7.5. Строительство противооползневых сооружений

Комплексные противооползневые мероприятия. Принцип использования комплексных решений для борьбы с оползневыми явлениями на автомобильных дорогах является, как показала практика, единственно возможным для достижения положительного результата. Разработка проектных решений в виде комплекса противооползневых мероприятий основана на тщательном изучении результатов инженерно-геологических изысканий и данных оценки устойчивости склонов и откосов в рамках рассмотренных расчётных схем. Комплекс мероприятий проектируют и осуществляют с целью устранения или недопущения развития оползневых процессов и направлен он против основной причины и сопутствующих факторов, которые в той или иной степени влияют на развитие оползней в каждом конкретном случае. Комплекс включает следующие мероприятия: конструктивные, технологические и эксплуатационные.

К конструктивным относятся решения по регулированию подземного и поверхностного стока (дренажи, водоотводные канавы), укреплению склонов и откосов; удерживающие противооползневые сооружения в виде подпорных стенок, буронабивных или забивных свай, анкерных затяжек, контрфорсов, контрбанкетов, армогрунтовых композиций.

Технологические мероприятия включают общую и частные технологии, последовательность их использования и оснащение необходимой техникой.

Эксплуатационные мероприятия включают профилактические и ремонтные работы для обеспечения нормального функционирования участка автомобильной дороги в пределах оползневого склона и прежде всего дренажных и водоотводных сооружений, а также удерживающих конструкций.

Базой создания комплекса противооползневых мероприятий являются инженерные конструкции различного назначения. Вариантное проектирование комплекса осуществляют с учётом следующих требований: вариант должен быть экономичным и не вызывать сомнений в возможности реализации предлагаемых конструктивных решений имеющимися у строительной организации технологическим оборудованием и материалами; производство работ по комплексу противооползневых мероприятий не должно сдерживать или влиять на общий темп строительства или реконструкции дороги. Комплекс противооползневых мероприятий должен обязательно учитывать региональные инженерно-геологические условия строительства и выбранный принцип проектирования, то есть характер расположения земляного полотна на инженерно-геологических элементах рельефа. Наконец, в комплексе проектных решений необходимо предусматривать также и временные мероприятия для обеспечения безопасного ведения земляных работ и предотвращения возникновения оползневых деформаций во время строительства. Каждый вариант комплекса противооползневых мероприятий с учётом рассмотренных соображений должен включать общий принцип борьбы с оползневыми явлениями на конкретном участке проектируемой дороги и частные решения в соответствии с конкретными условиями строительства и региональными инженерно-геологическими особенностями территории.

Если подобные условия в сочетании с инженерно-геологическими особенностями многократно повторяются по всей трассе, целесообразно разрабатывать комплекс из типовых решений для данных условий, привязка которых осуществляется к каждой из индивидуальных конструкций земляного полотна в пределах сферы его взаимодействия с геологической средой.

Когда встречаются специфические условия по сравнению с типичными, например, проложение трассы по активному оползневому склону, возникает необходимость разработки индивидуального для данного участка комплекса противооползневых мероприятий, который может существенно отличаться от применённых ранее решений на данной дороге по номенклатуре конструкций, их мощности, стадийности и технологии их осуществления.

В зависимости от характера строительства (новая дорога, реконструкция существующей, ликвидация последствий оползневых явлений на эксплуатируемых дорогах) в комплексе противооползневых мероприятий должны быть учтены особенности, которые помимо инженерно-геологических условий диктуются технологическими возможностями осуществления и задачами охраны и зашиты окружающей среды.

Практика показала, что при разработке и назначении комплекса противооползневых мероприятий встречаются два различных принципиальных подхода. Первый из них характерен и целесообразен, как правило, для таких условий, когда по экономическим или административным соображениям трасса дороги прокладывается по кратчайшему расстоянию, резко сечёт рельеф (лобовое сечение). Конструкции земляного полотна приходится располагать в глубоких выемках или высоких насыпях. Комплекс мероприятий в таких случаях, как правило, не содержит удерживающих конструкций, а предусматривает системные решения по регулированию поверхностного и подземного стока, назначение рациональной, но устойчивой конфигурации откосов насыпей и выемок, специальные конструкции по регулированию активной зоны в поверхностных слоях откосов, защиту их от эрозии.

