2.5 Борьба с эрозионными процессами при строительстве дорог

При сооружении земляного полотна образуются обнаженные от дерново-растительного покрова грунтовые поверхности, которые особенно при наличии значительных уклонов подвергаются интенсивной водной и ветровой эрозии от атмосферных воздействий.

Эрозию принято делить на плоскостную, при которой размыв и вынос частиц происходят относительно равномерно с площади, и линейную (сосредоточенную), при которой размыв происходит за счет струй, образующих русло потока.

Зародышевой формой линейной эрозии является струйчатый размыв, когда отдельные струйки воды в неровностях микрорельефа объединяются в струи, затем в потоки, которые отрывают и перемещают вниз частицы почвогрунта. Так поверхностная эрозия переходит в линейную, образуя сеть струйчатых размывов и промоин, которые со временем могут перерасти в овраг.

Эрозионный процесс включает смыв частиц грунта, их перемещение водой и отложение в местах уменьшения скорости потока. Таким образом, эрозия наносит ущерб окружающей среде троекратно: разрушает естественные или созданные в сооружениях геометрические формы, следствием чего обычно становится утрата устойчивости и эстетические дефекты; перемещает грунтовые частицы во взвешенном состоянии в водных потоках, загрязняя водную среду, нанося ущерб водной фауне; создает отложения частиц в местах выноса, которые загрязняют землю, ухудшают плодородие земель.

Особенно опасна водная и ветровая эрозия откосов земляного полотна. В период строительства откосы остаются неукрепленными и достаточно крутыми. Укрепительные работы проводятся на стадии отделки земляного полотна перед сдачей дороги в эксплуатацию. В результате несколько месяцев частицы грунта выветриваются, вымываются из откосов, образуя промоины, неровности, снижая прочность и устойчивость дорожной конструкции. Частично откосы повреждаются колесами и рабочими органами дорожно-строительных машин.

Поэтому в процессе проведения строительных работ должны приниматься меры по закреплению расположенных рядом с полосой отвода оврагов, прекращению их роста. В верховой части оврагов основная задача – воспрепятствовать попаданию в них воды. С этой целью устраивают защитные канавы – насыпи, высаживаются деревья и кустарники с развитой корневой системой. В транзитной части оврагов устраиваются препятствия для протекания воды, производится планировка откосов. Аналогичные мероприятия предусматриваются в низовой части оврагов, на выходе из них.

Закрепление только вершин оврагов не устраняет причину их роста. Поэтому важную роль приобретают русловые и донные сооружения, предназначенные для предотвращения углубления оврагов и задержания продуктов размыва. Подобные сооружения бывают капитального типа (барражные стенки из каменной кладки или железобетонных элементов) и облегченного типа (фашинные, хворостяные, плетневые, земляные запруды, проволочные сетки). Они особенно эффективны для закрепления свежих оврагов глубиной до 2-3 м.

Баражные стенки применяют при больших расходах и высоких скоростях водных потоков.

Для предотвращения роста оврагов на водоподводящих к вершине ложбинках создают кустарниковые посадки длиной до 50 м из акации, жимолости, боярышника, облепихи или шиповника. По периметру оврага на ширину 20 -50 м для закрепления высаживают сосну, лиственницу, березу, клен, черемуху, а в середине и по краям – корнеотпрысковые кустарниковые разновидности.

Одной из важнейших мер по предотвращению водной эрозии отводящих русел малых искусственных сооружений является их укрепление. Несмотря на то, что защита отводящих русел от местного размыва хорошо изучена, укрепление русел обычно выполняют не в полном объеме. В отводящем русле обязательно должно происходить гашение потока, выходящего из водопропускного сооружения. С этой целью можно устраивать успокоители энергии различной конструкции, водобойные колодцы и стенки, гасители других типов [13].

Борьба с плоскостной эрозией в основном заключается в биологической защите откосов, которая осуществляется следующими способами: а) с помощью естественного дерна; б) травосеянием; в) искусственными дерновыми коврами.

При первом способе дерновые ленты нарезаются, транспортируются к месту укладки и укладываются на поверхность откоса. Недостатком такого способа является то, что защищая от эрозии откосы земляного полотна, опасности ее возникновения подвергаются площади, с которых этот дерн снимается.

