RU2800918C1 - Method for construction of retaining wall of armor ground design using flexible mattresses and slabs - Google Patents

Abstract

FIELD: hydraulic engineering.

SUBSTANCE: in this method of erecting a retaining wall, including construction of a coastal lining using stepped gabion mattresses with drainage devices located one above the other, the main part of the coastal lining that starts with the fourth row of gabion mattresses is made of the same stepped stacked gabion mattresses 1 with drainage devices and flexible slabs 5 made of fiberglass and polymeric materials reinforcing the soil mass. Flexible reinforcing plates 5 are made of fiberglass meshes and three-dimensional geogrids tied on top of them, and the free parts of the meshes passing along the base of the mattresses 1 are attached to them over their entire area. Flexible slabs 5 are cut step-wise into the collapsible soil mass of the slope along its entire height overlapping the line of potential collapse of the earth mass. Gabion mattresses 1 in all the rows are made of alternating geomats and perforated drainage pipes, passing in two lines in the middle of them, which are wrapped in a gabion mesh to give a prismatic shape to gabion mattresses 1. The very first row of 8 gabion mattresses 1 at the base of the coastal lining is made with flexible slab 5 located on the outside along the channel part of the river in the form of apron 9, which is loaded with gravel and pebbles from above. Stability of the collapsing slope is ensured, as well as interception and removal of the seepage flow from the coastal soil mass.

EFFECT: engineering protection of coastal zones against potential collapse and erosion in flat and foothill, hard-to-reach areas, when the height of the collapsing coastal slope does not exceed 10-15 metres.

2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к гидротехническому и природоохранному строительству и может быть использовано для защиты прибрежных зон от обрушений и размыва.The invention relates to hydraulic engineering and environmental construction and can be used to protect coastal zones from collapse and erosion.

Известно сооружение, выполненное из габионных подпорных стенок [1], включающее изготовление и укладку габионов в виде ступеней вдоль берега реки. Габионы размещают в решетчатые арматурные каркасы, которые заранее изготавливают по размерам секции ступеней. Недостатками данного технического решения являются сложность конструкции и потребность большого количества каменного материала.Known construction, made of gabion retaining walls [1], including the manufacture and laying of gabions in the form of steps along the river bank. Gabions are placed in lattice reinforcing cages, which are pre-made according to the dimensions of the step section. The disadvantages of this technical solution are the complexity of the design and the need for a large amount of stone material.

Относительно близким техническим решением является «Способ возведение подпорных стен для защиты прибрежных зон от обрушения и размыва» [2], включающий изготовление и укладку подпорных стенок из двух ступенчато уложенных тяжелых фашин и много ступенчато уложенных габионных тюфяков с дренажными устройствами и гибкими армирующими грунтовой массив сетками из стеклопластиковых материалов. Основным недостатком данного технического решения является сложность конструкции, состоящей из двух видов подпорных стен. При этом для изготовления габионных тюфяков и тяжелых фашин используется в основном легкие фашины из камыша, который является природным материалом и растет только в водонасыщенной среде равнинных зон, и обладает ограниченным сроком службы. Кроме того, сетки из стеклопластиковых материалов, армирующих грунтовой массив, не создают достаточных сил сопротивлений (сил трений) для удержания обрушаемого массива, особенно когда массив состоит из глинистых грунтов.A relatively close technical solution is the "Method of erecting retaining walls to protect coastal zones from collapse and erosion" [2], including the manufacture and laying of retaining walls from two stepped heavy fascies and many stepped stacked gabion mattresses with drainage devices and flexible reinforcing soil massifs from fiberglass materials. The main disadvantage of this technical solution is the complexity of the design, consisting of two types of retaining walls. At the same time, for the manufacture of gabion mattresses and heavy fascines, mainly light fascines from reeds are used, which is a natural material and grows only in a water-saturated environment of flat areas, and has a limited service life. In addition, fiberglass meshes reinforcing the soil mass do not create sufficient resistance forces (friction forces) to hold the collapsed massif, especially when the massif consists of clay soils.

