Строительство набережных и берегоукреплений

Строительство речных набережных и берегоукреплений часто связано с большими объемами работ и с большими затратами, определяемыми конкретными геологическими, гидрологическими и гидрогеологическими условиями. Во многих случаях, когда указанные условия при проектировании учитываются недостаточно, а также в случаях, когда они со временем изменяются по техногенным причинам или же вследствие изменения природных условий, связанных с общим изменением климата, часто происходят постепенные или внезапные аварийные разрушения набережных.

Наиболее частыми причинами аварийных ситуаций являются процессы суффозии, возникающие вследствие подъема уровней подземных вод, кольматации дренажных сооружений, складирования на набережных больших объемов снега при снегоочистных работах и пр. Причинами разрушения конструкций набережных могут также служить волны, возникающие при движении судов («дейгиш»), водная эрозия дна реки, строительство массивных зданий и сооружений вблизи набережных, разжижение слабых глинистых грунтов в прибрежных грунтовых массивах под действием динамических нагрузок, химическая коррозия бетонных и железобетонных конструкций под воздействием агрессивных подземных вод и утечек промышленных стоков и пр. При волновых воздействиях в конструкции берегоукрепления возникают не только динамические нагрузки на защитное покрытие, но и переменные гидростатические нагрузки от основания к конструкции, и обратно. Следствием их является суффозионное разрушение основания.

Вместе с тем, часто в конструкции набережных закладываются большие объемы бетона и железобетона, создающие избыточную прочность, что существенно удорожает строительство.

Некоторые из указанных выше проблем могут быть успешно решены путем применения специальных конструкций набережных, основанных на использовании современной струйной геотехнологии.

На рис. 8.2 показана конструкция набережной в виде укрепленного откоса. Сооружение выполняется в виде ячеистых конструкций. Размеры сторон ячеек 1,5...2,5 м. Толщина стенок ячеек примерно 0,15 м. Материал стенок ячеек - песчаный или мелкофракционный бетон. Отметка подошвы конструкции определяется расчетной максимальной глубиной размыва дна реки, расчетной высотой волн, а также расчетным градиентом напора, обеспечивающим суффозионную устойчивость при максимальной разности уровней подземных вод и в реке.

Рис. 8.2. Укрепление от размыва берегового откоса ячеистыми конструкциями 1 -ячеистая конструкция; 2-бетонная подготовка; 3-железобетонные плиты

Сооружение выполняется с естественной поверхности неукрепленного берега или искусственной временной неуплотненной насыпи из местного грунта. Последовательность операций включает бурение с глинистой промывкой рабочих скважин диаметром 160 мм по заданной сетке, на заданную глубину, опускание в скважину специального струйного монитора, с предварительной ориентацией размывающих насадок в заданном направлении, размыв грунта горизонтальными высокоскоростными водяными струями в искусственном воздушном потоке в заданных направлениях, с выносом размытого грунта через рабочую скважину, медленный подъем работающего монитора до заданной отметки, с одновременной подачей жидкой твердеющей смеси из нижнего конца монитора и заполнением ею образованных в грунте прорезей.

Размыв грунта производится по тупиковой схеме, одновременно двумя струями, ориентированными под прямым углом друг к другу. После завершения указанной последовательности операций и затвердевания твердеющей смеси в грунте образуется готовая ячейка с бетонными стенками (с учетом ранее выполненных таким же образом секций, из каждой рабочей скважины сооружается одна ячейка). Указанные операции повторяются на каждой рабочей скважине - до завершения сооружения всех ячеистых конструкций на данном участке. Далее, с помощью землеройных механизмов или гидромониторным размывом, удаляется весь лишний грунт, и таким образом формируется ступенчатый откос, укрепленный ячеистыми конструкциями. На следующем этапе устраивается бетонная подготовка ступенчатой формы, как показано на рис. 8.2, и таким образом окончательно формируется поверхность откоса. При этом в твердеющую массу стенок, после завершения выполнения каждой из них, закладываются по заданной сетке арматурные стержни, к которым крепятся монтируемые сверху железобетонные плиты или арматурный каркас монолитного защитного покрытия.

Описанное сооружение работает как подпорная гравитационная конструкция, устойчивая против бокового давления грунта, подмыва, волнового разрушения, а также суффозионного разрушения даже при высоких уровнях подземных вод, наводнениях и экстремальных ливневых осадках. Ни один из элементов консфукций не подвергается большим нагрузкам, что должно обеспечивать ее многолетнюю безаварийную эксплуатацию. Она позволяет формировать крутые береговые откосы даже при наличии слабых естественных грунтов. Для ее сооружения не требуется устройства котлованов, заглубленных ниже дна реки. Удельный расход материалов на погонный метр консфукций относительно невелик, так как большую часть объема сооружения составляет естественный грунт. Объемы ручных работ минимальны. Разрушение по каким-либо причинам отдельных плит защитного покрытия не влечет разрушения всего сооружения.

На рис. 8.3 показана другая конструкция набережной - в виде укрепленного откоса, выполняемая с помощью струйной геотехнологии. Данное сооружение также выполняется с естественной поверхности неукрепленного берега или искусственной временной неуплотненной насыпи из местного грунта. Конструкция сооружения выполняется с помощью струйной геотехнологии из пересекающихся грунтобетонных колонн диаметрами от 0,6 до 2 м, принимаемыми в зависимости от грунтовых условий и расчетных характеристик конструктивных элементов.

Грунтобетонные колонны выполняются с некоторым взаимным перекрытием. Крайний ряд колонн (или несколько рядов) выполняется с заглублением в дно реки на заданную расчетную величину. После завершения указанных операций производятся механическое удаление лишнего грунта, с образованием ступенчатого откоса, устройство бетонной подготовки и монтаж защитных железобетонных плит либо монолитного железобетонного покрытия.

Рис. 8.3. Укрепление от размыва берегового откоса грунтобетонными колоннами
1 - колонна закрепленного грунта;2 - бетонное покрытие; 3 - удаляемый грунт; 4 - линия естественного откоса

Такая конструкция сооружения обеспечивает его защиту от размыва, а также от волнового и суффозионного разрушения. Она обеспечивает также надежную устойчивость откоса. В данной конструкций в качестве основного строительного материала используется естественный грунт. Данная конструкция также не требует выполнения глубоких котлованов.

На рис. 8.4 показана конструкция причальной набережной со шпунтовым ограждением типа «больварк». При устройстве ее в слабых водонасыщенных грунтах шпунтовая стенка испытывает большое статическое давление. Снижение бокового давления может быть достигнуто путем устройства ячеистых конструкций, выполненных с помощью струйной геотехнологии.

Рис. 8.4. Ячеистые конструкции, выполняемые с помощью струйной геотехнологии лпо уменьшения активного давления слабых грунтов на шпунтовое ограждение причальной набережной типа «больварк» 1 - шпунтовое ограждение; 2-ячеистая конструкция; 3-анкерный шпунт; 4 -песчаное заполнение ячейки