5.3. Укрепление земляного полотна
Земляное полотно предохраняют от разрушительного воздействия воды, ветра, льда и других природных факторов, а также от механического повреждения. Конструкции укреплений выбирают в соответствии с их назначением, природно-климатическими факторами, наличием местных материалов, возможности механизации работ и ведения их индустриальными способами, с учетом стоимости сооружения и эксплуатации укреплений (табл. 1).
Таблица 1
Конструкции укреплений, сооружаемых индустриально-механизированными способами. Покрытие из сборных железобетонных плит, омоноличенных по контуру (рис. 5.20) имеет упор, устраиваемый в основании укрепления для обеспечения его устойчивости, и фильтр из дренирующего материала, укладываемый под плитами.
При динамическом воздействии пойменных вод на откосные покрытия через температурные швы возможен вынос фильтрационным потоком частиц грунта из откоса или дренирующей подготовки. Для предотвращения этого под температурными швами плит укладывают ленточный обратный фильтр из одного — трех слоев щебня, гравия и песка. Число слоев обратного фильтра принимают в Зависимости от вида грунта, которым сложен укрепляемый откос, мощности укрепления и других конкретных условий. Если откос сложен из глинистых и суглинистых грунтов, то на глубину промерзания под дренирующим основанием должен быть уложен слой песчаного грунта, уплотненного до объемного веса скелета: 1,55 т/м3.
Сборные железобетонные плиты предназначены для защиты откосов, работающих в условиях постоянного или временного подтопления и сильного воздействия волн высотой до 3 м, как правило, при условии полной стабилизации земляного полотна.
Размеры плит 2,5x3 м, полуплит 2,5x1,5 м, толщина их 0,15 и 0,2 м. Для армирования плит используют сварные сетки.
Рис. 5.20. Покрытие из сборных железобетонных плит, омоноличенных по контуру: 1 – гравий или щебень толщиной слоя 15 см; 2 – крупнозернистый песок тлщиной слоя 10 см; 3 – каменная упорная призма; 4 – упорный зуб из бетона; 5 – железобетонные подкладки для омоноличивания плит сечением 30х10 см; 6 – подготовка из разнозернистого гравия или щебня толщиной слоя 10 см; 7 – омоноличенные железобетонные плиты; 8 – температурно-осадочный шов; 9 – закладные части для омоноличивания; 10 – конструктивные омоноличенные швы; Нкр – критическая глубина; Нкр ≈1,5 hр, где – hр высота расчетной волны
Уложенные плиты объединяют (омоноличивают) в карты. Длина карт вдоль откоса не превышает 40 м, размер карты в поперечном направлении не более 20…22 м при высоте волны до 1,5 м и не более 15 м при больших высотах волн. Омоноличивают плиты по контуру при помощи закладных частей с армированием и заполнением швов бетоном или цементным раствором.
Указанные типоразмеры плит позволяют применять эти конструкции при различных сочетаниях значений высоты и крутизны откосов, а также высоты волны.
Сборные разрезные железобетонные плиты размером 3X2,5 м, толщиной 0,15 и 0,2 м из бетона, армированные сварными сетками, используют для защиты откосов крутизной 1 : 2 и положе от постоянного или временного воздействия текущих вод, а также от ударов волн высотой до 1…1,5 м. Плиты укладывают на сплошной трехслойный фильтр: 0,1 м крупнозернистого песка, 0,1 м мелкого щебня или гравия и 0,15 м крупного гравия или щебня. В сплошной ковер плиты соединяет металлическими хомутами.
В нижней части укрепления при производстве работ в период отсутствия подтопления устраивают упорную рисберму на глубину 1 м; при подтопленном откосе вместо рисбермы отсыпают банкет из камня такой высоты, чтобы уровень воды в период строительства оставался ниже основания плитного покрытия.
Монолитные железобетонные плиты размерами в плане от 5x5 до 10x10 м при толщине от 0,15 до 0,3 м являются мощным средством укрепления откосов в условиях постоянного и временного подтопления при действии ветровой волны высотой до 3 м.
