2 Противооползневые работы

Под оползнем понимают смещение грунтовых масс вниз по склону под действием собственного веса или внешней нагрузки. Оползни – один из опасных геологических процессов, широко распространенный в горных местностях, на склонах долин рек, оврагов, берегов естественных и искусственных водоемов, нередко возникающий при устройстве выемок, насыпей и т.д. Последствия оползней зачастую носят катастрофический характер, влекут за собой не только большой экономический ущерб, но и многочисленные человеческие жертвы. В 1963 г. в Италии, вблизи города Лонгарон произошел крупный оползень, при котором масса горных пород объемом более 240 млн. м³ обрушилась в водохранилище Вайонт, создав в нем гигантскую волну. Эта волна высотой 70м обрушилась на город и уничтожила в нем все живое, погибли около 3000 человек. В 1991г. в Узбекистане оползень уничтожил почти весь поселок Унгрен, заживо похоронив более 60 человек.

Причины оползней обычно связаны с изменениями гидрогеологических условий склона или дополнительными техногенными нагрузками – возведением в оползнеопасной зоне зданий, дорог, подрезкой склонов и проч. В средней полосе России оползни чаще всего происходят весной в период подъема уровня подземных вод. Существует множество классификаций оползней, основанных на различных признаках (или комплексах признаков). Каждая классификация имеет свои достоинства и недостатки, свою область рационального использования. В нормативном документе по инженерно-геологическим изысканиям СП 11-105-97 дается классификация, в значительной мере обобщающая известные отечественные классификации. На рисунке 13 приведены наиболее типичные схемы оползней, соответствующие этой классификации.

Для оползней сдвига инсеквентных (13а) характерен отрыв и смещение блоков пород по вогнутой криволинейной поверхности с одновременным их запрокидыванием. Этот очень распространенный подтип оползней, именуемый многими авторами как «сдвиг с вращением», «оползень вращения», «оползень среза» и т.д. Он встречается обычно в глинистых, реже выветрелых скальных или полускальных грунтах.

Для оползней сдвига консеквентных (13б) характерно смещение массива или блоков пород по поверхностям ослабления. Такие поверхности чаще всего бывают плоскими, поэтому и поверхность скольжения становится плоской. Оползни этого типа обычно возникают при наличии прослоев пластичных глинистых грунтов в толще более прочных грунтов, когда «ослабленные» прослои имеют наклон в сторону падения склона. Упомянутый выше оползень у г. Лонгарон относился именно к этому подтипу.

При оползнях выдавливания (13в) происходит выдавливание пластичных глинистых грунтов из-под подошвы более прочных грунтов. «Прибровочный» уступ склона смещается совместно с ранее образовавшимися на склоне оползневыми накоплениями.

Рисунок 13 Схемы оползней, соответствующие классификации СП-11-105-97 (черными стрелками показано направления движения подземных вод, светлыми – движение грунтовых масс):

а – оползень сдвига (скольжения), подтип – инсеквентный, т.е. срезывающий, б – то же, подтип – консеквентный, т.е. соскальзывающий, в – оползень выдавливания, г – оползень вязкопластический, подтип – сплыв, д – оползень гидродинамического разрушения (гидродинамический выпор), е – оползень внезапного разжижения

Вязкопластические оползни могут возникать в форме «сплывов» (13г) на увлажненных крутых уступах или «оплывин», когда смещается («плывет»)

грунт только в зоне сезонного промерзания. Это характерно для пластичных, малоуплотненных глинистых грунтов. Оползни такого типа могут протекать также в форме оползней-потоков, т.е. вязкопластического течения массы грунта по ложбинам.

Оползни гидродинамического разрушения проявляются либо в форме гидродинамического выпора, когда происходит суффозионный вынос песков из-под подошвы массивов слабо фильтрующего грунта (13д), либо в форме суффозионного оползня, когда происходит отрыв оползневого тела или обрушение суффозионной ниши. Это характерно для водонасыщенных песков, для пылеватых грунтов.

