Определение длины и шага анкеров для систем укрепления склонов на основе стальных сеток

Укрепление склонов стальными сетками и анкерами набирает популярность и в гражданском строительстве и в карьерах - скорость и простота монтажа, сокращение земляных или вскрышных работ, сохранение ландшафта и расчётный срок службы до ста лет и более - эти и другие преимущества перед традиционными бетонными конструкциями привлекают геотехников, проектировщиков и финансовых специалистов. Сразу оговоримся - речь о высокопрочных сетках из проволоки >1770 Н/мм2, а не о давно известных “Рабице”, “габионной” и кольчужной сетках. (Кольчужные сетки, как выяснилось, часто вообще производятся из проволоки по ГОСТУ для сердечников проводов, а не для проволочных сеток).

Однако, какой бы прочной не была сетка, без правильного крепления к склону (= без хорошей анкеровки) не обойтись. Неправильно или некачественно выполненное анкерное крепление часто становится причиной обрушений и стальных сеток и бетонных стенок и котлованов. Почему? Причина стара как мир - желание сэкономить за счёт технической части, то есть за счёт надёжности, то есть за счёт качества и длины анкеров. Но в редких случаях также и отсутствие опыта и специфических знаний. Таблеток от жадности мы не предлагаем, поэтому попробуем помочь тем, кто хотел бы понять базовые вещи, разобраться в технологии и не совершать глупых ошибок.

Вкратце, понятием анкер (= якорь) описывается всё, что корнем куда-то крепится - от шурупов и болтов для дома, до геотехнических конструкций. Последние, опять же, делятся на множество разновидностей, в зависимости от назначения, материала самого анкера и того, чем или как он крепится в своём корне. На склонах применяются анкеры (или анкера), представляющие из себя металлические стержни, которые вставляют в заранее пробуренные отверстия и закрепляют в них цементным раствором по давлением (классические стержневые), либо забуривают с нагнетанием раствора через анкер (буроинъекционные).

Чтобы определить тип и длину анкера, а также расстояние между ними, геотехники и проектировщики используют широко представленные на рынке расчётные программы - от получившего известность благодаря пиратским копиям Plaxis, до продуктов компании Rocscience и других, менее известных брендов. Все эти программы объединяют два “недостатка” - высокая цена (приготовьте хотя бы 5’000 USD за годовую подписку) и требования к вычислительной технике (ещё 2’500 USD за компьютер). Суммы, на самом деле, смешные в сравнении со ценой ошибок в решаемых задачах и поэтому у всех специализирующихся на склонах проектировщиков и геотехников программы уже есть. Но…

…любая программа основана на модели и даже при наличии вычислений важно понимать суть процесса, чтобы быть уверенным в том, что программа и модель выдают близкий к реальности результат. Это раз. Программы (пока что) из рук вон плохо считают параметры анкерного крепления для комбинации с покровными сетками. Это два. И наконец - что делать тем (заказчикам и проектировщикам), кто хочет быстро “прикинуть” бюджет и посчитать предварительное решение, но пока не готов инвестировать в расчётные программы или не располагает данными изысканий и временем для их получения, или тем, кому такие программы в принципе не нужны в повседневной деятельности?

Для тех, кто читает дальше, потихоньку появляются бесплатные онлайн-программы для расчёта параметров систем укрепления склонов типа нагель плюс сеть - например, программа RUVOLUM на сайте компании Geobrugg, а также существуют некоторые практические знания и шаги, которыми мы хотели бы поделиться ниже.

Исходя из имеющихся данных, логика рассуждения будет примерно как описано:

Шаг 1. Знаете ли вы, на какой глубине:

· проходит поверхность скольжения оползня или

· проходит разлом, по которому может пойти обвал или

· находятся неразрушенные коренные грунты?

Если не знаете - попробуйте определить по внешним признакам - трещины смещения выше склона, трещины и нарушенные жилы в самом склоне, глубина проникновения трещин вглубь массива, наличие или отсутствие выходов прочных, неразрушенных пород.

Если знаете или определили - можете определить длину анкеров “на глаз” - они должны заходить в стабильные (коренные) грунты не меньше, чем на глубину 2 метра. То есть, нужная длина анкера = Глубина до стабильных пород + 2 метра (или более, если Вы не уверены в точности определения первого параметра).

Пример 1: склон в целом стабилен, но подвержен воздействию внешних разрушительных процессов и потому осыпается/обрушается с поверхности - как, например, склон в районе автомобильной и канатной дорог на популярный в Казахстане горнолыжный комплекс Шымбулак. Легко увидеть, что трещины заходят в толщу скального массива на глубину 0,5- 1,5 метра (об этом же говорит размер выпавших блоков). Для надёжности округлим толщину нестабильного слоя до 2 метров, значит требуемая длина анкеров - 4 метра. Также легко увидеть, что те, кто делал крепление склона обрушающейся в настоящее время системой (частично выпавших) нагелей и (соответственно, частично порванной) сетки, не следовал нашей простой формуле. P.S.: конечно мы допускаем, что есть вариант, что кто-то решил сэкономить - история умалчивает, но внешний вид разрушающейся крепи уж очень хорошо иллюстрирует ошибки с длиной нагельного крепления и прочностью сетки.

Пример 2: склон в целом нестабилен - мы видим в верхней части склона глубокие трещины, рвы отседания и предполагаем, что поверхность смещения может уходить вглубь на 5 - 10 - 15 метров. Тут сложно обойтись без расчётной программы и легко ошибиться - в таких случаях обычно берут худший вариант.

Что может помочь ограничить себя от принятия слишком глубоких поверхностей скольжения - понимание того, что поверхность скольжения практически никогда не будет глубже высоты самого склона - то есть для склона, высотой 10 метров, поверхность скольжения будет не глубже 10 метров, и, соответственно, анкеры будут не длиннее 12 метров. Однако такой подход без уточняющих расчётов вряд ли даст удовлетворительный бюджет.

Шаг 2. Шаг между анкерами и тип анкера. Со вторым определиться проще, если мы говорим о системе нагель плюс сеть - ведь анкер:

а) должен работать в комбинации с сеткой и передавать нагрузки от сетки в стабильный грунт

б) не быть сильно прочнее или слабее, чем та нагрузка, которую сетка через анкерные пластины способна передать в грунт.

Пример 1: Рассчитать тип анкеров и шаг между ними для условий, когда глубина потенциальной поверхности смещения или толщина нестабильного слоя пород не превышает 3 метра можно в бесплатных программах для расчёта параметров систем нагель плюс сеть - например, в уже упомянутой выше программе RUVOLUM, доступной для зарегистрированных пользователей на сайте Geobrugg.

Пример 2. Для второго случая - глубоких поверхностей скольжения - всё-таки необходимо выполнить расчёт в специализированной программе, однако для целей грубой оценки можно просто принять самые частые параметры для таких конструкций - анкер диаметром 30-50 мм с шагом от 2 х 2 до 2,5 х 2,5 метра - в зависимости от того, насколько масштабной представляется задача.

Бурение и установка анкеров - самая затратная часть в укрепление склонов с применением высокопрочной стальной сетки. Собственно, высокопрочная сетка и используется для того, чтобы удержать грунтовые массы от выскальзывания между анкерами без необходимость сгущать сетку анкеров как для обычных сеток, ведь работы по их установке и стоимость материалов составляют до 80% стоимости всей конструкции с монтажом. Быстрая оценка параметров анкерного крепления склона позволяет предварительно оценить бюджет и принять решение о дальнейшем уточнении параметров или выборе другого метода, например, противокамнепадных завес и барьеров либо барьеров от неглубоких оползней.