Эти плиты укладывают на слой из щебня или гравия толщиной. 0,15 м. Под швами размещают железобетонные доски толщиной 7…15 см (в зависимости от толщины плит) и шириной 0,3 м, покрытые битумными матами. Вместо досок под швы иногда укладывают ленточный трехслойный фильтр (рис. 5.21).
Рис. 5.21. Конструкция температурного осадочного шва и ленточного трехслойного фильтра: а – деталь конструктивного шва; б – конструкция ленточного трехслойного фильтра; 1 – деревянная доска толщиной 2 см, пропитанная креозотом; 2 – битумный мат толщиной 1 см; 3 – железобетонная доска толщиной 7…15 см; 4 – гравий или щебень слоем 15 см; 5 – крупнозернистый песок толщиной слоя 10 см; 6 – железобетонная плита; 7 – крупный гравий или щебень толщиной слоя 20 см; 8 – мелкий гравий или щебень толщиной слоя 15 см
Рис. 5.22. Железобетонное гибкое покрытие конструкции ЦНИИС Минтрансстроя: 1 – упорная каменная призма; 2 – конструктивные омоноличенные швы; 3 – гибкое железобетонное покрытие
Железобетонное гибкое покрытие конструкции ЦНИИС Минтрансстроя (рис. 5.22) используют для защиты постоянно или периодически подтопляемых откосов насыпей и берегов при скоростях течения до 3 м/с и высоте волн до 1,5 м. Крепление, состоящее, из блоков 2,25x4,5 м, укладывают на спланированные откосы, как правило, без обратного фильтра или дренирующей подготовки.
При укреплении откосов, сложенных глинами или тяжелыми суглинками устраивают подготовку толщиной 15…20 см из песка, уплотненного до = 1,55 т/м3.
Каждый блок состоит из 10 полных бетонных плит размером в плане 0,75x0,75 м, 15 боковых «половинных» плит размером 0,75x0,375 м и четырех угловых «четвертушек» размером 0,375x0,375 м, соединенных общей плоской арматурной сеткой. Толщина плит в зависимости от скорости течения, высоты волн и других факторов может быть 10, 12 или 15 см и задается в проекте. Швы между плитами в блоке и стержни арматурной сетки на открытом участке шва изолированы гидрорезиновыми прокладками.
Блоки крепления, уложенные на откосе, соединяют в общий тюфяк со сваркой закладных деталей каждого блока и омоноличиванием шва цементным раствором. При этом боковые «половинки» и угловые «четвертушки» блока объединяют в полные, и крепление состоит из одинаковых плит. Для омоноличивания применяют портландцемент на одну ступень выше марки, применяемой для изготовления блоков.
Для предупреждения сползания крепления на откосах круче 1:2,5 м при песчаных грунтах и круче 1:3 при суглинистых покрытие заанкеривают с помощью специальных сваек и металлических тяжей.
Сборные бетонные плиты изготовляют из бетона М200 размерами 1х1 м и толщиной 0,16…0,2 м. Их используют при скоростях течения воды не более 3 м/с, слабом ледоходе и высоте волн не более 0,7 м.
Плиты укладывают на дренирующую подготовку, толщину и состав которой определяют согласно расчету в зависимости от вида грунта укрепляемого откоса. У основания откоса устраивают бетонный упор из элементов длиной 1 м и сечением 0,4x0,5 м или каменную упорную призму. Плитами укрывают смачиваемую часть откоса; выше применяют укрепления облегченной конструкции.
Сборные плиты из асфальтобетона размером 1x1x0,06 м; 3,9х2, 9х0,1 и 3,9х 1,4х0,1 м применяют пока в опытном порядке для укрепления периодически или постоянно подтопляемых откосов насыпей и берегов при скоростях течения до 2,5 м/с, малой (до 0,4 м) толщине льда, высоте волн до 0,7 ми при отсутствии в водном потоке крупнообломочного материала.
В качестве арматуры используют проволочные сетки. На откосах плиты размерами 3,9х2, 9х0,1 и 3,9х1,4х0,1 м объединяют в ковры со сваркой арматурных стержней и заполнением швов холодной асфальтовой мастикой.
Асфальтобетонные плиты успешно работают без температурных и осадочных швов, выдерживая значительные неравномерные осадки.