Второй подход в наибольшей степени соответствует условиям проложения трассы по склонам. В этом случае практически невозможно обойтись без использования удерживающих конструкций различного назначения в сочетании с регулированием подземного и поверхностного стока, планировочными работами на склонах, зашитой от выветривания, эрозии и абразии.

В рамках каждого из рассмотренных подходов к выбору и назначению комплекса противооползневых мероприятий необходима разработка нескольких конкурентно-способных вариантов с целью обоснования оптимального решения, удовлетворяющего всем требованиям, предъявляемым к комплексу, в том числе региональным особенностям и условиям проложения трассы автомобильной дороги. При этом ни в коей степени недопустим автоматический перенос таких решений из одного региона на другой.

Кроме того, при проектировании комплекса противооползневых мероприятий необходимо учитывать не только степень сложности инженерно-геологических условий, но и степень их изученности, что во многих случаях имеет определяющее значение для использования некоторых видов противооползневых конструкций. Так например, отдельные типы дренажных конструкций в качестве единственных и основных решений целесообразны только при хорошо изученных гидрогеологических условиях и при наличии выдержанных уровней подземных вод, иначе эффективность дренажей может быть значительно ниже ожидаемой, что снизит противооползневый эффект всего комплекса.

Особые требования предъявляются к комплексу противооползневых мероприятий, когда он должен быть реализован на эксплуатируемых дорогах для ликвидации последствий оползневых процессов. Сложность осуществления комплекса таких мероприятий связана с аварийной ситуацией, поэтому предлагаемые решения должны быть абсолютно надёжны, технологически осуществимы в сжатые сроки, безопасны с точки зрения строительно-монтажных работ при эксплуатации аварийного участка. Номенклатуру конструкций такого противооползневого комплекса следует назначать также на основе результатов анализа причин возникновения оползней на данном участке дороги и не повторять допущенных ранее просчётов и ошибок, приведших к аварийной ситуации.

В ряде случаев, например, в горных районах, когда автомобильная дорога проходит по единственно возможному направлению и по инженерно-геологическим условиям, возможно возникновение крупномасштабных оползней и даже обвалов с объёмами в 1 млн. м³ борьба с которыми известными методами практически малоэффективна, а иногда и просто невозможна, комплекс мероприятий должен иметь совершенно иную направленность. Здесь необходимо разрабатывать систему организационно-технических и эксплуатационных мероприятий по предупреждению и предотвращению катастрофических последствий. В комплексе таких мероприятий, в частности, должно быть предусмотрено:

заблаговременное определение протяжённости распространения и поражённости оползнями и обвалами участков дороги (в том числе и в период строительства), а также сферы её взаимодействия с прилегающими площадями, на которых запрещаются строительно-монтажные работы по расширению или реконструкции трассы;

надёжная сигнализация и оповещение по всем участкам дороги, попадающим в опасную зону.

Методы сигнализации предназначены в таких случаях для предупреждения о начале оползневых подвижек или возрастания опасности оползневых процессов. Наряду с их положительными качествами они имеют ряд существенных недостатков. Методы сигнализации нередко ослабляют бдительность, а иногда ведут к сокращению количества необходимых и реальных мероприятий в комплексе. В некоторых случаях они являются достаточно экономичными, но поскольку не решают задач обеспечения устойчивости, могут рассматриваться лишь как вспомогательные решения.

Рассматриваемый комплекс мероприятий для указанных экстремальных условий должен включать принципы восстановления разрушенных оползнями участков дороги и прилегающих территорий, а также план организации по аварийным и другим неотложным работам по мобилизации людских ресурсов, техники, материалов. В определённых условиях, когда давно эксплуатируемая автомобильная дорога подвергается систематическим разрушениям в результате активизации оползней и в то же время реконструкция и противооползневые мероприятия являются чрезвычайно сложным решением, необходимо осуществлять регулярные профилактические мероприятия, которые требуют соответствующей службы эксплуатации, профессиональных знаний, качественного исполнения работ, строительного и эксплуатационного контроля.

Строительство удерживающих противооползневых конструкций. К противооползневым удерживающим конструкциям относятся свайные конструкции (свайные железобетонные столбы, буронабивные сваи, объединенные железобетонным ростверком), массивные подпорные стенки (монолитные железобетонные, сборные), анкерные крепления, армогрунтовые сооружения. Строительство противооползневых удерживающих сооружений начинается с подготовительных и разбивочных работ, которые выносят на местность геометрические параметры запроектированных конструкций.

