В данном выпуске обзорной информации приведены известные конструкции защитных покрытий для укрепления откосов дорог, проверенных практикой строительства и эксплуатации в условиях СНГ и за рубежом, их классификация по видам материалов и условиям применения, а также некоторые новые эффективные типы конструкции, разработанные одним из авторов.

Кроме того, изложены методики расчета конструкций и вероятностей оценки эксплуатационного состояния откосоукрепительных сооружений и использования элементов теории надежности в расчете этих сооружений.

Обзор подготовили канд. техн. наук Х.Б. Байнатов (Алма-Атинский архитектурно-строительный институт), д-р техн. наук, академик Академии Транспорта России Б.Ф. Перевозников (Союздорпроект)

1. ВВЕДЕНИЕ

В нашей стране расширяется строительство энергетических, промышленных и транспортных объектов в различных регионах с одновременным строительством автомобильных и железных дорог. Однако нормальная эксплуатация дорог затрудняется рядом неблагоприятных гидрометеорологических воздействий и в том числе от размыва речными и селевыми паводками с учетом климатических, рельефных и гидрогеологических особенностей местности.

При проектировании автомобильных дорог применяют научно обоснованные параметры земляного полотна и проезжей части. Большое внимание уделяют также вопросам устойчивости земляного полотна, которая обеспечивается приданием грунтовой насыпи полотна необходимых размеров и формы. Грунтовой массив обычно ограничивается боковыми откосами, крутизну которых назначают с учетом механических свойств грунта и высоты насыпи.

Откосы автомобильных дорог очень часто подвергаются размывам вследствие разрушающего действия стока по ним дождевых и талых вод, а также речных и селевых потоков.

Практика показывает, что в тех случаях, когда вопросам обеспечения устойчивости откосов и их защита от размыва не уделяется должного внимания, возникают деформации земляного полотна и откосозащитных сооружений, на устранение которых требуются немалые затраты. Из этого следует, что защитные покрытия для укрепления откосов и подошвы насыпей должны соответствовать определенным требованиям, т.е. иметь такую конструкцию, чтобы быть устойчивыми, долговечными и экономичными в строительстве и эксплуатации. Кроме того, конструкции защитных покрытий для укрепления откосов следует так "вписывать" в окружающую среду, чтобы по внешнему виду эти сооружения хорошо сочетались с ней и не нарушали экологическое равновесие.

Укрепление откосов дорог в наиболее трудных гидрологических условиях устраивают обычно из железобетонных сборных плит. Им отдается предпочтение перед другими типами покрытий (например, плетневыми заборами, посевом трав, камнем в плетневых клетках и др.) из-за возможности получения укреплений любой прочности, индустриальное строительства и из-за хорошего внешнего вида.

Значительный ущерб, наносимый автомобильным дорогам размывами, часто является результатом ошибок, допускаемых при проектировании автомобильных дорог. Проблема рационального строительства укреплений откосов с высокими технико-экономическими показателями также связана с практическими методами расчета таких конструкций.

Вопросами оценки надежности защитных сооружений и особенно разработки научно-методических основ решений этой проблемы, а также их широкой информации в строительстве начали заниматься сравнительно недавно. Это обусловлено тем, что на современном этапе изготовление и монтаж строительных конструкций осуществляются индустриальными методами. В связи с этим учет требований надежности, долговечности, безотказности, ремонтопригодности будет способствовать повышению эффективности капитальных вложений, направляемых в строительство.

2. ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ОТКОСОУКРЕПИТЕЛЬныХ СООРУЖЕНИЙ НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ

Совершенствование конструкции новых экономичных и индустриально удобных откосозащитных сооружений на автомобильных дорогах не может успешно развиваться без учета глубокого анализа отечественных и зарубежных научно-технических достижений и передового опыта в данной области.

Многообразие конструкций откосоукрепительных сооружений дает возможность проектировщикам и строителям в широком диапазоне варьировать их типами, создавать отдельные комплексы применительно к региональным условиям территории.

Выбор конструкции откосоукрепительных сооружений во многом зависит от крутизны уклона откоса, показателей физико-механических свойств грунтов, скорости течения потока, а также гидрологического режима подтопления.

Все приведенные конструкции укрепления откосов в зависимости от разновидности материалов, продолжительности эксплуатации, массы и особенности региона подразделены на шесть групп: биологические и каменнонабросные; сборно-монолитные железобетонные; сборно-железобетонные; цементогрунтовые; сборно-монолитные асфальтобетонные и из синтетических материалов и автомобильных покрышек.