Каменная наброска (рис. 5.23) предназначается для защиты откосов насыпи от размыва, подмыва и волнового воздействия.
Это покрытие может быть устроено различной конструкции в зависимости от качества грунта основания и других местных условий. Ценное качество набросок – приспосабливаемость к неравномерной осадке поверхности укрепляемого откоса земляного полотна. Наброски сооружают полностью механизированными способами с применением бульдозеров, самосвалов и других машин.
Крупность камней и толщину слоя наброски устанавливают расчетом. В наброске следует применять несортированный камень (горную массу). Применение сортированного камня допускается в случаях, когда это обосновано технико-экономическими расчетами. Для каменной наброски применяют горную массу, содержащую более 50% камней, расчетного размера и более крупных, при этом отношение размеров камней в наброске, составляющих 60 и 10% по массе, должно быть от 3 до 15.
Каменную наброску укладывают по слою подготовки, устраиваемой по принципу обратного фильтра. Количество слоев подготовки и их толщину
устанавливают расчетом.
Благодаря простоте устройства, возможности механизации, надежности защиты и долговременной службе каменная наброска имеет широкое распространение в районах, где камень является недорогим материалом.
Рис. 5.23. Укрепление откосов каменной наброской при неразмываемых (а) и подверженных размыву (б) грунтах основания насыпи
В суровых климатических условиях успешно применяется укрепление откосов выемок в вечномерзлых грунтах покрытием слоем скального или гравийно-галечного грунта. Такое укрепление будет способствовать сохранению мерзлого состояния грунта и препятствовать разрушительному воздействию атмосферных осадков.
Укрепление откосов посевом трав по растительному грунту. К числу наиболее распространенных (до 90% объема всех укрепительных работ) укреплений земляного полотна следует отнести искусственно создаваемый дерновый покров. Многолетние травы высевают по слою растительного грунта толщиной 10…15 см, предварительно уложенного на поверхности откосов, или без него методом гидропосева.
Укрепляемые откосы планируют обычными способами и средствами, но поверхность их должна быть шероховатой. Для выполнения последнего требования при планировании откосов из плотных связных грунтов откосниками, создающими гладкую поверхность, рекомендуется закрепить на ноже откосника через каждые 10 см пикообразные выступы высотой до 10 см. Поверхность откосов земляного полотна из устойчивых глинистых грунтов может быть спланирована с оставлением беспорядочно расположенных на откосе неровностей размерами не более 10…15 см. Общая крутизна откоса при этом должна быть равна проектной.
Посевом многолетних трав укрепляют откосы неподтопляемого земляного полотна, сложенного из нескальных грунтов, находящихся в талом состоянии.
В технологический комплекс работ входят заготовка растительного грунта, доставка его к месту укладки, нанесение растительного грунта на откосы, разравнивание до слоя требуемой толщины и посев трав с внесением удобрений.
Растительный грунт пригоден для укрепления, если в нем содержится не менее 2% гумуса. Он должен быть заготовлен до начала укрепительных работ. Для его заготовки бульдозером предварительно срезают и удаляют верхний дерновый покров, а затем срезают и собирают в бунты растительный грунт, который экскаватором грузят в автосамосвалы и транспортируют к месту укладки, разгружая в заранее намеченных местах на основной площадке насыпи или берме выемки. При рабочих отметках до 3,5 м растительный грунт разгружают так, чтобы основная его часть попадала сразу на откос; дальнейшее распределение растительного грунта производят бульдозером или автогрейдером, оборудованным откосниками.
На откосах земляного полотна с рабочими отметками до 8 м растительный грунт разравнивают драглайном, оборудованным специальной планировочной рамой, или универсальным экскаватором-планировщиком как с верхней, так и с нижней стоянки. В соответствии с этим намечаются места выгрузки грунта. Если рабочие отметки превышают 8 м, то для нанесения и разравнивания грунта на откосах используют комплект машин, состоящий из экскаватора-драглайна типа Э-652 и универсального экскаватора типа Э-4010.
