Основные свойстваПрочность Прочность габионных сооружений обусловлена: - качеством металлической сетки двойного кручения, являющейся армирующим элементом конструкции; - сочетанием гибкости конструкции с прочностными структурными связями внутри нее, которые превращают конструкцию в единое целое; - возрастанием прочности с годами вследствие процесса естественной консолидации, в результате чего аккумулированные в габионах частицы грунта уплотняются и цементируют каменный материал; - способностью воспринимать значительные нагрузки без разрушения. Гибкость Гибкость обеспечивается наличием металлической сетки, позволяющей габионной структуре гибко реагировать и поглощать осадки грунта без потери прочности и разрушения сооружения. Водопроницаемость Водопроницаемость габионных конструкций обусловлена их пористой структурой. Благодаря этому свойству уменьшаются гидростатические нагрузки на сооружение, тем самым увеличивается устойчивость последнего; исключаются дополнительные затраты на устройство дренажных сооружений; фильтрация воды в теле габионной конструкции способствует быстрому росту растительности. Для защиты габионных сооружений от суффозии и кольматации и увеличения их срока службы на контактной поверхности габионов с грунтом создают обратные фильтры. В качестве обратных фильтров в последнее время широко используют геотекстильные материалы, которые отличаются высокой прочностью, долговечностью, прекрасными фильтрационными свойствами и меньшей стоимостью по сравнению с технически сложной и дорогостоящей укладкой традиционных обратных фильтров. В случае необходимости обеспечения водонепроницаемости сооружения и предотвращения фильтрации воды через его тело под габионы укладывают полимерную пленку, защищенную с обеих сторон слоями геотекстиля, либо пропитывают габионы горячей песчано-битумной мастикой. Долговечность Эксперименты и натурные наблюдения за работой габионных конструкций показывают, что, при условии правильного проектирования, их срок службы достаточно велик (экстремальные ситуации не рассматриваются). При этом с течением времени их прочность и устойчивость только увеличивается благодаря процессу консолидации габионных сооружений с грунтовой толщей, примыкающей к ним. Следует отметить, что срок службы оцинкованной металлической сетки во много раз превышает процесс консолидации габионов, поэтому даже нарушение сетки после консолидации не приводит к разрушению сооружения. Как показали наблюдения, крепление откосов конструкциями изготовленными из оцинкованной сетки двойного кручения с диаметром проволоки 3 мм, позволяет эксплуатировать Габионные сооружения до 30 лет без проведения ремонта, с учетом соблюдения природоохранных мероприятий. А срок службы стальной проволоки, покрытой гальфаном и пластиком, даже в достаточно агрессивной среде превышает 100 лет. Экологичность Благодаря своей высокой проницаемости и способности аккумулировать грунтовые частицы габионные сооружения поддерживают и способствуют развитию растительности, а использование их в береговой зоне - развитию подводной флоры и фауны. Поскольку процесс возведения габионных сооружений осуществляется в основном вручную, без применения тяжелой техники, он не наносит природной среде серьезного вреда. Благодаря беспрепятственной фильтрации воды через габионы, способствующей сохранению экологического баланса территории, возможно использование их при строительстве очистных сооружений. Прекрасно вписываясь в ландшафт, сливаясь с ним, они формируют выразительный и неповторимый пейзаж. Поэтому габионы широко применяются в ландшафтной архитектуре. Экономичность. Экономическая эффективность применения габионных конструкций объясняется следующими факторами: - низкая стоимость на строительные материалы; - применение менее дорогих материалов (геотекстиля) в качестве обратного фильтра; - отсутствие необходимости возведения специальных дренажных устройств; - меньший объем работ при подготовке основания под габионные сооружения, - меньшие затраты на заработную плату (труд высококвалифицированного персонала практически не используется); - использование обычной строительной техники при возведении сооружения; - снижение затрат по ремонту и эксплуатации сооружений. Как показали исследования, при использовании габионов экономия средств составляет от 10 до 50% по сравнению с традиционными способами (даже применение такого типа крепления как каменная наброска, которая считалась ранее наиболее экономически выгодной). При этом качество и долговечность габионных конструкций намного выше.