Основной принцип использования всех конструкций укрепления - обеспечение устойчивости и сохранения долговечности откоса в период активной эксплуатации дороги.

2.1. Биологические и каменнонабросные укрепления

Укрепление откосов камнем в плетневых клетках [1]. Клетки выполняются квадратными размером 1´1 м из плетня высотой 20-30 см и устанавливаются над поверхностью откоса (рис. 1). Дно клеток выстилают сухой травой или соломой, затем отмащивают или засыпают бутовым камнем или половинками кирпича. В двух пересекающихся направлениях клетки укрепляются деревянными кольями, расположенными косыми рядами.

Рис. 1. Укрепление откоса камнем в плетневых клетках:
а - общий вид; б - разрез откоса

В практике строительства укреплений в некоторых случаях применяется хворост с укладкой по откосу слоями и креплением кольями.

Укрепление откосов плетневыми заборами. Заборы из плетня выполняются параллельно бровке дороги уступами высотой 0,5-0,6 м и крепятся к поверхности откоса кольями. За плетень укладывается солома и засыпается грунтом (рис. 2).

Рис. 2. Укрепление откосов плетневыми заборами

Укрепление посевом трав. Этот способ применяется для любых откосов с различными уклонами. На поверхность откоса насыпается слой чернозема толщиной 10-15 см, потом поверхность засевается травой (клевером, люцерной и т.д.). Для лучшей связи подстилающего слоя с насыпным грунтом по откосу нарезаются борозда (рис. 3).

Рис. 3. Укрепление откосов посевом трав:
1-слой чернозема; 2- борозда

Рис. 4. Фашинное укрепление откосов:
1-фашины d = 0,2-0,3 м; 2-колья длиной 0,8-1,2 м

Фашинные конструкции предназначены для защиты откосов от эрозионных деформаций, деформаций локального скольжения, пластического течения, сплышов и оплывин в тех случаях, когда отсутствуют местные недорогие материалы.

Фашины изготавливают из гибкого свежевырубленного кустарника (ивы или подобных ей пород), очищенного от листьев и тонких ветвей, диаметром в комле 0,02-0,03 м и длиной 2-4,5 м. Фашины перевязывают проволокой или просмоленной веревкой в среднем через 1 м, на расстоянии 0,8-0,9 м от концов фашины (рис. 4).

Фашины укладывают плашмя, в виде тюфяков, параллельно образующей откоса или перпендикулярно откосу, прикрепляя их новыми кольями, способными к быстрому прорастанию [2].

Дерн - один из биологических материалов для укрепления откосов высотой до 4 м. Конструкции из дерна требуют значительных трудозатрат, поскольку такие работы, как правило, выполняют вручную. Для лучшего приживания дернин к укрепляемому откосу их надо брать из мест, аналогичных по своим почвенным условиям месту укладки на откос. Дерн считается лучшего качества, если он содержит клевер и злаковые растения (пырей, мятлику, овсяницу и пр.).

Дернины должны быть нарезаны из плотного лугового растительного покрова с чистой и низкой травой. Снимать их нужно на глубину главной корневой системы, но не тоньше 6 см.

Длина и ширина дернин и дерновых лент зависят от назначения, способа заготовки, укладки и транспортирования и составляют 0,25´0,40; 0,30´0,30; 0,70´0,70 м. Толщина их должна быть 0,06-0,12 м. Уложенный дерн прикрепляют к поверхности откоса деревянными спицами, длиной 25-30 см.

Способ укрепления каменной наброской применяют при высоких откосах для защиты их от размыва различными поверхностными водами и волнового воздействия [3,4]. При оползании низового откоса его укрепляют камнями разного размера с укладкой крупных камней снаружи (рис. 5). Этот способ укрепления очень распространен благодаря малой трудоемкости, простоте ремонта и восстановления. Недостаток его - водопроницаемость, поэтому необходимо защищать насыпной грунт от оплывания и суффозии.

Габионные укрепления используют в любых климатических условиях при скорости течения 4-6 м/с [5].

Материалом габионной одежда служит оцинкованная проволока длиной до 2 м для плетения сетки и прутковое железо диаметром 6-8 мм для создания каркаса. Иногда габионы устраивается без каркаса в виде проволочного мешка. Габионные ящики заполняются камнем твердых водостойких пород. Верхние камни должны быть наиболее крупными и выступать из ячеек; внутрь габиона помещаются мелкие камни (рис. 6).