В насыпях и выемках, имеющих полки, последние используются для производства укрепительных работ. В районах с благоприятными климатическими и инженерно-геологическими условиями насыпи могут возводиться с полками шириной 1 м, которые предусматриваются для возможности уплотнения откосной части насыпи и для предохранения от засыпания грунтом и повреждения укрепляемого откоса нижележащего яруса рабочим органом экскаватора при планировочных и укрепительных работах на вышележащем ярусе. При этом откосы каждого яруса насыпи укрепляются сразу после возведения насыпи на высоту этого яруса (нижний ярус насыпи не должен превышать 14…16 м, а все последующие не должны быть более 8 м).
В выемках после разработки первого яруса планируют откосы и наносят на них растительный грунт, после, чего разрабатывают следующий ярус. Травы высевают сразу на всем откосе, причем верхняя часть глубиной до 20 м обсевается агрегатом ЦНИИС, а нижняя – гидропосевом.
Рис. 5.24. Агрегат ЦНИИС для посева трав
Посев многолетних трав и внесение удобрений по растительному грунту производят с верхней стоянки экскаватора агрегатом ЦНИИС (рис. 5.24), который предварительно тарируют, а затем заправляют семенами и удобрениями. Агрегат подвешивается на стреле экскаватора типа Э-652, установленного на расстоянии 2,5…3 м от бровки перпендикулярно оси полотна. Первый проход агрегат делает вниз под действием собственной массы и разрыхляет грунт на поверхности откоса. Затем агрегат поднимают тяговым тросом вверх по откосу, при этом происходит высевание семян и удобрений, заделка их в грунт и прикатывание катком. После посева на первой полосе экскаватор перемещается по фронту работ на 1,7 м и процесс повторяется с перекрытием предыдущего следа на 10 см. В связи с большой длиной базы агрегата посев трав на откосах земляного полотна с рабочими отметками до 3 м невозможен.
Недостатками способа посева трав агрегатом ЦНИИС являются необходимость отвлечения землеройно-транспортной техники в период наиболее интенсивного ведения земляных работ и, кроме того, потребность в растительном грунте. Во многих районах страны, особенно северных, растительный грунт в необходимых количествах практически отсутствует, а там где он имеется, площади заняты сельским хозяйством. Потребности же в растительном грунте только для транспортного строительства таковы, что для удовлетворения их необходимо снять в год растительный грунт с площади до 2 тыс. га плодородной земли и тем самым сделать ее на десятилетия непригодной для сельского хозяйства.
В 1969 г. ЦНИИСом разработана технология укрепления земляного полотна гидропосевом многолетних трав без применения растительного грунта.
Гидропосев заключается в составлении и нанесении на откос рабочей смеси из семян, минеральных удобрений, воды, мульчирующего и пленкообразующего материалов. Пленкообразующий материал предохраняет семена и мульчирующие материалы от смыва дождями и развеивания ветром и вместе с мульчирующими материалами образует покрытие, способствующее сохранению влаги и тепла, необходимых для роста и развития трав.
В качестве мульчирующих материалов применяют опилки и солому, а пленкообразующих – латексы или битумную эмульсию. Латексы, представляющие промежуточный продукт при получении синтетического каучука, выпускаются заводами в виде водной эмульсии различной концентрации и в применении более технологичны, чем битумные эмульсии. Латексы рекомендуется применять дивинилстирольные и дивинилнитрильные. Из дорожных битумных эмульсий наиболее удобны для использования эмульсии прямого типа, приготовленные на эмульгаторе, «ССБ» (сульфатно-спиртовая барда), которые можно разбавлять водой любой жесткости. Недостатками битумных эмульсий является их неустойчивость во времени (выпадает битум).
Древесные опилки предварительно просеивают через сито с ячейками 10х10 см, солому рубят до размеров 3…4 см.
Комплект машин и оборудования для гидропосева состоит из гидросеялки, вибросита или соломорезки, автосамосвала грузоподъемностью 5…7 т.
Промышленностью выпускается гидросеялка ДЭ-16 (рис. 5.25) на базе автомобиля ЗИЛ-130. Основной частью машины является смесительный бак, в котором установлена лопастная мешалка. Рабочая смесь после перемешивания в течение 4…5 мин забирается насосом и через гидрометатель подается на откос. Насос и мешалка приводятся в действие мотором автомобиля.
