МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ДЕПАРТАМЕНТ ПУТИ И СООРУЖЕНИЙ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

ЦПИ№ 22/43

Технические указания по применению габионов для усиления земляного полотна

Москва-1998 г.

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Департамент пути и сооружений

Московский Государственный университет путей сообщения

ЦПИ № 22/43    УТВЕРЖДАЮ

Заместитель руководителя Департамента пути и сооружений А.В.Бушин

30 декабря 1997 г.

ТЕХНИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ГАБИОНОВ ДЛЯ УСИЛЕНИЯ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

Москва - 1998 г.

2. СФЕРЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ ГАБИОННЫХ СТРУКТУР

2.1.    Структурная схема сфер рационального применения габионных структур

Различные габионные структуры могут применяться как решения, альтернативные контрбанкетам из дренирующего грунта, устройство которых, как правило, требует удлинения водопропускных труб, а также защитам из бетонных и железобетонных плит и каменных набросок.

На рис. 2.1 представлена структурная схема сфер рационального применения габионных сооружений, где приводятся основные причины, по которым в том или ином случае целесообразно использовать габионные структуры.

2.2.    Указания по использованию структурной схемы

При выборе решения, альтернативного устройству контрбанкета или защит от размывов в виде бетонных или железобетонных плит и каменных набросок, необходимо обратиться к структурной схеме рис.2.1.

Основным приоритетом рассмотрения альтернативного контрбанкету решения в виде применения габионных стен или стен системы Террамеш (см. рис. 1.1) является нецелесообразность удлинения водопропускной трубы. Исключительным приоритетом являются стесненные условия, при которых возведение контрбанкета вообще невозможно.

В ряде случаев при сооружении контрбанкетов требуется вынос на значительном протяжении различных коммуникаций (кабелей, линий связи, электропередач и пр.), что делает этот вариант усиления неконкурентоспособным даже в том случае, если контрбанкет с удлинением трубы и габионная стена экономически равноценны.

В остальных случаях принятие проектного решения основывается исключительно на экономической целесообразности.

При принятии проектного решения для защиты от размывов основную роль играет экономическая целесообразность. Однако, если требуется в обязательном порядке обеспечить отсутствие неравномерных осадок оснований или размывов оснований, а также устройство сложных обратных фильтров, предпочтение следует отдать габионным структурам.

10

3. ХАРАКТЕРИСТИКА ГАБИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ (СТРУКТУР)

3.1. Конструкции габионов

Конструктивно габион представляет из себя проволочный остов заполненный камнем. По форме остова габионы делятся на коробчатые (рис.3.1) и цилиндрические (рис.3.2).

КОРОБЧАТЫЕ ГАБИОНЫ

s о о

<=>'

а - габионы без диафрагмы б - габионы с диафрагмой в - матрасы Рено

Рис. 3.1

12

ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ГАБИОНЫ

Рис. 3.2

Коробчатые габионы • это ящики прямоугольные формы с откидными крышками, изготовленными из металлической оцинкованной сетки , имеющей шестигранные звенья с двойным кручением (рис.3.3). Ящики заполняются камнем, крышка закрывается и прикрепляется к стенкам проволокой. В зависимости от высоты ящика коробчатые габионы подразделяются на высокие (высота от 0,5 до 1,0 м) и низкие (высота от 0,17 до 0,30 м - матрасы Рено).

Габионы могут быть разделены на ячейки посредством введения диафрагм, которые служат для упрочнения конструкции и облегчения работ по устройству и эксплуатации габионных сооружений. Диафрагмы имеют такие же характеристики, что и сетка, из которой состоит габион. Они крепятся к раме основания габионов с шагом 1,0 м во время изготовления их на предприятии.

Спецификации коробчатых габионов приведены в Приложении 1 (табл. П. 1.1-П. 1.3).

13

Цилиндрические габионы имеют проволочный остов в виде цилиндра, который состоит из единого рулона сетки, открытого с одной стороны (мешкообразный габион) или вдоль одного бока. Они изготавливаются из оцинкованной проволочной сетки двойного кручения. Характеристики звена, проволоки, оцинкования, пластификации такие же как для коробчатых габионов.