Рис. 5. Укрепление откоса каменной наброской

Рис. 6. Габионное укрепление:
а - укрепление берега габионными ящиками; б - деталь укладки камней у наружных граней габиона

Под габионы укладывается щебеночная или гравийная подготовка слоем толщиной 0,2-0,4 м, а габионы соединяются между собой вязальной отожженной проволокой диаметром 3 мм, длиной 0,30-0,35 м на расстоянии 0,15-0,2 м друг от друга.

2.2. Сборно-монолитные железобетонные укрепления

К несущим защитным и изолирующим типам укрепления откосов относятся решетчатые конструкции, бетонные, железобетонные и асфальтобетонные плиты, гибкие асфальтобетонные покрытия, конструкции из грунтов, обработанных вяжущими, конструкции из набрызгматериалов и синтетических материалов [6] .

Бетонные и железобетонные сплошные покрытия являются дорогими, и применение их должно быть обосновано технико-экономическими расчетами. При устройстве бетонных или железобетонных плит покрытия тщательно выполнят герметизацию стыков и швов (рис. 7). При наличии мелких камней в районе дорожного строительства можно применять для укрепления откосов каменную наброску в железобетонных ящиках [3]. Железобетонные ящики выполняются квадратными без дна с размером стороны 1,2-1,5 м и высотой 0,4-0,5 м. После укладки они заполнятся мелкими камнями (рис.8).

Рис. 7. Укрепление откоса бетонными и железобетонными плитами:
1-бетонные или железобетонные сборные плиты; 2-битумно-полимерная мастика

Рис. 8. Укрепление откоса каменной наброской в железобетонных ящиках:
1-железобетонные ящики; 2-каменная наброска

Подпорные стенки различной формы - наиболее распространенная конструкция для обеспечения устойчивости откосов автомобильных дорог в горной местности [7] . Они применяются при проложении дорог в стесненных условиях и в местах, подверженных действию оползней, обвалов, лавин и снежных заносов, селевых потоков (рис. 9).

Рис. 9. Укрепление откосов подпорными стенками:
а-массивные подпорные стенки; б-тонкие железобетонные подпорные стенки; в-тонкие анкерные железобетонные подпорные стенки

При прокладке дорог вблизи рек, озер наряду с подпорными стенками используются сборная железобетонная ряжевая стена [8] и сборные железобетонные тетраподы [9, 10] (рис. 10).

Рис. 10. Укрепление откосов сборными железобетонными тетраподами

При защите откосов дорог от действия оползней часто применяются противооползневые удерживающие конструкции в виде забивных и буронабивных свай (рис. 11) [11].

Рис. 11. Укрепление откосов:
а-забивными сваями; б-буронабивными сваями

Укрепление откосов тюфяками из железобетонных блоков с усиленным креплением блоков между собой и к дамбам.

Конструкция тюфяков из блоков с минимальными зазорами, представленная на рис.12, состоит из железобетонных блоков-тюфяков, нанизанных на анкерные стержни с креплением этих стержней к "зубу" дамбы. Помимо "зуба" с речной стороны в дамбе имеются анкерные балки и анкерные тяги из железобетона [12] .

Рис. 12. Конструкция тюфяков из железобетонных блоков с минимальными зазорами:
1-анкерная балка; 2-анкерная тяга; 3-тюфяк; 4-зуб; 5-анкерные стержни

Анкерные балки в плане повторяют очертание передней грани струенаправляющей дамбы, а анкерные тяги соединяют "зуб" и анкерную балку, в результате этого обеспечивается надежное удержание тюфяков от сползания.

Сборно-монолитная консольная стена с облегченными тюфяками представляет собой стену с фундаментом неглубокого заложения, возводимую из блочной или монолитной кладки. Такая стена защищается от размыва облегченными тюфяками, которые устанавливаются перед ней на уровне горизонта меженных вод на расстоянии 5-6 м друг от друга (рис. 13).

Рис. 13. Сборно-монолитная консольная стена с облегченными тюфяками:
1-сборные бетонные блоки; 2-железобетонная консоль; 3-монолитная кладка; 4-тюфяки; 5-связь из арматурной стали

Скользящие массивы применяются в случаях, когда скорость течения паводков не превышает 4-5 м/с, и у основания защищаемых откосов отсутствуют крупные фракции каменного материала, а также на прямолинейных или пологих криволинейных участках: откосов.

