості v_р або при дії хвиль з розрахунковою висотою h_і, або при сполученні цих дій.

При течії води:

,

де γ_р – розрахункова швидкість течії;

А – коефіцієнт, що враховує стійкість каменю на укосі (А=1 на ділянках крутих поворотів русла ріки радіусом до 300 м; А=1,15 – у всіх інших випадках);

g – прискорення сили тяжіння;

γ_к і γ_в – питома вага відповідно каменю і води;

α – кут нахилу поверхні укосу до горизонту.

Товщина захисного шару каменю а ≥ 3d_к, але не менше 1 м, а коли захисна споруда будується не одночасно з насипом, то не менше 3 м з технологічних вимог.

В менш відповідальних спорудах при v_р ≤ 4 м/с можна відсипати споруду з несортованої гірничої маси (без розрахунків d_к) вдвічі більшої ширини. Під дією паводкових вод і льодоходу відбудеться переформування каменів зі скупченням на укосі шару більш крупного каменю.

Маса розрахункового каменю m_к визначається за умовою його граничної рівноваги під дією хвиль:

,

де К_f – коефіцієнт форми елемента, при насипних спорудах з каменю К_f – 0,025;

ρ_m і ρ – щільність матеріалів каменю і води відповідно;

h_і% – висота хвилі і % забезпеченості;

λ – середня довжина хвилі.

В цьому випадку розрахунковий розмір каменю приблизно може бути визначений за виразом:

.

Товщина кожного шару споруди t, якщо вона багатошарова, може бути також приблизно визначена як:

,

де а = 2,0 – при багатошаровій, а = 2,5 – при одношаровій із сортованого каменю і а = 3,0 – при одношаровій споруді з несортованої гірничої маси;

d_шi – розрахунковий лінійний розмір каменю даного шару, приведений до кулі.

Для верхнього шару за умови недопущення волочення каменю водою при течії вздовж берега розмір d_шi повинен бути, окрім того, перевірений за виразом:

,

де v_р – в м/с.

Сортована гірнича маса повинна містити не більше 25% неповномірних каменів, несортована – більше 50% каменів розрахункового розміру.

Розміри рисберм і упорних призм визначаються, виходячи з вимог запобігання розмиву основи біля підошви укосу і сприйняття складової ваги розташованого вище масиву призми або насипного каменю.

Укріплення з насипного каменю економічно і технічно доцільні при v_р ≤ 1,5-5 м/с і h_і ≤ 1,5 м.

Для запобігання механічній суфозії дрібних часток ґрунту укосу в пори насипного каменю і розстроювання споруди з насипного каменю, вона вкладається на шар геотекстилю в гравійно-піщаній суміші, який виконує роль зворотного фільтру. Раніше в якості зворотного фільтру використовувався зернистий матеріал, гранулометричний склад якого підбирався так, щоб механічна суффозія була відсутня.

Камінний накид додатково перевіряється по вимозі

Якщо є геотекстиль і >0.30м, то на нього відсипають пісчану подушку товщиною не менше 20 см.

Габіонні споруди у вигляді коробчастих габіонів або матраців Рено (низьких габіонів) починають широко застосовуватись для утворення різних підтримуючих споруд і захисту від розмиву укосів підтоплюваних насипів, берегів, конусів і опор мостів (рис. 6.7-6.11).

Коробчасті габіони – це ящики прямокутної форми з відкидними кришками, виготовлені з металевої оцинкованої сітки, натягнутої на металевий каркас. Ящики заповнюються каменем, кришка закривається і прикріплюються до стінок дротом. В залежності від висоти ящика коробчасті габіони поділяються на високі (0,5-1,0 м) і низькі (висота 0,127-0,30 м – матраци Рено).

Габіони можуть бути поділені на чарунки (ячейки, соти) введенням діафрагм для зміцнення конструкції і полегшення будівництва і експлуатації габіонних споруд. Діафрагми мають такі ж характеристики, як і сітки габіона. Вони прикріплюються до рами основи габіона через 1 м при їх виготовленні.

