GABION AND REINFORCED GROUND STRUCTURES

Full Text

Габионы применяли с XVII в. в оборонительных сооружениях и фортовых укреплениях с целью защиты от снарядов в сражениях. Россия с этой же целью использовала габионы в Русско-Турецкой и Крымской войнах. С XIX в. габионами стали стабилизировать грунты. В Италии до наших дней сохранились и полностью вписались в ландшафт габионы, которые использовались в 1894 г. для укрепления берегов реки Рено и защиты населения от наводнения. Изначально как каменно-хворостяные фашины в России их применяли в 1930-1940-е гг., а затем до 60-х гг. с помощью габионных конструкций регулировали русла рек и проводили селезащиту [1]. В 70-х гг. информация о них практически отсутствует в технической литературе, и лишь открытие в Москве в 1994 г. представительства компании «Маккаферри» дало новый импульс в развитии габионных технологий. Конструктивно габионы - это объемные ящики из металлической сетки, предназначенные для заполнения каменным или другим нерудным материалом в зависимости от конструкции и типа габиона. В течение времени происходит аккумулирование частиц грунта, ила или листвы, которые, выполняя связующую роль, повышают прочность самого габиона, а также процесс консолидации грунта в местах возведения габионных конструкций и улучшение его физических свойств. В дальнейшем сооружение в целом приобретает фактически неограниченный срок службы и максимальную устойчивость [1-3]. Габионные конструкции характеризуются рядом преимуществ. Габионные структуры, благодаря наличию металлической сетки, реагируя небольшими прогибами, воспринимают осадки грунта и, как следствие, не разрушаются, продолжая выполнять свои основные функции. Как класс гибких сооружений, конструкции из габионов более экономичны - экономия средств от 10 до 50 %, чем жесткие и полужесткие инженерные защиты территорий от разных типов эрозии грунтов. Дренажная структура сооружений исключает возникновение гидростатических нагрузок [2, 4]. С годами возрастает эффективность габионных конструкций благодаря восстановлению и оздоровлению ландшафтов, в результате роста растительности и, как следствие, в зоне их возведения естественного экологического равновесия. Габионы могут быть установлены как в воде, так и в сухом месте, не требуют устройства дренажных систем, специальной техники и объемных работ в процессе подготовки оснований сооружений [2, 5, 6]. Наиболее распространенные габионные конструкции, применяемые в настоящее время в дорожной отрасли, приведены в табл. 1. Матрацы Касторо - это разновидность матрацев Рено™, но со сдвоенными диафрагмами, которые 51 Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 3 Т.В. Шеина, Е.А. Авдеева с базой конструкции выполнены из единого полотна сетки с ячейкой С60 по технологии «Касторо» [2, 6, 7]. Габионные конструкции фирмы Betafence состоят из сварных панелей с защитным цинковым или полимерным покрытием, которые собирают в прочные ящики с помощью проволочных спиральных пружин или скоб. Внутреннее пространство последних разделено на секции с целью снижения деформации сетчатыми диафрагмами, в случае крупногабаритных контейнеров, или тросами-расчалками. Такие конструкции прочные, экологичные, легко устанавливаются, а проницаемость позволяет им слиться с природным ландшафтом, повышая их надежность [1, 8-11]. Таблица 1 Типы габионных конструкций, область применения и маркировка Изображение Виды габионов, область применения Маркировка Размеры, м Коробчатые: - подпорные стены - армирование строительных насыпей при прокладке автотрасс и ж.