Рис. 5.25. Гидросеялка ДЭ-16
Помимо гидросеялки ДЭ-16 в практике нашли широкое применение гидросеялки, созданные на базе поливомоечных машин.
Имеется опыт треста «Печорстрой» по созданию гидросеялки с большой емкостью смесительного бака (23,5 м3), установленного на железнодорожной платформе.
Технологический, процесс укрепления откосов гидропосевом трав включает две операции: заправку машины и собственно гидропосев. Гидросеялку ДЭ-16 обслуживает оператор и шофер, на подготовке материалов для рабочей смеси и их загрузке дополнительно заняты 3 человека. Для заправки машины организуют специальную базу, которая должна иметь вибросито или соломорезку, помещения и емкости для хранения материалов, погрузочные средства, весы для развески семян и удобрений. Эмульсии хранят в чистых баках, не допуская в них воду. Битумную эмульсию можно хранить при температуре- от +40 до -2°С не более трех месяцев, а латексную – при температуре не ниже + 5°С в течение шести месяцев.
Для упрощения и ускорения заправки гидросеялки на базе нужно иметь мерные емкости.
В процессе работы гидросеялка движется по берме или основной площадке земляного полотна, укрепляя откосы насыпей и выемок с рабочими отметками до 12 м. С двух стоянок (верхней и нижней, рис. 5.26) возможно укрепление при рабочих отметках до 24 м. Кроме того, можно использовать дополнительный шланг с гидрометателем, который позволяет приблизиться оператору к месту полива на откосах большей длины. Для присоединения шланга в гидросеялке имеется специальное приспособление. Кюветы засеваются одновременно с откосами выемок, а другие водоотводные канавы засевают при движении машины вдоль канавы и возможно ближе к ней.
Рис. 5.26. Технологическая схема укрепления откосов гидропосевом: 1 – работа с верхней стоянки; 2 – работа с нижней стоянки
Перед началом работ откосы по длине разбивают на захватки, площадь которых соответствует количеству рабочей смеси в баке и расходу ее, равному 5 л на 1 м2 поверхности. Рабочую смесь оператор разливает при включенной системе перемешивания равномерно по всей площади захватки, не допуская ее стекания или размыва грунта, для чего поливку производят за несколько проходок на захватке. После полива откосов в пределах досягаемости струи машина передвигается на следующую стоянку, но можно вести работу и при движении гидросеялки.
При организации гидропосева с использованием латекса предварительно проверяют его на коагуляцию, для чего в 1 л воды разводят 4 г калийных, 12 г азотных, 6 г фосфорных удобрений и 8 г латекса (сухого вещества). Если латекс скоагулирует (выпадут хлопья), то гидропосев проводят в два приема. Вначале откосы покрывают рабочей смесью, но без добавления в нее латекса, а затем наносят приготовленный в гидросеялке раствор латекса из расчета 1 л на 1 м2.
Производительность гидросеялки зависит в основном от числа заправок машины в смену, которое в свою очередь определяется главным образом временем на заправку рабочей смесью и расстоянием L от базы до объекта укрепления.
Укреплять откосы земляного полотна нужно вслед за его устройством, не допуская разрыва по времени. Однако в тех случаях, когда земляные работы и укладку пути производят в зимний период или насыпь отсыпана поездной возкой, откосы укрепляют после укладки пути. В этом случае укрепительные работы можно организовать, создав специальный рабочий поезд, состоящий из четырехосной платформы, железнодорожной цистерны с водой и тепловоза (или двух мотовозов). На платформе размещают гидросеялку, односменный запас материалов, мотопомпу для заправки водой гидросеялки и пленкообразующей эмульсией.
Гидропосев производят при движении поезда со скоростью 5…7 км/ч, делая два- три прохода по захватке. Для повышения темпа укрепительных работ целесообразно организовать поезда с двумя гидросеялками, которые включаются в работу попеременно: одна работает, другая в это время загружается.
Производительность гидросеялки, работающей с пути, повышается за счет исключения потерь времени на перемещение к базе заправки и обратно и достигает в смену 6 тыс. м2 против 4 тыс. м2 в смену в обычных условиях.
