7 Деталь проекта горные условия – оползни

7.1 Причины возникновения оползней

Оползни являются частой причиной разрушения дорог, проложенных по косогорам. Большие оползни, захватывающие значительную площадь, затрагивают интересы многих отраслей народного хозяйства. Борьба с ними ведется по специальным проектам. Дорожным организациям обычно приходится встречаться с малыми оползнями в пределах придорожной полосы, закрепление которых представляет меньше трудностей. Однако во всех случаях успешная борьба с оползнями возможна только на основе детального изучения всех причин, вызывающих их появление, и правильного выбора мероприятий по закреплению склонов.

Главной причиной оползней является несоответствие крутизны склона или образующих его напластований прочностным свойствам или состоянию слагающих горных пород. Оползневый процесс активизируется в результате воздействия грунтовых или поверхностных вод, уменьшающих сопротивление грунтов сдвигу и увеличивающих вес подверженной оползанию массы.

Постройка дороги может способствовать активизации оползней в результате подрезки склонов при устройстве выемок и разработке карьеров, дополнительной нагрузки склонов от веса насыпей, переувлажнения грунта оползня при застоях воды в сооружениях системы дорожного водоотвода.

В зависимости от геологического строения склонов влияние проникающей влаги проявляется по разному. Верхние однородные глинистые слои на крутых слонах, насыщенные водой, стекают как вязкая масса, образуя сплывы. Большие однородные грунтовые массивы из-за увеличения веса влажного грунта могут обрушиваться по образующимся поверхностям скольжения.

Для оползневых участков характерны следующие элементы:

- поверхность скольжения – поверхность, по которой происходит смещение грунтового массива;

- подошва оползня – линия выхода поверхности скольжения внизу;

- трещины отрыва, образующиеся у выхода поверхности скольжения на верхнюю поверхность склона перед подвижкой оползня.

Коэффициенты устойчивости оползневых массивов не являются постоянными и в течение года и ряда лет изменяются в связи с увлажнением и просыханием грунта, изменяющими его вес и сопротивление сдвигу.

Оползни обычно повторяются периодически. После подвижки оползня и занятия сползшим массивом устойчивого положения на несколько лет наступает период относительной стабилизации. Но в это время скрытно под влиянием проникающей влаги и нагрузок в теле оползня медленно протекают процессы накопления деформаций ползучести, снижения сцепления в грунте и местные подвижки. Коэффициент устойчивости уменьшается.

Через некоторое время происходит общая подвижка, а затем наступает новый период затухания оползня. Продолжительность цикла обычно составляет от 5 до 20 лет. Поэтому на геологическом профиле оползня обычно можно различить несколько последовательно сместившихся массивов. При подвижке внизу у подошвы оползня образуются бугры выпирания.

Признаками оползневых склонов является характерный рельеф, на котором видны следы прошлых оползней – валы взбугривания у подошвы склона, наклонные саблевидные деревья (пьяный лес).

Положение трассы на оползневых участках выбирают после их детального обследования.

7.2 Методы устранения опозневых процессов

Необходимо изучить зону распространения оползневых явлений, геологическое строение косогора, установить водоносные горизонты, дебит грунтовых вод и направление стока. Оценка склонов по подверженности оползанию может быть выполнена по аэрофотоснимкам, на которых ясно различимы геоморфологические признаки оползней-срывы, ступени валы надвигания, выдавливания, бугры, западины и др. Глубина залегания поверхности скольжения может быть установлена сейсмоакустическими обследованиями. На основе собранных материалов устанавливают причины возникновения оползней, намечают мероприятия для устранения причин, вызывающих появление оползня, оценивают его устойчивость и выбирают направление трассы.

Наибольшую сложность представляет выбор расчетной поверхности, по которой может произойти сдвиг горных пород. Вероятное положение ее определяется расположением геологических напластований-границами коренных и четвертичных пород, поверхностью водонепроницаемых слоев, тонкими прослойками водоносных песков и т.д. Необходимо рассмотреть несколько вариантов положения и очертания поверхности скольжения, аппроксимируя фактические границы слоев цилиндрической поверхностью или рассматривая ее как ломаную поверхность.

