От дачного участка до борта карьера, от подмываемого берега реки до железнодорожной насыпи - любой склон может потерять устойчивость и в некоторых случаях это - проблема. Масштаб бедствия зависит, с одной стороны, от стоимости либо важности защищаемого объекта (хороший пример превышения важности над стоимостью - опора линии электропередачи), с другой - от сложности стабилизации склона. Поскольку отвечая на вопрос “Как укрепить склон?” можно нечаянно написать ещё одну Википедию, мы приближенно и на простом языке расскажем широко применяемых методах стабилизации склонов, их преимуществах и недостатках.
Начнём с простого - то есть с того, что может сделать каждый.
1. Выполаживание склона - вероятно, самый старый, самый распространённый и самый примитивный метод борьбы с оползнями, обвалами и осыпями. Принцип “Нет склона - нет проблемы”. Причём выплачивать склон можно по разному - срезав его под более пологим углом, либо сделав на нём несколько полок-террас, тем самым уменьшив общую крутизну склона и сняв с него нагрузку. При террасировании склонов мы как бы делим их на несколько маленьких “склончиков”.
У метода есть свои, хорошо известные, недостатки и ограничения. Начнём с того, что не каждый склон можно выположить - для этого нужно место, работы по перемещению и складированию грунта (ещё раз место) и уверенность в том, что выгораживание склона не приведёт к ещё большим проблемам. Как пример возьмем откос выемки для прокладки автомобильной дороги. Выполаживание и террасирование склонов - основные методы стабилизации в этой области. Однако, не всегда строители дорого могут вылезать за отведённые им границы строительства, чтобы сделать склон более пологим. В условиях пустынной местности это не представляет никаких проблем, но при строительстве дороги в плотной застройке или в заповеднике или среди плодородных полей - изъятие земель под, например, террасирование склона для строительства дороги может быть не самым экономически обоснованным решением, если вообще осуществимым в случае заповедных земель. Другой пример - когда уже существующие частные постройки или промышленные объекты стоят на краю нестабильного откоса. В этом случае выполаживание теряет смысл, так как объект в любом случае надо будет переносить.
Отдельно скажем про возможные негативные последствия при подрезке и профилировании естественного склона. Вмешиваясь в естественную структуру склона мы (часто) убираем растительный покров, а также меняем условия дренажа грунтовых вод. Это крайне часто является причиной сползания и широкого развития эрозии (размыва) на свежеподрезанных склонах.
2. Дренаж - это то мероприятие, о котором необходимо думать в любом проекте по стабилизации склона, ведь если гравитацию представить “двигателем” смещения грунтов, то вода в нем будет “маслом”. Причем вода может попадать на склон разными путями - как в виде осадков - формируя эрозийные борозды, особенно на свежеподрезанных склонах, так и изнутри в виде подземных вод. Для стабилизации грунта на склоне воду от него желательно отвести. С поверхностными водами всё просто - устраиваются перехватывающие канавы различных конструкций. Как правило, канава устраивается в крест стекающим осадкам, дно канавы выполняется изолирующем материалом, а уклон в нужную сторону делается не слишком крутым, чтобы стекающий поток не размывал дно.
С подземными водами ситуация сложнее, так как нужно понимать, откуда конкретно они приходят - ведь для их остановки придётся обустраивать подземный перехватывающий дренаж - звучит мероприятие страшнее, чем оно на самом деле осуществляется. Главное - хорошие изыскания и понимание того, что откуда и куда течет.
Есть и третья ситуация - когда склон непосредственно уходит в воду - будь то берег реки, озера или моря. Для укрепления берегов водоёмов разработано большое количество гидротехнических сооружений. Благодаря развитию технологий, многие проблемы эрозии и абразия берегов можно решить путем применения геосинтетических материалов в комбинации с заполненными грунтом коробами из металлических сеток - габионных для простых участков (берег небольшого озера на даче) или высокопрочных типа TECCO Cell для берегов бурных горных рек, больших озер, морей и океанов.
Кстати, применение высокопрочных сеток для укрепления склонов имеет ещё и то преимущество перед бетонными конструкциями, что сетки не препятствуют естественному дренажу на склоне.
