Несущие защитные и изолирующие типы конструкций укрепления откосов

К несущим защитным и изолирующим типам укрепления откосов относятся решетчатые конструкции, бетонные, железобетонные и асфальтобетонные плиты, гибкие железобетонные и асфальтобетонные покрытия, грунты, обработанные вяжущими, конструкции из наб-рызгбетона и синтетических материалов, старые покрышки.

Решетчатые конструкции состоят из отдельных сборных элементов (балочек), объединенных при стыковке в специальные узловые соединения (рис. 7.1). Металлические штыри или железобетонные анкеры в монтажных стыках прикрепляют конструкцию к поверхностным слоям откоса.

Сборные элементы могут иметь диагональное или прямоугольное расположение в конструкции укрепления. Ячейки заполняют материалами, выбор которых зависит от характера работы решетчатой конструкции (защитный или несущий тип), гидрологических условий подтопления, реакции грунта в пределах активной зоны на воздействие погодно-климатических факторов, дальности транспортирования.

Гибкие железобетонные элементы для создания решетчатых конструкций представляют собой три железобетонных бруска, соединенных между собой двумя-тремя арматурными стержнями диаметром 5...6 мм. Длина каждого бруска — до 1 м, общая масса — до 60 кг. Благодаря гибкому соединению их между собой ими удобно укреплять дно и откосы канав с различным заложением откосов в труднодоступных для техники местах.

Ячейки решетчатых конструкций заполняют растительным грунтом, в который гидропосевом или механизированным методом высевают семена трав; местным морозостойким (непучинистым) и неусадочным грунтом с засевом трав методом гидропосева; гравийно-песчаными смесями; щебнем размером 40...70 мм; каменной наброской с размером камня 50... 100 мм; грунтами, обработанными вяжущими.

Решетчатые конструкции могут состоять из разных по массе сборных элементов. Массу подбирают, изменяя размеры поперечного сечения элементов или применяя различные материалы для их изготовления (железобетон, бетон, керамзитобетон, песчаный бетон, армированный цементогрунт).

Толщину сборных элементов (рациональное сечение) определяют исходя из условий работы решетчатой конструкции совместно с поверхностным слоем откоса неподтапливаемой или подтапливаемой насыпей с учетом в последнем случае силовых воздействий вод, а также возможного изменения напряженного состояния или уменьшения прочности грунта в пределах активной зоны. Применяют сборные элементы сечением от 5х10 до 10x20 см, длиной от 1 до 2 м.

При необходимости дальнейшего увеличения длины сборных элементов (по расчету) их целесообразно объединять в сборные рамы.

Минимальное сечение сборных элементов при требуемой длине определяют (в случае защитного типа конструкции) исходя из необходимой прочности при транспортировании и возможных деформациях при монтаже. Сечение можно выбрать на основе расчета сборного элемента как балки на двух опорах под действием собственной массы с коэффициентом динамичности, равным 1,5.

Чтобы воспринять сдвигающее усилие от действия массы всей решетчатой конструкции, а также грунтовой призмы в пределах активной зоны поверхностного слоя грунта, у подошвы земляного полотна устраивают бетонный или железобетонный упор.

Упоры могут быть монолитными сечением 30x40; 30х15 см или состоять из сборных блоков сечением 20х 30; 30х34 см. Такими упорами в определенных случаях могут служить сами сборные элементы, образующие нижний пояс. Упор выполняют либо сплошным ленточным, либо прерывистым, устанавливаемым только перед стыками нижних элементов по типу отдельных упорных зубьев или железобетонных сваек. Последний вид упора целесообразно использовать для облегченных решетчатых конструкций защитного типа с диагональным расположением элементов.

Длину штырей и сваек (от 0,5 до 2,0 м) назначают в зависимости от предполагаемой мощности активной зоны поверхностных слоев откоса, где прочность грунта может быть нарушена в результате циклических воздействий промерзания-оттаивания, увлажнения (набухания)-высушивания, а также силовых воздействий паводковых или текучих вод (подтапливаемые конусы и откосы). Металлические штыри выполняют из арматуры периодического профиля диаметром 20...35 мм, железобетонные свайки — диаметром 30...80 мм.