В период подготовительных работ устраивают построечный водоотвод. Характер основных работ зависит от устройства конкретных сооружений. При строительстве подпорных стенок сначала устраивают грунтовое основание или ростверк из буронабивных (забивных) свай. Саму подпорную стенку выполняют либо из монолитного армированного бетона, либо из сборных блоков с последующим их омоноличиванием.

Использование свайных противооползневых конструкций в дорожном строительстве требует высокой индустриализации. Так, для устройства монолитных железобетонных столбов применяют метод шахтной проходки с креплением свай. Забивные сваи устраивают по известной технологии. Наибольший интерес представляет технология устройства противооползневых буронабивных свай.

На рис. 7.6 и 7.7 представлены схемы свайных конструкций и план строительной площадки, где приведены все основные технологические операции по устройству буронабивных свай. Технология строительства буронабивных свай заключается в следующем.

Рис. 7.6. Обеспечение устойчивости земляного полотна в средней (а) и верхней (б) частях оползневого склона с помощью противооползневых конструкций и буронабивных свай:

1 - ростверк; 2 - низовая подпорная стенка; 3 - анкерные сваи; 4 - дренирующая отсыпка; 5 - оползневый грунт; 6 - верховая подпорная стенка; 7 - буронабивные сваи; 8 - глубокий совершенный дренаж; 9 - застенный дренаж; 10 - коренные породы

Рис. 7.7. План строительной площадки:

1 - армокаркасы; 2 - скважины; 3 - буровая установка; 4 - автомобиль-самосвал; 5 - бадья для бетонной смеси; 6 - кран; 7 - склады обсадных труб; 8 - временный объезд; 9 - временное ограждение; 10 - армокаркас в скважине; 11 - слой щебня толщиной 10 см

До начала работ площадку выравнивают для работы крана и буровых станков. Поперечный уклон площадки не должен превышать 20 ‰. Для облегчения проезда строительной техники на площадке отсыпают слой щебня толщиной 10-15 см. Минимальная ширина площадки, обеспечивающая нормальную работу машин и механизмов, составляет 12 м. При необходимости устраивается временный водоотвод.

Основной операцией является бурение свай, а применяющиеся при этом механизмы можно разделить на две группы: станки вращательного бурения и станки ударного бурения. Первая группа станков применяется в основном в относительно мягких грунтах, не имеющих скальных включений. В остальных случаях предпочтение отдается станкам ударного бурения.

К отечественным станкам вращательного бурения относятся: УРБ-3АМ (диаметр скважины 600 мм, глубина бурения до 30 м); УГБХ-150 (диаметр скважины 800 мм, глубина бурения до 16 м); СО-1200 (диаметр скважины до 1000-1200 мм, глубина бурения до 22 м), работает на базе крана; МПС-1,7, МПС-1,2, МПУ-1,7 и другие станки, применяемые в мостостроении, помимо оснастки для вращательного бурения имеют оснастку для ударно-канатного бурения.

Отечественные станки ударно-канатного бурения помимо указанных выше представлены агрегатами УКС-10, УКС-30, УКС-30М, БУ-10-2М, БС-1М, позволяющими погружать сваи диаметром 450-1200 мм, глубиной до 30 м.

Бурение ведется долотом с опережением установки обсадных труб, которые вводятся в уже готовую скважину. Очередность бурения скважин на оползневых склонах зависит от их активности. Если смешение оползня не превышает 1-2 см/сут, бурение скважин целесообразно начинать на устойчивых участках. Временный разрыв между концом бурения и началом бетонирования не должен превышать 16 ч во избежание обрушения стенок скважин. Обсадные трубы при бурении на активных оползнях, как правило, не извлекают из скважин, и бетонирование осуществляют вместе с ними.

Арматурные каркасы для буронабивных свай доставляют на стройплощадку отдельными секциями длиной 8 м, где и производится их монтажная сборка.