3. Геосинтетические материалы - очень широкий термин, объединяющий любые синтетические материалы, так или иначе соприкасающиеся с грунтом или используемые в геотехнике. Применяются сплошь и рядом и очень часто бездумно - материалы, созданные для одной цели, применяют для совершенно другой. Хороший пример - базальтовые сетки: изначально созданные для армирования каменной кладки и ни коим образом не предназначенные для работы на срез материалы иногда рекомендуют применять для укрепления скальных склонов или сводов шахт!
Наш совет - всегда изучайте историю создания материала и его первичное применение. Этот простой способ уберегает от фатальных ошибок.
Геосинтетические материалы, как правило, используются на небольших склонах (5-10 м) крутизной до 30-35 градусов, сложенных рыхлыми грунтами. Основная решаемая ими задача - остановить так называемую “ручейковую эрозию” и дать самому верхнему (и самому рыхлому) слою грунта зарасти и стабилизироваться благодаря растительности. Есть и вариации - разнообразные биоматы, кокоматы и т.п. уже несут в своих волокнах семена растений. Объёмные георешётки - типа Husker - обладают максимальной для данных конструкций прочностью и удерживают максимально мощный слой грунта - около 10-15 см.
Применять геосинтетику следует очень осторожно - помимо изначального предназначения, следует обязательно смотреть на несущую способность и качество материала. Увы, повсеместное применение некачественных “аналогов” известных брендов и применение геосинтетических материалов на заведомо неподходящих склонах - крутизной более 35 градусов и высотой более 10 метров - нанесло существенный удар по репутации данной группы решений в деле укрепления склонов. Тем не менее, геосинтетические материалы остаются одним из самых распространённых и доступных материалов для предотвращения эрозии и стабилизации грунта на относительно небольших уступах.
4. Стальные сетки низкой несущей способности - в большинстве своём имеют прочность качественной геосинтетики, но отличаются большей устойчивостью на срез острыми краями обломков горных пород. Базовые варианты - известная всем сеть Рабица или более современная сеть двойного кручения (СДК), она же - габионная сетка.
В чистом и “первозданном” виде Рабица применяется в дачных заборах и в качестве противокамнепадной завесы там, где нужно показать надзорным органам, что какие-то мероприятия были выполнены. Для укрепления склонов используются те же плетёные сетки, но из проволоки гораздо большей толщины - 4-5-6 мм, часто в комбинации со стальными канатами. Толщина проволоки позволяет увеличить несущую способность плетёной сетки до 5-6 тонн/кв. м, а добавление к сетке стальных канатов - добиться очень хороших показателей прочности… на испытательном стенде. Это такой “узконишевый дизельгейт”: так как на стенде на растяжение по основной оси испытывается панель сетки 1 х 1 метр или 2 х 2 метра, любую слабую сеть можно превратить в супер прочную “систему укрепления склонов” путём добавления канатов и снижения шага между ними. На прочность сети добавление канатов ника не влияет.
Габионная сеть, как несложно догадаться, изначально придумана для создания габионов. Для тех, кто не знает, это такие короба из сетки, наполняемые камнем и выполняющие функцию подпорной стенки. Уникальной особенностью этой сетки является двойное плетение (отсюда её второе название) - это плетение помогает сетке “запоминать” и держать форму короба. При применении на склоне это не помогает и даже мешает - при прорыве сеть расплетается по длине рулона. Как и тяжелая (из проволоки 4-6 мм) плетёная сеть Рабица, габионная сетка держит 5-6 тонн/кв. м, чего обычно достаточно для склонов, крутизной 30-35 градусов, в том числе, сложенных скальными грунтами - и это основное отличие этих сеток от геосинтетики. При стоимости около 3-5 USD за квадратный метр - вполне рабочее решение.
Отдельно стоит упомянуть, что сетка должна как-то крепиться в грунт. С учётом того, что обычные плетёные сетки и габионная сеть закрепляют, подобно геосинтетике, только самый верхний нестабильный слой грунта - предельно до глубины 20-50 см - их следует крепить анкерами в более глубокие, стабильные грунты. Анкером (от нем. якорь) является что-то, что работает на выдергивание. В наиболее распространённом случае, промышленными перфораторами с шагом 1 х 1 метр на закрепляемом склоне бурят отверстия (шпуры) на глубину до 2 метров. В них с помощью цементного или химического раствора закрепляют арматурные стержни. В верхней части стержня нарезают резьбу или делают петлю, чтобы закрепить гайкой или клином пластину, которая будет передавать нагрузку от сетки на анкер.
