Инновационные технологии закрепления склонов горных и предгорных ландшафтов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Инновационные технологии закрепления склонов горных и предгорных ландшафтов

Цель работы - обзор инновационных технологий закрепления склонов горных и предгорных ландшафтов и оценка возможности их применения в различных геотехнических условиях. Природоохранное обустройство природных ландшафтов, охрана окружающей среды, рекультивация нарушенных земель на сегодня являются первостепенными задачами. Одно из основных инженерных мероприятий по стабилизации оползневых участков - механическое удержание деформированных земляных масс в равновесном состоянии и искусственное их закрепление с помощью подпорных стенок, откосных креплений, каменных контрбанкетов, свай-шпонок, а также за счет обжига глинистого грунта, посадки деревьев на склонах.

Важным направлением в практике создания противооползневых сооружений является разработка более экономичных и эффективных облегченных конструкций за счет использования проволочных анкеров при строительстве откосных креплений и подпорных сооружений. В работе рассматриваются четыре технических решения, направленных на предотвращение возникновения оползневых процессов, а именно: способы анкеровки оползневых склонов, закрепления горных склонов от оползней, в том числе с помощью сеточных анкеров, а также устройство для укрепления оползней на основе гибких свай в сейсмических зонах. Предложенные технические решения позволяют в значительной степени повысить устойчивость к оползанию откосных креплений при минимальных затратах, в максимальной степени использовать прочностные свойства металлов, из которых изготавливаются анкеры.

Интенсификация хозяйственной деятельности в связи с научно-техническим прогрессом стала причиной больших изменений, происходящих в природе, и в частности усиления эрозии земель различного назначения. Природоохранное обустройство природных ландшафтов, охрана окружающей среды, рекультивация нарушенных земель на сегодня являются первостепенными задачами.

Активизации этих процессов способствует хозяйственная деятельность человека: увеличение крутизны склонов и откосов при их подрезке дорогами и карьерами, снижение прочности пород при их переувлажнении и подтоплении каналами, водохранилищами [1, 2].

Инженерными мероприятиями по стабилизации оползневых участков являются механическое удержание деформированных земляных масс в равновесном состоянии и искусственное их закрепление применением подпорных стенок, откосных креплений, каменных контрбанкетов, свай-шпонок, посадкой деревьев на склонах.

В последние годы большое распространение получили габионные подпорные стенки и матрасы для закрепления откосов [3-5]. Наиболее распространенными являются коробчатые габионы, которые представляют собой объемные конструкции заводского изготовления, выполненные из металлической сетки двойного кручения с шестиугольными ячейками, разделенные на секции при помощи диафрагм. Применение таких массивных конструкций на больших площадях при закреплении склонов и на других звеньях горных и предгорных ландшафтов не всегда экономически оправданно [6, 7].

Важным направлением в практике создания противооползневых сооружений является разработка более экономичных и эффективных облегченных конструкций за счет использования проволочных анкеров при строительстве откосных креплений и подпорных сооружений.

Цель работы - обзор инновационных технологий закрепления склонов горных и предгорных ландшафтов и оценка возможности их применения в различных геотехнических условиях.

Материалы и методы. При анализе существующих инновационных технологий закрепления склонов горных и предгорных ландшафтов использовались аналитический, синтетический, сравнительный, логический и исторический методы. Информационную базу исследования составили материалы по техническим решениям закрепления оползневых склонов таких ученых, как В. М. Ивонин [8], Т. Ю. Хаширова [9], З. Г. Ламердонов [3], С. М. Васильев [10], Е. В. Кузнецов [11] и др.

Результаты и обсуждение. В работе рассматриваются технические решения, направленные на решение проблемы возникновения оползневых процессов, а именно: способы анкеровки оползневых склонов, закрепления горных склонов от оползней, в т. ч. с помощью сеточных анкеров, а также устройство для укрепления оползней в сейсмических зонах.

Более подробно проанализируем особенности реализации способа анкеровки оползневых склонов (рисунок 1). Данный способ осуществляется в следующей последовательности. В коренной породе отрываются котлованы, имеющие шахматное расположение в плане [12]. Далее ниже поверхности скольжения в котлован заглубляется на требуемую глубину раскрывающийся зонтиковый анкер, прикрепленный к тросу. Для заглубления раскрывающегося зонтикового анкера используются специальные механизмы. Заглубление зависит от мощности оползающего пласта и может достигать 10 м. Трос прикрепляется к сетке, уложенной на дно котлована. В котлован устанавливается дерево с корневой системой, которая крепко срастается с сеткой по мере роста. Раскрывающийся зонтиковый анкер состоит из лепестков, которые раскрываются в результате опускания колец, соединенных раскосами через шарниры при подъеме раскрывающегося анкера вверх. Ось установки троса совпадает с нормалью к поверхности рельефа или имеет небольшой угол отклонения. При такой установке даже при незначительном смещении оползня трос работает только на растяжение, и это позволяет в максимальной степени использовать его несущую способность.

Рисунок 1. Способ анкеровки оползневых склонов: а - поперечное сечение оползневого откоса, закрепленного сетками с анкерами (общий вид); б - оползневой откос, закрепленный сетками с анкерами (вид сверху); в - раскрывающийся анкер; г - трос с анкером, ось которого наклонена к нормали поверхности рельефа (поперечный разрез); 1 коренная порода; 2 котлован; 3 поверхности скольжения; 4 зонтиковый анкер; 5 трос; 6 обратная засыпка; 7 корневая система; 8 лепестки; 9 кольца; 10 раскосы; 11 шарниры к поверхности рельефа; 12 стеклоткань; 13 нормаль к поверхности рельефа; 14 поверхность рельефа; 15 обратная засыпка

Рассмотренный способ анкеровки оползневых склонов является экономически более выгодным, более долговечным и экологически безопасным в сравнении с существующими аналогичными техническими решениями, но имеет ограничения в применении в случае осуществления этого способа в сейсмически активных областях.