При комбинированных типах решетчатых несуших конструкций (в комбинации с анкерными затяжками или свайными полями) часть штырей (по расчету) заменяют анкерными затяжками или заделывают в ростверк свайного поля.

В зависимости от предназначения сборных элементов в них применяют арматуру в виде плоского или объемного каркаса из стержней диаметром от 4 до 8 мм.

Сборные решетчатые конструкции различают по видам в зависимости от области их использования и особенностей элементов. Это позволяет выбрать необходимый вариант с учетом назначения решетчатой конструкции для предотвращения развития локальных деформаций в поверхностных слоях откосов.

Бетонные плиты предназначены для защиты конусов путепроводов и откосов периодически подтопляемых насыпей от воздействия воды при скорости течения до 3 м/с, высоте волны до 0,6 м и при слабом ледоходе.

Бетонные плиты применяют размерами 1,0 х 1,0x0,16 и 1,0х 1,0х0,2 м.

Толщину и размеры плит определяют расчетным путем в зависимости от скорости течения воды, высоты волн и крутизны укрепляемого откоса. Бетонные плиты допускается укладывать только на откосах не круче 1:2 из дренирующих грунтов и только после полной стабилизации насыпи. Изготавливают плиты из гидротехнического бетона. Марку бетона по водонепроницаемости и морозостойкости назначают в зависимости от климатических условий района сфои-тельства.

Для удобства монтажа в бетонных плитах делают монтажные петли из арматуры диамефом 6 мм.

Бетонные плиты укладывают на щебеночный или фавийный слой, толщину и фануломефический состав которого устанавливают в зависимости от гидрологического режима подтопления.

В нижней части конструкции из сборных бетонных плит усфаивают бетонный упор или каменную упорную призму.

Железобетонные плиты подразделяют на мелкоразмерные (0,49x0,49x0,08 м) и крупноразмерные (1,00x1,00x0,14 м). Мелкоразмерные армированные плиты могут быть прямоугольной или шестиугольной формы. Область их применения офаничивается конусами путепроводов, а также откосами регуляционных сооружений (дамба, траверсы, пойменная насыпь) со слабым гидрологическим режимом подтопления. Крупноразмерные плиты подразделяются на сборные разрезные, омоноличенные по контуру и монолитные.

Сборные разрезные плиты размером 3,0х2,5 м, толщиной 0,15 и 0,20 M предназначены для зашиты откосов постоянно или периодически подтопляемых насыпей и береговых откосов не круче 1:2, подверженных действию вефовых волн высотой до 1,0... 1,5 м.

Толщину плит определяют расчетным путем при технико-экономическом обосновании. Для изготовления разрезных железобетонных плит применяют гидротехнический бетон.

Плиты армируют стальными сетками. В каждую плиту закладывают две сетки: верхнюю и нижнюю. Рабочая арматура в сетках располагается перпендикулярно урезу воды. Как правило, для армирования плит следует применять сварные сетки, поставляемые промышленностью (ГОСТ 10822—75 «Арматурные изделия и закладные детали сварные для железобетонных конструкций. Технические требования и методы испытаний»). В плитах толщиной 0,15 м используют арматуру класса A-II, в плитах толщиной 0,2 м — арматуру класса A-I. Для монтажа плит предусмотрены четыре монтажные петли.

Плиты укладывают на обратный фильтр, состоящий из слоев крупнозернистого песка толщиной 10 см, мелкого гравия или щебня толщиной 10 см и крупного гравия или щебня толщиной 15 см. Между собой плиты соединяют металлическими хомутами (по одному на каждую сторону плиты), создающими шарнирное соединение, или путем сварки выпусков арматуры. Выпуски арматуры и шарнирные хомуты после укладки плит на откосе покрывают каменноугольным лаком «Морской». В нижней части укрепления при производстве работ в сухое время, когда отсутствует подтопление, устраивают упорную рисберму на глубину 1 м. При наличии воды вместо рисбермы сооружают банкет из камня, отсыпаемого до уровня воды на период строительства.