Оползни внезапного разжижения (13е) связаны с разжижением и быстрым течением разжиженного грунта при динамическом воздействии (сейсмическом или техногенном). Это характерно для водонасыщенных песков (чаще всего мелких или пылеватых) и «слабых» водонасыщенных глинистых грунтах с легко разрушающейся и восстанавливающейся структурой (обладающих тиксотропией).

Согласно нормативной геологической классификации (СП 11-105-97) оползни являются разновидностью склоновых процессов, к которым относятся также обвалы и вывалы. Обвал – это отрыв от крутых уступов крупных блоков с последующим их быстрым смещением (падением или качением), вывал – отрыв отдельных глыб с такими же смещениями. Обвалы и вывалы характерны для скальных и полускальных пород, иногда они происходят в твердых трещиноватых глинах. К склоновым процессам относятся также осыпи, т.е. отрыв от склона и скатывание (осыпание) мелких обломков породы.

Возможны промежуточные типы склоновых процессов, а также наличие сложного (комбинированного) механизма их проявления.

По скорости движения оползни разделяются на быстро сползающие, т.е. происходящие в течение несколько минут, и постепенно сползающие, продолжительность которых составляет от долей миллиметра в сутки до десятков метров в сутки. Обвалы и вывалы всегда происходят очень быстро – иногда за несколько секунд.

Наличие оползневой опасности, границы опасных территорий, возможные (наиболее вероятные) схемы оползней устанавливаются в процессе комплексных инженерных изысканий. Проектировщик анализирует данные изыскателей, проводит дополнительные расчеты устойчивости склонов, на основании чего разрабатывается проект инженерной защиты от оползневых процессов. Такой проект может стать частью общего проекта инженерной защиты территории или частью проекта строительства конкретных зданий и сооружений. В необходимых случаях организуются стационарные наблюдения за состоянием склонов (мониторинг), устанавливаются реперы, маяки на трещинах, иногда может потребоваться система оповещения об оползневой опасности.

Борьба с оползнями представляет сложную задачу, для которой, как показывает практика, не всегда удается находить достаточно эффективное решение. Большинство ошибок связаны с недооценкой опасности природных или техногенных факторов, ставящихся причинами потерь устойчивости склонов.

Меры борьбы с оползнями могут быть разделены на две группы:

• организационно-хозяйственные (профилактические, пассивные) мероприятия,

• инженерные (коренные) мероприятия, включающие возведение инженерных сооружений и агролесомелиоративные мероприятия..

К организационно-хозяйственным (профилактическим, пассивным) относятся мероприятия, не требующие специальных инвестиций и предполагающие лишь различные ограничения и запреты. Это запреты на проведение строительства на склонах, на производство взрывов, на подрезку оползневых склонов, на быстрое движение транспорта вблизи оползневой зоны, на уничтожение растительности и т.д. Некоторые специалисты относят к таким мероприятиям также отвод и регулирование поверхностных вод, если это не связано со значительными материальными затратами и может проводиться за счет предусматриваемых сметой прочих (непредвиденных) расходов. Тем не менее, это создает некоторую путаницу в терминологии, и желательно отвод и регулирование поверхностных вод к рассматриваемой группе не относить.

К инженерным (коренным) относятся мероприятия, связанные со значительными материальными затратами. Это – возведение специальных инженерных сооружений, повышение устойчивости склонов за счет закрепления грунтов таких склонов, водоотвода, посадка деревьев, кустарника, многолетних трав и проч..

Некоторые примеры инженерных сооружений, применяемых для защиты от оползней, приведены на рисунке 14.

Рисунок 14 Типичные схемы сооружений для защиты от оползней:

а – водоотводные устройства: 1 – оползневые накопления, 2 – водоносный слой, 3 – коренные породы; б – укрепление склона шпонками (шпильками): 1 – оползневая порода, 2 – устойчивая порода; в – подпорная стенка, г – уполаживание склона и устройство контрбанкета

Водоотвод представляет средство инженерной защиты от оползней, применяемое практически во всех случаях, как в комплексе с другими мероприятиями, так и самостоятельно. Он предполагает борьбу с замачиванием склонов поверхностными и подземными водами. Как правило, он дополняется мероприятиями по повышению устойчивости поверхностного слоя к размыву путем посадки деревьев, кустарника, трав, устройства защитных покрытий и т.д. Все работы производятся в соответствии с проектом, в котором упомянутые противооползневые мероприятия увязываются не только между собой, но и с общими мероприятиями по защите территории от других опасностей (подтопление, затопление и проч.).

