Ресурсосберегающие конструкции противоэрозионной защиты мелиоративных систем

Приведены результаты исследований по разработке и технологии строительства противоэрозионной защиты мелиоративных систем с использованием гибких бетонных плит ПБЗГУ. Гибкие бетонные плиты защищают грунтовые откосы насыпей дамб и каналов от размыва по принципу гибкого экрана. Гибкое бетонное покрытие, собираемое из гибких бетонных плит, обеспечивает надежность и безопасность при воздействиях на защищаемые гидротехнические сооружения потоков воды со скоростями до 7 м/с, волн высотой до 4 м и льда толщиной до 1,5 м [3].

Авторы:

• Метлицкий В. С.
• Ардаков А. А.

Строительство мелиоративных систем и сооружений согласно с СП 100.13330.2016 [1] связано с выполнением большого объема работ по укреплению грунтовых откосов насыпей, подверженных абразивному действию воды. До недавнего времени при проектировании и производстве таких работ преимущественно применяли сборные и монолитные железобетонные плиты, укладываемые на основание с обратным фильтром или наброску из несортированного камня, отсыпаемого слоем толщиной не менее 0,5 м, около 800…1000 кг которого распределяют на 1 м² откоса. Работы по защите от размыва, как правило, трудоемки, необходимость их выполнения нередко значительно увеличивает сроки строительства.

С переходом страны к рыночным экономическим отношениям возникла проблема разработки ресурсосберегающих и быстровозводимых конструкций крепления грунтовых откосов от размыва, применение которых обеспечит экономию и рациональное расходование материальных и денежных ресурсов. ООО «Спецпром 1» на основе материалов ОАО ЦНИИС [2] прошлых лет выполнило исследования и разработало гибкие бетонные плиты с товарным наименованием ПБЗГУ, представляющие собой сборную конструкцию, состоящую из отдельных бетонных блоков, соединенных между собой пластической связью (канатом) из синтетического материала, и предотвращающее размыв грунтовых откосов.

1. Соединительная петля;
2. Закладная деталь;
3. Бетонный блок;
4. Арматурный синтетический канат;
5. Монтажный канат;
6. Строповочная петля.

Исследования показали, что ПБЗГУ работает на откосе грунтового сооружения по принципу гибкого экрана [3] и при сравнительно небольших материальных затратах на его изготовление и минимальной массе защищает от размыва течением и ветровыми волнами подводные и надводные склоны. На объекты строительства ПБЗГУ поставляют в виде отдельных плит (рис. 1), оснащенных соединительными элементами для их сборки в единое защитное гибкое бетонное покрытие. Все плиты ПБЗГУ выпускаются в заводских условиях.

Монтаж гибкого бетонного покрытия описан в СП 80.13330.2016 (изм. 1) «Гидротехнические сооружения речные» [4]. Соседние гибкие бетонные плиты следует скреплять между собой:

• Методом сварки за закладные детали;
• С помощью замоноличенных дополнительных монтажных канатов;
• С помощью каната, продетого через угловые петли соседних гибких бетонных плит.

Встроенные в гибкую бетонную плиту узлы скрепления обеспечивают устойчивое положение ПБЗГУ на надводном и подводном участке откоса гидротехнического объекта с течениями, ветровыми волнами и ледовыми воздействиями.

Строительно-монтажные работы по защите откосов насыпей с применением гибких бетонных плит оперативно и качественно выполняются специалистами средней квалификации, что существенно снижает трудозатраты.

Сравнительно простая технология подготовки откосов для укладки ПБЗГУ включает планировку откосов и проверку проектной плотности грунта, укладку противосуффозионного экрана в виде геотекстиля.

Опыт проектирования и возведения защитных покрытий откосов от размыва показал, что гибкое бетонное покрытие по своим конструктивным и технико-экономическим показателям решило проблему защиты грунтовых откосов насыпей от размыва, в том числе для сооружений, расположенных в экстремальных природно-климатических условиях страны. В табл. 1 приведены основные конструктивно-технологические параметры плит ПБЗГУ.

Бетонные блоки (рис. 2) — основные элементы конструкции гибких бетонных плит — разрабатывали на основе результатов расчетов, моделирования, проверки и корректировки их размеров и формы на физических моделях в гидравлических лотках со скоростями течения воды до 10 м/с и регулярными волнами высотой до 0,3 м.

