Укрепление склонов

От дачного участка до борта карьера, от подмываемого берега реки до железнодорожной насыпи — любой склон подвержен геологическим изменениям и может потерять устойчивость. И в некоторых случаях это — проблема. Масштаб бедствия зависит, с одной стороны, от стоимости либо важности защищаемого объекта (хороший пример превышения важности над стоимостью — опора линии электропередачи), с другой — от сложности стабилизации оползневого склона. Поскольку, отвечая на вопрос “Как укрепить склон?”, можно нечаянно написать еще одну Википедию, мы приближенно и на простом языке расскажем о широко применяемых геотехнических методах стабилизации склонов, их преимуществах и недостатках.

Начнем с простого — то есть с того, что может сделать каждый.

1. Выполаживание склона — вероятно, самый старый, самый распространенный и самый примитивный метод защиты от оползней и обвалов, осыпей. Повышение устойчивости склона происходит по принципу “Нет склона — нет проблемы”. Причем осуществлять противооползневые работы за счет выполаживания откоса склона можно по-разному: поставив склон под более пологим углом к основанию (т.е. выполнив подрезание склона), либо сделав на нем несколько полок-террас — тем самым укрепление крутых склонов осуществляется за счет уменьшения их общей крутизны и снятия с них нагрузки. При террасировании склонов мы как бы делим их на несколько маленьких “склончиков”.

Укрепление оползневых склонов выполаживанием имеет свои, хорошо известные, недостатки и ограничения. Начнем с того, что не каждый склон можно выположить — для этого нужно отвести дополнительную территорию (место), требуются работы по перемещению и складированию грунта (еще раз место) и уверенность в том, что изменение откоса склона не приведет к еще большим проблемам. Как пример возьмем откос выемки для прокладки автомобильной дороги. Выполаживание и террасирование откосов склонов — основные методы стабилизации в этой области. Однако, не всегда строители дорог могут выходить за отведенные им границы строительства, чтобы сделать склон более пологим. В условиях пустынной местности это не представляет никаких проблем, но при строительстве дороги в плотной застройке, или в заповеднике, или среди плодородных полей — изъятие земель под, например, террасирование склона для строительства дороги может быть не самым экономически обоснованным решением, если вообще осуществимым в случае заповедных земель. Другой пример — когда уже существующие частные постройки или промышленные сооружения стоят на краю нестабильного откоса. В этом случае выполаживание теряет смысл, так как объект в любом случае надо будет переносить.

Отдельно скажем про возможные негативные геологические последствия при подрезке и профилировании естественного склона. Вмешиваясь в естественную структуру склона, мы (часто) убираем растительный покров, а также влияем на изменение условий дренажа грунтовых вод. Это крайне часто является причиной сползания и широкого развития эрозии (размыва) на свежеподрезанных склонах.

2. Дренаж — это то мероприятие, о котором необходимо думать в любом проекте по стабилизации склона, ведь если гравитацию представить “двигателем” смещения грунтов, то вода в нем будет “маслом”. Причем вода может попадать на склон разными путями — как в виде осадков — формируя эрозийные борозды, особенно на свежеподрезанных склонах, так и изнутри в виде подземных вод. Для стабилизации грунта на склоне воду от него желательно отвести. С поверхностными водами все просто — устраиваются перехватывающие канавы различных конструкций. Как правило, канава устраивается в крест стекающим осадкам, дно канавы выполняется изолирующем материалом, а уклон в нужную сторону делается не слишком крутым, чтобы стекающий поток не размывал дно.

С подземными водами ситуация сложнее, так как нужно понимать, откуда конкретно они приходят — ведь для их остановки придется обустраивать подземный перехватывающий дренаж — звучит мероприятие страшнее, чем оно на самом деле осуществляется. Главное — хорошие геологические изыскания и понимание того, что, откуда и куда течет.

Есть и третья ситуация — когда основание склона непосредственно уходит в воду — будь то берег реки, озера или моря. Для укрепления берегов водоемов разработано большое количество инженерных гидротехнических сооружений. Благодаря развитию технологий, многие проблемы эрозии и абразия берегов можно решить путем применения геосинтетических материалов в комбинации с заполненными грунтом коробами из металлических сеток — габионных для простых участков (берег небольшого озера на даче) или высокопрочных типа ТЕССО^® Cell для берегов бурных горных рек, больших озер, морей и океанов.

