Противооползневые мероприятия

 

В опасных местах предусматривается система наблюдения и оповещения населения, а также действия соответствующих служб по организации аварийно-спасательных работ.

Меры по снижению потерь и ущерба от оползней и обвалов можно условно разделить на три этапа:

– до возникновения стихийного бедствия (предупредительные меры);

– во время его возникновения и развития (правила поведения в опасной зоне);

– после окончания активной фазы, то есть после схода обвала или оползня (ликвидация последствий).

Предупредительные меры.

К ним относятся:

– наблюдение за состоянием склонов;

– анализ и прогнозирование возможности обвалов и оползней;

– проведение комплексных инженерных защитных работ;

– обучение лиц, проживающих, работающих и отдыхающих в опасной зоне правилам обеспечения безопасности жизнедеятельности;

– соблюдение безопасности режима, строительных норм и правил (СНиП) при производстве работ, инструкций и стандартов, предусмотренных для каждого вида производственной деятельности.

Наблюдение за состоянием склонов.

Наблюдение осуществляется постоянным, тщательным визуальным осмотром каждого места с крутыми склонами и обрывами, находящегося в зоне непосредственной жизнедеятельности человека.

Признаками возможного обвала являются многочисленные трещины в отвесных скалах, нависающие блоки, появление отдельных фрагментов скал, глыб, отделяющихся от основной (корневой) породы.

Визуальный контроль нужно сочетать со слуховым (акустическим). Малейший шум наверху, удар грома, а также выстрел или громкий крик в определенных условиях могут породить мощный горный обвал.

Поэтому, находясь в опасных зонах, нужно постоянно наблюдать за окружающей обстановкой, за поведением животных, следить за сообщениями о возможных осадках, усилении ветра, о грозах, уметь самому определить надвигающееся ненастье. В отличие от обвалов и обрушений пород, оползни развиваются значительно медленнее и есть немало признаков, позволяющих своевременно обнаружить зарождающийся оползень.

К таким признакам относятся:

– разрывы и трещины в грунте, на дорогах, защитных (противооползневых) сооружениях и укреплениях;

– нарушения и разрушения в подземных и наземных коммуникациях;

– смещение, отклонение от вертикали деревьев, столбов, опор, неравномерное натяжение или обрыв проводов;

– искривление стен зданий и сооружений, появление на них трещин;

– изменение уровня воды в колодцах, скважинах, системах отвода воды, в любых водоемах.

Наблюдение нужно осуществлять за состоянием водоразборных колонок, водопроводов, чтобы не было утечек воды в грунт, а также за состоянием стоков.

Анализ и прогнозирование возможности обвалов и оползней не так уж и сложны, когда известны все перечисленные выше условия их образования. Достаточно посмотреть на угол склона, чтобы определить, что всякий продолжительный дождь, сотрясение грунта или неправильное строительство могут повлечь за собой соответствующие виды обрушения.

Для более точного прогноза необходимо проводить анализ грунтов в данном месте, анализ условий уже имевших место обвалов и оползней, а также наличие некоторого опыта и специальных знаний.

Накопленный опыт позволяет прогнозировать даже размер камней и целых блоков, которые могут осыпаться с отвесных и крутых склонов, мимо которых, например, проложена дорога. Геологи и строители знают, что тектоническая раздробленность горных пород приводит к образованию в корневом массиве, скажем, в скале, отдельных блоков, камней, которые под воздействием длительного выветривания, выщелачивания, вымывания постепенно все больше и больше отделяются от корневого массива. И наступает момент, когда тонкие прослойки уже не в силах удержать камень на склоне и он обрушивается, скатывается, сползает вниз, разбиваясь, порой, на более мелкие глыбы и куски.

Размер отрывающихся блоков и их фрагментов определяется прочностью пород. Блоки наибольшего размера (до 15 мв поперечнике) образуются в базальтах. В гранитах, гнейсах, крепких песчаниках образуются глыбы меньшего размера, максимум до 3–5 см, в алевролитах – до 1–1,5 м. В сланцевых породах обвалы наблюдаются значительно реже и размер глыб в них не превышает 0,5–1 м.

Такие специальные познания и позволяют строителям проектировать укрытия в обвалоопасной зоне дорог, способные выдержать тяжесть блоков и глыб, характерных для данного вида породы. При этом прогнозируется и вероятность больших и малых обвалов.

В целом по стране очень малые обвалы составляют 65–70 %, малые – 15–20 %, средние – 10–15 %, крупные – менее 5 % от общего числа обвалов. В природных условиях наблюдаются и гигантские обвалы, в результате которых обрушиваются миллионы кубических метров пород, но вероятность подобных обвалов составляет примерно 0,05 %. А если учесть, что люди не находятся в опасной зоне долго и стараются не входить в нее во время землетрясений, дождей, ураганов, то процент вероятности поражения человека при обвалах становится гораздо меньшим, чем при ДТП.