Метод гидропосева по сравнению с посевом по растительному грунту позволяет значительно сократить стоимость и трудоемкость работ.
Укрепление земляного полотна посевом трав при обоих рассмотренных способах требует строгого выполнения агротехнических требований.
Травосмесь должна быть составлена из трех биологических групп: рыхлокустовых злаковых, корневищевых злаковых, бобовых (стержнекорневых). Виды и расходы трав подбирают с учетом рекомендаций местных сельскохозяйственных организаций. К примеру, для районов Дальнего Востока рекомендуются злаковые рыхлокустовые: тимофеевка луговая, овсяница луговая, волоснец сибирский; злаковые корневищевые: костер безостый, овсяница красная, пырей ползучий; бобовые – клевер белый и красный.
При гидропосеве нормы высева семян, указанные в ВСН, следует увеличивать для рабочих отметок до 3 м в 1,5…2 раза, а при больших отметках – в 2…3 раза. До начала посева необходимо проверить всхожесть семян и внести соответствующие коррективы, так как в нормах предусмотрены семена со всхожестью 80%.
Укреплять откосы посевом трав можно с ранней весны до осени, но не позднее лучших сроков посева озимых зерновых культур в данном районе. Бобовые травы следует высевать весной или в первой половине лета. При длительной засушливой погоде требуется искусственный полив, а в случае плохого развития травостоя — подкормка смесью минеральных удобрений. В первый год жизни травы скашивают при достижении ими высоты 25…30 см до их цветения, через каждые 3…5 лет травы оставляют нескошенными до созревания и осыпания семян в целях их семенного восстановления. В процессе работ ведется журнал контроля за качеством укрепления по форме.
Хороший дерновый покров в нормальных погодных условиях на глинистых грунтах образуется через 2…3 месяца, а на песчаных через 3…4 месяца после посева.
В засушливых районах страны, а также и в других районах, где встречаются мелкие подвижные пески, откосы земляного полотна укрепляют покрытием их неразвеваемым грунтом слоем, толщиной не менее 16 см. Технология производства работ аналогична той, которая принята при нанесении на откосы растительного грунта. Работу выполняют последовательно на трех захватках. На первой захватке разгружают грунт, который затем бульдозером перемещают на откосы земляного полотна, а часть разравнивают слоем толщиной 15 см на основной площадке насыпи и на полосах вдоль верхних бровок выемки; последнее является особенностью технологии и необходимо для проезда в дальнейшем транспортных средств и автогрейдера, так как движение по мелким сыпучим пескам машин практически невозможно. На второй захватке неразвеваемый грунт планируют на откосе слоем толщиной 15 см. На третьей захватке вырезают неразвеваемый грунт на основной площадке примерно на ширину 5 м из-под основания будущего балластного слоя.
Конструкции постоянных укреплений, сооружаемых с частичной механизацией работ. Габионы представляют собой сетчатые каркасы, заполненные мелким камнем твердых пород; они применяются для укрепления откосов от подмывов и размывов в условиях сравнительно больших скоростей течения воды (4…6 м/с), имеющей достаточное количество взвесей, и при наличии плотного грунта основания насыпи. Габионы могут быть оформлены в виде проволочных ящиков, мешков, тюфяков или цилиндров. Габионный ящик состоит из каркаса из прутковой стали диаметром 6…8 мм и сетчатых плоскостей из оцинкованной проволоки диаметром 2…4 мм. Такой ящик устанавливают на месте и заполняют камнем, он служит 8…12 лет. За этот период габионное крепление за счет кальмотажа (заиливания) настолько омоноличиваетея, что конструкция продолжает надежно работать в течение длительного времени и после разрушения проволоки. Иногда для изготовления сетки используют простую неоцинкованную проволоку, срок службы которой не превышает 3…5 лет.
Габионное покрытие оформляют в виде кладки у подошвы защищаемого откоса. Для создания цельности защитного массива отдельные габионы соединяют друг с другом вязальной проволокой.
Габионные ящики делают размером.3х1х1 м. Габионные тюфяки имеют меньшую высоту (их размеры 3х1х0,5; 4х2х0,5 и, 2х1х0,25).
