• Сегодня: Вторник, Сентябрь 26, 2017

Барьеры на склоне

Пример комплексного использования конструкции ST–10 для защиты склона от сползания снега

Аннотация

Идея импортозамещения не нова, но далеко не каждый производитель может решиться на смелый шаг и инвестировать в научно-техническое развитие, которое сможет стать базой серьезных практических успехов в производстве. Компания «Росинжинирнинг» делится опытом освоения новых технологий и представляет наиболее интересные и успешные проекты. В борьбе со снежными лавинами, оползнями, камнепадами и эрозией почв специалисты компании добились значительных успехов. И главное – они смогли доказать, что защитные конструкции отечественного производства ничуть не уступают зарубежным аналогам, а по некоторым позициям и превосходят их.


Слово «импортозамещение» в последнее время стало модным. Его можно услышать из уст как журналистов и обозревателей, так и государственных чиновников и членов правительства. Оно звучит на отчетах и совещаниях по самым различным вопросам: от сельского хозяйства до военно-промышленного комплекса. Хотя сама по себе идея избавления от сторонней зависимости, опоры на свои собственные силы и ресурсы далеко не нова и регулярно становится актуальной в нашей стране после очередной волны экономических потрясений. Последний раз вопрос импортозамещения поднимался лет 15 назад, но окончательно решен не был. Есть ли перспективы у нас сейчас и какие шаги необходимо предпринять для достижения поставленной цели?

В основе развития внутреннего производства в России лежат не показатели цен на нефть, не профицит бюджета и не меры государственного регулирования, а простые экономические принципы спроса и предложения. Импортозамещение не есть самоцель, это исключительно прагматическая задача. Потребитель желает получить то, что для него ценно: приемлемую цену, соответствие нормам и стандартам РФ, снижение рисков срыва поставок, упрощение логистики, отсутствие рисков курсовой разницы и т. д. Национальный производитель получает стимул создания новых продуктов, долгожданные заказы и оборотные средства, возможность модернизации производства, проведения НИОКР, развития и обучения персонала и т.д.

Однако для этого прежде всего требуется сделать важный и решительный шаг — инвестирование средств. Кто же должен сделать шаг первым: потребитель или производитель? На этот главный вопрос ответа нет. Вернее, ответов великое множество, так как в каждой конкретной ситуации решения будут разные. Главное, чтобы эти шаги осуществлялись, — тогда на этот раз слово «импортозамещение» не останется просто лозунгом, а воплотится в конкретных достижениях.

Компания «Росинжинирнинг» в конце 2012 года решила сделать этот самый первый шаг в надежде на будущую востребованность новой продукции и организовала научно-исследовательскую и опытно-конструкторскую работы (НИОКР) по отрасли инженерной защиты территорий, что позволило за 2,5 года заложить базу технологических решений по защите от опасных геологических процессов, таких как лавины, сели, оползни, обвалы и камнепады.

Специалистами компании был внимательно изучен советский и мировой опыт в области инженерной защиты территорий, сделан анализ существующих вариантов решений, проведены исследования, проектные работы, математическое и 3D-моделирование. На основании результатов сотен опытов и испытаний были приняты решения о различных улучшениях и доработках, выстраивании технологической линии производства…

Щит от лавины

Для предотвращения лавинной опасности широкое применение получили снегоудерживающие конструкции, которые отличаются простотой и экономичностью, а также дают возможность производства работ по монтажу в сжатые сроки и в стесненных условиях. Таких конструкций и их модификаций существует немало: заборы, стены, щиты, решетки, барьеры, и все они успешно применяются на практике в тех или иных условиях. Инженерами компании «Росинжинирнинг» были разработаны снегоудерживающие щиты опорно-подвесного типа. Вскоре эта технология нашла широкое применение на объектах Красной Поляны — специалистами компании там было смонтировано 583 щита общей протяженностью 2332 м.