Вместе с тем, в аналитическом прогнозе МЧС России отмечается, что сокращение капитальных вложений в строительство защитных сооружений и средств на эксплуатацию существующих объектов значительно снижает уровень защищенности от указанных опасных процессов.

Пассивные: наблюдение, прогнозирование, меры по обучению, обеспечению режима, контролю.

Многолетний опыт показал эффективность и необходимость проведения следующих видов противообвальных и противооползневых защитных работ:

– планировка откосов, выравнивание бугров и заделка трещин;

– осуществление плановых, строго дозированных взрывов для обеспечения управляемого схода обвалов и оползней в условиях безопасности для людей;

– уменьшение крутизны склонов с помощью техники и направленных взрывов (срезка верхней части склонов и укладка у подножья);

– строительство тоннелей и крытых ограждений, защитных стенок;

– строительство дорог, эстакад, виадуков, удаляющих транспортные потоки из опасных зон;

– перенос линий электропередач, нефте- и газопроводов, других объектов в безопасные места или защита объектов специальными сооружениями;

– защита высоких откосов, насыпей мостов, автомобильных и железных дорог бетонированием и озеленением;

– защита берегов рек, морей, других водоемов отсыпкой пляжного песка или гальки.

К основным противооползневым мероприятиям, обеспечивающих устойчивость склонов, относятся:

а) Отвод поверхностных вод, притекающих к оползневому участку путем устройства нагорных канав и дренажей

б) Разгрузка оползневых склонов (откосов), террасирование склонов

 

 

 

Рис. 14. Нагорная канава для отвода поверхностных вод от оползневого участка

 

 

Рис. 15. Схема устройства террас для разгрузки оползневых склонов

 

в) Посадка древесной и кустарниковой растительности в комплексе с посевом многолетних дернообразующих трав на поверхности оползневых склонов.

г) Спрямление русел рек и периодически действующих водотоков, подмывающих основание оползневых склонов

Рис. 16. Спрямление русла для исключения подмыва оползневого склона

 

д) Возведение берегоукрепляющих сооружений (буны, донные волноломы, струенаправляющие устройства, защитные насаждения и др.) в основании подмываемых оползневых склонов.

е) Отсыпка (намыв) земляных (песчаных, гравийных, каменных) контрбанкетов у основания оползневых склонов. Контрбанкеты являются довольно эффективным мероприятием. Они устраиваются у подошвы оползней и своей массой препятствуют смешению оползневого грунта. Протяженность контрбанкета определяется размерами оползня, а ширина и высота – в зависимости от устойчивости оползневой массы. Устраиваются, как правило, из грунта и камня. При возведении из недренирующих и слабодренирующих грунтов необходимо предусмотреть каптаж грунтовых вод. На поверхности контрбанкетов должны быть предусмотрены мероприятия по отводу поверхностных вод и борьбе с эрозией почв, травосеяние и др.

ж) Устройство подпорных стенок. Подпорные стенки устраиваются при сравнительно небольших оползнях на склонах где нарушена их устойчивость (подрезки, подмывки, пригрузки склона и др.). Они возводятся, как правило, из сборного железобетона или хорошо обожженного кирпича и камня. Для повышения устойчивости подпорных стенок устраиваются застенные дренажи.

к) Возведение контрфорсов, свайных рядов и др. Контрфорсы – подпорные сооружения, удерживающие грунт склонов и откосов от смещения, и врезающиеся подошвой в устойчивые слои грунта. Возводятся из каменной кладки на цементном растворе, бетона или бутобетона. В основании, для дренажа, целесообразно укладывать водоотводные трубы (асбестовые, керамические, бетонные) диаметром 150–200 мм.

Свайные ряды (сваи-шпонки) – применяются, как правило, в период временной стабилизации оползней, имеющих небольшую (до 4 м) мощность смещаемого тела. Сваи (железобетонные, бетонные, металлические) забивают в шахматном порядке в 2–3 ряда на глубину 2 м в не смещаемую породу. Во избежание нарушения устойчивости склона при забивке, целесообразно устанавливать сваи в предварительно пробуренные скважины. Размещать свайные ряды необходимо в нейтральной или пассивной (контрфорсной) части оползня.

Достаточно эффективным противоселевым мероприятием является дренирование склонов. По конструкции дренажи бывают четырех типов: горизонтальные (трубчатые) дренажи – преградители; дренажные галереи; вертикальные и комбинированные дренажи.