Технические решения габионных защитных сооружений берегов и русл рек, малых водотоков и водоемов
Рисунок 10 – Крепление берегов и русл рек, малых водотоков с защитой откосов от склоновой эрозии размыва.
Рисунок 11 – Защита береговых откосов подверженных русловой эрозии размыва нижней части.
Рисунок 12 – Защита береговых откосов от опасно высоких паводковых процессов.
Рисунок 13 – Защита береговых откосов относительно небольшой крутизне от опасно высоких паводковых процессов. Габаритные размеры габионов и необходимые размеры камня определяются в зависимости от скорости потока воды.
Рисунок 14 – Укрепления в виде поперечных шпор для защиты берега, снижения скорости потока, задержания наносов и формирования естественного ландшафта в русле и пойме.
Прочие сооружения и конструкции Лучшим и наиболее надежным способом защиты подводной части откоса служит покрытие его фашинным тюфяком, пригруженным слоем камня в 10-17 см. Тюфяк должен быть расположен по возможности горизонтально и быть такой ширины, чтобы нижняя часть его была обеспечена от подмыва. Если подводная часть берега имеет настолько крутой откос, что тюфяк силой своей тяжести держаться на нем не может и есть опасность его сползания, то до прикрытия тюфяком подводный откос берега выравнивают до полуторного путем укладки вдоль подошвы фашин с образованием достаточно пологого откоса (1:1%) до горизонта средне-низких меженных вод и уже тогда покрывают его тюфяком. Часть берегового откоса от последнего горизонта до горизонта самых высоких вод прежде всего срезают и планируют под определенный уклон – от полуторного до тройного в зависимости от характера грунта, из которого состоит берег. Для грунтов более слабых принимают более пологий откос. По спланированному откосу устраивают тот или другой тип покрытия в зависимости главным образом от величины весенних скоростей течения и мощности весеннего ледохода. Обычно покрытие это доводят до горизонта самого высокого весеннего ледохода с небольшим запасом по высоте, а выше лежащую часть откоса до бровки берега укрепляют более легким покрытием, о котором будет сказано ниже. При незначительном весеннем ледоходе покрытие делают в виде хворостяной выстилки или фашинных тюфяков с пригрузкой его камнем и с устройством по нему клеток из ивового хвороста в целях его прорастания. Иногда вместо тюфяка подкладывают солому или хворост, но рекомендовать такой тип нельзя, потому, что в случае плохого прорастания ивовых плетней и их гниения он скоро разрушается. При наличии на месте работ дешевого камня покрытие устраивают в виде одиночной каменной мостовой. Основанием для нее служит слой мелкого щебня толщиной в 16-20 см, утрамбованный тяжелыми трамбовками [1]. Если ледоход значителен, то от горизонта средне-низких меженних вод и до горизонта, несколько превышающего самый высокий уровень ледохода, откос берега обычно укрепляют двойной каменной мостовой толщиной до 45 см на слое щебня толщиной до 25 см. Этот тип особенно распространен на р. Волге. На Днепре распространен тот же тип, но с укладкой мостовой в плетневых клетках. Плетни делают из свежего ивового хвороста, причем стороны квадрата имеют от 1 до 2 м длины. На Нижнем Днепре распространен такой тип каменного покрытия: по спланированному откосу насыпают сначала мелкий камень слоем в 30 см, разравнивают его граблями, а потом поверх него тщательно укладывают крупный (размером ок. 25 см) камень слоем 25 см. Верхняя часть откоса, если она не защищена растительностью и подвергается разрушению от атмосферных вод, обычно защищают одерновкой. Дернины прибиваются к откосу каждая четырьмя спицами длиной 30 см. Дерновые работы должны производиться весной или осенью. Большое распространение получили два типа берегоукрепительных работ – фашинно-каменный и каменный. По первому типу подводная часть откоса защищалась от подмыва до средне-низкого уровня укладкою вдоль берега параллельно течению тяжелых фашин и заканчивалась бермою, укрепленною камнем. Выше бермы берег планировался откосом не круче двойного и укреплялся мостовой из крупного камня. В тех случаях, когда приходилось восстанавливать береговую линию до проектной трассы, в целях экономии пространство между берегом и одеждой из камня заполнялось насыпью из хряща. Второй тип – каменный – получил распространение там, где на месте камень был дешев [1]. В