5. Стальные сетки высокой несущей способности - представлены тяжелыми сетками из колец (или “кольчужными”) и сетками на основе высокопрочной стальной проволоки швейцарской компании Geobrugg.
По распространенной версии, кольчужные сетки придуманы в Советском Союзе для защиты акваторий от подводных лодок. Сплетённые из нескольких нитей проволоки кольца, также сплетённый друг с другом, обладают внушительной прочностью и энергопоглащающими свойствами - за счёт пластической деформации колец при ударе. Хотя сеть является очень прочной, её применение на склоне затрудняют огромный вес и деформации под нагрузкой. Также из-за диаметра колец в 30-35 см, под такую сеть часто нужно подкладывать сеть Рабица или двойного кручения. Анкерное крепление также следует усилить - ведь на выдергивание анкера будет влиять не только нагрузка от смещающегося грунта, но и вес самой сетки. Преимуществом сетки является соотношение цены к прочности - при стоимости в 7-10 USD за квадратный метр сеть несет 10-12 тонн на квадратный метр
Сетки из высокопрочной (= временной сопротивление на разрыв >1770 Н/мм2) стальной проволоки для укрепления склонов применяются сравнительно недавно - первая система на их основе - система TECCO[текко] - была разработана и запатентована компанией Geobrugg и впервые поступила в продажу в 1990 году. Технология быстро нашла широкое применение - дело в том, что, благодаря применению высокопрочной проволоки, стало возможным применять сетчатые конструкции там, где раньше нельзя было обойтись без массивных бетонных сооружений. Сохраняя все преимущества лёгких сеток в плане транспортировки и монтажа, сетки и системы Geobrugg обладают выдающейся прочностью от 5,5 до 36 тонн/м2 при весе всего от 0,65 до 5 кг на квадратный метр соответственно. Более того, системы укрепления склона на основе высокопробных сеток не требуют много места для монтажа и не препятствуют естественному дренажу и озеленению склона - существенное преимущество перед бетонными стенками, не говоря о цене. В зависимости от прочности сетки и конфигурации системы, цена варьирует в диапазоне 5-50 USD за квадратный метр - существенно дешевле бетонных стен.
6. Бетонные и габионные стенки - применяются в основном в тех случаях, когда надо удержать оползневой склон путем его подписания тяжёлой конструкцией и при этом (в случае бетонных стенок) не допустить малейших деформаций. В зависимости от конструкции, такие сооружения могут быть сравнительно небольшими и выполнять функцию удерживания или подписания оползающего грунта на склоне - в этом случае, их можно заменить на упомянутую выше систему ТЕССО, либо могут быть колоссальных размеров и удерживать огромные оползни. Бетон - материал хрупкий , поэтому стенки практически не допускают динамического воздействия, хотя иногда их ставят для улавливания масс. Более того, стенки занимают много места и, как и ещё один метод на основе бетона - набрызг-бетон (или торкретирование) препятствуют дренажу и естественному озеленению. Тем не менее, этот старый проверенный метод до сих пор широко используется и часто является технически и экономически обоснованным для стабилизации больших оползней.
Отметим, что для успешного укрепления склона, как и для любого проекта в области инженерной защиты, необходимо следовать принципам, которые игнорируют гораздо чаще, чем можно себе представить, а именно:
⁃ все решения должны быть основаны на независимых испытанных и сертифицированных материалах и конструкциях, а также подтверждены точными расчётами. - ничего не должно оставаться на волю случая!
⁃ любой неизвестный параметр конструкции (например - устойчивость к динамической нагрузке или на срез) должен быть определён путём независимых полномасштабных испытаний.