Железобетонные плиты, омоноличенные по контуру, предназначены для защиты откосов постоянно или периодически подтопляемых насыпей и береговых откосов, подверженных действию ветровых волн высотой до 3 м. Размеры плит в плане — 2,5х3,0 или 2,5х1,5 м; толщина — 10, 12, 15, 17 и 20 см. Для изготовления плит применяют помимо обычного (марки 200) предварительно-напряженный железобетон (марки 300). Все плиты (кроме плит толщиной 10 см) армируют двумя сетками: верхней и нижней. В среднюю часть плиты толщиной 10 CM из предварительно-напряженного железобетона укладывают одну сетку.

В плитах из обычного (ненапряженного) железобетона рабочую арматуру изготавливают из арматурной стали класса A-III марки Ст5 периодического профиля; в плитах из предварительно-напряженного железобетона — из стали класса A-IIIb марки 25Г2С или 35ГС (ГОСТ 5781—75 «Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций»), подвергнутой упрочнению путем вытяжки с обязательным контролем напряжений и удлинений. Распределительная арматура принята из стали класса A-I марки Ст3. Плиты укладывают на слой щебеночной или гравийной подготовки из разноразмерного щебня или гравия толщиной 10 см. Пучинистые грунты, если они залегают под укрепляемой поверхностью откоса, необходимо на глубину промерзания заменить песчаным грунтом с последующим уплотнением его до величины не менее 1,55 т/м3. При монтаже плиты размещают на откосе в направлении, параллельном урезу воды, стороной, равной 2,5 м, с перекрытием швов.

Если длина плит превышает длину образующей откоса, то концы плит заглубляют в упорную призму. После укладки сборные плиты омоноличивают в карты. Размер карт зависит от площади укрепляемого откоса и гидрологического режима подтопления. Длина карты, т.е. расстояние между температурно-усадочными швами, в направлении, параллельном урезу воды, на прямых участках откоса не должна превышать 40 м и принимается кратной ширине плит. Вдоль образующей откоса длину карт принимают не более 20...22 м при высоте волны до 1,5 м и не более 15 м при высоте волны более 1,5 м. Температурноусадочные швы устраивают на ленточном фильтре.

Для последующего омоноличивания по контуру в плитах устанавливают заанкеренные закладные детали. Плиты омоноличивают следующим образом: на стыках, расположенных параллельно урезу воды, под плиты укладывают железобетонные подкладки шириной 30 CM, толщиной 10 Cm; на верхней поверхности подкладок — закладные металлические пластинки, к которым приваривают нижние пластинки закладных деталей плит.

Верхние пластинки закладных деталей двух соседних плит сваривают между собой арматурной сталью. Стыки в направлении образующей откоса соединяют с помощью закладных планок стержнями из арматурной стали. Поверх стыков по всей длине швов на краях плит укладывают сетку из арматуры диаметром 8 мм, а весь стык между плитами заливают цементным раствором (с соотношением цемента и песка 1:3) и уплотняют игольчатыми вибраторами. Все швы должны быть грунтонепроницаемыми, а швы, параллельные урезу воды, — равнопрочными плитам.

Гнезда монтажных скоб после укладки также заполняют цементным раствором. Целесообразно использовать для указанных целей аэроцемент.

Монолитные железобетонные плиты предназначены для зашиты откосов постоянно или периодически подтопляемых насыпей, а также береговых откосов, подверженных воздействию ветровых волн высотой до 3 м. Плиты размерами 5x5 или 10x10 м и толщиной 0,15...0,30 M применяют для укрепления откосов крутизной 1:2.

Плиты армируют сетками: нижняя сетка — сплошная; верхняя — по контуру плиты.

Рабочую арматуру в нижней части сетки располагают перпендикулярно урезу воды. Для армирования плит применяют арматуру классов A-I и А-II.