Кстати, современные технологии укрепления склонов с применением высокопрочных сеток имеют еще и то преимущество перед железобетонными конструкциями, что сетки не препятствуют естественному дренажу на склоне.

3. Геосинтетические материалы (георешетки, геосетки, противоэрозионные маты и т.п.) — очень широкий термин, объединяющий любые синтетические материалы, так или иначе соприкасающиеся с грунтом или используемые в геотехнике. Применяются сплошь и рядом как противооползневая защита, и очень часто бездумно — материалы, созданные для одной цели, применяют для совершенно другой. Хороший пример — базальтовые сетки: изначально созданные для армирования каменной кладки и ни коим образом не предназначенные для работы на срез материалы иногда рекомендуют применять для укрепления скальных склонов или крепления сводов шахт!

Наш совет — всегда изучайте историю создания материала и его первичное применение. Этот простой способ уберегает от фатальных ошибок.

Геосинтетические материалы, как правило, используются в качестве противооползневого решения для армирования поверхности небольших склонов (5-10 м) крутизной до 30-35 градусов, сложенных рыхлыми грунтами. Основная решаемая ими задача — остановить так называемую “ручейковую эрозию” и дать самому верхнему (и самому рыхлому) слою грунта зарасти и стабилизироваться за счет естественного развития корневой системы растений в почве. Есть и вариации — разнообразные биоматы, кокоматы и т.п. уже несут в своих волокнах семена растений. Объемные георешетки — типа Husker — обладают максимальной для данных конструкций прочностью и удерживают максимально мощный слой почвы — около 10-15 см.

Применять геосинтетику в качестве крепления следует очень осторожно — помимо изначального предназначения, следует обязательно смотреть на несущую способность и качество материала. Увы, повсеместное применение некачественных “аналогов” известных брендов и применение геосинтетических материалов на заведомо неподходящих склонах — крутых (более 35 градусов) и высотой более 10 метров — нанесло существенный удар по репутации данной группы инженерных решений в деле укрепления склонов. Тем не менее, геосинтетические материалы остаются одним из самых распространенных и доступных материалов для предотвращения эрозии почв и стабилизации грунта вблизи поверхности на относительно небольших уступах.

4. Стальные сетки низкой несущей способности — в большинстве своем имеют прочность качественной геосинтетики, но отличаются большей устойчивостью на срез острыми краями обломков горных пород. Базовые варианты — известная всем сеть Рабица или более современная сеть двойного кручения (СДК), она же — габионная сетка.

В чистом и “первозданном” виде Рабица применяется в качестве заборов на дачных участках и для сооружения противокамнепадной завесы там, где нужно показать надзорным органам, что какие-то мероприятия по обеспечению безопасности участка были выполнены. Для укрепления склонов используются те же плетеные сетки, но из проволоки гораздо большей толщины — 4-5-6 мм, часто в комбинации со стальными канатами. Толщина проволоки позволяет увеличить несущую способность плетеной сетки до 5-6 тонн/кв. м, а добавление к сетке стальных канатов — добиться очень хороших показателей прочности… на испытательном стенде. Это такой “узконишевый дизельгейт”: так как на стенде на растяжение по основной оси испытывается панель сетки 1 х 1 метр или 2 х 2 метра, любую слабую сеть можно превратить в супер прочную “систему укрепления склонов” путем добавления канатов и снижения шага между ними. На прочность сети добавление канатов никак не влияет.

Габионная сеть, как несложно догадаться, изначально придумана для сооружения габионов. Для тех, кто не знает, габионы — это такие короба из сетки, наполняемые камнем и выполняющие функцию подпорной стенки. Уникальной особенностью этой сетки является двойное плетение (отсюда ее второе название) — это плетение помогает сетке “запоминать” и держать форму короба габиона. При применении на склоне это не помогает и даже мешает — при прорыве сеть расплетается по длине рулона. Как и тяжелая (из проволоки 4-6 мм) плетеная сеть Рабица, габионная сетка держит 5-6 тонн/кв. м, чего обычно достаточно для участков крутизной 30-35 градусов, в том числе для массивов, сложенных скальными породами — и это основное отличие этих сеток от геосинтетики. При стоимости около 3-5 USD за квадратный метр — вполне рабочее геотехниеское решение.