Специфика водоотвода на оползнеопасных участках обусловлена тем, что защищаемые территории могут быть и небольшими, но требования к эффективности проводимых на ней мероприятий, как правило, очень высоки. По этим причинам на таких участках могут применяться более сложные и более дорогие конструкции, чем при «обычной» защите от затопления и подтопления. К ним относятся, например, глубокий дренаж в виде штолен или галерей, различные лотковые каналы, откосные дренажи, прорези и т.д.

На территориях, примыкающих к оползневому участку, поверхностные воды обычно отводят нагорными каналами (канавами) и валами, устройство которых уже рассматривалось в разделе 1.1. Сток поверхностных вод из нагорных каналов осуществляется, как правило, в открытые водоемы и водотоки.

Непосредственно в оползневой зоне система водоотвода прокладывается так, чтобы защищаемая поверхность расчленялась на микроплощадки и обеспечивалось сокращение пути стекания воды с каждой площадки. Водоотводные устройства (водоотводы) в этой зоне чаще всего выполняются в виде лотков с бетонными стенками и днищем. Сеть водоотводов состоит из магистральных и водосборных лотков. Водосборные лотки располагают перпендикулярно к направлению стока, а магистральные, или водоотводящие могут располагаться по-разному в зависимости от рельефа оползневого склона; их может быть один или несколько.

Отвод подземных вод производится в основном путем устройства откосных или глубоких дренажей. Откосные дренажи перехватывает воду у выхода ее на поверхность. Они представляют собой неглубокие траншеи, заполняемые дренирующими материалами и располагаемые поперек откоса. Закладывают откосный дренаж на 0,5м ниже поверхности возможного оползания и ниже глубины промерзания, чтобы дренаж работал и в зимний период. Типичные схемы откосных дренажей приведены на рисунке 15.

Глубокий дренаж – это штольни или галереи, прорезающие водоносный слой, так что вода отводится на поверхность, не достигнув оползневого тела.

Штольневые дренажи выполняются относительно редко, при защите больших склонов. Штольня представляет собой проходной тоннель высотой 1,6…1,8м, закрепляемый обычно железобетонной крепью с уклоном 0,005…0,020 (ранее применялась в основном деревянная крепь).

Устойчивость склонов можно повысить путем создания новых откосов и берм, т.е. террасированием этих склонов. Это обеспечивает снижение скорости поверхностного стока и движения подземных вод внутри склона.

Другой вид инженерных мероприятий по борьбе с оползнями основан на удержании сползающих масс. Это устройство подпорных стенок, свай-шпонок, контрбанкетов. Подошва подпорных стенок заглубляется ниже предполагаемой поверхности скольжения. За подпорной стенкой (со стороны удерживаемого грунта) устраивается дренаж подземных вод.

Т ретий вид инженерных мероприятий основан на искусственном повышении сопротивления грунтов склона сдвигающим усилиям. Это закрепление грунтов силикатизацией, цементацией, электрохимическими способами и т.д.

Четвертый вид – выполаживание склонов или полное снятие оползневых масс до устойчивых пород. Это очень надежный, но довольно дорогой метод, применяемый обычно при небольших размерах оползневых тел.

Технология работ по защите от оползней представляет сочетание тех или иных технологических приемов работ, рассмотренных в части II, т.е. земляных работ, бетонных и т.д. Пояснений требуют лишь некоторые процессы, характерные для данного вида строительных мероприятий.

Работы по регулированию стока поверхностных вод за пределами защищаемого склона (устройство нагорных каналов и проч.) должны предшествовать работам, проводимым на самом склоне. Используется та же техника, что и при устройстве каналов для защиты от затопления (многоковшовые и одноковшовые экскаваторы, скреперы, грейдеры и проч.).

При защите от оползней, как уже отмечалось, более широко применяются лотковые каналы. Водосборные лотки обычно делаются из монолитного бетона в подвижной опалубке, магистральные – из сборного железобетона. На рисунке 16 схематически представлено изготовление монолитных лотков.