Спецификация цилиндрических габионов приведены в Приложении 1 (табл. П. 1.4.).

Проволока, используемая для изготовления габионов имеет цинковое покрытие плотностью 0,240...290 кг/м² (табл. 3.1), предел прочности 380...500 МПа, и ее относительное удлинение составляет менее 12%.

Таблица 3.1 Плотность цинкового покрытия проволоки

№ Диаметр проволоки, мм Допуск на диаметр ±, мм Количество цинка, кг/м2 1 2,00 0,06 0,240 2 2,20 0,06 0,240 3 2,40 0,06 0,260 4 2,70 0,08 0,260 5 3,00 0,08 0,275 6 3,40 6,10 0,275 7 3,90 0,10 0,290

Разрывная нагрузка металлической сетки, выполненной из оцинкованной проволоки, в зависимости от комбинаций между размером звеньев сетки и диаметром проволоки составляет 35...53 кН (табл. 3.2). Для усиления металлической арматуры и облегчения ее укладки по краям сетка упрочняется проволокой, имеющей больший диаметр, чем проволока самой сетки (табл. 3.3, рис.3.3).

Таблица 3.2

Предел прочности сетки с шестигранными звеньями из стальной проволоки с двойного кручения

14

Примечание: Приведши нагрузки, выдерживаемые при растяжении сетки в направлении узла скрутки. Относительное удлинение сетки при этом составляет 6...7%. Выдерживаемые нагрузки в поперечном направлении узла скруйки снижаются в д ва раза и относительное удлинение полотна сетки составляет 20.^22%.

сетка двойного кручения

СТАНДАРТ КОМБИНАЦИЙ ЗВЕНО-ПРОВОЛОКА

D (см)    Диаметр,    мм

6x8    2.20

8x10    '2.70-3.00

Рис. 3.3

15

Таблица 3.3 Диаметр проволок сетки, кромки, перевязки

№ Диаметр проволоки сетки, мм Диаметр проволоки кромки, мм Диаметр проволоки перевязки, мм 1 2.00 2.40 2.00 2 2.20 2.70 2.00 3 2.40 3.00 2.00 4 2.70 3.40 2.20 5 3.00 3.90 2.40

При устройстве габионных сооружений в особо коррозийной среде используются габионы с поливинилхлоридным (ПВХ) покрытием (оцинкованная проволока сетки, покрывается оболочкой из ПВХ толщиной 0,4...0,6 мм). Стандартная комбинация размера ячейки и диаметра проволоки приведена в табл.3.4.

Таблица 3.4 Размеры проволоки сетки с покрытием из ПВХ

Размер Диаметр ячейки сетки, проволоки, мм СМ внутренний наружный 6.0 х 8.0 2.2 2.7 8.0 х 10.0 2.7 3.7

Для заполнения габионов применяется любой каменный материал, состоящий из булыжника, гальки, карьерного камня и отвечающий функциональным требованиям, предъявляемым к сооружению из габионов.

Рекомендуется использовать материал: с большим удельным весом (не менее 17,00 кН/м³), и пористостью 0,30...0,40, (рис.3.4) морозоустойчивый (с маркой по морозоустойчивости выше МР350); прочный; не размываемый водой; обладающий хорошей твердостью. Тип камня, пригодный для заполнения габионов приведен в табл.3.5.

Во избежании потери камня при эксплуатации габионного сооружения размер камня - заполнителя должен быть не менее, чем в

1,0... 1,5 раза (до 2,0) больше размера (D) звена сетки (см. рис.3.3).

При заполнении габионов более крупные камни должны укладываться у края сетки, а более мелкие - в середине габиона.