При застосуванні габіонних споруд в особливо агресивному середовищі використовують габіони з поліхлорвініловим (ПХВ) покриттям (оцинкований дріт сітки покривається оболонкою з ПХВ товщиною 0,4-0,6 мм).

Для заповнення габіонів застосовують будь-який камінь, який відповідає вимогам до споруд з габіонів. Рекомендується використовувати матеріал з питомою вагою не менше 17 кН/м³ і пористістю n=0,3-0,4 (рис. 6.14), морозостійкий (марка за морозостійкістю вище МР 350), міцний, твердий і який не розмивається водою.

Для запобігання втрати каменю при експлуатації споруд з габіонів розмір каменю для їх заповнення повинен бути в 1,0-1,5 рази більшим розміру ланки сітки (рис. 6.13). при заповненні габіонів крупніші камені повинні вкладатися біля сітки, а дрібніші – всередині габіону.

Використання габіонних споруд більш економічно, а в ряді випадків і більш надійно, ніж традиційні способи захисту від розмивів, бо вони мають високий опір навантаженням, високу міцність армуючих елементів, стійкі до корозії, їх пористість і водопроникність забезпечує дренування зворотної засипки і тим самим виключає додаткові витрати на побудову дренажів, їх гнучкість дозволяє поглинати осідання ґрунту без руйнування споруди, прості в будівництві, потребують мінімальних витрат на підготовку основи, малі експлуатаційні витрати.

Габіонні споруди відповідають вимогам екології. Вони не перешкоджають росту рослинності і з часом стають частиною природного ландшафту.

Використання для захисного покриття підтоплюваних укосів насипів і річищ конструкцій з габіонів і матрасів Рено регулює течію води, дозволяє захиститися від ерозійних явищ, підвищує стабільність укосів і основи.

В залежності від об’єкту захисне облицювання (покриття) може вкладатися в суху і під водою. При цьому необхідно переконатися, що ґрунт споруди, яка захищається, достатньо стійкий і стабільний, а нахил його укосів не викличе сповзання покриття.

Елементи облицювання встановлюються на підтоплюваних укосах насипів, берегах каналів і рік поперек течії води. Однак при суцільному облицюванні на дно вкладають елементи покриття вздовж напряму течії води.

Бетонні і залізобетонні укріплення є конструкціями індустріального типу і широко застосовуються для захисту від дій хвиль.

Бетонні плити вкладені на укіс застосовуються при Найбільше застосування знайшли плити розміром 1,00*1,00*0,16м на підготовці з щебеню або гравію товщиною 0,1-0,2м (рис 6.18). Нормальні до урізу води відкриті шви рекомендуються робити врозбіжку. Розмір швів “b” приймається за розрахунком 0,01-0,02м в залежності від роботи зворотного фільтра.

Залізобетонні розрізні, з’єднані шарнірно плити розміром 2,50*3,00*(0,15-0,20)м на зворотному фільтрі застосовуються при .При необхідності ( ) вони омонолічуються по контуру в карти. При цьому використовуються плити тих же розмірів, але виготовлені з попередньо напруженого залізобетону. Плити з’єднуються між собою скрученими або звареними між собою стержнями арматури, спеціально забетонованими в плити. По краях плити роблять скоси для запобігання сколам бетону при взаємних поворотах плит. При омонолічувані плит ширини зазору становить 0,06-0,10м, а розміри карт досягають 20-30м. Під омонолічувані карти кладеться підготовка товщиною 10см з різнозернистого піску, гравію або щебеню. Шви між картами заповнюють пластичними матеріалами. Під шви вкладають підкладки бетонних блоків.

При використані плит за рис.6.19 під плитами повинен бути фільтр з різнозернистого матеріалу або геотекстилю.