Цель изобретения - снижение материалоемкости и повышение эффективности работы.The purpose of the invention is to reduce material consumption and increase work efficiency.

Указанная цель достигается тем, что в способе возведения подпорной стенки, включающем возведение прибрежного крепления из ступенчато уложенных габионных тюфяков с дренажными устройствами, расположенных друг над другом, основную часть прибрежного крепления, которая начинается с четвертого ряда габионных тюфяков, выполняют из одинаковых ступенчато уложенных габионных тюфяков с дренажными устройствами и гибкими армирующими грунтовый массив плитами из стеклопластиковых и полимерных материалов, при этом гибкие армирующие плиты выполняют из стеклопластиковых сеток и привязанных сверху них объемных георешеток, а свободные части сеток, проходящие по основанию тюфяков, прикрепляют к ним по всей их площади, вместе с тем, гибкие плиты ступенчато врезают в обрушаемый грунтовый массив откоса по всей его высоте с прохождением дальше линии возможного обрушения земляного массива, при этом габионные тюфяки всех рядов выполняют из чередующихся геомат и перфорированных дренажных труб, проходящих в две линии посереди них, которые заворачивают в габионную сетку с приданием призматической формы габионным тюфякам. Самый первый ряд габионных тюфяков в основании прибрежного крепления выполняют с гибкой плитой, располагаемой с наружной стороны вдоль русловой части реки в виде фартука, который сверху пригружают гравием и галькой, а второй и третий ряды габионных тюфяков выполняют без армирующих гибких плит.This goal is achieved by the fact that in the method of erecting a retaining wall, including the construction of a coastal fastening from stepped-laid gabion mattresses with drainage devices located one above the other, the main part of the coastal fastening, which starts from the fourth row of gabion mattresses, is made from identical stepped-laid gabion mattresses with drainage devices and flexible slabs of fiberglass and polymer materials reinforcing the soil mass, while the flexible reinforcing slabs are made of fiberglass meshes and three-dimensional geogrids tied on top of them, and the free parts of the meshes passing along the base of the mattresses are attached to them over their entire area, together at the same time, flexible slabs are cut stepwise into the collapsible soil mass of the slope along its entire height with passing further than the line of possible collapse of the earth mass, while gabion mattresses of all rows are made of alternating geomats and perforated drainage pipes, passing in two lines in the middle of them, which are wrapped in gabion mesh with giving a prismatic shape to gabion mattresses. The very first row of gabion mattresses at the base of the coastal attachment is made with a flexible slab located on the outside along the channel part of the river in the form of an apron, which is loaded from above with gravel and pebbles, and the second and third rows of gabion mattresses are made without reinforcing flexible plates.

На фиг. 1 изображено поперечное сечение прибрежного крепления из габионных тюфяков с армирующими гибкими плитами; на фиг. 2 - план участка прибрежного крепления; на фиг. 3 - габионный тюфяк с гибкой армирующей грунтовой массив плитой; на фиг. 4 показан геомат; на фиг. 5 - объемная георешетка.In FIG. 1 shows a cross-section of a gabion mattress shoreline with reinforcing flexible slabs; in fig. 2 - plan of the coastal anchoring site; in fig. 3 - gabion mattress with a flexible plate reinforcing the soil mass; in fig. 4 shows a geomat; in fig. 5 - volumetric geogrid.

Подпорные стены для защиты прибрежных откосов от размыва и обрушения состоят из много ступенчато уложенных габионных тюфяков 1, выполненных из дренажных перфорированных труб 2, геомат 3 и габионной сетки 4. К основанию габионных тюфяков 1 прикреплены гибкие армирующие плиты 5, состоящие из стеклопластиковой сетки 6 и объемных георешеток 7. К основанию первого ряда 8 габионных тюфяков прикреплена гибкая плита с направлением в наружную сторону в виде фартука 9, устроенного вдоль русла реки и пригруженного сверху гравием и галькой.Retaining walls to protect coastal slopes from erosion and collapse consist of multi-stepped gabion mattresses 1, made of drainage perforated pipes 2, geomat 3 and gabion mesh 4. Flexible reinforcing plates 5 are attached to the base of gabion mattresses 1, consisting of fiberglass mesh 6 and volumetric geogrids 7. A flexible slab is attached to the base of the first row 8 of gabion mattresses with an outward direction in the form of an apron 9 arranged along the river bed and loaded with gravel and pebbles from above.