Таблица 3.5 Материал для заполнения габионов

Горная Удельный вес у,, порода кН/м3 Базальт 29.00 Гранит 26.00 Плотный известняк 26.00 Песчаники 23.00 Мягкий известняк 22.00 Туф 17.00

3.2. Гравитационные габионные стены

Гравитационная габионная стена ( ГГС ) 1 представляет собой подпорную стену, выполненную из габионов 2 (рис.3.5).

По поддерживающему воздействию на насыпь габионная подпорная стена вместе с засыпкой 3 и присыпкой 4 (см. рис.3.5) заменяет собой контрбанкет из дренирующего грунта 5.

При проектировании принимается, что габионная стена работает как единое целое против сдвига по поверхности АБ и опрокидывания под воздействием силы оползневого давления Е_п относительно точки Б (см. рис.3.5).

Основные размеры сооружения (стены) - высота Н, габариты габионов и ширина бермы Ь определяются из указанных условий.

Для устройства гравитационной подпорной стены из габионов целесообразно использовать коробчатые габионы и матрасы Рено прямоугольной формы (см. рис.3.1).

Подпорные стены из габионов могут быть массивного очертания (гравитационные стены) и тонкого очертания (полугравитаци-онные стены).

Они бывают:

jC^T

- низкие    -—    < 1.5 ,

^ЬФ

н

-высокие — > 1.5 ,

Ьл

где Н - видимая высота стены, м;

Ъ_ф - эффективная ширина фундамента, м.

Лицевая грань таких стен может устраиваться:

-    ступенчатой (вертикальной или расположенной под углом к вертикали);

-    гладкой (вертикальной или наклонной).

Эти основные типы стен приведены на рис.3.6.

17

Рис. 3.4

Рис. 3.5

УДК: 625.12.033.37:530.17

Технические указания по применению габионов для усиления земляного полотна разработаны по заказу Департамента пути и сооружений МПС РФ кафедрой "Путь и путевое хозяйство" Московского Государственного университета путей сообщения (МИИТа) с использованием материалов ЗАО "Габионы Маккаферри СНГ".

В Указаниях приводятся рекомендации по сферам рационального применения различных габионных сооружений, выбору конструкций, проектированию и расчету поддерживающих, удерживающих сооружений и устройств по защите от размывов.

Технология работ по созданию различных габионных конструкций отработана и проверена на опытных объектах на Горьковской и Северо-Кавказской железных дорогах силами ПСК "Алькон" и АО "ИТМА КАПИТАЛ".

Указания предназначены для проектировщиков и работников организаций, занятых на капитальных работах по усилешоо и стабилизации эксплуатируемого земляного полотна.

2

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ    5

1.    ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИОННЫЕ

ХАРАКТЕРИСТИКИ    7

1.1.    Общие сведения    7

1.2.    Классификация объектов, усиливаемых габионными

конструкциями, и габионных структур    8

2.    СФЕРЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ ГАБИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ    10

2.1.    Структурная схема рационального применения габионных конструкций    10

2.2.    Указания по использованию структурной схемы    10

3.    ХАРАКТЕРИСТИКА ГАБИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

(СТРУКТУР)    12

3.1.    Конструкции габионов    12

3.2.    Гравитационные габионные стены    17

3.3.    Стены системы Террамеш    21

3.4.    Габионпые структуры в берегозащите    26

4.    МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА ГАБИОННЫХ СТЕН    30

4.1.    Метод ика оценки состояния нашли или склона и

определения расчетных оползневых сил    30

4.1.1.    Исходные данные для проектирования и их анализ    30

4.1.2.    Внешние расчетные нагрузки    30

4.1.3.    Расчетные характеристики грунтов    31

4.1.4.    Расчетные модели по оценке устойчивости откосов и

склонов и определению расчетных оползневых сил    46

4.1.5.    Анализ результатов оценки состояния насыпи или

склона    49

4.2.    Обоснование принятия проектного решения и выбор

конструкции    49

4.3.    Проектирование гравитационных габионных стен    50

4.3.1.    Определение основных размеров (высоты и ширины) 50

4.3.2.    Проверка несущей способности основания стены    55

4.3.3.    Проверка внутренней устойчивости стены    58

4.3.4.    Описание принятой конструкции стены    61

4.4.    Проектирование стен системы Террамеш    62

4.4.1.    Определение основных размеров стены (высоты и

ширины)    62

4.4.2.    Проверка несущей способности основания стены    65

4.4.3.    Проверка внутренней устойчивости стены    65

4.4.4.    Описание принятой конструкции стены    67

3

5.    МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА ГАБИОННЫХ СТРУКТУР ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ РАЗМЫВА ОТКОСОВ НАСЫПЕЙ, БЕРЕГОВ,