При , криволінійних поверхнях укосів, очікуваному нерівномірному осіданні ґрунту під плитами і можливих навалах льоду товщиною до 1,0-1,5м застосовують покриття у виді гнучких залізобетонних плит(рис 6.20) і гнучких залізобетонних решіток. З’єднання робиться арматурою в оболонці з поліетилену. Покриття укладають від розрахункової відмітки верху укріплення до меженного рівня. В зоні меженного горизонту влаштовують опор у виді призми з каменю. В чашки решітчастих покрить насипають несортовану гірничу масу. Покриття виконують картами довжиною по фронту захисту до 200м.( )

Монолітні залізобетонні покриття (рис 6.21) застосовують при захисті великих площ поверхні, а також при можливості виконання робіт в суху, переважно теплу погоду і при достатній міцності ґрунту під покриттям, при криволінійних укосах. Окремі покриття досягають розмірів 30*40м. При відкрити швах при розмірах покриття до 8,0*8,0м під ним влаштовується суцільний зворотний фільтр. При більших розмірах покриття зворотний фільтр влаштовується тільки під швами, а під рештою площі покриття робиться підготовкою з шару втрамбованого в ґрунт щебеню товщиною 0,08-0,10м.

Монолітні покриття застосовують при .

При застосуванні всі розглянутих типах бетонних і залізобетонних покрить товщина плит визначається з вимог забезпечення, плит від спливання, зміщення і перекидання розрахунковою хвилею.

де - коефіцієнт запасу ( =1,3,1,10 залежно від категорії лінії)

-коефіцієнт, що враховує тип плити ( =1,0 при монолітних і =1,1 при збірних плитах, в тому числі і омонолічних)

- розмір плити, перпендикулярно урізу води, м

- питома вага матеріалу плити, ( =2,4-2,5 )

показник крутизни укосу.

З конструктивних міркувань >0,1.-0,12м.Укріплювані укоси насипів при підтоплені повинні мати 1:m не менше 1:2 з умови стійкості конструкції на укосі.

Для попередження суфозії мілких частин грунту захищаємого відкосу насипу з під покриття при хвильовій дії захисні покриття укладаються на спеціальну підготовку, яка виконує роль з’єднувального шару між грунтом і захисним покриттям і одночасно служить зворотнім фільтром. В якості матеріалу фільтру використовують щебенево-гравійні-пісчані грунти, а також геотекстильні матеріали, які укладаються на шар гравійно-пісчаного ґрунту.

По технічним думкам краще влаштовувати одношарові фільтри.

Проектування фільтру заключається в підборі гранулометричного складу матеріалу, виходячи з коефіцієнту його неоднорідності , а також відношення розміру частинок матеріалу фільтру з розмірами швів в конструкції плитного покриття, який би забезпечував не вимивання його з під покриття

- коефіцієнт неоднорідності;

- розміри зерен фільтру, менше яких по масі в матеріалі фільтру є 60 % і 10% відповідно, м;

B – ширина шва плитного покриття, м;

n – доля частин в процентах від маси, яка допускається до вимивання з верхнього шару підготовки, виходячи з допустимих розмірів покриття (для наскрізних покриттів із плит n )

- розміри зерен фільтру і частин ґрунту відкосу відповідно, менше яких по масі в матеріалі фільтру і грунту є 50 %;

- товщина фільтру, м.

Для визначення розмірів зерен і грунту використовують криві гранулометричного складу. Якщо умова не виконується то або збагачують цей матеріал або беруть новий. Крім того зараз використовують геотекстильні матеріали в якості зворотного фільтру. Основна вимога щоб коефіцієнт фільтрації геотекстилю в 100 раз перевищував коефіцієнт фільтрації ґрунту. Для попередження пошкодження геотекстилю він повинен розміщатись в пісчаному шарі товщиною не менше 10 см з коефіцієнтом фільтрації більше 0,5 м/добу.