Оценка возможности применения габионных структур в условиях развивающейся ледовой нагрузки

Ледовые условия на реках России создают значительные трудности для эксплуатации гидротехнических сооружений. Конструкции подвергаются воздействию статического и динамического давления льда, истирающему воздействию ледохода, выворачиванию отдельных частей массива, смерзшегося с ледяным покровом при изменении уровня воды.Аналогичным воздействиям подвергаются и конструкции, выполненные с использованием габионов.

На сегодняшний день не существует нормативов для расчета ледовых нагрузок на габионные конструкции, а принимаемые проектные решения в основном базируются на конструктивном опыте применения данного типа крепления в регионах с различными климатическими условиями, в частности в условиях ледовых нагрузок.Конструкции гидротехнических сооружений проектируются таким образом, чтобы они выдерживали развивающуюся ледовую нагрузку.

В случае использования габионов концепция проектирования должна быть иной. Габионы участвуют в формировании ледовых условий и генерируют ледовые проблемы. В частности, при вмерзании габионов в лед образуется льдокаменный массив с определенной пористостью и прочностными свойствами, который создает своеобразные условия для всплывания и сдвига габионов, отрыва от основного ледяного массива, взаимодействия с наледями, истирания движущимся льдом. Создаваемая конструкция из габионов должна противостоять различным видам ледовых нагрузок.

При укреплении берегов рек, когда скорость движения льда в водоеме отсутствует или меньше 1–1,5 м/с, возможно применение габионов без ограничений. В этом случае должен быть выполнен расчет на устойчивость сооружения под воздействием ледовых нагрузок в соответствии с существующим СНиП 2.06.04-82(95).

Действие ледяного покрова зависит от многих факторов: длины ледяного поля, толщины льда, слоя снега, температуры и интенсивности ее повышения и понижения, коэффициента трения по материалу сооружения и грунту, механических свойств льда, колебаний уровня воды в водохранилище, формы водоема и сооружения.

На откосные сооружения ледяной покров может оказывать: статическое давление от сплошного термического расширения из-за повышения температуры окружающей среды; динамическое действие плавающих льдин; вырывающее воздействие, возникающее при изменении уровня воды. При скоростях движения льда более 1,5 м/с необходимо применять гибкие сетчатые матрацы Рено, уложенные на откосе под углом к воде, — в этом случае ледовые нагрузки будут меньше, по сравнению с вертикальной габионной стеной.

Оценку устойчивости конструкций из габионов необходимо выполнять на вырывающее действие ледяного покрова при изменении уровня воды в водохранилище. Также необходимо учитывать в расчетах действия дополнительных удерживающих сил:

• вес армирующего каркаса габиона;
• сопротивление сил трения в местах соединения габионов (в верхней и нижней частях конструкции);
• вес камня в габионе;
• половину веса соседних габионов от расчетного (снизу и сверху);
• вес ледяной призмы над габионом;
• прочность армирования металлической сетки каркаса габиона.

При этом эффективность защиты необходимо оценивать расчетом по следующим параметрам:

• на действие вырывающей силы ото льда при изменении уровня воды;
• на действие вырывающего момента силы ото льда при изменении уровня воды;
• на прочность металлической проволоки каркаса габиона.

На сайте размещена сокращенная версия статьи. Полную версию читайте в журнале.