Рисунок 16 Изготовление монолитных бетонных лотков с применением передвижной опалубки:

а – установка направляющих и укладка бетона на дно траншеи; б – установка формы, в – готовый лоток с протянутой формой; 1 – направляющая, 2 – форма, 3 – пазухи, в которые укладывают бетон штыковкой, 4 – готовый лоток

Монтаж водоотводящих (магистральных) лотков из сборного железобетона производится по обычным правилам производства монтажных работ, описанным в части II. В качестве монтажных машин используются, как правило, автомобильные краны.

Штольневые дренажи – наиболее трудоемкие и дорогостоящие сооружения водоотводящей системы оползневых склонов. Штольни проходят чаще всего вручную, но в ряде случаев используется щитовой метод, для чего разработаны механизированные щитовые комплексы . Для крепления штолен, выполняемых вручную, обычно используются рамы, собираемые из небольших сборных железобетонных элементов, вес которых допускает их сборку вручную с применением простейших механизмов и приспособлений. Для элементов креплений используется бетон класса не ниже В15. На рисунке 17 приведена одна

из возможных конструкций штольни с креплением в виде сборных железобетонных ребер.

Щ итовая проходка основана на использовании щитов – подвижных металлических конструкций, ограждающих подземную выработку по всему периметру и обеспечивающих защиту от обрушения грунта. При использовании щитовых комплексов удается механизировать разработку и удаление (транспортировку) грунта, монтаж крепи, перемещение щита по мере разработки грунта и т.д.

Посадка на оползнеопасных территориях деревьев, кустарника, трав выполняется по специальному проекту (разделу проекта), учитывающему почвенно-климатические условия, особенности рельефа местности. Для посева трав на склонах обычно используются гидросеялки и разбрасыватели. При крутизне более 35⁰ верхний слой грунта обычно пропитывается вяжущими материалами. Посадка деревьев производится на склонах большой протяженности лесопосадочными машинами, при малых объемах работ или при большой крутизне склонов – вручную. Используются быстро растущие породы деревьев – береза, тополь белый, осина и т.д.

Технология устройства удерживающих сооружений зависит от их конструктивного решения, используемых материалов и конкретных условий строительства. Наиболее типичными сооружениями такого типа являются подпорные стены (стенки). Они обычно выполняются из монолитного, реже сборного железобетона. На рисунке 18 представлены схемы наиболее типичных подпорных стен, из числа приводимых в нормах по проектированию этих конструкций (СНиП 2.06.07-87(89))

Подпорная стена обычно не возводится вплотную к естественному склону, т.е. не врезается в него, а располагается на некотором удалении. Пространство между этим склоном и внутренней поверхностью подпорной стены засыпается грунтом, как правило, песчаным. Перед засыпкой у нижней части стены устраивается дренаж, как это показано на рисунке 14в.

Для устройства фундамента подпорной стены приходится у подошвы склона откапывать грунт, т.е. делать предварительную подрезку склона. Иногда такая подрезка делается с захватом значительной части склона, для того чтобы расположить подпорную стену ближе к склону и тем самым увеличить свободную площадь перед этой стеной. В последнем случае снижается стоимость земляных работ, меньше загромождается защищаемая территория, однако это сопряжено со значительным риском потери устойчивости склона в ходе строительства. В подобных случаях устойчивость склона должна быть оценена с учетом всех сопутствующих факторов, в том числе времени года, способов ведения работ, возможности других внешних воздействий, способных спровоцировать оползень до возведения подпорной стены. Естественно, что в таких условиях работы должны вестись в период низкого уровня подземных вод, в предельно сжатые сроки, с соблюдением всех необходимых мер предосторожности.

Строительство подпорных стен ведется в соответствии с общими правилами выполнения работ, которые в этом случае возникают, т.е. земляных, железобетонных, монтажных, свайных и т.д. Разработка грунта производится, как правило, механическим способом – чаще всего одноковшовыми экскаваторами. Обычно используется разборно-щитовая опалубка, арматура собирается из сварных каркасов, укладка бетона может проводиться с помощью бадей, транспортеров, бетононасосов, фундамент подпорной стены может бетонироваться путем непосредственной укладки из транспортных средств. Монтаж подпорных стен из сборных элементов производится, как правило, стреловыми кранами на пневматическом или гусеничном ходу.