В большинстве случаев наиболее целесообразен обход оползневых участков с верховой стороны. Однако это не всегда возможно, поскольку часто связано с необходимостью преодоления дорогой значительной разности высот, ухудшающей транспортные качества дороги. При проложении дороги по оползневым склонам создается дополнительная нагрузка на них, что может вызвать активизацию оползневых процессов. При неизбежности пересечения оползня следует располагать насыпь в нижней части оползневого склона.

Основная идея проектирования мероприятий по повышению устойчивости оползневых массивов, по которым проходит дорога, - устранение причин, вызывающих оползание грунта, в первую очередь предотвращение проникания воды. К мерам предупредительного характера относятся организация правильной системы водоотвода, охрана насаждений и соблюдение необходимых агротехнических правил, запрещение строительных работ, нарушающих устойчивость склонов.

Установив по данным топографической съемки план оползневого участка, а по инженерно-геологическим обследованиям направление и мощность потоков грунтовых вод, в первую очередь принимают меры к полному отводу от оползневого участка поверхностных и грунтовых вод, для чего устраивают систему канав и дренажей.

Для предотвращения проникания воды в оползневой массив предусматривают ряд мероприятий:

-отвод поверхностных вод с помощью планировки поверхности – засыпки впадин, устройства нагорных канав с укрепленными против просачивания дном и откосами;

- перехват дренажами поступающих с вышерасположенных частей склона грунтовых вод;

- осушение тела оползня дренажами при наличии в нем водоносных прослоек. На крутых участках канав устраивают перепады и быстротоки.

Нагорные канавы для перехвата притекающих поверхностных вод располагают по периметру оползневого участка, придавая им уклон не более 20-30%_ои назначая их сечение и укрепление по расчету. При большой скорости течения воды канавы укрепляют сборными бетонными лотками. Сосредоточение в нагорной канаве большого количества воды нежелательно, так как при повреждении укреплений, возможно ее проникание в грунт.

Чтобы быстро удалить воду с поверхности оползня и уменьшить ее впитывание, на оползневом склоне располагают разветвленную сеть канав с водонепроницаемым укреплением. Их трассируют по наметившимся путям стока талых и ливневых вод или по сетке параллельных канав, отводящих воду к магистральным канавам, расположенным у границ оползня.

Для перехвата грунтовых вод по границе оползневого участка и в теле оползня закладывают дренажи. Ограждающие дренажи должны перехватывать подземные воды за пределами оползневых смещений.

Поперечные дренажи, прокладываемые перпендикулярно направлению движения грунтовых вод, устраивают в незатронутой оползнем части горного склона. При наличии водоносных слоев в теле оползня устраивают продольные дренажи, отводящие воду к подножию склона. В местах соединения или изменения направления дренажей устраивают смотровые колодцы. При залегании грунтовых вод на глубине более 5м сооружают способом горной проходки дренажные штольни.

Для повышения устойчивости небольших оползневых массивов прибегают к мерам, направленным на уменьшение массы сползающего грунта, создание связи оползающей части склона с ее ложем и увеличение сопротивления сдвигу по поверхности скольжения. С этой целью предусматривают:

- разгрузку оползневого склона путем срезки грунта в пределах активной части оползня с перемещением его в нижнюю пассивную зону;

- возведение удерживающих сооружений – подпорных стен, контрфорсов, контрбанкетов итд., врезаемых в ненарушенные прочные породы. В связи с процессами ползучести грунтов в основаниях удерживающих сооружений нередки случаи их разрушения после длительного периода службы;