Подпорные стены армогрунтовой конструкции из гибких тюфяков и плит осуществляются и работают следующим образом.Retaining walls of the reinforced soil structure made of flexible mattresses and slabs are made and work as follows.

Все элементы креплений подпорных стен изготавливаются в основном на месте укладки с использованием механических приспособлений и строительной техники. Вначале заготавливают необходимый объем материалов: дренажных перфорированных труб, геомат, габионных сеток, стеклопластиковых сеток и георешеток. Нарезают их по размерам габионных тюфяков 1 и длины армирующих гибких плит 5. Далее изготавливают нужное количество габионных тюфяков 1 и армирующих гибких плит 5. Изготовленные таким образом габионные тюфяки 1 и гибкие плиты 5 складывают вдоль прибрежного крепления недалеко от мест их монтажа. После чего разрабатывается планируется площадка вдоль берега по ширине подпорных стенок и с учетом длины гибких плит 5 и ступенчатого их расположения. Площадка разбивается на участки и монтаж осуществляется по участкам. Для этого к большинству габионным тюфякам 1 (кроми второго и третьего рядов) с помощью оцинкованной проволоки прикрепляют гибкие армирующие плиты 5. Затем по длине первого участка раскладываются в длину первый ряд 8 габионных тюфяков 1 с гибкими плитами 5, образующими фартук 9 вдоль русла реки. А сверху фартука 9 георешетки 7 нагружают гравием и галькой для защиты сооружения (подпорных стен) от подмыва со стороны русла реки. За первым рядом 8 габионных тюфяков с внутренней стороны засыпают местный грунт и разравнивают с уплотнением до отметки верха тюфяков 1. Далее сверху первого ряда 8 габионных тюфяков (отступив на ширину первой ступени, равной полширины тюфяка 1) ступенчато монтируют габионные тюфяки второго и третьего рядов (без армирующих плит). При этом за габионными тюфяками с внутренней стороны засыпается местный грунт с уплотнением и разравниванием до отметки уровня верха тюфяков третьего ряда. После чего начинается монтаж габионных тюфяков 1 четвертого и последующих рядов с гибкими армирующими плитами 5. Сверху третьего ряда габионных тюфяков 1и грунтовой площадки за ним (отступив на ширину ступени) монтируют и раскладывают четвертый ряд тюфяков 1 вместе с с прикрепленными к ним гибкими плитами 5. Затем георешетки 7 гибких плит 5 засыпают сверху местным грунтом с уплотнением и разравниванием до отметки верха тюфяков четвертого ряда. Точно также возводят остальные ряды подпорных стен до самого верхнего из габионных тюфяков 1 с гибкими армирующими плитами 5. Во всех рядах подпорных стен габионные тюфяки 1 и гибкие плиты 5 соединяются между собой металлической оцинкованной проволокой (диаметром 1,5 - 2,5 мм).All elements of retaining wall fixings are manufactured mainly on site using mechanical fixtures and construction equipment. First, the required volume of materials is prepared: drainage perforated pipes, geomat, gabion nets, fiberglass nets and geogrids. They are cut according to the size of the gabion mattresses 1 and the length of the reinforcing flexible plates 5. Next, the required number of gabion mattresses 1 and reinforcing flexible plates 5 are made. The gabion mattresses 1 and flexible plates 5 made in this way are folded along the coastal attachment near their installation sites. After that, a site is planned to be developed along the coast along the width of the retaining walls and taking into account the length of the flexible plates 5 and their stepped arrangement. The site is divided into sections and installation is carried out in sections. To do this, flexible reinforcing plates 5 are attached to most gabion mattresses 1 (except for the second and third rows) using galvanized wire. Then, along the length of the first section, the first row of 8 gabion mattresses 1 with flexible plates 5, forming an apron 9 along the river bed, is laid out in length. And on top of the apron 9, geogrids 7 are loaded with gravel and pebbles to protect the structure (retaining walls) from being washed away from the riverbed. Behind the first row of 8 gabion mattresses, local soil is poured from the inside and leveled with compaction to the mark of the top of the mattresses 1. Further, on top of the first row of 8 gabion mattresses (stepping back to the width of the first step, equal to half the width of the mattress 1), gabion mattresses of the second and third rows are mounted stepwise ( without reinforcing plates). At the same time, local soil is poured behind the gabion mattresses from the inside with compaction and leveling to the level mark of the top of the mattresses of the third row. After that, the installation of gabion mattresses 1 of the fourth and subsequent rows with flexible reinforcing plates 5 begins. On top of the third row of gabion mattresses 1 and the ground area behind it (stepping back to the width of the step), the fourth row of mattresses 1 is mounted and laid out together with flexible plates 5 attached to them. Then geogrids 7 of flexible plates 5 are covered from above with local soil with compaction and leveling up to the mark of the top of the mattresses of the fourth row. In the same way, the remaining rows of retaining walls are erected up to the uppermost of the gabion mattresses 1 with flexible reinforcing plates 5. In all rows of retaining walls, gabion mattresses 1 and flexible plates 5 are interconnected by galvanized metal wire (diameter 1.5 - 2.5 mm).