Устройство железобетонных шпонок относится к свайным работам. В этих случаях применяются, как правило, буронабивные сваи, так как использование забивных свай создает сотрясения и соответственно угрозу потери устойчивости склона в ходе работ.

Выполаживание склонов производится, как правило, бульдозерами, которые срезают грунт с бровки склона и перемещают его вниз к основанию (рисунок 19а). Текущий контроль глубин срезки и высот подсыпки, производится обычно с помощью визирок, приемочный – с помощью геодезических приборов.

Террасирование склонов обычно выполняется в комплексе с работами по отводу поверхностных вод с устраиваемых террас, с дополнительными противоэрозионными мероприятиями – посадкой деревьев, многолетних трав и т.д. Без таких мероприятий террасирование как средство защиты от оползней не применяется. Работы по террасированию могут выполняться тремя способами:

• напашкой полос,

• напашкой террас,

• выемочно-насыпным способом.

Напашка полос или террас как средство борьбы с оползнями применяется сравнительно редко, так как ее область применения ограничивается пологими склонами крутизной до 17⁰. Оползневые же склоны на территории России чаще всего имеют значительно бóльшую крутизну.

Полосы шириной до 4м на склонах крутизной 8…12⁰ делаются с помощью обычных тракторных плугов. Первый проход плугом делается на расстоянии 0,5…0,7м от нижнего края полосы с отвалом пласта вниз по склону. После холостого заезда осуществляются второй, третий и т.д. проходы. В итоге на нижней границе полосы образуется вал высотой 0,6…0,7м, а на верхней – такой же уступ.

На склонах крутизной 12…17⁰ производится напашка террас специальным (плантажным) плугом. Технология таких работ аналогично описанной выше. Первая борозда нарезается вдоль нижнего края террасы на глубину 0,4м с отвалом пласта вниз по склону. Затем после холостого хода делается второй проход, причем второй пласт отваливают на первый. Затем таким же способом делается третий проход, и третий пласт наваливается на предшествующие пласты и т.д. Все последующие борозды нарезаются на максимальную глубину, пока дно последней борозды не окажется на 0,7м ниже поверхности склона.

Выемочно-насыпным способ применяется при крутизне склонов более 17⁰. Используются землеройные машины – универсальные бульдозеры, террасеры,

Рисунок 19 Примеры схем изменения рельефа склона:

а – выполаживание склона бульдозером, б – террасирование склона бульдозером, в – террасирование склона грейдером

грейдеры и т.д. Они срезают грунт вблизи верхнего края будущей террасы и перемещают его вниз по склону, образуя насыпь (рисунок 19б, в). Отвал бульдозера, нож грейдера или террасера в этих случаях устанавливается под углом 45⁰ к направлению движения этих машин.

Работы начинают со строительства дорог, которые в дальнейшем используются как подъездные пути и площадки для поворота землеройных (землеройно-транспортных) машин. Дороги располагают на расстоянии 70…100м одна от другой с уклоном не более 13⁰.

Террасирование склона начинают сверху участками по 8…10м, в пределах которых происходит возвратно-поступательное движение землеройных машин. Окончательную планировку террас выполняют грейдером. Насыпные откосы террас закрепляются посевом трав.

Закрепление грунтов как способ борьбы с оползнями применяется относительно редко. В основном это практикуется в районах, где методы закрепления хорошо освоены, накоплен значительный опыт их применения, имеются организации, способные обеспечить высокое качество закрепления грунта. Технология таких работ описана в разделе 3.2.2 части II.

Контрольные вопросы:

1. Назовите основные схемы оползней согласно классификации, принятой в российских нормах (СП 11-105-97)?

2. Что относят к профилактическим и инженерным методам защиты от оползней?

3. В чем особенности водоотвода при защите от оползней?

4. Какие удерживающие сооружения возводятся в целях предотвращения оползней?