каналах главнейшей причиной, вызывающей разрушение откосов, является волнение, развиваемое проходящими пароходами и судами, и оно тем больше, чем больше скорость движения. При всем разнообразии типов строительные материалы можно разделить по преобладающему материалу на три класса: деревянные, каменные и смешанные из дерева и камня. Укрепление состоит из ряда отдельных свай, забитых в откос на уровне судоходного горизонта на расстоянии 0,80 м между осями. Позади них заложены две доски одна над другой, а непосредственно за ними посажены ивовые черенки. Вместо досок иногда кладут фашины, засыпают их землей, а образующуюся берму покрывают дерном. Этот тип годится лишь при постоянном горизонте воды в канале. Распространены укрепления из бетонных или железобетонных плит. распространены укрепления из бетонных или железобетонных плит. Укрепление состоит из плетневых заборов, забитых на уровне горизонта воды в канале. Иногда за этими заборами, в целях предохранения грунта от вымыва, укладывают фашины и присыпают их землей. Для более сильного типа укрепления берега плетневые заборы для большей устойчивости связаны с откосом плетневыми же анкерами. Загрузку за заборами делают из камня. Вместо плетней и кольев применяют сваи и пластины с притягиванием такой пластинной заборки к анкерным сваям посредством особых брусьев. При колебании горизонта воды в канале вместо пластинной заборки забивают шпунтовый ряд из досок с анкерами, а выше этой стенки откос защищают мостовой. Вместо мостовой укладывают также горизонтальными рядами хворост нормально к урезу воды. Следует отметить, что укрепление откосов каналов важно не только в том отношении, что придает ему устойчивость, но оно способствует также поддержанию в канале проектных глубин, всякое же разрушение откоса и сползание в русло канала продуктов обвала вызывает землечерпательные работы и стесняет судоходство, т. к. снаряды вместе с обслуживающими их судами занимают часть полезного сечения канала [1].
Примеры конструкций регуляционных сооружений из «живых» материалов Выстилка из ивовых прутьев – рут используется при осуществлении крепления откосов русел природоприближенных водотоков. Сразу же после устройства этой выстилки она в состоянии выдержать касательное напряжение до 50 Н/м2. внешне это крепление представляет собой ивовые маты, стянутые проволокой и закрепленные на откосе с помощью кольев. После второго периода вегетации, то есть примерно через 15 месяцев, такая выстилка уже сможет выдержать касательные напряжения в 150 Н/м2. Хворостяные клетки являются одними из самых давно употребляемых в гидротехнике конструкций креплений из живых строительных материалов. Применяя хворостяные клетки можно предупредить оползание и подмыв откосов, защитить их поверхность от эрозии. Конструктивно они представляют собой слоеную конструкцию из камней и каменной мелочи, отсыпанных как слоями, так и в плетеные клетки из хвороста, закрепленные ивовыми кольями. Камни заполняют при этом все пространство клеток, а сам массив из них делается таким образом, чтобы он как бы восстанавливал прежнее очертание откосов водотока. Каменная отсыпка с прорастающими кольями по традиции применяется в качестве защитной одежды. Колья выполняются из древесных пород: ивняк или верба. Разрастаясь, пуская ростки и корни, колья со временем образуют переплетающиеся клетки с мощной анкерующей корневой системой, которая чрезвычайно хорошо сопротивляется воздействию гидродинамических усилий со стороны потока. Это крепление сохраняет свою устойчивость даже при значительных осадках подстилающего грунта. Гибкое каменное крепление используется главным образом на горных водотоках, где в достаточных количествах имеется крупный постелистый камень. Эти камни в ряд укладываются в подножии откоса. В каждый из камней этого ряда вделана металлическая петля. Через петли всех камней ряда протягивается стальной трос, удерживающий их от выпадения в сторону. При подмыве одного из камней он дает осадку, но вызывает разрушения всех креплений. Над этим каменным рядом на откос укладывается выстилка из ивовых прутьев закрепленная к поверхности откоса с помощью тычков и оцинкованной проволоки. “Живая” тюфячная кладка. Быстро становится местом обитания сообщества микроорганизмов, одноклеточных водорослей, грибков – качество воды! Гидравлика – гашение энергии