Габионные конструкции: сложная работа простых сооружений

Впервые габионные крепления были запатентованы в начале 80-х годов XIX века во Франции. Примерно в то же время патент был закуплен итальянской фирмой «Маккаферри», которая до настоящего времени успешно работает в области производства металлических сеток и габионных конструкций. В России практика укрепления габионами началась более ста лет назад при строительстве железной дороги в обход озера Байкал — там эта технология использовалась при сооружении тоннелей.

Хотя габионы, лежащие в укреплении откосов берега Байкала, были изготовлены вручную, уже тогда было понятно: по техническим и экономическим показателям они более привлекательны, чем бетонные и железобетонные защитные сооружения. Несмотря на то, что в те времена не было оцинковки или других способов защиты проволоки от коррозии, свое предназначение байкальские габионы выполняют до сих пор.

Что такое габионы?
Габионы представляют собой объемные конструкции, выполненные из металлической проволоки двойного кручения с шестиугольными ячейкам по всей поверхности, что позволяет смонтированной сетке растягиваться на 12% без снижения прочности. При этом проволока имеет цинковое покрытие, а в случае необходимости — дополнительное покрытие из ПНД и ПВХ. Конструкция заполняется материалом (камнем-заполнителем), который может быть окатанным (речной камень) или рваным (карьерный камень или щебень), но обязательно несколько большим по размеру, чем ячейки сетки. Таким образом формируется строительный элемент — габион, который имеет прочность n=0,3–0,4. Чтобы сооружение служило долго, камень-заполнитель должен быть морозоустойчивым, не хрупким, не размывным и обладать хорошей твердостью. Существует несколько типов конструкций.

Монтаж габионов не представляет большой сложности. Сетка расстилается на земле и разделяется перегородками высотой 0,2–0,5 м. В образовавшиеся емкости укладывается камень, затем сверху накладывается сетка и сшивается с перегородками проволокой. Возможно применение емкостей 1,2 и 3 куб. м.

Экономичность и простота при установке и обслуживании, а также возможность выполнения монтажа в любых климатических и сезонных условиях делают габионные конструкции незаменимыми в разных областях строительства. Кроме того, анализ удельной стоимости одного погонного метра сооружения показывает, что при применении габионов экономия средств составляет от 10 до 50%.

Лекарство для грунта

Габионные конструкции для стабилизации эрозионных процессов любого рода применяются в мире уже более 100 лет. Аккумуляция частичек грунта в габионе способствует увеличению его прочностных свойств, играя при этом роль связующего. Таким образом, сама природа превращает габионы в очень прочное сооружение, которое становится частью ландшафта. В течение 3–5 лет (в зависимости от климата) габионные сооружения приобретают максимальную устойчивость и неограниченный срок службы, так как с годами их эффективность возрастает благодаря уплотнению наносов грунта в габионах и прорастанию растительности.

Главным образом габионы используются для укрепления берегового грунта и русловыпрямительных работ, стабилизации почвенной эрозии и консервации грунта, а также для облицовки каналов и дамб, укрепления склонов и армирования грунтов, ландшафтных работ и т.п. По техническим, экономическим и стоимостным показателям габионы в несколько раз превосходят аналогичные конструкции из бетона и железобетона. Кроме того, в месте возведения габионов происходит консолидация грунта, то есть улучшение его физических свойств.

Основные «фишки»

Конструкции из габионов являются гибкими и в случае подмыва или просадки грунта легко заполняют пустоты. При этом сама габионная структура не разрушается. Как правило, подобные процессы происходят в течение времени консолидации, и основным фактором противостояния осадкам является сетка двойного кручения, которая воспринимает основные нагрузки. По завершении же процесса консолидации габионное сооружение становится частью общего ландшафта. Все это делает габионы более прочными, чем железобетонные конструкции.

Проволока, используемая для изготовления габионных конструкций, согласно международным нормам, имеет предел прочности 38–50 кг/кв. мм, а плотность ее цинкового или гальфанового покрытия составляет 240–290 г/кв. м,
что положительно сказывается на продолжительности службы габионов. Сетка, из которой изготавливаются конструкции, имеет переменную разрывную нагрузку от 3 500 до 5 000 кг на погонный метр. Благодаря этому габионы могут противостоять любому типу нагрузок. Их пористая структура придает сооружениям великолепные дренажные свойства. Высокая проницаемость габионных структур исключает возможность возникновения одного из основных факторов нестабильности конструкций — гидростатических нагрузок. Исключен также разрыв связи из-за грунтовых и поверхностных вод (в случае берегоукрепительных мероприятий). Следовательно, под подошвой таких сооружений практически нет процессов суффозии. Дренажность и устойчивость делают габионы идеальными для защиты склонов от эрозии.