Сваи бетонируют литым бетоном марки 250 через бетонолитные трубы методом восходящего потока (ВПТ). Для защиты бетона от вымывания грунтовыми водами бетонирование свай ведется в чехлах из полиэтиленовой пленки, надеваемой на арматурные каркасы до погружения их в скважины. В тех случаях, когда отсутствуют грунтовые воды, бетонирование осуществляют методом свободного сброса бетонной смеси. Процесс бетонирования методом ВПТ после установки в скважину арматурного каркаса включает: первоначальное заполнение бетонолитной трубы бетонной смесью; непрерывную укладку бетонной смеси; освобождение бетонолитной трубы от смеси после окончания бетонирования. Максимальная скорость движения смеси в трубе не должна превышать 120 мм/с, а перерыв в бетонировании должен быть не больше времени начала схватывания смеси. Прекращение подачи бетона в скважину осуществляется только после полного вытеснения из нее шлама, воды, слабого бетона.

Головную часть сваи бетонируют в инвентарном кондукторе, превышая при этом на 30 см проектную отметку. В процессе строительства буроналивных свай ведется тщательный контроль за бурением скважин, изготовлением и установкой арматурных каркасов, приготовлением бетонной смеси и т.д.

Для сооружения подпорных стенок неглубокого залегания на естественном основании, а также стенок на свайном фундаменте устраивается котлован в виде сплошной продольной выемки. Ширина котлована определяется шириной подошвы сборной конструкции в плане, а для монолитных стенок должен быть обеспечен некоторый запас, необходимый для установки подмостей и опалубки.

Следует отметить, что длина котлована должна быть ограничена по длине небольшими захватками (до 10 м), что позволит избежать подрезки оползневых склонов. Для монтажа подпорных стенок из сборного железобетона используют самоходные стреловые краны на пневмоколесном и гусеничном ходу, а также экскаваторы, снабженные сменным крановым оборудованием. Монтаж стенок небольшой массы (до 5 т) может быть произведен автопогрузчиками. При строительстве монолитных подпорных стенок применяют для подачи бетона краны с бадьями или ленточные транспортеры.

Обратная засыпка котлована за подпорной стенкой производится бульдозером с тщательным уплотнением. Уплотнение производят трамбовками, катками или вибраторами. Выемка грунта из котлована производится механизированным способом, и только зачистку котлована и устройство небольших выемок в стесненных местах производят вручную. Для разработки грунта применяют одноковшовые экскаваторы с прямой или обратной лопатой, драглайны и гидромониторы. При наличии слабых грунтов в основании подпорные стенки возводят на свайном фундаменте.

Перспективным типом укрепления является анкерная конструкция (рис. 7.8). Технология устройства анкерных конструкций включает подготовку строительной площадки, бурение скважин, включая ее уширение для заделки нижнего анкера, установку анкерной тяги, инъецирование раствора в уширенную для заделки анкера нижнюю часть скважины, устройство железобетонной плиты и верхнего анкера, натягивание анкерной тяги. Бурение скважины осуществляют буровыми станками любого типа, обеспечивающими заданный угол наклона скважин и необходимый для производства работ диаметр скважины.

Буровые станки подразделяются на три группы: станки вращательного (шнекового) бурения, станки вращательного (шарошечного) бурения, станки пневмоударного действия. Все эти станки имеют глубину бурения в зависимости от их марки 18-50 м, производительность 10-40 м/смену.

К станкам вращательного (шнекового) бурения относятся: станки на гусеничном ходу СВБ-2, СБР-160 с диаметром скважины 150 и 160-200 мм, с максимальной глубиной бурения до 25 м; ВС-110/25 с диаметром скважины 10 мм и глубиной бурения до 25 м. К станкам вращательного (шарошечного) бурения относятся станки П-20, БТС-2, СБШ-250 с диаметром скважин 230-250 мм и глубиной бурения 18-20 м.

Станки пневмоударного бурения - это станки на гусеничном ходу НСБ-2, СБУ-200 с диаметром скважин от 100-200 мм и глубиной 18-36 м, переносные БНК-4.

Изготовление анкерных тяг предусматривает обрезку арматуры и сборку ее в отдельные пряди, а также установку на конце анкерной тяги нижнего анкера. Сразу после окончания работ по бурению скважины и устройству уширения (если грунты, расположенные ниже поверхности скольжения, не обладают достаточной прочностью), в скважины вводят анкерную тягу. После ее установки нижнюю часть скважин до поверхности скольжения заполняют цементопесчаным раствором путем использования передвижных цементационных установок или способом свободной заливки раствора (для нисходящих скважин диаметром не менее 150 мм и длиной до 20 м). Наиболее перспективными для дорожного строительства являются цементационные установки на базе автомобиля ЦА-150 с растворонасосом Е-11-250, ЦА-151 с насосом НЦП-2, ЦА-1/150 с растворонасосом 1T и т.д.