МОСТОВЫХ ОПОР И КОНУСОВ МОСТОВ    69

5.1.    Выбор габионных структур для защиты откосов насыпей и берегоукрепления    69

5.2.    Выбор габионных структур для защиты мостовых

опор и конусов мостов    7 2

5.3.    Методика проектирования габионных структур для

защиты от размывов    81

5.3.1 Определение исходных данных для проектирования    81

5.3.2    Расчет требуемой толщины (высоты) габиона или

матраса Рою    86

5.3.3    Расчет требуемой массы и размера камня    87

5.3.4    Проверка на деформацию габионной структуры    88

5.3.5    Проверка скорости фильтрации    89

6.    РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОИЗВОДСТВУ РАБОТ    92

6.1.    Общие положения    92

6.2.    Рекомендации по сборке и установке габионов    92

6.3.    Рекомендации по сборке и установке матрасов Рено    97

7.    ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ И ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ    102

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ    103

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Спецификация габионов и матрасов

Рено    104

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Спецификация системы Террамеш    109

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Спецификация сеток    111

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Пример усиления насыпи гравитационной габионной стеной    113

ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Пример усиления склона стеной

системы Террамеш    123

ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Пример проектирования берегоукрепления структурой из матрасов Рено    134

4

ВВЕДЕНИЕ

Как известно, в настоящее время традиционными способами усиления эксплуатируемых железнодорожных насыпей и защиты от размывов земляного полотна являются устройство контрбанкетов из дренирующих грунтов и покрытия из бетонных и железобетонных плит феже каменные наброски).

Контрбанкеты весьма надежны, однако этот способ усиления обладает рядом недостатков, которые вынуждают проектировщиков в современных условиях искать альтернативные решения. Основными недостатками являются: расход больших объем» дефицитных дренирующих грунтов, отвод значительных площадей культурных земель под основания контрбанкетов, необходимость в ряде случаев переноса различных коммуникаций, невозможность осуществления в стесненных условиях и главное необходимость удлинения водопропускных труб.

Защиты от размывов в виде плитных покрытий требуют значительных расходов дорогого железобетона, устройства специальных подготовок или обратных фильтров, и весьма уязвимы при воздействии волнопрйбоя. Каменные наброски более Надежны, но также требуют устройства обратных фильтров и такЖе уязвимы при ударах волн.

В том и другом случае альтернативой могут служить различные габионные структуры - сооружения и устройства из габионов и матрасов Рено /1/. Использование этих конструкций является более экономичным, а в ряде случаев и более надежным средством, чем традиционные способы по ряду причин. Наиболее важные из них следующие:

-    высокая сопротивляемость нагрузкам, прочность армирующих элементов и лицевых граней;

-    коррозийная устойчивость к воздействию воды и атмосферных явлений;

-    проницаемость и пористость конструкций, которая обеспечивает дренирование обратной засыпки, что исключает дополнительные затраты на устройство дренажа;

-    гибкость, которая позволяет габионной структуре поглощать осадки грунта без разрушения сооружения;

-    простота строительства и минимальные объемы работ по подготовке основания (необходимо простое выравнивание поверхности);

-    низкие эксплуатационные расходы.

Габионные сооружения отвечают требованиям экологии. Они не Препятствуют росту растительности и с течением времени становятся частью естественного ландшафта.