Подобные конструкции обеспечивают устойчивость снежного покрова в опасных зонах, тем самым предотвращая сход лавин. Они являются средством так называемой «пассивной» защиты и не требуют затрат при эксплуатации, в отличие от «активных» средств защиты. Щиты размещаются в зоне зарождения лавин непрерывными или секционными рядами до боковых границ лавиносбора, перпендикулярно направлению сползания снежного покрова. Опорная поверхность конструкций располагается перпендикулярно поверхности склона. Высота щитов, количество рядов и расстояние между рядами назначаются в зависимости от снеговых нагрузок, высоты покрова и особенностей рельефа местности. Они устанавливаются на склонах с уклоном между поверхностью склона и горизонтом меньшим или равным 50º.

Щиты выполняются из двутавровых стоек с обрешеткой из металлических труб. С помощью канатов они крепятся к грунтовым анкерам, установленным на склоне. Длина, угол наклона и тип анкера выбираются в зависимости от грунтов и снеговых нагрузок в зоне установки конструкций.

3D-модель снегоудерживающего щита
3D-модель снегоудерживающего щита

3D-модель снегоудерживающего щита
3D-модель снегоудерживающего щита

В ходе выполнения монтажных работ и эксплуатации опытных снегоудерживающих щитов были устранены их отдельные недостатки, конструкции были доработаны и получили номенклатуру SH. По сравнению с опытной серией, щиты SH удалось облегчить почти в два раза. Конструктивно добавился средний ряд канатов, а также появилась возможность регулировать натяжку всех канатов, что позволило облегчить монтаж и сократить его сроки.

Основными преимуществами щитов серии SH являются:

  • относительная простота в установке;
  • надежность конструкции;
  • свободное опирание стоек на склон (отсутствие жесткой заделки);
  • отсутствие фундамента (нет бетонных работ).
3D-модель снегоудерживающего щита серии SH
3D-модель снегоудерживающего щита серии SH
Конструкция снегоудерживающего щита серии SH
Конструкция снегоудерживающего щита серии SH

Дюзы для снега

В 2012 году для нужд горноклиматического курорта были применены опытные образцы снеговыдувающих конструкций SW-4 (snow wind), предназначенные для предупреждения образования снежных карнизов у гребня склона и нарушения сплошного строения снежного пласта в зоне зарождения лавин. Принцип работы конструкций основан на сжатии снеговетрового потока вблизи заносимого места, увеличении его скорости, что способствует переносу снега вниз по склону.

Расчетная модель снеговыдувающей конструкции SW-12
Расчетная модель снеговыдувающей конструкции SW-12

Снеговыдувающие панели («дюзы») в советское время исследовались А.К. Дюниным и широко применялись на лавиноопасных склонах, подверженных образованию снежных карнизов, но в серийное производство так и не пошли.

Спустя несколько лет конструкция SW-4 была усовершенствована в плане упрощения, увеличения надежности и уменьшения веса и получила номенклатуру SW-12. В окончательном варианте она представляет собой металлическую конструкцию с рабочей поверхностью из композитного материала с изменяемым углом наклона. Опорные стойки телескопического типа могут изменяться по высоте, что позволяет регулировать выдувающий эффект. Все металлические детали конструкции оцинкованы и предназначены для службы в особо тяжелых условиях. Снеговыдувающая панель SW-12 не имеет заводских аналогов ни в России, ни за рубежом.

Сетчатый зонтик

В 2013 году перед специалистами «Росинжинирнинга» была поставлена задача: обеспечить защиту территории объекта от сползания снежного покрова с окружающих склонов. При этом одним из требований была возможность демонтажа защитных сооружений на летний период.

При выезде на место производства работ был проведен анализ ситуации. Выяснилось, что сползание снежной массы происходит по слою глубинной изморози, образующемуся вследствие температурного градиента на границе «грунт — снег». После рассмотрения всех возможных вариантов было принято решение о разработке специальной конструкции, предназначенной для того, чтобы не допустить сползания снега по поверхности грунта.

Изделие ST-10 представляет собой зонтичную конструкцию из несущего элемента квадратного сечения, рабочего элемента, состоящего из центральной сварной детали и 4 профилей, которые соединяются с ней болтовыми соединениями, и сетчатого элемента. Конструкция имеет вес 89 кг (вес самого тяжелого элемента менее 50 кг), проста в установке и, что является ее важным преимуществом, может демонтироваться на летний период.

