Применения противооползневых удерживающих сооружений для инженерной защиты объектов газотранспортной системы (ГТС) от разрушения при оползневых явлениях в неустойчивых грунтах. В.Г.Гераськин, С.Н.Шабров, В.Д.Аношин (ООО «Газпром трансгаз-Кубань») ООО «Газпром трансгаз - Кубань» - это крупное газотранспортное предприятие Кубани, эксплуатирующее систему магистральных газопроводов протяженностью более 7000 км. Часть объектов газотранспортной системы этого предприятия расположено в горных или высокогорных районах Северо-Западного и Западного Кавказа. Территория Северо-Западного и Западного Кавказа – это регион с разнообразными природными условиями и факторами, сочетание которых приводит к возникновению и развитию различных по генезису оползневых процессов. Формирование оползней в этом регионе обусловлено геологическим строением, рельефом, климатическими и антропогенными факторами. Внезапность проявления, непредсказуемость, тесная связь с другими геологическими процессами и явлениями делает оползни серьезной, иногда неразрешимой, проблемой при эксплуатации объектов ГТС ООО «Газпром трансгаз-Кубань», требующей разработки противооползневых мероприятий. К наиболее часто применяемым мероприятиям в инженерной практике относятся: - а) регулирование поверхностного стока воды на оползневом участке и прилегающих к ним территориях; - б) перепланировка поверхности оползня до устойчивого состояния; - в) регулирование подземного стока воды; - г) возведение удерживающих противооползневых сооружений на пути движения оползня; - д) закрепление грунтов поверхностного слоя в зоне контакта оползневого тела с подстилающей поверхностью. Перечисленные противооползневые мероприятия могут быть применены либо раздельно, либо комплексно (в зависимости от инженерно-геологических и гидрогеологических условий участка). Удерживающие противооползневые сооружения наиболее целесообразны для укрепления оползневых участков, когда другие мероприятия не позволят достигнуть требуемого коэффициента запаса устойчивости склона. Во всех случаях устройство удерживающих сооружений необходимо совмещать с мероприятиями по дренированию подземных вод и осушению тела оползня. К удерживающим противооползневым сооружениям относятся сооружения и конструкции, воспринимающие оползневое давление смещающихся грунтовых масс и предназначенные для повышения коэффициента устойчивости оползневого массива, расположенного выше проектируемого удерживающего сооружения. Проектирование противооползневых удерживающих сооружений начинается с вычерчивания характерных для данного склона поперечников и построения под каждым из них эпюр оползневого давления (рис. 1) по методам Маслова-Берера и Шахунянца с определением усредненного коэффициента устойчивости. Рисунок 1 – Расчётный поперечник с эпюрой оползневого давления: а – критическая поверхность скольжения для расчёта противооползневого сооружения; б – поверхность скольжения для расчёта на переползание грунта. Строительство сооружений в целях максимального использования контрфорсной работы отдельных частей оползня желательно там, где оползневое давление минимально. Выбранное в соответствии с эпюрой оползневого давления местоположение удерживающих сооружений уточняют исходя из возможности и удобства производства работ. Например, на склоне, представленном на рисунке 1, удерживающее сооружение целесообразнее расположить в сечении 2-2, где имеется удобная площадка для размещения строительной техники, несмотря на то, что в сечении 1-1 оползневое давление меньше. При проектировании удерживающего сооружения в выбранном месте следует учитывать два периода: первоначальный (естественное движение оползневых масс), когда продолжается смещение по старой поверхности скольжения (кривая «а» на рис.1); последующий (движение оползневых масс с учётом влияния противооползневого сооружения), когда происходит формирование новой поверхности скольжения (кривая «б» на рис.1). Конструктивные схемы противооползневых сооружений выбирают в зависимости от назначения проектируемого сооружения, характера и величины действующих нагрузок, гидрогеологических и инженерно-геологических условий района строительства, планировочного решения местности, результатов расчетов устойчивости склона и при условии обеспечения требуемого коэффициента запаса устойчивости склона. Противооползневое сооружение состоит из следующих основных конструктивных элементов (см. рисунки 2-4): - сваи, воспринимающие оползневое давление осевших пород; - ростверк, распределяющий нагрузку на сваи; - нижний железобетонный фундамент (ростверк), распределяющий нагрузку на сваи; - свайно-панельные стены, преграждающие движение оползневых масс. Применяются в том случае, если оползневая масса представлена рыхлыми отложениями текучей консистенции, и удержать такую массу свайными заграждениями не представляется возможным. Противооползневые сооружения в зависимости от размещения свай в плане могут быть: а) однорядными - при сравнительно небольших величинах давления грунта на сооружение (рис. 2); б) многорядными - при больших величинах давления грунта и необходимости не преграждать фильтрационный поток (если возможно устройство однорядного сооружения, но при этом образуется фильтрационная завеса, что нежелательно, следует устраивать многорядное