3. Расчет параметров защиты из габионных структур

Для постоянно подтопленных и периодически подтопляемых откосов земляного полотна в качестае защиты могут применяться габионные структуры. Они позволяют регулировать течение водного потока, защищают откосные сооружения от эрозионных процессов и предотвращают размыв паводками и ливневыми водами. Габионные структуры устраиваются из корорбчатых габионов (рисунок 3.1) высотой от 0,5 до 1,0 м, матрасов Рено (низких габионов – тюфяков высотой 0,17 м) и их сочетаний. Конструктивно габионы представляют собой сетчатые конструкции (проволочные остовы) различной формы, заполненные камнем. Они бывают цилиндрическими и коробчатыми. Коробчатые габионы выполняются из оцинкованной высокопрочной сетки с ячейками шестигранной формы в виде прямоугольных ящиков с откидными крышками, которые после заполнения ящиков камнем закрываются. Соединение ящиков между собой с помощью проволочных скруток позволяет сформировать различные габионные структуры. Для защиты откосов периодически и постоянно подтопляемых откосов насыпей могут применяться следующие типы габионных структур:

- однослойная защита из габионных тюфяков (матрасы Рено);

- однослойная защита из коробчатых габионов;

- комбинированная однослойная защита из матрасов Рено и коробчатых габионов.

Для защиты откосов периодически подтопляемых насыпей и регуляционных сооружений рекомендуется применять однослойные защиты из габионных структур. Однослойные защиты представляют собой уложенные в один слой плашмя на откос и приподошвенную его часть (берму или бечевник) сетчатые конструкции (рисунок 3.1.а). В зависимости от расчетной толщины покрытия принимается защита из габионных тюфяков или из коробчатых габионов.

Рис. 3.1. Коробчатые структуры: а – габионы без диафрагмы; б – габионы с диафрагмой; в – матрасы Рено

Исходные данные

Vр = 1,1 м/с; h1 = 1,1 м; m = 3,0; горная порода – песчаники; основание – геотекстиль; Bр = 23м; df = 1,8 м; iд = 0,02.

3.1. Определение требуемой толщины (высоты) габиона или матраса Рено

При наличии ветровых волн с расчетной высотой волны h1, м, минимально необходимая толщина покрытия габионной структуры определяется по формуле

(3.1)

где h1 – высота волны расчетной обеспеченности, м; n – пористость габиона (принимается n = 0,35); ρm – плотность камня, т/м³ (принимается ρm = 2,34 т/м³); m – показатель крутизны откоса (бермы).

Принимается tmin = 0,17 м.

3.2. Расчет требуемой массы и размеров камня

Требуемая масса камня mк, кг, определяется по диаграмме (рисунок 3.2) в зависимости от высоты расчетной обеспеченности h1 и показателя крутизны откоса m.

При наличии волнового воздействия соответствующий выбранной массе mк, т, размер (диаметр) камня dk, м, определяется по следующей формуле

(3.2)

Рис. 3.2. Диаграмма массы камня в габионах в зависимости от высоты волн и крутизны откоса

По диаграмме определяется mк = 3,4 кг;

По условиям устойчивости против вдольберегового течения минимально допустимый размер камня определяется по формуле

(3.3)

где Vр – расчетная скорость течения, м/с, принимаемая как средняя скорость потока по вертикали у подошвы откоса в рассматриваемом сечении; А – коэффициент, учитывающий устойчивость камня на откосе (принимается А = 1,1); g – ускорение свободного падения, м/с²; α – угол наклона поверхности откоса к горизонту, º; γк, γв – удельный вес камня и воды соответственно, кН/м³ (γк = 23 кН/м³ для песчаников, γв = 10 кН/м³); ξ – коэффициент, учитывающий связность камней в габионе (принимается ξ = 0,5)

При наличии ледового воздействия проверяется достаточность размера камня по формуле

(3.4)

где bл – размер льдин в направлении, перпендикулярном берегу, м (bл = 0,1 · Вр, где Вр – ширина русла); hл – расчетная толщина льда, м (для верхних течений средних и больших рек Сибири, Дальнего Востока и Европейской части РФ – 0,6 м)

bл = 0,1 · Вр = 0,1 · 23 = 2,3 м;

За окончательное значение принимается dk = 0,31 м.