При высоком стоянии вод или быстром течении, когда трудно вести габионную кладку, укрепление возводят скатыванием по откосу габионов цилиндрической формы.
Мощение и каменная наброска в плетневых клетках применяются для укрепления подтопляемых откосов от размыва текущей водой и от волнового воздействия. Сооружение таких защит требует значительных затрат ручного труда, поэтому такие конструкции применяют только при небольших объемах работ, проводимых главным образом на эксплуатируемых дорогах в районах, где имеется хворост и дешевый местный камень Размер камней 0,2…0,25 м.
Сплошная посадка кустарников применяется для защиты периодически подтопляемых откосов от размыва текущей водой и от ударов волн в благоприятных климатических условиях, а также для предупреждения поверхностных сплывов откосов насыпей и выемок из глинистых грунтов.
Временные укрепления, сооружаемые с частичной механизацией. Фашины представляют собой связанные пучки длиной 2…4,5 м свежесрубленного ивового или другого гибкого хвороста, очищенного от листвы и тонких ветвей. Фашины перевязывают через каждый метр по длине вицами проволокой или просмоленной веревкой. Фашины легкого типа делают из одного хвороста. Связки хвороста, заполненные внутри камнем (тяжелые фашины), из-за большой трудоемкости изготовления выходят из употребления. При укладке хвороста комлями в одну сторону фашины называют однокомельными, в обе стороны – двухкомельными. Легкие фашины, имеющие толщину 0,25…0,3 м, обычно укладывают плашмя в виде тюфяков.
Фашинные укрепления в виде кладки (рис. 5.27) применяют для борьбы с размывами постоянно подтопляемых откосов в местностях, богатых хворостом, при невозможности применения других более эффективных средств защиты земляного полотна.
Рис. 5.27. Укрепление откосов фашинами: а – однокомельная фашина; б – двухкомельная фашина; в – фашинная кладка; 1 – двухкомельные легкие фашины; 2 – ивовые колья толщиной 6…7 см
Хворостяные покрытия применяют в качестве временной защиты откосов от размыва в условиях периодической подтопляемости земляного полотна в районах, богатых хворостом, в тех случаях, когда применение других укрепительных средств нецелесообразно по технико-экономическим соображениям.
Хворостяную выстилку толщиной 0,2…0,3 м устраивают из ивовых прутьев. Хворост укладывают, начиная снизу откоса вверх, внахлестку комлями вниз на слое соломы, сена или камыша. Для устойчивости выстилку закрепляют поперек прутьев хвороста тонкими жердями, прикрепляемыми к откосу кольями-вилками.
Для защиты неукрепленных откосов и берегов применяют волногасящие поплавки из бревен. Бревна диаметром 22…25 см и длиной 6,5 м соединяют поперечными брусьями на болтах. Поплавок имеет ширину 3 м и высоту на три бревна. Поплавки прикрепляют при помощи накладок к тросу, протянутому вдоль откоса или берега.
Сплошные устилочные покрытия из прямоствольных камышей и других трав, укладываемых слоем 3…5 см, применяют в районах подвижных песков для защиты откосов земляного полотна от выдувания ветром. Такой вид укрепления используют до начала работы постоянной защиты (закрепление песков растительностью и т. д.).
В сложных случаях для защиты земляного полотна и других сооружений от подмывов и размывов применяют защитно-укрепительные и регуляционные устройства. Первые непосредственно защищают берега и откосы, вторые изменяют режим рек или характер волноприбоя: отклоняют динамическую ось потока, снижают скорости течения у размываемых берегов, гасят энергию волн, что способствует уменьшению размыва и отложению в нужных местах наносов. Регуляционные сооружения, особенно массивные, сами могут подвергаться размыву и подмыву, и поэтому их часто возводят в сочетании с защитными устройствами.