Таким образом, строят все основные слои (ступени) прибрежного крепления до верха обрушаемого грунтового массива (до отметок не менее на 1 м выше уровня высоких вод). При этом гибкие армирующие плиты 5 должны быть врезаны в откос горизонтально или с небольшим уклоном, не превышающим 0,0001. Размеры и толщина гибких армирующих плит 5 (в т.ч. и размеры ячеек) и прочность их конструкции зависят от принятых типов объемных георешеток 7 и привязанных к ним стеклопластиковых сеток. Принимают в зависимости от мощности обрушаемого откоса и возможных максимальных растягивающих сил, возникающих при сдвиге земляных масс. А размеры гибкой плиты устроенной как фартук 9 вдоль русла реки принимают в зависимости от возможной максимальной глубины размыва русла у подошвы сооружения. Длина фартука 9 в сторону русла реки L должна быть, L>1,5h_p, где h_p - максимальная глубина возможного размыва русла реки ниже основания фартука.Thus, all the main layers (steps) of the coastal fastening are built up to the top of the collapsed soil massif (up to marks not less than 1 m above the level of high waters). In this case, flexible reinforcing plates 5 must be cut into the slope horizontally or with a slight slope not exceeding 0.0001. The dimensions and thickness of the flexible reinforcing plates 5 (including the dimensions of the cells) and the strength of their design depend on the accepted types of volumetric geogrids 7 and fiberglass meshes attached to them. They are taken depending on the power of the collapsed slope and the possible maximum tensile forces arising from the shift of earth masses. And the dimensions of the flexible slab arranged as an apron 9 along the riverbed are taken depending on the possible maximum depth of erosion of the channel at the foot of the structure. The length of the apron 9 towards the riverbed L should be L>1.5h _p , where h _p is the maximum depth of possible erosion of the riverbed below the base of the apron.

Подпорные стены армогрунтовой конструкции из гибких тюфяков и плит обладают высокой степени гибкости и водопроницаемости, работают таким образом. Основные гидродинамические нагрузки грунтового массива и фильтрационного потока воды воспринимают габионные тюфяки 1 с армирующими элементами 5, 6 и 7, ступенчато врезанные в откосе.Retaining walls of the reinforced soil structure made of flexible mattresses and slabs have a high degree of flexibility and water permeability, and work in this way. The main hydrodynamic loads of the soil massif and the filtration flow of water are perceived by gabion mattresses 1 with reinforcing elements 5, 6 and 7, stepped into the slope.