Более целесообразна защита от эрозии путем посева многолетних трав в распределенном по поверхности откоса почвенно-растительном слое толщиной 15 -20 см. Для создания плотного и прочного дернового покрова рекомендуется высевать трехкомпонентные смеси, состоящие из корневищных и стержнекустовых злаковых и стержнекорневых бобовых трав.

Посев трав на откосах производится с помощью специальных посевных агрегатов, а также гидро- или пневмопосевом. При гидропосеве семена вносятся в грунт вместе с водой, удобрениями и мульчей, представляющей собой биологически активные вещества, которые, разлагаясь в грунте, создают среду для благоприятного развития растений.

К искусственным дерновым коврам относятся:

• торфянодерновые ковры, изготавливаемые на торфопредприятиях путем распределения торфа на проволочной сетке и внесения в торф семян и удобрений. Ковры привозят к месту работ в рулонах, раскатывают по откосу и закрепляют деревянными или металлическими шпильками. Соединяясь со временем корнями растений с подстилающим грунтом ковер становится устойчивым, превращаясь с грунтом откоса в единый монолитный слой;

• синтетические текстильные материалы (нетезон, эккамат, типар и т.д.) с заделанными в них семенами растений и пропитанных питательным составом. В США применяют маты «энкмат», изготовленные из нейлоновых сеток со специальными ячейками для заделки семян, а в Англии, Франции – сплошные синтетические материалы типа «нетезон», в которые также заделываются семена. Толщина «энкмата» 6,4 – 12,8 мм, причем при укреплении верхней части откоса применяют маты меньшей толщины, а для нижней части, где скорость стекающей воды выше – большей. Толщина геотекстиля типа «нетезон» - 1,5 – 2 см.

Для подтопляемых откосов дорог оптимальна комбинация: особым образом уложенный силовой материал "Армотекс", выполняющий функцию армирования + геотекстиль "Техпол" + георешётка "Геомат". Такое сочетание позволяет максимально эффективно защитить подводную часть берега от водной эрозии, а надводную от ветровой, причём изменение уровня воды никак не сказывается на состоянии сооружения.

Белорусское предприятие «Комета» приступило к разработке технологии производства георешеток из полиэфирного нетканого полотна по инициативе могилевских строителей-дорожников. Высоко оценивая эффективность применения пластиковых георешеток для укрепления дорожных покрытий и откосов, они не могли не заметить ряд недостатков пластика в некоторых областях ее применения. Например,  при использовании георешеток для укрепления откосов дорог со временем наблюдается отторжение пластика растительным грунтом с выдавливанием его на поверхность, а также нарушение дренажа грунтовых вод в верхних слоях. Поэтому было предложено для укрепления откосов использовать более приемлемый с экологической точки зрения материал георешеток – полиэфирное иглопробивное полотно. Нетканое полотно хорошо пропускает грунтовые воды, прорастает корнями растений и со временем становится неотъемлемой составляющей армированного растительного грунта.

Георешетка «КОМЕТА-2001» представляет собой трехмерную сотовую структуру, изготовленную из полос полиэфирного иглопробивного полотна толщиной 4,5 мм, скрепленных между собой сварными швами высокой прочности. При растяжении в рабочей плоскости образует устойчивый горизонтально и вертикально каркас, который предназначен для армирования заполняющих ячейки георешетки грунтов, грунтощебня, щебня, песка и других строительных материалов. Георешетка нейтральна к агрессивным средам и безопасна для окружающей среды. Благодаря волокнистой структуре материала, не препятствует фильтрации почвенных вод, прорастает корнями растений и полностью интегрируется в почву. Материал георешетки выдерживает температурные колебания от -100°С до +150°С, что позволяет использовать ее в условиях любого климата.

Рисунок 2.7 - Георешетки в применении

 

  Нетканый геотекстиль - это водопроницаемый материал, изготовленный из натуральных или искусственных полимеров путем механического или термического адгезивного закрепления волоконных нитей.

Нетканые геотекстили являются самыми распространенными в своей группе. Эти материалы обладают широким спектром физических свойств:

 высокое сопротивление продавливанию, перфорации и разрыву;

 высокое растяжение;

 отличная фильтрующая и разделяющая способность;

 устойчивость ко всем встречающимся в почве и воде химикатам и микроорганизмам;

 хорошая устойчивость к старению и к УФ-воздействию;

 не повреждаются при монтаже.

TYPAR производства фирмы DuPont, Люксембург. Представляет собой нетканый материал, изготовленный по уникальной технологии "спан-бонд" из бесконечных полипропиленовых волокон, что обеспечивает его высокие физико-механические свойства (в частности изотропность), а также стойкость к различным химическим соединениям (щелочам, кислотам). Материал не подвержен гниению, воздействию грибков и плесени, прорастанию корней.

Практические преимущества, легкость и удобство материала, простота укладки Рулон Typar ® SF небольшого веса и легко переносится на стройплощадке. Материал легко режется. Рулон Typar ® SF легко разворачивается. Будучи предсжатым, он не впитывает воду, не становится тяжелее и может укладываться даже в грязь.

Рисунок 2. 8 - Технология укладки Рисунок 2.9 – Георешетка «Комета»

Typar ® SF

Поскольку он не впитывает воду, то и не замерзает и также легок в укладке в зимних условиях, он компактнее и занимает меньше места что, в свою очередь, экономит затраты на хранение и транспортные расходы.

Применение:

• временные и подъездные дороги;

• постоянные автодороги, автомагистрали;

• взлетно-посадочные полосы и рулежные дорожки аэродромов;

• автомобильные стоянки, открытые хранилища;

• железнодорожные пути, как вновь прокладываемые, так и реконструируемые;

• различные типы дренажных систем;

• ландшафтные работы;

• контроль эрозии почвы береговых склонов и пойм рек;

• дамбы, насыпи, запруды;

• спортивные поля и площадки.

SECUTEX. Представляет собой иглопробивной штапельно-волоконный нетканый геотекстильный материал, используемый в качестве разделительного, фильтрующего, защитного и дренажного слоев. Изготавливается из 100% синтетического волокна, обеспечивающего его долговечность.

ГЕОСЕТКИ. Это регулярные плоские структуры виде прямоугольной сетки, в которой образующие сетку элементы (высокопрочные нити или пучки нитей) скреплены узлами, переплетены или спрессованы. При этом открытые ячейки сетки существенно больше составляющих ее элементов.

ГЕОРЕШЕТКИ. Это регулярные прямоугольные структуры, изготовленные из полимерных элементов, полученных прессованием, литьем под давлением или другими способами, которые переплетены или соединены между собой. При этом размер открытых ячеек георешетки существенно больше составляющих ее элементов.

Геосетки и георешетки, как и геоткани, характеризуются высокой прочностью и малой деформативностью. Это определяет их область использования в качестве армирующих элементов грунтовых сооружений и оснований.

ГЕОМАТЫ. Это трехмерные водопроницаемые структуры из полимерных материалов и/или других синтетических или природных элементов, соединенных между собой термическим или механическим способом, которые используются для закрепления грунтовых частей, корней трав или небольших растений. Геоматы изготавливаются в виде регулярных или хаотичных волоконных трехмерных структур, либо в виде сотовых, конструкций из полос геотекстиля или пластмасс. Геоматы применяются для создания устойчивого растительного покрова на берегах рек, склонов и откосов с целью предотвращения эрозионных процессов поверхности. Их используют в сочетании с геотекстилями для усиления оснований и повышения несущей способности.

Контрольные вопросы

1. Перечислите наиболее чувствительные к загрязнению компоненты окружающей среды.

2. Какова ширина резервно - технологической полосы для различных категорий дорог?

3. Что входит в состав подготовительных работ?

4. Для чего применяют геотекстильные материалы в период производства подготовительных работ?

5. Как необходимо хранить почвенно-растительный слой?

6. Назовите механизмы, применяемые для снятия растительного слоя.

7. Перечислите основные технологические операции по возведению земляного полотна.

8. Каким образом можно снизить влияние технологических процессов по возведению земляного полотна на окружающую среду?

9. Какие отходы местной промышленности можно применять при сооружении земляного полотна?

10. На какие группы по экологическим показателям делят строительные материалы?

11. Перечислите основные загрязнители окружающей среды, выделяющиеся при работе дорожных машин.

12. Какие материалы не рекомендуется применять в дорожном строительстве по экологическим показателям.

13. Назовите передовые технологии по строительству дорожных покрытий.

14. Каковы меры борьбы с шумом от дорожной техники?

15. Что относится к числу технологических мероприятий по защите воздуха от вредных веществ и пыли?

16. Назовите виды дорожной эрозии. Что способствует ее возникновению?

17. Перечислите методы борьбы с эрозионными процессами.