сооружение, которое не должно значительно повышать уровень грунтовых вод) (рис.3); Противооползневые сооружения в зависимости от способов связи свай могут быть: а) связанные ростверком (рис.2-3); б) связанные ростверком и нижним фундаментом (рис.4). Применение сооружений с нижним фундаментом, построенным при помощи метода горизонтально-направленного бурения (ГНБ), целесообразно в местах, где нижние устойчивые пласты составлены преимущественно пластичными породами. Отличительная особенность этих сооружений в том, что сваи соединены между собой как в неустойчивых пластах (осевшие породы), так и в устойчивых независимых от движения оползня пластах (коренные породы). Таким образом, противооползневое сооружение представляет собой замкнутую рамную конструкцию, у которой все элементы сооружения жестко соединены между собой. Метод ГНБ позволяет строить горизонтальные скважины бестраншейным способом, не нарушая целостность природного рельефа. Рисунок 2 - Однорядное противооползневое сооружение: 1 - объединяющий ростверк; 2 - свая; 3 – свайно-панельная стена. Рисунок 3 - Многорядное противооползневое сооружение: 1 - ростверк в виде фермы; 2 – сваи. Рисунок 4 - Противооползневые сооружения с буронабивными сваями, объединенными ростверком и нижним фундаментом 1 - объединяющий ростверк; 2 - свая; 3 – нижний фундамент; 4 - свайно-панельная стена. Рисунок 5 – Расчётная схема противооползневого удерживающего сооружения. Расчёт удерживающих элементов на действие горизонтальной силы является одним из самых важных при проектировании противооползневых сооружений. При введении допущения о равномерном распределении оползневого давления расчётная схема противооползневого сооружения может быть принята в виде рамы, представленной на рис.5. Горизонтальное усилие, приходящееся на каждую стойку рамы - удерживающий элемент противооползневого сооружения, находится из выражения: Е′оп = Еоп ∙ 𝑏/𝑛, где Е′оп - горизонтальное усилие, приходящее на каждый удерживающий элемент, кН; Еоп - общее горизонтальное усилие, приходящее на противооползневое сооружение; b - расстояние между удерживающими элементами, м; n - количество удерживающих элементов. После расчёта одного удерживающего элемента на горизонтальную нагрузку находим максимальный изгибающий момент в этом элементе М макс. Прочность удерживающего элемента следует рассчитывать из условия Ммах Мр, где Мр расчетный момент, воспринимаемый поперечным сечением сваи и определяемый по СНИП II-В.1-62. В результате деления момента Ммакс на горизонтальную силу Е’оп, действующую на данный удерживающий элемент, получим плечо «а» (рис.5) – расстояние от точки приложения силы (положение которой известно) до места условной заделки элемента (положения которой находится). Определенное таким образом положение заделки принимается для всех удерживающих элементов. Далее вся конструкция рассчитывается как жёсткая рама со стойками, заделанными на принятом уровне. При этом величина заглубления каждого удерживающего элемента в грунт h1 принимается по результатам его расчёта на горизонтальную нагрузку. При расчёте противооползневого сооружения с нижним фундаментом величину h1 можно принимать равной 2l0 (см. рис.5), так как заделка удерживающих элементов определяется не расчётом, а глубиной заложения нижнего фундамента. На каждый удерживающий элемент (стойку рамы), как указано выше, действует сила E’оп. При расчёте рамы эту силу можно принимать в виде нагрузки, распределённой по длине каждой стойки (рис.5). Наибольший эффект свайные противооползневые конструкции, представленные на рис. 2,3, будут иметь, если коренные породы состоят из твёрдых грунтов (скальные породы, аргиллиты, известняки, песчаники и др.). В пластичных грунтах (текучепластичные суглинки, глины, илы, мягкопластичные супеси, суглинки и глины) их удерживающие элементы могут иметь значительные угловые φ0 и линейные перемещения у0 (рис.6), что может повлиять на устойчивость сооружения в целом. В связи с этим для конструкций, представленных на рис. 2,3, возникает необходимость увеличивать глубину заложения удерживающих элементов h1, диаметр поперечного сечения этих элементов и их количество. а) б) Рисунок 6 – Удерживающий элемент противооползневой конструкции а) – элемент в натуре; б) – расчётная схема; 1 – удерживающий элемент (свая); 2 – расчётная поверхность устойчивого грунта (поверхность скольжения); 3 – смещающиеся грунты (оползневая толща) При помощи строительства в пластичных породах противооползневого сооружения с нижним фундаментом имеется возможность избежать недостатков, указанных выше, так как нижний фундамент свяжет удерживающие элементы в породах, независимых от оползневого движения. Таким образом, концы свай будут представлять собой защемленные неподвижные опоры (рис.7,б). На практике это означает, что сваи будут иметь незначительные линейные и угловые перемещения опорного сечения, и конструкция в целом станет более жёсткой, что будет способствовать равномерной работе противооползневого сооружения (рис.7). а) б) Рисунок 7 – Удерживающий элемент противооползневого сооружения с нижним фундаментом. а) – элемент в натуре; б) – расчётная схема; 1 – удерживающий элемент (свая); 2 – расчётная поверхность устойчивого грунта (поверхность скольжения); 3 – смещающиеся грунты (оползневая толща).