Уникальные экологические свойства габионов основаны на водопроницаемости и аккумуляции внутри сооружения частичек грунта, что способствует прорастанию растительности и восстановлению природной среды. Эти факторы делают габионные конструкции отличным строительным материалом, который используется при восстановлении и оздоровлении ландшафтов. Интересно, что в зоне устройств габионов (там, где они устраивались для укрепления берега) увеличивается численность рыбы, так как габионы способствуют развитию флоры и биоты, необходимых для ее жизни. 

Строя, экономим

Конструкции из габионов экономичнее, чем жесткие или полужесткие, традиционно применяемые в целях инженерной защиты территорий от различных типов эрозий грунтов. Экономичность достигается за счет меньшей удельной стоимости одного погонного метра сооружения и уменьшения затрат на эксплуатацию и ремонт, так как даже при случайной поломке проволоки наложением дополнительного полотна сетки можно легко исправить ситуацию. К тому же структура габиона поделена диафрагмами на секции размером в 1 м. Поэтому при возможных механических повреждениях нарушается только одна или несколько ячеек сетки, основная же часть сооружения работает дальше без снижения прочности.
При использовании габионных конструкций исключаются затраты на устройство дренажных систем и фундаментов, а также на использование дорогостоящей специальной техники. Во время работ по укреплению железнодорожного полотна строители, использующие габионные конструкции, могут обходиться без «окон», что значительно ускоряет процесс работы.
Многолетний опыт применения габионов позволяет относить эти конструкции к классу постоянных, а не временных. Кроме того, в силу вышеназванных причин эффективность сооружений из габионов с годами не уменьшается, а возрастает.

Опыт краткой строкой

Начиная с 1994 г. в России и бывших республиках Советского Союза построено несколько тысяч объектов с применением габионных конструкций, причем лучше всего габионы проявляют себя в дорожном строительстве. Об этой области и поговорим подробнее.
Традиционным способом усиления деформирующихся насыпей раньше была отсыпка контрбанкетов из дренирующего грунта. Однако этот метод имеет ряд недостатков: требует отвода значительных площадей под основания контрбанкетов, больших объемов дефицитных дренирующих грунтов, выделения «окон», в ряде случаев выноса коммуникаций и, как следствие, ведет к большим затратам средств и времени. В довершение всего, его невозможно выполнить в стесненных условиях, а значит, высокие железнодорожные насыпи никак не могут быть укреплены с помощью этого метода.

На Московской железной дороге не раз происходил сплыв высоких насыпей, что приводило к полным или частичным отказам (140 деформаций, по данным МИИТ, с 1963 по 1992 гг.). Что уж говорить о железнодорожных путях, проходящих по слабым грунтам Новгородской и Ленинградской областей. Сегодняшнее реформирование железнодорожной отрасли, необходимость повышения эффективности и безопасности транспортных перевозок требуют применения современных технологий усиления земляного полотна, и в числе таких технологий габионные конструкции. С их помощью только на Московской дороге за последние 25 лет было оздоровлено много «больных мест». Габионные конструкции активно применялись и в процессе реконструкции линии скоростного движения по дороге Москва — Петербург.

Очень интересной в технологическом аспекте стала габионная стена длиной 550 м на станции «Боровенка». Главная особенность объекта — высота насыпи (12 м), а такж длина откоса (порядка 20 м).
В настоящее время продолжаются работы по укреплению железнодорожных откосов с помощью габионов и на Саратовском отделении Приволжской магистрали. В 2008 г. по этой технологии укрепили около 500 м земляного полотна, на что было затрачено более 100 млн. руб. В 2009 г. планируется укрепить участок Саратов-1 — Саратов-3.

С 2003 г. технология укрепления железнодорожных откосов при помощи габионов применяется и на Волгоградском отделении железной дороги. В 2008 г. были укреплены откосы на участках общей протяженностью более 970 м. В 2009 г.
планируется обезопасить с помощью габионов еще 120 м железнодорожных откосов.

На Куйбышевской железной дороге начаты работы по укреплению проходящей в черте Ульяновска береговой линии Волги, так как размыв реки угрожает целостности железнодорожного полотна. Путейцы закольцуют каменную берму — горизонтальную площадку, повышающую устойчивость склона, — а также построят волногасящие сооружения. После чего на косогоре отсыпят дренирующий грунт и уложат 6,5 тыс. габионных конструкций. На Горьковской железной дороге в 2006 г.были построены первые габионные укрепления на участке Владимир — Петушки. Тогда длина габионной стены составила 136 м, а ее объем — 500 куб. м. В 2008 г. сданы в эксплуатацию две подпорные стены из габионных конструкций протяженностью 1 027 и 403 м на перегоне Чулково — Гороховец. В 2009 г. планируется закончить строительство на участке Муром — Арзамас, где общая протяженность стен с откосным дренажом составит 1 856 м, а объем габионов превысит 14,5 тыс. куб. м.