Скользящие массивы состоят из сборных бетонных блоков, помещаемых на бруски-салазки, уложенные на направляющие железобетонные балки. Нижние продольные железобетонные балки втоплены в сухую кладку из крупного рваного камня (рис. 14).

Рис. 14. Скользящие массивы:
1-бруски-салазки; 2-направляющие железобетонные балки; 3-продольные железобетонные балки; 4-сухая кладка из крупных рваных камней; 5-скользящие массивы из бетонных блоков

Подпорно-оседающие стенки - массивы - предложены Н.К. Конановым и являются разновидностью конструкции скользящих массивов.

Оседающие стенки применяются для защиты откосов выемки в грунтах, легко поддающихся разрушению под влиянием атмосферных воздействий. В грунтах, обладающих большой величиной сцепления, одевающие стенки устраиваются почти вертикальными (рис. 15), в грунтах с меньшим сцеплением - более пологими.

Рис. 15. Многоярусная одевающая стенка, защищающая от выветривания откос из песчаников и сланцев:
а-поперечный разрез по защищаемому стенкой склону; б-сечение стенки;
1-дорога; 2-стенка; 3-сухая кладка; 4-кладка на растворе;5-пласты песчаника и сланца

Стенка является одевающей, если величина распора близка к нулю, т.е. такие стенки как бы прислоняются к откосам; устойчивые сами по себе, они не испытывают распора (рис. 16).

Бетонные монолитные массивы укладываются по спланированному и выровненному откосу на подготовку из сухой кладки под углом к горизонту (a = 60-65°) (рис. 17) без устройства сложных конструкций железобетонных направляющих и салазок, имеющихся в скользящих массивах.

Оседающие массивы применяются при наличии в основании защищаемого откоса булыжника и крупных камней. Они просты в изготовлении, стоимость их невелика.

При больших скоростях течения (4-6 м/с) оседающие массивы укладываются на подготовку из сухой кладки.

В Грузинском политехническом институте им. В.И. Ленина разработаны различные виды защитных покрытий укрепления откосов [12, 13] :

Рис. 16. Одевающая стенка

Рис. 17. Подпорно-оседающие стенки-массивы:
1-сухая кладка из камня; 2-прокладка из толя; 3-бетонные массивы

а) сборно-монолитные комбинированные стены и дамбы с разгружающими устройствами в виде железобетонных плит (конструкция Шоди) (рис. 18,а); с разгружающей площадкой на кронштейнах (конструкция З.В. Цагарели) (рис. 18,б) и в виде пустотелых железобетонных блоков (конструкция В.А. Еремина) (рис. 18, в).

Фундаменты стен и дамб во всех случаях следует проектировать с заложением ниже глубины наибольшего возможного размыва или защищенными от подмыва облегченными тюфяками из бетонных плит.

Рис. 18. Сборно-монолитные откосоукрепительные стены и дамбы:
а-с разгружающими устройствами в виде железобетонных плит; б-с разгружающей площадкой на кронштейнах; в-из пустотелых железобетонных блоков

б) продольные сооружения зубчатого очертания в плане. Для уменьшения размывов вдоль продольных откосов укрепительных сооружений и обеспечения их устойчивости предложено придавать стенам, дамбам и береговым ограждениям зубчатое очертание в плане (рис. 19).

Рис. 19. Схема продольного откосоукрепительного сооружения зубчатого очертания в плане

Такие сооружения изготавливают из бетонных и железобетонных секций трапецеидального сечения; из бетонных прямоугольных массивов, соединенных между собой парными шарнирными связями из арматурной стали; из свайного частокола и каменной наброски за ним.

Оптимальным отношением стрелы секции к ее длине является f/l = 1/4.

в) береговые ограждения из железобетонных свай и досок

Ограждение устраивается в виде забора из железобетонных свай и досок, укладываемых за сваями и прикрепляемых к ним арматурной проволокой или скобами. Нижний ряд досок опирается на бетонную рандбалку высотой 0,8-1 м.

Пространство между стеной из железобетонных досок и откосом заполняется каменной наброской. Стена из досок выполняется сплошной или сквозной.

При небольших размывах у откоса конструкция ограждения выполняется как показано на рис. 20,а, а при больших размывах к зубу-рандбалке крепятся облегченные тюфяки из бетонных плит (рис. 20,б).