По результатам исследований разработаны оптимальные конструкции бетонных блоков (табл. 2), обеспечивающие эффективную защиту от размыва грунтовых откосов гибким бетонным покрытием при минимальных потребностях в строительных материалах для их изготовления.

По результатам лабораторных и полевых испытаний установлено, что гибкие бетонные плиты обеспечивают защиту грунтовых откосов от размыва при скоростях течения воды до 7 м/с, т. е. удовлетворяют требования по неразмываемости при проектировании особо ответственных сооружений [7].

Мониторинг ряда гидротехнических и транспортных сооружений подтвердил результаты гидравлических расчетов об устойчивой и надежной работе ПБЗГУ при воздействиях фронтальных ветровых волн и волнении, действующем на защитное покрытие под углом. Предельно допустимая высота наката ветровых волн при проектировании защиты откосов ПБЗГУ установлена в 4 м.

Границы укладки ПБЗГУ на откосе при проектировании рекомендуется принимать с учетом изменений уровня воды и воздействий льда. Предельная нагрузка от ледовых воздействий на ПБЗГУ ограничена толщиной льда в 1,5 м.

Строительные материалы (бетон, канаты) для производства ПБЗГУ проектировали на основе результатов лабораторных исследований и проверки их в полевых условиях на натурных экспериментальных образцах. Бетон для изготовления плит ПБЗГУ подбирали по прочности на сжатие, по морозостойкости, водонепроницаемости, истираемости и шероховатости поверхности.

Плиты ПБЗГУ изготавливаются из бетона марки по прочности не ниже В30 по ГОСТ 26633, по морозостойкости F300 по ГОСТ 10060, а по водонепроницаемости — W8 по ГОСТ 12730.5. Операционный инструментальный контроль на заводе исключает выпуск плит ПБЗГУ с поверхностными трещинами и пустотами. Стальные крепежные элементы ПБЗГУ и канаты изготавливают в соответствии с требованиями ТУ 5859−002−5956714−2012 [6] на производство покрытия бетонного защитного гибкого универсального (ПБЗГУ).

Основные требования к проектированию, строительству и эксплуатации защиты от размыва грунтовых откосов инженерных сооружений из ПБЗГУ приведены в СП 80.13330.2016 (изм. 1) «Гидротехнические сооружения речные» [4].

Гибкие бетонные плиты успешно использованы при возведении ряда мелиоративных объектов, в том числе реконструкция мелиоративных сооружений в Бузулукском районе Оренбургской области в 2017 г., капитальный ремонт гидротехнических сооружений в Смоленской области 2018−2021 гг. на р. Угож, Большая Вережа, Чернавка, Гусинка и многие другие.

Все сооружения защиты от размыва из гибких бетонных плит обеспечили высокие технико-экономические показатели при возведении и эксплуатации защиты от размыва мелиоративных систем и прочих инженерных сооружений.

Накопленный опыт проектирования, строительства и эксплуатации ПБЗГУ для защиты грунтовых откосов инженерных сооружений от размыва позволяет рекомендовать их широкое применение при строительстве мелиоративных систем и сооружений.

Литература

1. СП 100.13330.2016 «Мелиоративные системы и сооружения». М., 2017.
2. Исследования и расчеты по конструкции и технологии возведения транспортных и гидротехнических сооружений // Сборник научных трудов; под ред. И.Е. Школьникова. М.: Транспорт, 1986. 91 с.
3. Мюллер Ф.Ф. Крепление волновых откосов. Киев: Госстройиздат УССР, 1960. 162 с.
4. СП 80.13330.2016 (изм. 1) «Гидротехнические сооружения речные». М., 2017.
5. СТО 5264−001−0139674−2012. Методические рекомендации по проектированию и строительству защиты от размыва грунтовых откосов инженерных сооружений из покрытия универсального гибкого защитного бетонного. М.: ОАО ЦНИИС, 2012. 66 с.
6. ТУ 5859−002−5956714−2012. Покрытие бетонное защитное гибкое универсальное (ПБЗГУ). Воронеж: ООО «Спецпром 1», 2012. 41 c.
7. Справочник по гидравлическим расчетам / Под ред. П.Г. Киселёва. М.: Энергия, 1972. 239 с.

_{Журнал «Мелиорация и водное хозяйство», № 4, 2022}