Отдельно стоит упомянуть, что сетка должна как-то крепиться в грунт. С учетом того, что обычные плетеные сетки и габионная сеть закрепляют, подобно геосинтетике (георешеткам, геосеткам), только самый верхний нестабильный слой грунта — предельно до глубины 20-50 см — их крепление следует осуществлять анкерами в более глубокие, стабильные грунты. Анкером (от нем. “якорь”) является что-то, что работает на выдергивание. В наиболее распространенном случае, промышленными перфораторами с шагом 1 х 1 метр на закрепляемом склоне бурят отверстия (шпуры) на глубину до 2 метров. В них с помощью цементного или химического раствора закрепляют арматурные стержни. В верхней части стержня нарезают резьбу или делают петлю, чтобы закрепить гайкой или клином пластину, которая будет передавать нагрузку от сетки на грунтовый анкер.

5. Стальные сетки высокой несущей способности — представлены тяжелыми сетками из колец (или “кольчужными”) и сетками на основе высокопрочной стальной проволоки швейцарской компании Геобругг.

По распространенной версии, кольчужные сетки придуманы в Советском Союзе для защиты акваторий от подводных лодок. Сплетенные из нескольких нитей проволоки кольца, также сплетенный друг с другом, обладают внушительной прочностью и энергопоглащающими свойствами — за счет пластической деформации колец при ударе. Хотя сеть является очень прочной, ее применение на склоне затрудняют огромный вес и деформации под нагрузкой. Также из-за диаметра колец в 30-35 см, под такую сеть часто нужно подкладывать сеть с более мелкой ячейкой — Рабицу или двойного кручения. Анкерное крепление также следует усилить — ведь на выдергивание анкера будет влиять не только нагрузка от смещающегося грунтового массива, но и вес самой сетки. Преимуществом сетки является соотношение цены к прочности — при стоимости в 7-10 USD за квадратный метр сеть несет 10-12 тонн на квадратный метр.

Сетки из высокопрочной (со временным сопротивлением на разрыв >1770 Н/мм²) стальной проволоки в качестве инженерного решения для укрепления склонов применяются сравнительно недавно — первая система на их основе — активная система укрепления склонов ТЕССО^® [текко] — была разработана и запатентована компанией Геобругг и впервые поступила в продажу в 1990 году. Технология быстро нашла широкое применение — дело в том, что, благодаря использованию высокопрочной проволоки, стало возможным применять сетчатые противооползневые конструкции даже на тех участках, где раньше нельзя было обойтись без массивных железобетонных удерживающих противооползневых сооружений. Сохраняя все преимущества легких сеток в плане транспортировки и монтажа, сетки и системы Геобругг обладают выдающейся прочностью от 5,5 до 36 тонн/м² при весе всего от 0,65 до 5 кг на квадратный метр соответственно. Более того, система укрепления склонов на основе высокопрочных сеток не требует много места для монтажа и не препятствует естественному дренажу и озеленению склона многолетними растениями — существенное преимущество перед бетонными стенками, не говоря о цене. В зависимости от прочности сетки и конфигурации системы, цена варьирует в диапазоне 5-50 USD за квадратный метр — существенно дешевле сооружения бетонных стен.

6. Бетонные (на основе свай, шпунта и пр.) и габионные подпорные стенки — применяются в основном в тех случаях, когда надо удержать оползневой склон путем его подпирания у основания тяжелой конструкцией и при этом (в случае бетонных стен) не допустить малейших деформаций. В зависимости от конструкции, такие противооползневые сооружения могут быть сравнительно небольшими и выполнять функцию удерживания или подпирания оползающего грунта на склоне — в этом случае, их можно заменить на упомянутую выше систему ТЕССО^®, либо могут быть колоссальных размеров и удерживать огромные оползневые массивы. Бетон — материал хрупкий, поэтому стенки практически не допускают динамического воздействия, хотя иногда их ставят для улавливания грунтовых масс. Более того, такие подпорные сооружения занимают много места и, как и еще один метод на основе бетона — набрызг-бетон (или торкретирование) препятствуют дренажу и естественному озеленению. Тем не менее, этот старый проверенный метод до сих пор широко используется и часто является технически и экономически обоснованным для стабилизации больших оползней.

Отметим, что успешное укрепление склона, как и любой проект в области инженерной защиты территорий, предполагает следование принципам, которые игнорируют гораздо чаще, чем можно себе представить, а именно: