Защита инженерных сооружений на линии Туапсе—Адлер
Е.С. АШПИЗ, докт. техн. наук, А.О. ЕГОРОВ, канд. техн. наук
Проблема защиты морских берегов от разрушения волнами актуальна для многих стран. В России неблагоприятное воздействие моря осложняет работу участка Туапсе—Адлер, около 90 км которого проходит вдоль береговой линии, подвергающейся абразии, а также характеризующейся наличием потока галечных наносов. Для защиты пути построены многочисленные инженерные сооружения. Многие из них требуют ремонта. Кроме того, в настоящее время на данном направлении возводится второй путь, в основном проходящий со стороны моря. Следует отметить также, что безопасность движения поездов здесь в большой степени зависит от природных факторов. Сила штормовых ветров в регионе может достигать 8 баллов. Благодаря надежной работе берегозащитных сооружений можно существенно снизить риски транспортной изоляции г. Сочи — крупнейшего курорта и столицы будущих зимних Олимпийских игр 2014 г.
Традиционные берегозащитные сооружения. Существующая система берегозащиты представлена галечными пляжами, бетонными волноотбойными стенами, бунами (каменными или из бетонных блоков) и фасонными массивами.
До 10 % бетонных волноотбойных стен протяженностью около 70 км находится в неудовлетворительном состоянии (рис. 1). Имеются отдельные участки, на которых берегозащитные конструкции полностью разрушены (рис. 2).
Анализ причин разрушения показал, что при подмыве основания бетонной волноотбойной стены под действием собственного веса происходит усадка отдельных бетонных блоков, а в ряде случаев их обрушение в сторону моря. Традиционные бетонные волноотбойные стены при наличии перемещающихся вдоль них наносов и отсутствии бун требуют дополнительной защиты в виде облицовки. В противном случае наносы могут «прорезать» сквозную щель на всю ширину стены (обычно высотой 35—40 см), через которую из-за стены выносится грунт, и она под ударами волн опрокидывается в сторону суши.
Заменять бетонные волноотбойные стены такими же бетонными конструкциями нецелесообразно из-за их большой стоимости и достаточно продолжительных сроков строительства.
Новая конструкция волноотбойной стены. В 2008 г. специалисты Московского государственного университета путей сообщения и компании «АпАТэК» разработали вариант волноотбойной стены (рис. 3) из композитных материалов, состоящей из двух основных элементов — армированного массива грунта и стеклопластиковых панелей, соединенных между собой при помощи якорных тяг — анкеров.
Конструкция разделена на две части: армированный массив со стороны берега воспринимает нагрузку от подвижного состава и веса грунта, а стеклопластиковая панель со стороны моря — нагрузку от морских волн и воздействия галечниковых взвесей. Тем самым армированный массив предохраняется от размыва.
Стеклопластиковые панели и арматура (подробнее
смотреть здесь). Их устанавливают с заглублением ниже уровня моря в пляж, с фронтальной стороны они имеют вогнутую волноотбойную форму (рис. 4), а с внутренней — панели по бокам отбортовки, соединенные с обратной стороны. Наклоненные в сторону моря верхние части панелей заполнены пористым материалом и закрыты стеклопластиковыми крышками. Кроме того, для уменьшения песчано-гравийной эрозии на фронтальную поверхность панелей наносят противоэрозионное покрытие. Для отвода грунтовых вод в нижней части панелей выполнены дренажные отверстия. В целях снижения давления на стену со стороны массива стеклопластиковые крышки имеют наклон в сторону берега, образуя с горизонтальной плоскостью угол больше угла внутреннего трения грунта засыпки.
Благодаря физическим свойствам стеклопластиковых панелей удалось сократить их вес и следовательно снизить количество техники для доставки конструкций и установки их в проектное положение. Следует отметить, что масса 1 м секции стеклопластиковой панели высотой 4 м составляет 269 кг, а бетонной волноотбойной стены облегченной конструкции (с анкерами) — около 8000 кг.