⁃ контроль качества, материальная ответственность и даже репутация компании определяют надёжность защитных мероприятий и спасают жизни и инвестиции
Выбор по принципу «такие же, только дешевле» без проведения испытаний и подтверждающих расчётов приводит к катастрофическим последствиям и неправильным выводам о том, что «это всё не работает». Делайте правильные выводы и точные расчёты, а также используйте качественные материалы - и эти инвестиции окажутся самыми надёжными!
Начнём с простого - то есть с того, что может сделать каждый.
1. Выполаживание склона - вероятно, самый старый, самый распространённый и самый примитивный метод борьбы с оползнями, обвалами и осыпями. Принцип “Нет склона - нет проблемы”. Причём выплачивать склон можно по разному - срезав его под более пологим углом, либо сделав на нём несколько полок-террас, тем самым уменьшив общую крутизну склона и сняв с него нагрузку. При террасировании склонов мы как бы делим их на несколько маленьких “склончиков”.
У метода есть свои, хорошо известные, недостатки и ограничения. Начнём с того, что не каждый склон можно выположить - для этого нужно место, работы по перемещению и складированию грунта (ещё раз место) и уверенность в том, что выгораживание склона не приведёт к ещё большим проблемам. Как пример возьмем откос выемки для прокладки автомобильной дороги. Выполаживание и террасирование склонов - основные методы стабилизации в этой области. Однако, не всегда строители дорого могут вылезать за отведённые им границы строительства, чтобы сделать склон более пологим. В условиях пустынной местности это не представляет никаких проблем, но при строительстве дороги в плотной застройке или в заповеднике или среди плодородных полей - изъятие земель под, например, террасирование склона для строительства дороги может быть не самым экономически обоснованным решением, если вообще осуществимым в случае заповедных земель. Другой пример - когда уже существующие частные постройки или промышленные объекты стоят на краю нестабильного откоса. В этом случае выполаживание теряет смысл, так как объект в любом случае надо будет переносить.
Отдельно скажем про возможные негативные последствия при подрезке и профилировании естественного склона. Вмешиваясь в естественную структуру склона мы (часто) убираем растительный покров, а также меняем условия дренажа грунтовых вод. Это крайне часто является причиной сползания и широкого развития эрозии (размыва) на свежеподрезанных склонах.
2. Дренаж - это то мероприятие, о котором необходимо думать в любом проекте по стабилизации склона, ведь если гравитацию представить “двигателем” смещения грунтов, то вода в нем будет “маслом”. Причем вода может попадать на склон разными путями - как в виде осадков - формируя эрозийные борозды, особенно на свежеподрезанных склонах, так и изнутри в виде подземных вод. Для стабилизации грунта на склоне воду от него желательно отвести. С поверхностными водами всё просто - устраиваются перехватывающие канавы различных конструкций. Как правило, канава устраивается в крест стекающим осадкам, дно канавы выполняется изолирующем материалом, а уклон в нужную сторону делается не слишком крутым, чтобы стекающий поток не размывал дно.
С подземными водами ситуация сложнее, так как нужно понимать, откуда конкретно они приходят - ведь для их остановки придётся обустраивать подземный перехватывающий дренаж - звучит мероприятие страшнее, чем оно на самом деле осуществляется. Главное - хорошие изыскания и понимание того, что откуда и куда течет.
Есть и третья ситуация - когда склон непосредственно уходит в воду - будь то берег реки, озера или моря. Для укрепления берегов водоёмов разработано большое количество гидротехнических сооружений. Благодаря развитию технологий, многие проблемы эрозии и абразия берегов можно решить путем применения геосинтетических материалов в комбинации с заполненными грунтом коробами из металлических сеток - габионных для простых участков (берег небольшого озера на даче) или высокопрочных типа TECCO Cell для берегов бурных горных рек, больших озер, морей и океанов.
Кстати, применение высокопрочных сеток для укрепления склонов имеет ещё и то преимущество перед бетонными конструкциями, что сетки не препятствуют естественному дренажу на склоне.
3. Геосинтетические материалы - очень широкий термин, объединяющий любые синтетические материалы, так или иначе соприкасающиеся с грунтом или используемые в геотехнике. Применяются сплошь и рядом и очень часто бездумно - материалы, созданные для одной цели, применяют для совершенно другой. Хороший пример - базальтовые сетки: изначально созданные для армирования каменной кладки и ни коим образом не предназначенные для работы на срез материалы иногда рекомендуют применять для укрепления скальных склонов или сводов шахт!