Укладывают плиты на подготовку толщиной 15 см из гравия или щебня. Под швы укладывают сборные железобетонные элементы шириной 30 CM, толщиной от 7 до 10 CM и в зависимости от толщины плиты покрывают битумом слоем толщиной 1 см. В некоторых случаях плиты заменяют продольными и поперечными трехслойными ленточными фильтрами. Толщину основания под плитами при этом принимают равной 10 см.

При объединении плит стержнями арматуры (каркас К-2) образуются конструктивные швы, в которые помещают сосновые доски толщиной 2 CM, пропитанные креозотом. Конструкцию укрепления делят на секции длиной 35 м температурно-усадочными швами, которые отличаются от конструктивных отсутствием каркаса К-2.

Асфальтобетонные плиты предназначены для защиты откосов подтопляемых насыпей и берегов от воздействия воды при скоростях течения до 2,5 м/с и волнобоя при незначительной (менее 0,4 м) мощности льда и отсутствии в водном потоке материала, способствующего истиранию битумной пленки. Размеры асфальтобетонных плит — 1,0х 1,0x0,6; 3,8х2,9х0,1; 3,9х1,4х1,1 м. Можно применять асфальтобетонные плиты с другими типами конструкций (например, укладывать в пределах зоны динамического воздействия железобетонные плиты, а выше и ниже — асфальтобетонные).

Плиты размером 1,0х 1,0х0,6 м используют для укрепления откосов подтопляемых насыпей. Плиты армируют сварными сетками из холоднотянутой проволоки марки Ст3 диаметром 3 мм. Для подъема и перемещения плиты в ее торце к арматурной сетке приваривают две монтажные петли.

Плиты размерами 3,9х2,9х0,1 и 3,9x1,4x0,1 м рекомендуется применять для укрепления откосов насыпей, берм и берегов, подверженных периодическому или постоянному подтоплению, при высоте волн до 0,7 м.

Плиты армируют рулонной сеткой заводского изготовления из холоднотянутой проволоки марки Ст3 диаметром 5 мм с ячейками 20x20 CM. Для соединения плит между собой к сетке прикрепляют поперечные и продольные арматурные стержни диаметром 16 мм с выпусками длиной 10 см. С одной стороны поперечные выпуски арматурных стержней отгибают в виде петель. Плиты изготавливают в заводских условиях или на полигоне. В заводских условиях асфальтобетон уплотняют на вибростолах или вибропрессованием. На полигонах плиты уплотняют виброкатками или тяжелыми плоскостными вибраторами.

Гибкие железобетонные плиты предназначены для защиты откосов при расчетной высоте волн 0,4 м и средней скорости течения в пределах подтопления откоса до 2,5 м/с. Гибкое железобетонное покрытие толщиной 5 CM укладывают на щебеночный слой толщиной 0,1 м.

Отдельные плиты размерами в плане 2,625x4,500 и 2,625x7,500 м, из которых состоит покрытие, после укладки на откос соединяют, сваривая выпуски арматуры. Швы между плитами заполняют раствором. Гибкость плит обеспечивается разрезными прямоугольными элементами размером 375x750 мм. Гибкое железобетонное покрытие имеет общую арматуру, которая в местах разрезки бетона на отдельные плиты при изгибе выполняет роль шарнира. Бетон разрезают с обеих сторон на глубину, равную половине толщины плиты.

При съеме с формы между элементами плитного покрытия образуются зазоры шириной до 0,5... 1,0 мм, которые обеспечивают пропуск фильтрационного потока из тела насыпи, снижая тем самым гидродинамический напор. Для образования гибкого шарнира и предохранения стержней арматуры от коррозии в местах разреза покрытия на плиты арматурные стержни на 100 мм их длины покрывают защитным слоем полиэтилена толщиной 2 мм.

Плиты армируют сеткой из проволоки диаметром 5 мм с размерами ячеек 187х250 мм, проходящей по середине плиты, параллельно верхней плоскости.