ЗD-модель снегоудерживающей конструкции ST-10
ЗD-модель снегоудерживающей конструкции ST-10
Снегоудерживающие зонты
Снегоудерживающие зонты

Компания «Росинжиниринг» также заканчивает процедуру сертификации новой разработки — снегоудерживающих барьеров сетчатого типа BS. Они являются аналогом барьеров, одобренных Швейцарским федеральным институтом снега и лавин в Давосе, и представляют собой гибкие снегоудерживающие конструкции, изготовленные из тросовых сеток и сети из стальной проволоки, закрепленные на стойках. Барьеры легко адаптируются к неровностям рельефа, способны противостоять небольшим динамическим нагрузкам и при этом имеют относительно небольшой вес.

Анкеры и сети

В середине 2014 года в рамках проекта по инженерной защите резервуара системы искусственного снегообразования в Южно-Сахалинске были разработаны «самораскрывающиеся» грунтовые анкеры серии АД (анкер динамический), в том числе грунтовый анкер АД-88. Существует множество анкеров подобного типа иностранного производства. Их стоимость значительно выше отечественных, при этом по качеству эти аналоги не отличаются.

Грунтовые анкеры серии АД (на сегодняшний момент эта линейка насчитывает 9 основных моделей) представляют собой самораскрывающиеся анкеры «якорного» типа, погружаемые ударным способом и воспринимающие преимущественно выдергивающую нагрузку. Анкер состоят из погружаемого в грунт «якоря», способного воспринимать растягивающие нагрузки, анкерных тяг и соединительных элементов. После установки крепежа на заданную глубину забивающим инструментом (набором толкателей и гидромолота) направляющий стержень (толкатель) вынимается. После этого через анкерную тягу подается обратное усилие: производится частичное выдергивание анкера. За счет этого «якорь» в грунте раскрывается, встает в рабочее положение и тестируется с помощью нагрузочного механизма. При этом происходит уплотнение грунта и создается более твердая область в форме усеченного конуса непосредственно перед анкером.

3D-модель грунтового анкера АД
3D-модель грунтового анкера АД

Решение об использовании грунтовых анкеров того или иного типа принимается с учетом исходных данных: геологического строения участка, параметров геологических процессов (оползней, эрозии), расположения строительной площадки и т. д. Основными достоинствами грунтовых анкеров «якорного» типа являются:

  • скорость установки анкеров (требуется минимальное время для монтажа);
  • простота установки (минимум ресурсов и оборудования);
  • отсутствие необходимости в цементных работах;
  • контроль качества (проводится проверка несущей способности каждого анкера);
  • экологичность решений.
Конструкция грунтового анкера АД
Конструкция грунтового анкера АД
Грунтовый анкер АД-88
Грунтовый анкер АД-88

Для совместной работы анкеров серии АД разработано и налажено производство стальной высокопрочной объемной сетки «HoldNet 3D». Данная удерживающая сеть предназначена для защиты от камнепадов, эрозии и для стабилизации склонов. Ее использование возможно совместно с другими грунтовыми анкерами или самостоятельно. Предел прочности сетки на растяжение составляет не менее 350–540 Н/мм2. Также индивидуально изготавливается сеть HoldNet 3D+ с пределом прочности на растяжение 1770 Н/мм2.

Пространственное изображение высокопрочной объемной сети HoldNet 3D
Пространственное изображение высокопрочной объемной сети HoldNet 3D
Инженерная защита резервуара СИС в г. Южно-Сахалинске грунтовыми анкерами  АД-88
Инженерная защита резервуара СИС в г. Южно-Сахалинске грунтовыми анкерами
АД-88

Также для защиты от обвалов и камнепадов используется аналог японских систем — канатно-анкерная система «RockNet». Скальная сеть сплетена из высокопрочных стальных канатов с разрывным усилием не менее 72100 Н, оцинкованных по группе Ж или ОЖ (для жестких или особо жестких агрессивных условий работы). В концы канатов вплетаются стальные счалки, которые крепятся к грунту стальными анкерами с прижимными пластинами. В местах пересечения канаты соединены между собой крестовым или крестовым анкерным зажимом, который возможно зафиксировать в грунте специальным анкером.