В сооружении из-за того, что габионные тюфяки 1 выполнены гибкой конструкции с дренажными устройствами и армирующими грунт гибкими плитами, обеспечивается их совместная работа с грунтовым массивом в виде армогрунтовой конструкции, обеспечивающей устойчивость обрушаемого откоса, а также перехват и отвод фильтрационного потока из прибрежного грунтового массива. В результате в районе поверхности возможного обрушения грунтового массива и вдоль гибких армирующих плит 5 образуются необходимые силы сцепления и трения грунтов, надежно удерживающие грунтовой массив от возможного сползания или обрушения. Из-за использования объемных георешеток 7, прикрепленными к сеткам 6 (из стеклопластика) и габионным тюфякам 1 более чем в 2 раза увеличиваются удерживающие силы по сравнению со сдвигающими силами грунтового массива. Кроме того, предусмотренная у подошвы сооружения гибкий фартук 9, нагруженный сверху гравием и галькой предотвращает подмыв русла у подошвы сооружения и сдвиг откосного крепления (подпорной стенки) с грунтовым массивом. Также обеспечивается полный перехват и безопасный отвод грунтового фильтрационного потока дренажными устройствами тюфяков 1 (в т.ч. и поверхностного стока, стекаемого с прибрежного склона). Здесь габионные тюфяки 1 с армирующими плитами 5 в основании играют роль защитных креплений, подпорных стенок и дренажных устройств, обеспечивающих совместную работу по удержанию грунтового массива и безопасному отводу речного и грунтового потоков воды.In the construction, due to the fact that the gabion mattresses 1 are made of a flexible design with drainage devices and flexible plates reinforcing the soil, their joint work with the soil mass in the form of a reinforced soil structure is ensured, which ensures the stability of the collapsing slope, as well as the interception and removal of the seepage flow from the coastal soil array. As a result, in the area of the surface of the possible collapse of the soil mass and along the flexible reinforcing plates 5, the necessary cohesive and friction forces of the soil are formed, reliably holding the soil mass from possible slipping or collapse. Due to the use of volumetric geogrids 7 attached to grids 6 (made of fiberglass) and gabion mattresses 1, the holding forces increase by more than 2 times compared to the shear forces of the soil mass. In addition, a flexible apron 9 provided at the foot of the structure, loaded from above with gravel and pebbles, prevents the channel from being washed away at the foot of the structure and the shift of the slope attachment (retaining wall) with the soil massif. It also provides complete interception and safe removal of soil filtration flow by drainage devices of mattresses 1 (including surface runoff flowing down from the coastal slope). Here, gabion mattresses 1 with reinforcing slabs 5 at the base play the role of protective fasteners, retaining walls and drainage devices that work together to retain the soil mass and safely drain river and ground water flows.

Использование геомат в габионных тюфяках повышают не только водопроницаемость и гибкость конструкции, но и способствует сохранению влаги в теле сооружения в течение длительного времени. Что создает хорошие условия для прорастания трав и кустарников на откосах сооружения. Геоматы являются экологически безопасными искусственными материалами, которые не создают помех в природной среде. Со временем все сооружение из габионных тюфяков полностью зарастет травой и кустарниками и через несколько лет оно превратится в сплошную дерновку, проросшую ветвями растений вверх и корнями вниз и вширь.The use of geomats in gabion mattresses not only increases the water permeability and flexibility of the structure, but also helps to retain moisture in the body of the structure for a long time. This creates good conditions for the germination of grasses and shrubs on the slopes of the structure. Geomats are environmentally friendly artificial materials that do not interfere with the natural environment. Over time, the entire structure of gabion mattresses will be completely overgrown with grass and shrubs, and in a few years it will turn into a continuous sod, sprouted with plant branches up and roots down and in breadth.

Таким образом, подпорные стенки, возведенные предлагаемым способом, обеспечивают надежную защиту прибрежным зонам на их предгорных и равнинных участках, где возможны размывы русла и обрушения грунтовых откосов, при этом они будут превращаться в природоохранные конструкции, которое помогает развитию природы и включаются в экосистему территории.Thus, the retaining walls erected by the proposed method provide reliable protection for coastal zones in their foothill and flat areas, where erosion of the channel and collapse of soil slopes are possible, while they will turn into environmental structures that help the development of nature and are included in the ecosystem of the territory.