-д. путей - стабилизация и консервация слабого и сыпучего грунта Устойчивы к воде, деформациям и перепадам температур К До 1,0×1,0×до 4,0 Матрацы Рено и Касторо (матрасно-тюфячные): - укрепление пологих склонов - берегоукрепление и армирование мостовых конусов - укрепление оснований под установку габионов Возможно применение в болотистой местности, на обводненных грунтах М 0,17;0,23;0,30×2,0×до 6,0 Джамбо (матрасно-тюфячные): - подпорные стены - в основании подпорных стенок из габионов - для крепления конусов мостов Устойчивы к воде, деформациям и перепадам температур М 0,5×2,0×до 6,0 С армирующей поверхностью: - укрепление пологих склонов - укрепление оснований под установку габионов - закрепление нестабильных поверхностей - укрепление горных участков автомагистралей Возможно применение в болотистой местности, на обводненных грунтах КА До 5,0х2,0хдо 1,0 Сварные габионы фирмы Betafence: - подпорные стены на различных основаниях - укрепление естественных склонов и откосов - укрепление искусственных насыпей в дорожном строительстве До 1,0хдо 2,0хдо 6,0 Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 3 52 СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ Сетки для габионов изготавливаются двух видов: проволочные крученые с шестиугольными ячейками и сварные (рис.1, 2). Для изготовления габионных конструкций применяются сетки с шестиугольными ячейками №60, №80 или №100, свитые из проволоки двойного кручения с тремя минимальными количествами скруток. Для изготовления сетки применяют низкоуглеродистую термически обработанную проволоку (Ст0, Ст1, Ст2 и Ст3-кп, -пс, -сп, Ст3Г-пс, -сп) или катанку класса II. Используют несколько систем антикоррозионных покрытий сетки: первый вариант - цинк или Гальфан (сплав цинка - 95 %, алюминия - 5 % и мишметалла из сплава редкоземельных металлов с преобладанием церия и лантана - 0,05 %); второй вариант - цинк и дополнительный слой поливинилхлоридного пластиката марки И50-13, третий - с дополнительным покрытием полиэтилена марки ПЭ 805-275. Тип покрытия определяют в зависимости от диаметра проволоки, номера сетки, например, для сетки № 60 это покрытие: цинк, гальфан или цинк с покрытием ПВХ [7, 12-16]. Для заполнения габионных конструкций используют: гранит и базальт, кварцит, известняк и мрамор, диорит, крупную гальку и травертин, с размером камней для «сухопутных» контейнеров, превышающих ячейку габиона на 30 %, а для подводных сооружений - на 50 %. При этом марка камня по прочности должна быть в пределах 400-1000 кг/см2, морозостойкость - от 200-300 F, водостойкость - потеря массы не ниже 0,6 %, плотность - более 1750 кг/м3. Долговечность габионных сооружений напрямую связана с оценкой внутренних напряжений в грунтах и внешних нагрузок среды [18, 20-22]. Среди фирм производителей габионных конструкций в России можно отметить: ООО «Кронос - Челябинск», Челябинск; компания «Геофаст», Москва; «ЮниФенс», Вологодская обл., Череповец; группа предприятий «Северсталь - метиз» в Череповце, Орле, Волгограде. Разновидностью объемных сетчатых коробчатых габионных структур является система Террамеш, которая представляет собой надежную армирующую конструкцию из панелей, предназначенную Рис.1. Сетки для габионов: а - крученая; б - сварная Рис. 2. Срок службы габионных конструкций в зависимости от покрытия а б для защиты от деформаций в процессе эксплуатации под различными нагрузками. Шаг армирования задается с учетом обеспечения устойчивости грунта. Для системы Террамеш используется стальная проволока с плотным цинкованием или покрытием GALMAC (рис. 3, 4). Лицевая грань, заполненная камнем, обеспечивает проницаемость и пористость системы и создает условия для появления растительности, а также исключает возникновение гидростатического давления. Разрыв между лицевой гранью и армопанелью практически невозможен из-за пролонгируемой прочности шестиугольной ячейки сетки в плоскости всех граней системы и сцепления с грунтом, что повышает его механические свойства при обратной засыпке. Биоинженерные технологии позволяют обеспечить естественное объединение модулей системы Террамеш с окружающей средой. Низкая стоимость, легкость и быстрота их установки в любых условиях, высокая несущая способность и долговечность, а также эстетичность - основные достоинства армогрунтовых конструкций [18-20, 25]. Армогрунтовая конструкция системы Макволл компании «ООО ГАБИОНЫ МАККАФЕРРИ СНГ» - это сочетание геосинтетического материала, послойно армирующего грунт при обратной засыпке, и облицовочных бетонных блоков с высотой не менее 15 м. Нивелировать и фиксировать блоки в такой конструкции позволяют соединительные стекловолоконные стержни. Такая система имеет широкий спектр применения - от укрепления переходов и оголовков водопропускных труб, подпорных стен и ограждений на автодорогах, конусов мостов до обычной подпорной структуры, удерживающей массив грунта собственным весом бетонных блоков [23, 24]. В России бетонные блоки Макволл выпускают с 2007 г., а в Казахстане и Украине - с 2011 г. Система Макволл использовалась в Санкт-Петербурге при реконструкции «Американских мостов» на набережной Обводного канала как наиболее оптимальная по срокам возведения, эксплуатации и стоимости работ. Система МакРес - армогрунтовая конструкция с креплением лицевых вертикальных откосов бетон- Ñðîê ñëóæáû (ëåò) Ïîêðûòèå Öèíêîâîå Ãàëüôàíîâîå ÏÂÕ 53 Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 3 Укрепление откосов автодороги Ханты-Мансийск - Нягань матрацами Рено Защита откосов дорожной насыпи дороги Сургут - Нефтеюганск матрацами Рено Подпорная стенка вдоль автомобильной дороги Калинино - Белая Гора из матрацев Рено Т.В. Шеина, Е.А. Авдеева Подпорная стенка у транспортной развязки на улице Мира в городе Чехов, выполненная из коробчатых габионов, матрацев Рено и системы Террамеш Рис. 3. Примеры применения сетчатых и сварных габионных конструкций в дорожной отрасли Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 3 54 СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ Рис. 3. Окончание Армирование дорожной насыпи в Геленджике с помощью блоков системы Террамеш Восстановление оползневого склона на автомобильной дороге Чалаубани - Сигнахи - Анага с помощью блоков системы Террамеш и коробчатых габионов Реконструкция «Американских мостов», Набережная Обводного канала (Санкт - Петербург) с помощью системы Макволл Рис. 4. Примеры применения армогрунтовых конструкций в дорожной отрасли Забор из сетчатых сварных габионов фирмы Betafence вдоль автомобильных дорог 55 Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 3 Т.В. Шеина, Е.А. Авдеева ными панелями, которые удерживаются в проектном положении армирующими геокомпозитными лентами Паравеб. Она предназначена для возведения вертикальных подпорных стен в мостовом и дорожном строительстве, подверженным высоким нагрузкам. Армируют грунт геосинтетическими лентами Паравеб, полученными на основе волокон полиэфира и покрытыми структурированной полиэтиленовой оболочкой, что существенно повышает их сцепление с грунтом. Крепление их производят с помощью закладных элементов Маклуп® бетонных панелей. Структура и цветовая гамма бетонных облицовочных панелей весьма разнообразна - от гладкого профиля серого цвета до всевозможных объемных структур различного цветового оформления [20]. Вывод. Любая конструкция габионного типа вписывается в рельеф, сливаясь с окружающей природой и не влияя негативно на ландшафт и экологию, так как сетку пронизывает корневая система растений, укрепляя грунт. Армогрунтовые подпорные стенки целесообразны в черте города и на автодорогах с ограниченной полосой отвода. Это альтернативное решение подпорным стенкам из железобетона и камня. Они вписываются в ландшафт благодаря озеленению и эстетичны. Зарубежный и отечественный опыт указывает на снижение стоимости их строительства практически в два раза, так как уменьшается трудоёмкость монтажа, сокращаются объёмы бетона и арматуры, необходимые для сооружения стенок из железобетона, и затраты на технологию в холодное время года.

About the authors

Tatiana V. SHEINA

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Elena A. AVDEEVA

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

References

Supplementary files