Рис. 20. Продольные откосоукрепительные железобетонные ограждения:
а-при небольших размывах; б-при больших размывах;
1-муфта; 2-железобетонные доски; 3-железобетонные сваи; 4-рандбалки; 5-тюфяки из бетонных плит

2.3. Сборно-железобетонные укрепления

Одним из возможных путей решения проблемы защиты поверхности откосов от деформаций, связанных с нарушением их местной устойчивости, является применение сборных бетонных, железобетонных или армированных цементогрунтовых элементов, которые после объединения в стыках образуют решетчатую конструкцию.

С помощью металлических анкеров, забиваемых в узлы стыков, конструкция крепится к поверхности откоса, при этом обеспечиваются ее жесткость и устойчивость. Ячейки такой конструкции могут быть заполнены растительным грунтом с посевом трав, грунтом, обработанным вяжущим или монолитным бетоном, и т.д. Это дает возможность при минимальном расходе материалов на изготовление самих элементов (по сравнению со сборными плитами) применять разнообразные местные материалы для заполнения ячеек [14].

Решетчатые укрепления. Для укрепления откосов от деформации в поверхностных слоях, возникающей в результате воздействия погодно-климатических факторов, а также поверхностных и грунтовых вод, применяются решетчатые конструкции, состоящие из сборных железобетонных или армированных элементов, которые после объединения в стыках образуют на поверхности откоса решетку с ячейками заданного размера [14].

Конструкция присоединяется к поверхностным слоям грунта откоса металлическими штырями или железобетонными сваями, забиваемыми в узлах стыков. Сборные элементы могут иметь диагональное или прямоугольное расположение в конструкции укрепления. В нижней части, возле подошвы земляного полотна, расположен бетонный упор, который воспринимает сдвигающее усилие от собственной массы решетчатой конструкции.

Существует несколько вариантов решетчатых конструкций из сборных элементов (рис. 21) [15]:

облегченная с диагональным расположением элементов;

облегченная с прямоугольным расположением элементов;

усиленная с прямоугольным расположением элементов;

усиленная с диагональным расположением элементов;

универсальная (любое расположение элементов) ригель-стойка.

Укладку элементов производят снизу вверх в поперечном направлении с последующей забивкой металлических стоек 500´18 мм в узлах решетчатых конструкций, затем осуществляют омоноличивание стыков бетонным раствором. Стыки сборных элементов могут иметь гибкое соединение с помощью арматурных петель или жесткое замковое соединение.

Укрепление откосов железобетонной рамой рекомендуется применять для подтапливаемых откосов. Прямоугольные железобетонные рамы, имеющие скосы по углам, укладывают на поверхность откоса (рис. 21,д). Скосы углов образуют вертикальные каналы, через которые пропускают и забивают металлические штыри и омоноличивают цементным раствором (рис. 21,л). В нижней части располагается бетонный упор. Ячейки рам заполняются грунтом с засевом трав, щебнем, камнем, тощим бетоном [16].

Разновидностью решетчатых конструкций укреплений является железобетонная обрешетка (рис. 22), заанкерованная на откосе. За счет анкеровки, дополнительной пригрузки и распределения местных напряжений в откосе на значительной площади не происходит развитие деформации в приповерхностных слоях и локальных деформаций откоса на большую глубину.

Рис. 21. Варианты решетчатых конструкций из сборных элементов:
а-облегченная с диагональный расположением элементов; б-облегченная с прямоугольным расположением элементов; в-усиленная с прямоугольным расположением элементов; г-универсальная (любое расположение элементов) "ригель-стойка"; д-рамная; ж,з,к,л-узлы соединения элементов

Рис. 22. Железобетонная обрешетка на поверхности откоса:
1-монтажная плита; 2-балка; 3-свая; 4-посев травами по слою растительного грунта

Железобетонное гибкое покрытие ЦНИИС [12] устраивают для защиты откосов постоянно или периодически подтопляемых насыпей и береговых откосов, подверженных воздействию волн высотой до 1,5 м и скорости течения до 3 м/с.

Гибкие покрытия откосов состоят из отдельных жестких железобетонных элементов, соединенных между собой пластическими связями. Гибкие плиты и блоки решеток, из которых монтируется покрытие, практически не испытывают изгибающих моментов [2] .