потока!! – большое касательное напряжение до 300 Н/м2. Поперечное сечение – трапеция или треугольник. Один торец – к берегу. При возведении ее тела в него послойно укладывают фашины и каменный заполнитель, укрепляя кладку кольями. Если нет камня, но есть песчаные или глинистые грунты, в теле тюфячной кладки предусматривают устройство одной или двух «бесконечных» продольных фашин, прошнуровывая их размещение в составе материала заполнителя. По гребню кладки, как и в предыдущем случае, забиваются ивовые тычки, которые прорастая, дополнительно скрепляют ТФ своей корневой системой, а также обеспечивают своим лиственным покровом весьма благоприятную для фауны среду обитания. Решетчатые конструкции с растительной арматурой. Для обеспечения устойчивости откосов, либо для восстановления последних после оползания. Конструктивно они представляют собой обычные деревянные решетки, которые укладываются на откосе и прикрепляются к поверхности последнего анкерами или дополнительной пригрузкой. Пространство клеток решетки обильно засаживается проросшими тычками ивы и др. при пологих склонах межклеточные пространства могут засеваться семенными многолетних трав. Рекомендуемый шаг элементов решетки не более 2х2м. Для улучшения работы такого решетчатого крепления рекомендуется хороший отвод из под него грунтовых вод путем устройства дренажей различных типов. Озелененные габионы. Преимущества – высокая технологичность производства работ по их устройству. Представляют собой решетчатые ящики, которые уложены слоями друг на друга и наполнены каменным и растительным материалом. Изготавливаются прямо на месте строительства из различных сеток (типа рабицы оцинк., синтетическ., стекловолокнистых и др.). Укладываются слой за слоем в конструкцию крепления с одновременным заполнением их щебнем с проросшими тычками. Побеги чтобы высовывались сквозь ячейки габионов на дневную поверхность – быстрее будут расти и корни! При достаточно крутых откосах габионы должны быть дополнительно заанкерены к основанию. Хорошо вписываются в ландшафт. Экологичны и долговечны. Живые дренажи предпочтительнее. Помимо своего основного назначения выполняют дополнительную функцию – место зарождения сообществ микроорганизмов очищающих воду. Траншея 30х30 или 40х40 см, внутрь укладывается фашина, связанная проволокой из живого материала (проросшие прутья и ветки). Фашина крепится ко дну и стенкам траншеи живыми кольями. Корни - прочность и доп. отвод воды. Дренажная траншея может быть более глубокой 50х50 или 70х70 см. В этом случае на ее дно сначала укладывается 1 или 2 мертвые фашины, которые в последующем служат дополнительной питательной основой для уложенной поверх них живой фашины и ее анкерных живых кольев. Преимущества – возможность устройства на увлажнены крутых горных склонах, возможность их трассировки по линии наибольшего падения уклона. Живые продольные дамбы. Для строительства такой природоприближенной конструкции используются колья из стволов и крупных веток местной древесной растительности, забиваемые в обход существующего биотопа. Образовавшийся забор из кольев обсыпают с двух сторон местным грунтом, создавая таким образом поперечное сечение дамбы. Верховой откос последней укрепляется для предупреждения возможных размывов фашинными тюфяками. На гребне дамбы высаживаются ивовые прутья – руты, которые через 15…20 лет становятся живой изгородью, которая еще надежней защищает биотоп от волновых явлений. Живая направляющая стенка. Стенки подобного типа строят в зонах, где водостоки имеют легко размываемые откосы из мелкопесчаных грунтов. Они могут также возводиться на ренатурируемых карьерах, в составе сооружений, имеющих рекреационное назначение. Обычно такая живая стенка состоит из двух рядов кольев, в промежуток между которыми укладывается и хорошо утрамбовываются ветки кустарниковых или хвойных растений. Для обеспечения устойчивости стенки, ограничивающие ее колья, попарно стягиваются проволочными закрутками. Гашение энергии потока достигается в этом сооружении за счет того, что струи воды и волны попадая в наполненное ветками внутреннее пространство стенки теряет свою скорость, раздрабливаются на еще более мелкие струйки и разрушаются. Ивовые ветки, забитые в это промежуточное пространство, через 1…2 года превращают эту преграду в еще более устойчивую изгородь.
|