 

  Рис. 17. Горизонтальные дренажи – преградители

 

Горизонтальные дренажи обычно применяются при неглубоком залегании водоупора (до 4–8 м.), так как они укладываются в открытые траншеи. Диаметр и тип труб должен быть определен гидравлическим расчетом в зависимости от агрессивности подземных вод. Для проверки работы дренажа по его трассе устраивают смотровые колодцы. Такие дренажи устраиваются на остановившихся оползнях или в местах, где им не угрожают оползневые смещения. Для удаления воды, содержащейся в трещинах и пустотах движущегося оползневого тела, целесообразно устраивать простейшие конструкции фашинного дренажа.

Дренажные галереи обычно применяются в местах глубокого залегания водоносного горизонта, питающего оползневой склон водой. Они эффективны при значительной водообильности и хорошей водоотдаче грунтов.

Вертикальные дренажи (буровые скважины или шахтные колодцы) применяют при дренировании одного или нескольких водоносных горизонтов при большой глубине их залегания. Отвод воды из вертикальных дренажей производится в специальные водосборные галереи.

Комбинированные дренажи представляют сочетание горизонтальных и вертикальных дренажей, объединенных в одну систему. Они применяются на оползневых склонах с несколькими глубоко залегающими водоносными горизонтами, разделенными водоупорными пластами.

При расчете параметров подпорных стенок необходимо знать оползневое давление на стенку и временную нагрузку на откос (склон). Расчет подпорной стенки ведется на устойчивость против сдвига по основанию и устойчивость против опрокидывания. Расчетная схема действия нагрузок представлена на рисунке 18.

Рис. 18. Схема сил, действующих на подпорную стенку

 

Для обеспечения устойчивости подпорной стенки против сдвига должно соблюдаться условие

 

Q_гр ^(х)+ Q_вр^(х) £ m_c×f×(Q_гр^(z) + Q_вр^(z) + Q_пс)                    (1.2.1)

 

где m_c – коэффициент условий работы, равный 0,8; f – коэффициент трения подпорной стенки по плоскости сдвига (при грунтовом основании f = tgj_г );  Q_гр ^(х) – горизонтальная составляющая давления грунта на единицу длины подпорной стенки

Для обеспечения устойчивости подпорной стенки против сдвига должно соблюдаться условие

Q_гр ^(х)+ Q_вр^(х) £ m_c×f×(Q_гр^(z) + Q_вр^(z) + Q_пс)                    (1.2.1)

 

где m_c – коэффициент условий работы, равный 0,8; f – коэффициент трения подпорной стенки по плоскости сдвига (при грунтовом основании f = tgj_г ); Q_гр ^(х) – горизонтальная составляющая давления грунта на единицу длины подпорной стенки

 

Q_гр ^(х) = Q_гр× cosj_o                                            (1.2.2)

 

Q_гр^(z) – вертикальная составляющая давления грунта на единицу длины подпорной стенки

 

Q_гр^(z) = Q_гр× sinj _o                                             (1.2.3)

 

Q_вр^(х) – горизонтальная составляющая временной нагрузки на подпорную стенку

Q_вр^(х) = Q_вр× cosj                                                                            (1.2.4)

 

Q_вр^(z) – вертикальная составляющая временной нагрузки на подпорную стенку

 

Q_вр^(z) = Q_вр× sinj                                                (1.2.5)

 

Q_пс – погонная масса подпорной стенки;

Q_гр – активное давление смещение клина грунта на единицу длины подпорной стенки

 

Q_гр =                                                          (1.2.6)

 

где d – объемная масса грунта; Н – высота подпорной стенки; l – коэффициент активного давления грунта на стенку. Q_вр – временное давление на единицу длины подпорной стенки

 

Q_вр = ;                                                  (1.2.7)

 

b – угол наклона поверхности оползня; j_о – угол трения грунта о подпорную стенку; j_г – угол внутреннего трения грунта.

 

Для практических расчетов можно считать, что j_о = j_г и для разных грунтов может приниматься по таблице 5.

Таблица 5

Характеристика грунтов

 

Тип грунта	Объемная масса грунта, d, кг/м3	Угол внутрен- него трения, jг, град	Коэффициент активного давления
Камень булыжный твердых пород	2000–2500	45	0,14
Щебень твердых пород	1700–2000	45	0,15
Известняк	1800–2300	45	0,16
Гравий	1500–1600	45	0,17
Песок	1800	36–43	0,22
Супесь	1700–2000	23–28	0,35
Суглинок	1500–1800	18–22	0,46
Глина	1500	17–18	0,47

 

Если условие (1.2.1) не выполняется, необходимо заглубить основание подпорной стенки в грунт или увеличить ширину подпорной стенки.