Гибкие покрытия подразделяются на сплошные плитные и решетчатые с ячейками, образованными взаимно пересекающимися гирляндами. Конструкция состоит из отдельных жестких железобетонных элементов, объединенных посредством пластических связей из арматурной стали в полимерной оболочке. Между отдельными элементами образуются линейные шарниры, благодаря чему конструкция способна вписываться в криволинейные поверхности.

Гибкие плитные покрытия, изготавливают из бетона марки 300-400 и армируют стальной сеткой из пакетов проволоки, укладываемой по середине толщины плиты.

Гибкость железобетонного покрытия обеспечивается системой ортогонально-направленных линейных шарниров. Они выполняются путем разреза бетона плиты в двух направлениях с разделением ее на прямоугольные или квадратные элементы, при этом арматура в местах разреза выполняет роль пластической связи (рис. 23).

Рис. 23. Плита гибкого железобетонного покрытия:
а-общий вид; б,в-разновидности плиты; г-конструкция гибкого узла;
1-плита для средней части покрытия; 2-то же, для крайних рядов; 3-пакет арматурных стержней; 4-петля для стыковки элементов; 5-полиэтиленовая оболочка

Гибкое железобетонное покрытие толщиной 5 см укладывают на щебеночный слой толщиной 0,1 м.

Отдельные плиты размером в плане 2,695´4,5 и 2,625´7,5 м, из которых состоит покрытие, после укладки на откос соединяют, сваривая выпуски арматуры. Швы между плитами заполняют раствором.

Гибкие решетчатые покрытия, применяемые для защиты от воздействия течения и волн, состоят из соединенных между собой гибкими связями свободно лежащих отдельных блоков, выполненных в виде гибкой решетки из железобетонных гирлянд, пересекающихся по взаимно перпендикулярным осям. Причем каждая гирлянда защемлена другими гирляндами, пересекающими ее попеременно сверху и снизу.

Гибкость гирлянды, а следовательно, и решетки в целом достигается разделением бетона гирлянд на мелкие элементы длиной 30 или 37,5 см, при этом в местах разреза бетона стержни армирования диаметром 5 мм в оболочке из полиэтилена выполняют роль пластических связей (рис. 24).

Рис. 24. Гирлянды железобетонного решетчатого покрытия:
а,б-линейные расположения гирлянд в двух плоскостях;
1-петли для стыковки элементов; 2-полиэтиленовая оболочка; 3-пазы линейных шарниров

Решетчатые покрытия могут защищать от воздействия волн откосы крутизной не более 1:2,5. Ячейки решетки заполняются щебнем или галькой.

2.4. Цементогрунтовые укрепления

Конструкции укрепления из грунтов, обработанных вяжущими, предназначены для быстрой защиты откосов насыпей и выемок от процессов выветривания, водной и воздушной эрозий; для укрепления поверхности высоких откосов и устройства водонепроницаемого покрытия на бермах.

Указанные конструкции используют в районах, где растительный грунт представляет собой большую ценность для сельского хозяйства и не может быть использован для укрепления откосов.

Необходимым условием применения грунтов, обработанных вяжущими, является наличие местных песчаных, супесчаных, легких суглинистых грунтов, гравийно-песчаных смесей, пригодных для приготовления цементогрунта или битумогрунта.

Конструкции укрепления из набрызгматериалов. Пневмонабрызг представляет собой процесс нанесения с помощью сжатого воздуха цементогрунтовых, цементопесчаных, а также бетонных смесей на наклонные и вертикальные поверхности откосных частей земляного полотна специальными машинами. Этот метод исключает применение опалубки, а также специальных машин для вибрационного уплотнения смесей.

Конструкции укрепления, выполненные методом пневмонабрызга, состоят из металлической сетки, монтажных анкеров, несущих анкеров, набрызгматериала.

Сетка может быть расположена либо на всей поверхности откоса, либо в отдельных ее местах.

Чтобы предотвратить попадание атмосферных осадков или вод снеготаяния под слой покрытия, предусматривают специальные козырьки.

Укрепление экранами. Если откосы дорог сложены из глин или суглинков с повышенной водопроницаемостью, то в качестве защитного и противофильтрационного устройства применяются грунтовые экраны и экраны из полимерной пленки [3]. Грунтовый экран выполняется путем рыхления верхнего слоя откоса на глубину 30-40 см с последующим уплотнением или путем укладки на поверхность откоса хорошо уплотняемых глин или суглинков. При применении экрана из полимерных пленок необходимо предварительно подготовить основание из песчаного грунта. Далее укладывается полимерная пленка и покрывается слоем уплотняемого грунта толщиной 50 см (рис. 25).