Для защиты от обвалов и камнепадов, стабилизации склонов и откосов, препятствия эрозии используется канатно-сетчатая анкерная система «HoldNet». Данная система состоит из высокоэластичной объемной сети и стальных канатов, плотно покрывающих склон. Система крепится с помощью анкеров или нагелей и дополнительных забивных анкеров, благодаря чему она надежно фиксируется на склоне, тем самым стабилизируя его. Система не препятствует распылению семян, что делает возможным быстрое озеленение даже крутых труднодоступных, сильно выветренных склонов. Использование грунтовых нагелей совместно с системой «HoldNet» позволяет избежать применения громоздких удерживающих конструкций. Это современный, эффективный и экономичный способ укрепления нестабильных грунтов.

Из забоя на склон

Нагельное закрепление грунтов заключается в погружении прочных элементов (нагелей), воспринимающих растягивающие усилия, в грунтовый массив. Грунтовый нагель состоит из трубчатой винтовой арматуры и комплектующих: соединительных муфт, буровой коронки, центратора, пластины, шайбы, гайки. По своей сути он является непреднапрягаемым анкером, активизирующимся при деформации окружающего грунта. Нагели устанавливаются, как правило, под углом 15–25º к горизонту, равномерно, с шагом 1–2 м. При установке нагелей окружающий штангу (сваю) грунт уплотняется и цементируется, что благоприятно сказывается на устойчивости грунта.

Нагельное крепление позволяет избежать возведения массивных подпорных стен и использовать для работ малогабаритную технику. Последнее обстоятельство минимизирует ущерб, наносимый лесным насаждениям и естественному рельефу, а также дает возможность производить работы на достаточно крутых склонах.

Конструкция грунтового анкера Geoizol MP
Конструкция грунтового анкера Geoizol MP

История применения нагелей идет из шахтного дела, где они используются для временного крепления забоя, при этом важно различать нагели временные и постоянные. Существует множество иностранных производителей нагельной продукции, различающейся по категориям, классам и качеству. В России лидером в области разработок, изготовления и применения отечественных анкерных систем является компания «ГЕОИЗОЛ». Их анкерные системы GEOIZOL-MP отлично себя зарекомендовали на многих объектах, в том числе при инженерной подготовке олимпийских объектов горного кластера.

Производство работ буровой установкой
Производство работ буровой установкой

Приобретя уникальный опыт по устройству селезадерживающих комплексов иностранного производства на объектах в Красной Поляне, оценив достоинства и недостатки всех имеющихся аналогов, инженеры компании сейчас разрабатывают собственную усовершенствованную конструкцию селевых барьеров. В труднодоступной горной местности, при невозможности устройства подъездных дорог, такие барьеры являются эффективным решением. Их конструкция представляет собой систему из кольчужной сети и канатов, перегораживающую потенциальное русло и способную выдерживать нагрузки селевых потоков. Система крепится на фундаментах с грунтовыми (скальными) анкерами.

Вся разрабатываемая и выпускаемая компанией «Росинжиниринг» продукция сертифицирована, соответствует техническим условиям и имеет отчеты о проведенных опытно-промышленных испытаниях в реальных условиях. При производстве используется высокоточное оборудование, персонал прошел соответствующее обучение, за ходом работ проводится контроль качества по стандартам ИСО.

Компания «Росинжиниринг» свой «шаг» сделала и продолжает инвестировать в работу научно-исследовательского центра, проведение опытно-конструкторских работ (НИОКР) по инженерной защите территорий, и другим перспективным направлениям. Необходимо осваивать новые технологии, следить за развитием отрасли, инвестировать в новые разработки и своих сотрудников — без этого в современном мире невозможно стать конкурентоспособным ни на национальном рынке, ни тем более на международном.

Евгений Коновалов

Главный технолог проектного направления Инженерная защита ЗАО «РОСИНЖИНИРИНГ»
Аспирант Сибирского государственного университета путей сообщения (СГУПС)