Армированный массив. Чтобы обеспечить надежное закрепление к армогрунтовому массиву стеклопластиковых панелей, проверили их прочность при динамической нагрузке от волнового воздействия. В результате установили оптимальный шаг размещения анкеров, соединяющих стену с грунтом на двух уровнях, — на высоте 0,7 и 1,6 м от подошвы стены. Надежная работа стеклопластиковых панелей должна обеспечиваться за счет нормального взаимодействия их с армированным грунтовым массивом, на который передаются не только нагрузки, воспринимаемые панелями, но и нагрузки от подвижного состава и собственного веса насыпи.
Армированный грунтовый массив представляет собой обратную засыпку, укрепленную георешетками. В качестве материала для массива был выбран щебень фракции 20—40 мм.
Проектирование армированного массива осуществляли в соответствии с результатами, полученными компанией Tensar International Limited с помощью программы Winwall 8.101. Расчеты основных параметров обратной засыпки выполняли, исходя из условий внешнего и внутреннего разрушения массива с учетом сейсмичности участка 8 баллов. К внешнему разрушению относятся полное обрушение (глубокий сдвиг сооружения и части откоса с поворотом), нарушение несущей способности основания сооружения, сдвиг сооружения относительно земляного полотна (плоский сдвиг по основанию), опрокидывание сооружения, к внутреннему — нарушение прочности арматуры на разрыв и выдергивание арматуры. В качестве исходных данных рассматривали нагрузку от подвижного состава 120 кПа и от веса верхнего строения пути 17 кПа, рабочую температуру 10 °С, расчетную прочность георешеток на разрыв при сроке службы 120 лет. В итоге при армировании обратной засыпки для фундамента ниже композитной панели приняли решение использовать одноосную георешетку марки Tensar RE-80 с длиной заделки до существующей волноотбойной стенки и шагом по высоте 0,5 м. Для застенного пространства за композитной панелью в качестве основной арматуры выбрали также одноосную георешетку марки Tensar RE-80 с шагом по высоте 0,5 м. В целях обеспечения местной устойчивости щебня в месте примыкания к композитной панели и зоне ее анкерного закрепления для вторичного армирования между основной арматурой использовали двухосную георешетку Tensar SS-30 длиной по 1 м. В местах анкерного закрепления композитной панели длина георешетки составила 2 м.
Устройство обратной засыпки из щебня осуществляют послойно между уровнями армирующей георешетки. Толщина слоя засыпки между слоями георешетки Tensar 80-RE составляет 50 см. Технология сооружения волноотбойной стены из композитного материала позволяет выполнять строительные работы в стесненных условиях и в короткие сроки, что безусловно, является важным преимуществом по сравнению с традиционными конструкциями.
Для мониторинга состояния экспериментальной волноотбойной стены из композитного материала на линии Туапсе—Адлер в стеклопластиковые панели установили тензометрические датчики, с которых несколько раз в месяц сотрудники компании «АпАТэК» снимают показания и анализируют их.
Выводы
1. Разработана принципиально новая конструкция волноотбойной стены, состоящая из армогрунтового массива, воспринимающего нагрузки от веса грунта и подвижного состава, и стеклопластиковых панелей, воспринимающих нагрузку от волн.
2. Конструкция стены является высокотехнологичной и позволяет монтировать ее без тяжелой техники, что сокращает срок строительства примерно в пять раз.
3. За счет нанесения противоэрозионного покрытия на лицевую часть стеклопластиковой панели значительно увеличен срок службы волноотбойной стены.
4. На одном из участков строительства второго пути на линии Туапсе—Адлер в 2008 г. запроектирована и построена волноотбойная стена экспериментальной конструкции. Благодаря использованию современных технологий ее основные элементы изготовлены из стеклопластика и полимерного материала, не подверженного морской коррозии и гниению.