- повышение сцепления оползневой массы с ложем оползня. Для этой цели возможно укрепление грунтов в зоне скольжения инъектированием вяжущих материалов или электрохимическим способом. В практике транспортного строительства нашли применение забивка свай и устройство буронабивных бетонных свай, позволившие закреплять оползни мощностью до 15-18м. Ряды буронабивных свай диаметром 0,5 – 1м с каркасной железной арматурой располагают поперек оползающего массива в месте, где горизонтальные составляющие сдвигающих сил, определяемые для наиболее опасной поверхности скольжения методом круглоцилиндрических поверхностей имеют наибольшее значение. В зависимости от давления грунта устраивают два ряда или более, размещая сваи по сетке квадратов или в шахматном порядке. Расстояние между рядами свай и отдельными сваями в ряду в зависимости от типа грунтов определяют расчетом исходя из предположения, что в оползающем грунте как бы образуются воспринимающие его давление несущие своды, пяты которых удерживаются сваями. Расстояние между сваями составляет 2-3м. Для совместной работы свай их объединяют сверху железобетонным ростверком.

Отдельные сваи рассчитывают на срез и изгиб, рассматривая их как консоль, закрепленную в грунте.

Особенность мероприятий по закреплению оползней – их комплексный характер, требующий одновременного выполнения. Выборочное осуществление отдельных мероприятий не дает гарантии закрепления оползня.

Дорога на участке с ПК3+25 по ПК4+00 и сПК12+05 по ПК13+10 проходит по косогору. После детального обследования (оценки склонов по подверженности оползанию с помощью аэрофотоснимков, глубины залегания поверхности скольжения сейсмоакустическим обследованием), изучения геологического строения косогора и установления водоносного горизонта выясняют причины возникновения оползней и намечают мероприятия для их устранения.

В данном случае оползни возникают в результате подрезки склонов при устройстве выемок, дополнительной нагрузки склонов от веса насыпей и нарушения водоносного горизонта.

В первую очередь намечают мероприятия по предотвращению проникания воды в оползневой склон:

- засыпки впадин, устройства нагорных канав с укрепленными против просачивания дном и откосами;

- перехват дренажами поступающих с вышерасположенных частей склона грунтовых вод;

-осушение тела оползня дренажами при наличии в нем водоносных прослоек. А для повышения устойчивости небольших оползневых массивов и увеличения сопротивление сдвигу по поверхности скольжения в данном случае предусматривают возведение подпорных стен.

Рисунок 5 – Поперечный профиль насыпи на косогоре с подпорной стеной

1 – граница полосы отвода; 2 – нагорная канава; 3 – лоток глубиной 0,3-0,5м;

Подпорную стену устраивают из железобетона, бетона или каменной кладки. Расчеты ведут на устойчивость против опрокидывания и против сдвига боковым давлением грунта.

Временную нагрузку q, принимаемую равномерно распределенной по полотну дороги, заменяют при этом слоем грунта толщиной

h=q/γ, (34)

где γ – удельный вес природного грунта.

Вертикальное давление σ₁, действующее на выделенный в оползающем клине объем грунта, равно γz.

В условиях предельного равновесия напряженное состояние выделенного объема грунта характеризуется зависимостью:

(35)

где φ – угол внутреннего трения.

Отсюда получаем горизонтальное давление:

(36)

Эпюра давления грунта на стену имеет вид трапеции. Равнодействующая давления, приложенная в центре тяжести эпюры

(37)

Рисунок 6 –Схема к расчету подпорных стенок

Глубину заложения фундаментов подпорных стен принимают не менее 0,25м в скальных породах, 0,5м в дренирующих неводонасыщенных грунтах и не менее половины глубины промерзания в переувлажненных грунтах.

Железобетонные подпорные стены уголкового профиля с вертикальной стенкой переменной толщины и с наклонной фундаментной плитой удобны при монтаже. Их использование устраняет необходимость в применении ручного труда.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 СНиП РК 3.03.09-2003 «Автомобильные дороги»

2 СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика», 1983.

3 Митин Н.А. «Таблица для разбивки кривых на автомобильных дорогах», 1978.

4 Автомобильные дороги (Примеры проектирования)/ под ред. В.С. Порожнякова, М.-Транспорт, 1983.

6 Проектирование автомобильных дорог. В.Ф Бабков, О.В.Андреев 1,2 часть. М.-Транспорт, 1987.