Рис. 25. Экран из полимерной пленки:
1-полимерная пленка; 2-защитный слой грунта

2.5. Сборно-монолитные асфальтобетонные укрепления

Асфальтобетонные защитные покрытия применяют при скоростях потока до 2 м/с. Они обладают высокой деформативностью (гибкостью), просты в эксплуатации, имеют сравнительно невысокую стоимость изготовления и не трудоемки [17]. Эти покрытия устраиваются монолитными и сборными. Перед укладкой монолитного покрытия откос планируют, протравливают (во избежание прорастания трав) ядохимикатами и уплотняют до остаточной пористости 35-40%. Для увеличения несущей способности откоса в него втрамбовывают щебень, затем производят розлив битумных материалов автогудронаторами. Возможно устройство армированного асфальтобетонного покрытия (два слоя битума с прокладкой между ними арматурной сетки).

Асфальтобетонные покрытия из сборных элементов предназначены для крепления подтопляемых частей откосов и состоят из двух слоев, между которыми расположена арматурная сетка. Общая толщина покрытия составляет 5-10 см.

Асфальтобетонные покрытия выпускаются в виде отдельных плит размером до 15 м² и секций размером до 50 м², намотанных на барабан. Укладка их производится путем сматывания с барабана (рис. 26) [18]. Отдельные плиты и секции должны перекрывать друг друга на 1-3 см. Выше уреза вода их крепят к анкерам-сваям в грунт на глубину 1,5-2 м. Конец плиты, находящийся в воде, должен быть утяжелен бетонными брусками размерами 20´20 см.

Рис 26. Укладка на откос сборного асфальтобетонного покрытия с барабана:
а-подводная часть покрытия; б-размотка тюфа с барабана; 1,2-асфальтобетонные тюфяки; 3-барабан; 4-плавучий кран

Гибкое асфальтобетонное покрытие применяют в виде сплошных покрытий, которые изготавливают в заводских условиях или непосредственно на месте производства укрепительных работ. Такие конструкции подразделяют на асфальтовые маты, гибкие битумные мембраны или уложенные под защитным слоем экраны, а также собственно гибкие асфальтобетонные покрытия.

Асфальтовые маты состоят из обработанной битумом арматуры (пеньки, джута, конопли, картона), размещенной внутри слоя мелкозернистого асфальтобетона толщиной 2,5 см. Более мощные конструкции матов имеют толщину до 13 см, ширину 0,75-1,0 м, длину 7,5 м.

Усиленные асфальтовые маты состоят из армированного или неармированного асфальтового ядра, помещенного между двумя слоями пропитанного битумом синтетического войлока, и водонепроницаемого защитного наружного слоя.

Гибкие битумные мембраны представляют собой тончайшие асфальтобетонные покрытия в виде оболочек-мембран, которые должны быть защищены слоем грунта толщиной не менее 0,3 м или обработанными битумом галькой и щебнем.

Уложенные под защитным слоем экраны состоят из прослойки вязкого битума толщиной 6 мм и слоя связного грунта.

Обе конструкции предназначены для защиты откосов насыпей из глинистых грунтов от проникания атмосферных осадков при устройстве защитных и изолирующих конструкций, а также в случае подтопления при отсутствии течения и волн.

2.6. Сборно-монолитные укрепления из синтетических материалов и автомобильных покрышек

Конструкции укрепления из синтетических текстильных материалов (СТМ) могут выполнять защитные или несущие функции. Такие конструкции целесообразно комбинировать с другими типами укрепления: защитными слоями, решетчатыми конструкциями, посевом трав и т.п.

Конструкции из СТМ в виде сплошных покрытий предназначены для защиты от размывов не только откосов, но и обочин, с которых нередко начинается размыв.

Для этих целей верхний край полотнища СТМ должен быть выведен на обочину и закреплен под дорожной одеждой, а нижний край - у подошвы откоса.

В качестве варианта данной конструкции возможна укладка CТM только в пределах обочин и бровки насыпи плюс 0,5-1,0 м по откосу. Для засыпки защитного слоя могут быть использованы различные материалы: морозостойкие неусадочные грунты, растительный грунт, гравийно-песчаные или торфопесчаные смеси.