Плиты (по длинной стороне) стыкуют с помощью заложенных в бетон петель из арматурных стержней диаметром 10 мм, которые приваривают к общей для соседних плит стальной пластине толщиной 5 мм. По короткой стороне плиты стыкуют с помощью закладных стержней диаметром 10 мм, которые соединяют сваркой. Швы покрытия после закладки в них одиночных стержней диаметром 5...6 мм омоноличивают.

Гибкое покрытие должно быть уложено на слой мелкого щебня или гравия со средним диаметром частиц не более 1,5 см и толщиной не менее 0,1 м при коэффициенте неоднородности более 3. В нижней части конструкции располагают бетонный упор или каменную призму.

Работы по укреплению откосов выполняют в период между паводками.

Гибкие асфальтобетонные покрытия применяют в виде сплошных покрытий, которые изготавливают в заводских условиях или непосредственно на месте укрепительных работ. Такие конструкции подразделяются на асфальтовые маты, гибкие битумные мембраны или погребенные под защитным слоем экраны, а также собственно гибкие асфальтовые покрытия.

Асфальтовые маты состоят из обработанной битумом арматуры (пенька, джут, конопля, картон), размещенной внутри слоя мелкозернистого асфальтобетона толщиной 2,5 см. Более мощные конструкции матов имеют толщину до 13 см, ширину 0,75...1,00 м, длину 7,5 м.

Усиленные асфальтобетонные маты состоят из армированного или неармированного асфальтового ядра, помещенного между двумя слоями пропитанного битумом синтетического войлока, и имеют водонепроницаемый защитный наружный слой. Асфальтовые маты такой конструкции укладывают на подготовленную и обработанную стерилизующими веществами поверхность откоса и соединяют внахлестку с перекрытием в 7,5 CM. Заделывают швы мастикой или цементным раствором. Возможны варианты многослойных матов: трех- и пятислойные.

Гибкие битумные мембраны представляют собой тончайшие асфальтобетонные покрытия в виде оболочек-мембран, которые должны быть защищены слоем грунта толщиной не менее 0,3 м или обработанными битумом галькой и щебнем.

Погребенные под защитным слоем экраны состоят из прослойки вязкого битума толщиной 6 мм и слоя связного грунта.

Эти конструкции предназначены для предохранения откосов насыпей из глинистых грунтов от проникания атмосферных осадков при устройстве защитных и изолирующих слоев, а также в случае подтопления при отсутствии течения и волн.

Гибкие асфальтобетонные покрытия отличаются от матов большей толщиной и арматурой из металлической сетки.

Элементы сборных гибких покрытий выполняют в виде плит и матов из горячего гидротехнического асфальта и армируют каркасом из стержней и стальной сетки (ГОСТ 10822—75).

В зависимости от интенсивности внешних воздействий асфальтобетонные покрытия могут быть одно- или двухслойными, в последнем случае общую толщину покрытия определяют расчетным путем. Верхний слой покрытия укладывают, перекрывая швы нижнего слоя. Края гибкого покрытия должны быть надежно закреплены в грунте подошвы откоса на глубину не менее 30 см или сопряжены с другими типами конструкций.

Конструкции укрепления из грунтов, обработанных вяжущими, могут выполнять функции защитных или несущих. Они рекомендованы только в тех случаях, когда неэффективны и нецелесообразны укрепления с помощью травосеяния, сборных плит, монолитного цементобетона, решетчатых конструкций, особенно в районах с неблагоприятными климатическими и грунтовыми условиями.

Такие конструкции предназначены для быстрой защиты откосов насыпей и выемок от процессов выветривания, водной и ветровой эрозии, для укрепления поверхности высоких откосов и устройства водонепроницаемого покрытия на бермах. Их используют в районах, где растительный грунт представляет собой большую ценность для сельского хозяйства и не может быть применен для укрепления откосов.

Необходимым условием использования грунтов, обработанных вяжущими, является наличие местных песчаных, супесчаных, легких суглинистых грунтов, гравийно-песчаных смесей, пригодных для приготовления цементогрунта или битумогрунта, а также машин и оборудования для приготовления смесей, их укладки, разравнивания, уплотнения и последующего ухода за готовой конструкцией.