Наш совет - всегда изучайте историю создания материала и его первичное применение. Этот простой способ уберегает от фатальных ошибок.
Геосинтетические материалы, как правило, используются на небольших склонах (5-10 м) крутизной до 30-35 градусов, сложенных рыхлыми грунтами. Основная решаемая ими задача - остановить так называемую “ручейковую эрозию” и дать самому верхнему (и самому рыхлому) слою грунта зарасти и стабилизироваться благодаря растительности. Есть и вариации - разнообразные биоматы, кокоматы и т.п. уже несут в своих волокнах семена растений. Объёмные георешётки - типа Husker - обладают максимальной для данных конструкций прочностью и удерживают максимально мощный слой грунта - около 10-15 см.
Применять геосинтетику следует очень осторожно - помимо изначального предназначения, следует обязательно смотреть на несущую способность и качество материала. Увы, повсеместное применение некачественных “аналогов” известных брендов и применение геосинтетических материалов на заведомо неподходящих склонах - крутизной более 35 градусов и высотой более 10 метров - нанесло существенный удар по репутации данной группы решений в деле укрепления склонов. Тем не менее, геосинтетические материалы остаются одним из самых распространённых и доступных материалов для предотвращения эрозии и стабилизации грунта на относительно небольших уступах.
4. Стальные сетки низкой несущей способности - в большинстве своём имеют прочность качественной геосинтетики, но отличаются большей устойчивостью на срез острыми краями обломков горных пород. Базовые варианты - известная всем сеть Рабица или более современная сеть двойного кручения (СДК), она же - габионная сетка.
В чистом и “первозданном” виде Рабица применяется в дачных заборах и в качестве противокамнепадной завесы там, где нужно показать надзорным органам, что какие-то мероприятия были выполнены. Для укрепления склонов используются те же плетёные сетки, но из проволоки гораздо большей толщины - 4-5-6 мм, часто в комбинации со стальными канатами. Толщина проволоки позволяет увеличить несущую способность плетёной сетки до 5-6 тонн/кв. м, а добавление к сетке стальных канатов - добиться очень хороших показателей прочности… на испытательном стенде. Это такой “узконишевый дизельгейт”: так как на стенде на растяжение по основной оси испытывается панель сетки 1 х 1 метр или 2 х 2 метра, любую слабую сеть можно превратить в супер прочную “систему укрепления склонов” путём добавления канатов и снижения шага между ними. На прочность сети добавление канатов ника не влияет.
Габионная сеть, как несложно догадаться, изначально придумана для создания габионов. Для тех, кто не знает, это такие короба из сетки, наполняемые камнем и выполняющие функцию подпорной стенки. Уникальной особенностью этой сетки является двойное плетение (отсюда её второе название) - это плетение помогает сетке “запоминать” и держать форму короба. При применении на склоне это не помогает и даже мешает - при прорыве сеть расплетается по длине рулона. Как и тяжелая (из проволоки 4-6 мм) плетёная сеть Рабица, габионная сетка держит 5-6 тонн/кв. м, чего обычно достаточно для склонов, крутизной 30-35 градусов, в том числе, сложенных скальными грунтами - и это основное отличие этих сеток от геосинтетики. При стоимости около 3-5 USD за квадратный метр - вполне рабочее решение.
Отдельно стоит упомянуть, что сетка должна как-то крепиться в грунт. С учётом того, что обычные плетёные сетки и габионная сеть закрепляют, подобно геосинтетике, только самый верхний нестабильный слой грунта - предельно до глубины 20-50 см - их следует крепить анкерами в более глубокие, стабильные грунты. Анкером (от нем. якорь) является что-то, что работает на выдергивание. В наиболее распространённом случае, промышленными перфораторами с шагом 1 х 1 метр на закрепляемом склоне бурят отверстия (шпуры) на глубину до 2 метров. В них с помощью цементного или химического раствора закрепляют арматурные стержни. В верхней части стержня нарезают резьбу или делают петлю, чтобы закрепить гайкой или клином пластину, которая будет передавать нагрузку от сетки на анкер.