Рис. 7.8. Конструкция анкерной затяжки:

1 - анкерная плита; 2 - распределительная плита; 3 - верхний анкер; 4 - высокопрочная проволока; 5 - опалубка; 6 - цементнопесчаный раствор; 7 - щебеночная подушка; 8 - поверхность грунта; 9 - битум; 10 - скважина; 11 -резиновый или полихлорвиниловый шланг; 12 - направляющие; 13 - поверхность скольжения; 14 - инъекционный раствор; 15 - нижний анкер; 16 - направляющий конус

Натяжение анкерных тяг производится с помощью натяжного оборудования и в соответствии с Техническими указаниями по изготовлению предварительно напряженных элементов железобетонных мостов со стержневой напрягаемой арматурой. Для закрепления анкерной тяги в анкерной плите разрешается использовать любые типы анкеров, обеспечивающих передачу на анкерную плиту требуемого усилия предварительного напряжения арматуры анкерных тяг. Для напряжения используют домкраты Дорнии Главстроймеханизации грузоподъемностью 30, 60, 90, 125 т, домкраты ЦНИИСа грузоподъемностью 60, 90 т.

Конструкции из армогрунта - сравнительно новый тип противооползневых сооружений, однако они нашли уже достаточно широкое применение в транспортном строительстве во Франции, Германии, Японии, Англии. Армированный грунт создается путем конструктивного и технологического объединения грунтовых слоев и арматуры в виде металлических полос, расположенных горизонтально, способных выдержать по сравнению с грунтом растягивающие усилия. Схема конструкции армогрунта приведена на рис. 7.9. Вместо металлических полос можно использовать слои из геотекстиля, жестких полиэтиленовых сеток и т. п.

Конструкция из армогрунта возводится путем последовательных этапов, в каждый из которых входят монтаж элементов наружной оболочки, засыпка грунта с его уплотнением и укладка полос арматуры. Общая технологическая схема по устройству армогрунтовых конструкций включает последовательно следующие технологические операции: подготовка основания, укладка арматуры, установка первого ряда внешних облицовочных панелей и их монтаж; транспортирование, разравнивание и уплотнение нижнего слоя грунта засыпки с последующей планировкой.

Основные механизмы: бульдозеры и автогрейдеры для планировки, автомобили-самосвалы для транспортирования грунта, пневмоколесные и вибрационные катки для укатки.

Монтаж внешних железобетонных элементов осуществляют при помощи самоходного кранового оборудования, желательно с гидравлическим приводом и складывающейся стрелой. Элементы подаются при помощи специальной траверсы. При этом кран перемещается по спланированной засыпке. После монтажа соответствующего ряда осуществляют тщательную планировку, укладку арматурных элементов и прикрепление их к внешним панелям. Устойчивость при засыпке грунтом первых рядов металлической оболочки или первого ряда шпунтованных бетонных плит обеспечивается временными подпорками, которые удаляют после засыпки нижнего слоя. Далее блокируют стыки наружных оболочек, чтобы создать вертикальную поверхность. Арматура закрепляется перпендикулярно к наружной поверхности высокопрочными болтами и укладывается плашмя.

Рис. 7.9. Конструктивные элементы армогрунта: 1 - стержневая арматура; 2 - полосовая арматура; 3 - грунт

Для предотвращения смещения лицевых панелей в процессе укатки не следует снимать временных креплений облицовочных элементов, при этом не рекомендуется допускать проход тяжелых катков ближе 1 м от стенки. При уплотнении армированного грунта необходимо придерживаться следующих правил: при расстоянии до наружной стенки 12 м уплотнение производят четырьмя проходами вибрационного катка с нагрузкой на виброгенератор 250-350 МПа или восемью проходами пневмоколесного катка с нагрузкой на колесо 40-60 кН. При расстоянии до наружной стенки 1,5-2 м уплотнение производят шестью проходами вибрационного катка с нагрузкой на виброгенератор 150-250 МПа и общим весом на вибрирующую плиту менее 20 кН или тремя проходами виброплиты весом 1-3 кН.