Во многих случаях для защиты от размывов горными реками применяют гибкие бетонные тюфяки, состоящие из отдельных плит различной конфигурации. Бетонные плиты размерами от 0,5х0,5 м и до 1х1 м и толщиной от 0,25 до 0,5 м изготовляют на месте укладки или на бетонных заводах. Их шарнирно соединяют креплением из арматурной стали диаметром 25…30 мм. Укладывают тюфяки на спланированной отсыпке из крупнощебенистого материала на 15…25 см выше уровня меженных вод. Гибкие бетонные тюфяки нельзя укладывать при наличии в русле реки крупных обломков скальной породы и валунов, исключающих возможность равномерного опускания плит (из-за больших неровностей отдельные плиты могут зависнуть, что приведет к разрушению всего покрытия).
На горных реках широко применяют продольные и поперечные регуляционные сооружения. К продольным регуляционным сооружениям относят: верховые и низовые струенаправляющие дамбы, выправляющие течение реки у водопропускных сооружений; продольные дамбы, предназначенные для ограничения ширины потока и изменения его направления; опояски, устраиваемые для защиты размываемых мест и выправления берегов реки в плане; прокопы, спрямляющие русла рек или отдельных рукавов.
Широкое распространение имеют поперечные регуляционные сооружения: буны, предназначенные для снижения прибрежных скоростей течения и накопления 'за ними отложений переносимого материала; запруды и полузапруды, сооружаемые для перекрытия отдельных рукавов и направления потока в основное русло реки. Морские буны строят из бетонных массивов массой до 50…100 т.
Противообвальные укрепительные сооружения выполняют в виде поддерживающих и облицовочных стен, подпорных стен и контрфорсов. Сравнительно небольшие вывалы на откосах заделывают бутовой кладкой на цементном растворе. При значительных впадинах-нишах устраивают каменные или бетонные стены, поддерживающие нависающие части скалы.
Одевающие или облицовочные стены из бутовой кладки или бетона применяют для защиты интенсивно выветривающихся скальных или полускальных пород от атмосферных воздействий.
Подпорные стены на горнообвальных участках сооружают в случаях, когда требуется: укрепить крутые неустойчивые откосы выемок и полувыемок; устранить возможность обвала рыхлых пород, залегающих сверху на откосах в скальных или полускальных выемках; удержать рыхлые прослои и линзы, выклинивающиеся на откосах скальных выемок и полувыемок; закрепить подсеченные пласты, имеющие падение в сторону пути.
Подпорные стены возводят из каменной кладки (сухой или на растворе), бетона и железобетона. По конструкции они бывают монолитными и сборными. В отдельных случаях вместо сплошных стен по всей длине укрепляемого откоса устраивают отдельно стоящие контрфорсы из каменной кладки на растворе или из бетона, если они обеспечивают устойчивость склона. Подсеченные пласты, имеющие наклон в сторону пути, иногда закрепляют при помощи отдельно, стоящих упоров из железобетона, заглубленных в подстилающий устойчивый пласт.
Укрепление водоотводных сооружений. В случаях, когда скорости движения воды в канаве превышают допускаемые для заданного грунта, прибегают к укреплению откосов и дна канавы. Простейшим типом укрепления является одерновка плашмя откосов канавы. Дно укрепляют слоем щебня толщиной 3…10 см. Дно канавы шириной менее 1 м нельзя укреплять одерновкой, так как это приводит к быстрому заиливанию канавы. Более современным является щебневание дна канавы и обсев откосов многолетними травами. В последние годы находят широкое применение железобетонные, бетонные и асфальтобетонные плиты толщиной от 5 до 8 см. Для покрытия земляных откосов используют также бетон.
Весьма практичной и гидравлически выгодной является конструкция бетонного лотка. Лотки представляют собой канавы, укрепленные так, что конструкция укреплений может воспринимать боковое давление грунта. Лотки (как и канавы) могут служить не только для поверхностного, но и для подземного водоотвода.
Лотки могут иметь трапецеидальную, прямоугольную, полукруглую и треугольную форму. Чтобы лотки могли выполнять функции дренажей (т. е. собирать подземные воды), в их стенках делают щели. За стенами отсыпают фильтры из песка, гравия или щебня; которые предохраняют лотки от засорения грунтом через щели.
При проектировании канав или лотков на местности, имеющей большие продольные уклоны, устраивают быстротоки, перепады, сбросы и гасители энергии при них.