Высокая прочность и устойчивость к истиранию некоторых материалов позволяют осуществлять укладку и даже наброску непосредственно на них камней массой до 0,9 т.

В качестве обратных фильтров на откосоукрепительных сооружениях используют различные ткани из нейлона, полиэтилена, поливинилхлорида и т.д.

Для укрепления откосов пойменных насыпей используют синтетические нейтронные материалы и полимерные сетки [19].

В качестве синтетического нетканого материала применяют дорнит Ф-2 и полимерную сетку с ячейками размером 4 мм и нитью толщиной 2 мм. Прочность на разрыв сетки составляет 5-8 МПа.

Значительная прочность защитных синтетических материалов и их фильтрационная способность создают предпосылки к их высокой работоспособности на откосах насыпей в районах с суровыми природно-климатическими условиями.

Полосы дорнита закрепляют на откосе деревянными кольями или прорастающими ивовыми черенками (рис. 27).

Стоимость укрепления откосов дорнитом 4 р/м², укрепления полимерной сеткой - 2,8 р/м².

В песчаных пустынях Казахстана земляное полотно возводят из мелких несвязных (барханных) песков. При отсутствии надлежащей защиты на откосах насыпей из таких песков образуются эрозионные деформации. Они сопровождаются разрушением обочин на ширину до 1,5-2 м, что представляет большую опасность для движения транспортных средств [20].

Для обеспечения устойчивости неподтапливаемых откосов насыпей из мелких песков на участках образования сосредоточенных размывов их укрепляют:

пропиткой поверхности песка битумной эмульсией или высокосмолистой нефтью (рис. 28);

нетканым синтетическим материалом дорнитом;

решетчатыми конструкциями из сборных элементов.

Рис. 27. Комбинированная конструкция укрепления откосов с использованием дорнита и растительного грунта:
1-диагональные обрешетки из дорнита: 2-растительный грунт толщиной 10-15 см; 3-прослойка из дорнита; 4-колья деревянные или ивовые черенки

Рис. 28. Схема поперечной укладки нетканого материала:
1-защитный слой; 2-нетканый материал; 3-шпильки

При неблагоприятном сочетании климатических факторов и чувствительности грунтов откоса к процессам физико-химического выветривания устраиваются совмещенные термогидроизоляционные покрытия [21] не на полную высоту откоса, а на 1,5-2 м меньше (рис. 29).

Рис. 29. Схема устройства термогидроизоляционного покрытия на откосе:
1-поверхностное укрепление; 2-теплоизоляционный слой

Откосоукрепительные сооружения из использованных автомобильных шин. Утилизация шин является актуальной проблемой, так как они не распадаются в естественной среде, полностью не сгорают, при их сжигании в атмосферу попадают вредные вещества.

Применение использованных автомобильных шин в качестве основной строительной конструкции дает возможность возводить откосоукрепительные сооружения, отличающиеся низкой стоимостью, незначительными затратами труда и материалов.

Эластичность шин столь высока, что они способны деформироваться на 30% без остаточных деформаций и без значительного нарушения структуры материала. Именно поэтому они длительное время сохраняют гибкость и прочность даже при неблагоприятных условиях эксплуатации.

В качестве крепежных материалов для модулей из шин и тюфяков не рекомендуется использовать металлические негальванизированные канаты из-за быстрой их коррозии, синтетические и натуральные канаты - из-за их перетирания в абразивной среде в течение короткого времени. В пресной воде следует применять крепления из конвейерной ленты, скреплённой нейлоновыми болтами, а в морской среде - из конвейерной ленты, скрепленной гальванизированной сваркой цепью диаметром 12,7 мм и более.

Модули из шин вследствие неровной поверхности обладают значительными волногасящими свойствами по сравнению с каменной наброской или откосоукрепительным сооружением из бетонных плит.

Врезая откосы в узкую скальную выемку, рекомендуется придавать им ярусную форму и на каждой ступени укладывать слой грунта с тем, чтобы в дальнейшем нарастить на нем траву, а иногда и мелкий кустарник. Такое устройство откосов (рис. 30) обеспечит хорошую освещенность дороги и надежную прочность откосов [22].

Ярусные откосы выемок в большинстве случаев предпочтительнее обычных гладких при приложении автомобильных дорог в горных условиях.

Рис. 30. Варианты (I и II) откосов ярусной формы

3. ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОТКОСОУКРЕПИТЕЛЬНЫХ СООРУЖЕН