5. Стальные сетки высокой несущей способности - представлены тяжелыми сетками из колец (или “кольчужными”) и сетками на основе высокопрочной стальной проволоки швейцарской компании Geobrugg.
По распространенной версии, кольчужные сетки придуманы в Советском Союзе для защиты акваторий от подводных лодок. Сплетённые из нескольких нитей проволоки кольца, также сплетённый друг с другом, обладают внушительной прочностью и энергопоглащающими свойствами - за счёт пластической деформации колец при ударе. Хотя сеть является очень прочной, её применение на склоне затрудняют огромный вес и деформации под нагрузкой. Также из-за диаметра колец в 30-35 см, под такую сеть часто нужно подкладывать сеть Рабица или двойного кручения. Анкерное крепление также следует усилить - ведь на выдергивание анкера будет влиять не только нагрузка от смещающегося грунта, но и вес самой сетки. Преимуществом сетки является соотношение цены к прочности - при стоимости в 7-10 USD за квадратный метр сеть несет 10-12 тонн на квадратный метр
Сетки из высокопрочной (= временной сопротивление на разрыв >1770 Н/мм2) стальной проволоки для укрепления склонов применяются сравнительно недавно - первая система на их основе - система TECCO[текко] - была разработана и запатентована компанией Geobrugg и впервые поступила в продажу в 1990 году. Технология быстро нашла широкое применение - дело в том, что, благодаря применению высокопрочной проволоки, стало возможным применять сетчатые конструкции там, где раньше нельзя было обойтись без массивных бетонных сооружений. Сохраняя все преимущества лёгких сеток в плане транспортировки и монтажа, сетки и системы Geobrugg обладают выдающейся прочностью от 5,5 до 36 тонн/м2 при весе всего от 0,65 до 5 кг на квадратный метр соответственно. Более того, системы укрепления склона на основе высокопробных сеток не требуют много места для монтажа и не препятствуют естественному дренажу и озеленению склона - существенное преимущество перед бетонными стенками, не говоря о цене. В зависимости от прочности сетки и конфигурации системы, цена варьирует в диапазоне 5-50 USD за квадратный метр - существенно дешевле бетонных стен.
6. Бетонные и габионные стенки - применяются в основном в тех случаях, когда надо удержать оползневой склон путем его подписания тяжёлой конструкцией и при этом (в случае бетонных стенок) не допустить малейших деформаций. В зависимости от конструкции, такие сооружения могут быть сравнительно небольшими и выполнять функцию удерживания или подписания оползающего грунта на склоне - в этом случае, их можно заменить на упомянутую выше систему ТЕССО, либо могут быть колоссальных размеров и удерживать огромные оползни. Бетон - материал хрупкий , поэтому стенки практически не допускают динамического воздействия, хотя иногда их ставят для улавливания масс. Более того, стенки занимают много места и, как и ещё один метод на основе бетона - набрызг-бетон (или торкретирование) препятствуют дренажу и естественному озеленению. Тем не менее, этот старый проверенный метод до сих пор широко используется и часто является технически и экономически обоснованным для стабилизации больших оползней.
Отметим, что для успешного укрепления склона, как и для любого проекта в области инженерной защиты, необходимо следовать принципам, которые игнорируют гораздо чаще, чем можно себе представить, а именно:
⁃ все решения должны быть основаны на независимых испытанных и сертифицированных материалах и конструкциях, а также подтверждены точными расчётами. - ничего не должно оставаться на волю случая!
⁃ любой неизвестный параметр конструкции (например - устойчивость к динамической нагрузке или на срез) должен быть определён путём независимых полномасштабных испытаний.
⁃ контроль качества, материальная ответственность и даже репутация компании определяют надёжность защитных мероприятий и спасают жизни и инвестиции
Выбор по принципу «такие же, только дешевле» без проведения испытаний и подтверждающих расчётов приводит к катастрофическим последствиям и неправильным выводам о том, что «это всё не работает». Делайте правильные выводы и точные расчёты, а также используйте качественные материалы - и эти инвестиции окажутся самыми надёжными!