Устойчивость подпорной стенки против опрокидывания обеспечивается при условии

 

Q_гр ^(х)×Н/3+ Q_вр^(х)×Н/2 £ m_c×d×(Q_гр^(z) + Q_вр^(z) + Q_пс/2)  (1.2.8)

 

При несоблюдении равенства (8) необходимо провести одно из следующих мероприятий: увеличить ширину подпорной стенки или принять другую ее конструкцию, провести анкерное крепление подпорной стенки. Усилие, воспринимаемое анкером будет

 

N_А =                                               (1.2.9)

где М_о, М_u  – соответственно опрокидывающий и удерживающий моменты; h_A – расстояние от точки крепления анкерного устройства до подошвы стенки.

В подпорных стенках заборного типа проверяют на прочность сваи (стойки) и закладные щиты.

За расчетный случай принимают случай, когда свая без анкерной оттяжки. Максимальный изгибающий момент в свае будет у поверхности грунта.

Сваю рассчитывают на изгиб как защемленную балку на давление от грунта (Q_гр) и временной нагрузки (Q_вр).

 

М = Q_гр^(х)×Н/3 + Q_вр^(х)×Н/2                            (1.2.10)

 

 

Требуемый момент сопротивления сваи определяется

 

W_тр = М/ R_и                                                          (1.2.11)

 

где R_и – расчетное сопротивление изгибу для деревянных элементов принимают равным 180 кг/см², а для металлических – 2000 кг/см².

По полученному требуемому моменту сопротивления избирают сечение сваи

d =                                            (1.2.12)

 

Ограждение рассчитывают на изгиб как простую балку на давление от грунта и временной нагрузки. Расчетный пролет (а) принимают равным расстоянию между сваями.

За расчетное принимают давление на ограждение, возникающее у основания подпорной стенки

g_р = l×(Н_d + Р_пр)                                (1.2.13)

 

Изгибающий момент определяют по зависимости

М = ,                                     (1.2.14)

а требуемый момент сопротивления элементов ограждения – по зависимости (1.2.12).

Селевые потоки

Селевой очаг – участок селевого русла или селевого бассейна, имеющий значительное количество рыхлообломочного грунта или условий для его накопления, где при определенных условиях обводнения зарождаются сели.

Сель – (от арабского сайль, силь, мур – «бурный поток») – стремительный русловый поток, внезапно возникающий в бассейнах горных реках, несущий большое количество обломков горных пород и крупных камней, которые придают ему характер грязевого или грязекаменного потока.

Причиной селей могут быть:

– интенсивные и продолжительные ливни

– быстрое таяние снега или ледников

– прорыв водоёмов

– реже землетрясения, извержения вулканов.

Несмотря на разнообразие причин, механизмы зарождения селей имеют много общего и могут быть сведены к трем главным типам:

– эрозионному (вначале идет насыщение водного потока обломочным материалом за счет смыва и размыва селевого бассейна и затем – формирование селевой волны в русле);

– прорывному (водяная волна за счет интенсивного размыва и вовлечения в движение обломочных масс сразу превращается в селевую волну, но с изменчивой насыщенностью);

– обвально-оползневому (когда происходит смыв массива водонасыщенных горных пород (включая снег и лед) насыщенность потока и селевая волна формируются одновременно, достигая сразу максимальной насыщенности).

Селевые потоки бывают: 1) водно-каменными; 2) водно-песчаными и водно-пылеватыми; 3) грязевыми; 4) грязекаменными; 5) водно-снежно-каменными.

1) Водно - каменный сель – такой поток, в составе которого преобладает крупнообломочный материал. Формируется в основном в зоне плотных пород.

2) Водно - песчаный – такой поток, в котором преобладает песчаный и пылеватый материал. Возникает в основном в зоне лессовидных и песчаных почв во время интенсивных ливней, смывающий огромное количество мелкозема.

3) Грязевой сель близок к водно-пылеватому. Формируется в районах распространения пород преимущественно глинистого состава.

4) Грязекаменный сель характеризуется значительным содержанием в твердой фазе глинистых и пылеватых частиц с явным их преобладанием над каменной составляющей потока.

5) Водно - снежно - каменный сель – переходная стадия между собственно селем, в которой транспортирующей средой является вода, и снежной лавиной.

Формирование селей обусловлено определенным сочетанием геологических, климатических и геоморфологических условий: наличием селеформирующих грунтов, источников интенсивного обводнения грунтов, а также геологических форм, способствующих образованию достаточно крутых склонов и русел.

Источниками питания селей твердыми составляющими являются ледниковые морены с рыхлым заполнением, рыхлообломочный материал осыпей, оползней, обвалов, смывов, русловые завалы и загромождения, образованные предыдущими селями, древесно-растительный материал. Источниками питания селей водой являются дожди и ливни, ледники и сезонный снежный покров, воды горных рек.

Наиболее часто образуются сели дождевого питания, основным условием формирования которых является количество осадков, способных вызвать смыв продуктов разрушения горных пород и вовлекать их в движение (таблица 6).

Таблица 6