Подпорные стены, возведенные предлагаемым способом, наиболее эффективно могут быть использованы для инженерной защиты прибрежных зон от возможных обрушений и размыва на равнинных и предгорных, труднодоступных участках, когда высота прибрежного обрушаемого откоса не превышает 10-15 метров.Retaining walls erected by the proposed method can be most effectively used for engineering protection of coastal zones from possible collapse and erosion in flat and foothill, hard-to-reach areas, when the height of the coastal collapse slope does not exceed 10-15 meters.

Источник информацииA source of information

1. Патент РФ №2449081, кл. Е02В 3/12. Способ возведения подпорной стенки биопозитивной конструкции / Курбанов С.О. и др., Бюл. №12 от 27.04.2012.1. RF patent No. 2449081, class. E02B 3/12. The method of erecting a retaining wall of a biopositive structure / Kurbanov S.O. et al., Bull. No. 12 dated 04/27/2012.

2. Патент РФ №2645334, кл. Е02В 3/06. Способ возведения подпорных стен для защиты прибрежных зон рек от обрушения и размыва / Курбанов С.О. и др., Бюл. №6 от 21.02.2018.2. RF patent No. 2645334, class. E02B 3/06. The method of erecting retaining walls to protect the coastal zones of rivers from collapse and erosion / Kurbanov S.O. et al., Bull. No. 6 dated 21.02.2018.

Claims (2)

1. Способ возведения подпорной стенки, включающий возведение прибрежного крепления из ступенчато уложенных габионных тюфяков с дренажными устройствами, расположенных друг над другом, отличающийся тем, что основную часть прибрежного крепления, которая начинается с четвертого ряда габионных тюфяков, выполняют из одинаковых ступенчато уложенных габионных тюфяков с дренажными устройствами и гибкими армирующими грунтовый массив плитами из стеклопластиковых и полимерных материалов, при этом гибкие армирующие плиты выполняют из стеклопластиковых сеток и привязанных сверху них объемных георешеток, а свободные части сеток, проходящие по основанию тюфяков, прикрепляют к ним по всей их площади, вместе с тем, гибкие плиты ступенчато врезают в обрушаемый грунтовый массив откоса по всей его высоте с прохождением дальше линии возможного обрушения земляного массива, при этом габионные тюфяки всех рядов выполняют из чередующихся геомат и перфорированных дренажных труб, проходящих в две линии посереди них, которые заворачивают в габионную сетку с приданием призматической формы габионным тюфякам.1. A method for erecting a retaining wall, including the construction of a coastal fastening from stepped gabion mattresses with drainage devices located one above the other, characterized in that the main part of the coastal fastening, which starts from the fourth row of gabion mattresses, is made from the same step-laid gabion mattresses with drainage devices and flexible reinforcing slabs of fiberglass and polymeric materials, while flexible reinforcing slabs are made of fiberglass meshes and three-dimensional geogrids tied on top of them, and the free parts of the meshes passing along the base of the mattresses are attached to them over their entire area, together with meanwhile, the flexible slabs are stepped into the collapsible soil mass of the slope along its entire height with the passage further than the line of possible collapse of the earth mass, while the gabion mattresses of all rows are made of alternating geomats and perforated drainage pipes, passing in two lines in the middle of them, which are wrapped in a gabion mesh with giving a prismatic shape to gabion mattresses. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что самый первый ряд габионных тюфяков в основании прибрежного крепления выполняют с гибкой плитой, располагаемой с наружной стороны вдоль русловой части реки в виде фартука, который сверху пригружают гравием и галькой, а второй и третий ряды габионных тюфяков выполняют без армирующих гибких плит.2. The method according to p. 1, characterized in that the very first row of gabion mattresses at the base of the coastal attachment is made with a flexible slab located on the outside along the channel part of the river in the form of an apron, which is loaded with gravel and pebbles from above, and the second and third rows gabion mattresses are made without reinforcing flexible plates.