В связи с этим дальнейшие исследования позволили разработать способ закрепления горных склонов от оползней в сейсмических зонах [13], который осуществляется в следующей последовательности. Трос прикрепляется к сетке, которая уложена на дно траншей, имеющих поперечное расположение. Количество анкеров зависит от требуемой силы закрепления, которая может определяться в результате расчетов. Поперечно уложенные полосы соединяются между собой продольными перемычками, и образуется клеточное в плане крепление. В траншею засеивается трава с корневой системой, которая крепко срастается с сеткой по мере роста. В качестве сетки может использоваться плетеная металлическая либо другая сетка с высокими прочностными характеристиками.

Представленное техническое решение обладает такими же достоинствами, как и предыдущий способ, однако применение для закрепления травы снижает прочностные характеристики конструкции в целом в связи с низкой стрессоустойчивостью биологических систем к внешним агрессивным факторам среды.

Перспективным является способ, основывающийся на создании на оползневом склоне глубоких траншей с заглублением в несмещающийся грунт ниже поверхности скольжения поперек склону или возможному направлению оползня, при этом в траншеи вставляется сетка [14], выполненная в виде металлической плетеной сетки или сетки с двойным кручением в узлах. После этого траншеи заполняют грунтом методом обратной засыпки. Оптимальным плановым расположением глубоких траншей является шахматное. Ось траншеи совпадает с нормалью к поверхности рельефа или имеет небольшой угол отклонения.

Данное техническое решение обладает значительным запасом надежности, прочности, что обеспечивает безопасную работу всей конструкции в целом и отдельных ее элементов. Однако применение металлической сетки снижает срок эксплуатации в связи с возможной ее коррозией в результате воздействия факторов окружающей среды.

Как показывают проведенные исследования [15], в сейсмически активных зонах требуется использовать устройство для укрепления оползней, характеризующееся равномерным распределением нагрузок. Достигнуть данного эффекта можно, если на оползневом склоне в коренной породе пробурить глубокие отверстия с заглублением в несмещающийся грунт ниже поверхности скольжения поперек склону или возможному направлению оползня [16]. При этом в предварительно пробуренные глубокие отверстия с заглублением в несмещающийся грунт ниже поверхности скольжения вставляются гибкие сваи. Последние собираются предварительно и состоят из трех арматур с треугольным расположением в плане, на которые надеваются цельные или полые бетонные элементы, разделенные между собой мягкой прокладкой. Такое плановое расположение арматур в теле гибкой сваи обеспечивает работу двух из них на растяжение при любом возможном варианте изгиба гибкой сваи. На концах арматуры нарезана резьба, и бетонные элементы стягиваются с двух концов гибкой сваи болтами через металлический упорный элемент. К верхней части гибкой сваи прикреплен сеточный «фартук», имеющий в плане треугольную форму.

Рассматриваемое устройство для противооползневого укрепления склонов в сейсмических зонах [17] экономически более выгодно и при этом характеризуется более высокими показателями долговечности и надежности в сравнении с аналогичными техническими решениями. Деформация свай при сейсмических нагрузках компенсируется за счет использования сеточного «фартука», который способствует сохранению конструктивной целостности.

Основным фактором, сдерживающим широкое применение проволочных анкеров в практике, выступает отсутствие совершенных технологий их монтажа [18]. В связи с этим автором предлагается на основании проведенного теоретического анализа [19] использовать следующие технологии установки проволочных анкеров: с откапыванием ям, с помощью забивки направляющей штанги и двух и более ударных молотов.

Заключение

ландшафт предгорный технический

1. Перспективным является расширение области использования проволочных анкеров в природоохранном и водохозяйственном обустройстве природных ландшафтов.

2. Рассмотренные способы борьбы с оползневыми явлениями в предгорных районах являются перспективными и актуальными, при этом основной элемент, обеспечивающий надежную работу этих сооружений, проволочные анкеры.

3. Предложенные технические решения позволяют в значительной степени повысить устойчивость к оползанию откосных креплений при минимальных затратах, в максимальной степени использовать прочностные свойства металлов, из которых изготавливаются анкеры.

Список использованных источников

1. Geological Hazards / B. A. Bolt, W. L. Horn, G. A. Macdonald, R. F. Scott. - Rev. 2nd ed. - Springer, 1977. - 341 p.

2. Черноморец, С. С. Регенерация селевой массы / С. С. Черноморец // Защита народнохозяйственных объектов от воздействия селевых потоков: Междунар. науч. техн. конф., г. Пятигорск, 17-21 нояб. 2003 г. - Новочеркасск - Пятигорск, 2003. - Вып. 1. - С. 29-30.

3. Ламердонов, З. Г. Гибкие берегозащитные сооружения, адаптированные к морфологическим условиям рек / З. Г. Ламердонов. - Нальчик: КБГСХА, 2004. - 151 с.

4 Box, G. E. P. Transformations of the Independent Variables / G. E. P. Box, P. W. Tidwel // Technometrics. - 1962. - Vol. 4. - Р. 531-550.

5. Технические решения габионных конструкций: сборник типовых решений / ЗАО «Габионы Маккаферри СНГ». - М., 1996. - 32 с.

Размещено на Allbest.ru