Можно отметить, что в настоящее время габионные конструкции в России переживают свое второе рождение. Фгфмой "ОФИЧИНЕ МАККАФЕРРИ" уже выполнен целый ряд работ в России по сооружению подпорных стен, берегоукреплений и других устройств из габио-

5

нов (берегоукрепление Саратовского водохранилища, облицовка канала в Нижегородской области, устройство подпорной стены в г. Сочи и др.).

ПСК "Алькон" по проекту МИИТа осуществлено устройство армогрунтовой стены из габионов для усиления насыпи 1365 км Горьковской железной дороги.

Настоящие Указания разработаны в МИИТе д.т.н., проф. Виноградовым В.В. (руководитель темы), д.т.н., проф. Яковлевой Т.Г., K.T.H., доц. Фроловским Ю.К. (ответственный исполнитель), инженерами Анисимовой Н.Д., Виноградовой Г.А., Зайцевым А.А., Моргуненко В.И.

6

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

1.1. Общие сведения

Различные габионные структуры примжяются свыше ста лет в области стабилизации грунтовых сооружений и защиты от эрозионных процессов любого рода. Аккумулируя в себе минеральные частицы грунта габионные сооружения приобретают еще большую прочность и становятся частью природного ландшафта.

Время полной консолидации конструкции в зависимости от климата и типа сооружения составляет от 1 до 5 лет. После завершения процесса консолидации габионное сооружение приобретает максимальную устойчивость и после этого срок его службы практически неограничен.

Габионные структуры относятся к классу гибких сооружений: они воспринимают возможные осадки грунта, реагируя на это незначительными прогибами. При этом разрушения самой габионной структуры не происходит и сооружение продолжает выполнять свое основное функциональное назначение.

Пористая структура габиона придает габионным конструкциям хорошие дренажные свойства, а высокая проницаемость защищает от возникновения гидростатических нагрузок. Исключен также разрыв связи грунтовых и поверхностных вод, поэтому практически исключается суффозия под подошвой берегоукрепительных сооружений.

Высокие дренажные свойства габионов позволяют в большинстве случает строить подпорные стены без сопутствующего заеденного дренажа, что удешевляет конструкцию. Кроме того, водопроницаемость габионов создаст идеальные условия для появления на габионах растительности, под питывая ее я стимулируя ее рост.

Многолетний опыт применения габионов "ОФИЧИНЕ МАК-КАФЕРРИ" показывает, что сооружения из них относятся к классу постоянных, они благоприятствуют со временем восстановлению состояния естественного равновесия в зоне их возведения, благодаря чему на сооружение воздействуют нагрузки меньшие, чем те, на которые они были рассчитаны первоначально.

Г абионные структуры обладают высокими экологическими свойствами.

Конструкции из габионов более экономичны, чем традиционные жесткие или полужесткие конструкции: экономия средств при применении габионов составляет от 10 до 50 % на один линейный метр; они требуют меньших затрат на эксплуатацию и ремонт.

Габионные структуры очень просты, для их сооружения не требуется квалифицированная рабочая сила. Объемы работ по подготовке основания минимальны (необходимо простое выравнивание поверхности). Не нужны дополнительные затраты на устройство дренажных

7

систем. Не вызывают проблем климатические или сезонные условия, габионы могут устанавливаться как в сухом месте, так и в воде. Не нужна специальная техника, достаточно обычных средств строительной площадки.

1.2. Классификация объектов, усиливаемых габионными конструкциями, и габионных структур

Классификация применения габионных структур приведена на

рис.1.1.

Габионные структуры можно разделить на две большие группы:

-    структуры, поддерживающие или удерживающие откосы насыпей или неустойчивые склоны, на которых размещено земляное полотно (первая группа);

-    структуры, применяемые для защиты от размывов откосов наевшей и их оснований, защиты откосов от эрозии, защиты береговых устоев мостов и мостовых опор, для защиты от размывов берегов рек и морских берегов, вблизи которых размещается земляное полотно (вторая группа).

Все эти структуры, в основном, конструируются из габионов различных типов и матрасов Рено. Используется также геотекстиль и другие материалы (см. ниже, главу третью).