Методика расчета и проектирования покровных сеток для защиты транспортных сооружений от осыпей и обвалов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.06, кандидат технических наук Банова, Наталья Николаевна

• Банова, Наталья Николаевна
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Банова, Наталья Николаевна

Введение.

Глава 1. Обзор существующих конструкций защитных сооружений от скально-обвальных процессов.

1.1. Скально-обвальные явления и причины их возникновения.

1.1.1. Виды обвалов.

1.1.2. Причины и поводы для обвалов.

1.2. Виды противообвальных сооружений.

1.3. Мировой опыт по применению сетчатых конструкций для защиты от скально-обвальных явлений.

Глава 2. Методика расчета конструктивных параметров покровных сеток для защиты объектов транспортного строительства от обвально-осыпных явлений.

2.1. Анализ возможных траекторий движения скальных обломков.

2.2. Анализ движения скальных обломков в пределах откоса.

2.3. Аналитический метод решения задачи воздействия скального обломка с покровными сетками.

2.4. Численный метод решения задачи взаимодействия скального обломка с покровными сетками.

2.5. Материалы покровных защитных сеток.

2.5.1. Металлические сетки.

2.5.2. Проверки прочностных характеристик металлических сеток одинарного и двойного кручения.

2.5.3. Использование новых композитных материалов (геосеток и георешеток) в качестве материала для покровных защитных сеток.

Глава 3. Конструирование и технология установки покровных защитных сеток.

3.1. Конструирование покровных защитных сеток.

3.2. Расчет конструктивных парметров покровных сеток.

3.2. Технология установки покровных защитных сеток.

Глава 4. Технико-экономическое сравнение вариантов защиты объектов транспортного строительства от скально-обвальных явлений.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методика расчета и проектирования покровных сеток для защиты транспортных сооружений от осыпей и обвалов»

При проектировании и строительстве земляного полотна горных железных и автомобильных дорог нарушается ландшафт, большой урон наносится почве. Потеря плодородных земель в горной местности, там, где их недостаточно, становится особенно ощутимой. При выполнении больших объемов земляных и скальных работ активизируются опасные геологические процессы. Одним из наиболее распространенных физико-механических процессов, нарушающих непрерывность и безопасность движения железнодорожного и автомобильного транспорта на горных участках, являются скально-обвальные явления:

На основании многолетнего изучения движения обломков горных пород при обвалах теоретических и экспериментальных исследований учеными и инженерами России были разработаны основные положения теории и методологии специальных расчетов противообвальных и защитных сооружений.

Это положило начало широкому применению для защиты пути на скально-обвальных участках улавливающих стен, траншей, полок и заградительных валов, размеры которых впервые стали определяться расчетом. В последнее время созданы рациональные типы противообвальных защитных сооружений, которые успешно применяются на практике.

С целью уменьшения объема работ по срезке нагорного склона и предотвращения нарушения природной среды при проектировании противообвальных сооружений стремятся к уменьшению объема срезки нагорного склона (откоса) за счет применения более крутых откосов выемок, что вызывает опасность появления вывалов скальных обломков и обвалов.

В настоящее время для защиты транспортных объектов от падающих обломков скального грунта, объемом до 0,3 м3, предлагается устройство покровных защитных сеток. Роль сетчатого покрытия двойственна - с одной стороны, оно является направляющим гибким покрытием, позволяющим удерживать неустойчивые элементы скального грунта на откосе и, с другой стороны, - ограждающим покрытием, защищающим объект от падения обломков скального грунта, сетка не дает перемещаться обломкам по воздуху, обломок сползает по склону под сеткой и теряет часть кинетической энергии за счет трения. Экономическая эффективность этого метода защиты дороги от скальных обвалов заключается в том, что при его применении не нарушается и не ограничивается движение транспорта, заменяются существующие до этого времени трудоемкие и дорогостоящие традиционные методы защиты от обвалов,, экономится

Целью исследования / является разработка научно-обоснованных методов расчета и проектирования защитных противообвальных сооружений с исполь И A v* зованием покровных сеток. Для достижения указанной тем& поставлены и решены следующие задачи:

• Провести теоретические исследования по оценке величин расчетных динамических нагрузок на сплошную навесную сетчатую конструкцию.

• Разработать методику расчета конструктивных параметров противообвальных защитных транспортных сооружений с применением покровных сеток.

• Разработать требования к выбору конструкций ее крепежных элементов.

Несмотря на большой опыт борьбы со скальными обвалами на железных и автомобильных дорогах в технической литературе как отечественной, так и в зарубежной отсутствуют работы, в которых полно освещался бы комплекс основных мероприятий по навешиванию покровных защитных сеток. В частности, вопросы расчета основных конструктивных параметров покровных сеток, обеспечивающих ее прочность и долговечность, и вопросы технологии строительства и эксплуатации покровных защитных сеток освещены недостаточно.

Актуальность темы диссертации связана с проблемой борьбы с обвальными явлениями в горах и это предопределяет необходимость расчета основных положений проектирования конструкций и технологии строительства защитных сооружений с использованием покровных сеток и методики расчета их конструктивных параметров. Методы исследования.

- Обобщение опыта проектирования и строительства применения покровных сеток для защиты дорог от обвалов и осыпей по зарубежным и отечественным публикациям.

- Использование принципов системного анализа при исследовании системы: «склон - покровная сетка — скальный обломок».

- Применение имитационного математического моделирования процессов движения скального обломка по склону с покровной сеткой.

Научная новизна.

• Разработана математическая модель взаимодействия единичного скального обломка с покровной сеткой.

• Разработана методика и программа расчета конструктивных параметров покровных сеток, с использованием теории гибких нитей и методики Н.М. Ройнишвили по определению траектории движения скального обломка по склону.

• Установлены зависимости растягивающих напряжений покровных сеток металлических и пластиковых (геосеток) от их конструктивных параметров (диаметра проволоки или толщины геосетки и размера ячейки сетки) и параметров скальных обломков.

Практическая ценность работы.

• Разработаны конструктивно-технологические решения по активной и пассивной защите объектов различного назначения в горной местности покровными сетками от обвально-осыпных явлений.

• Определена область эффективного применения покровных сеток для активной и пассивной защиты пути от обвально-осыпных процессов в зависимости от высоты и крутизны откоса (склона), свойств скальных грунтов, наличия материалов, строительных машин и оборудования.

• Определены требования и разработаны рекомендации по замене металлических сеток новыми полимерными материалами (геосетками), имеющими стабильные физико-механические свойства, обладающими устойчивостью к воздействию микроорганизмов и ультрафиолетового облучения. • Методика расчета и конструктивно-технические решения использованы при проектировании железных и автомобильных дорог на Северном Кавказе и в Забайкалье для обеспечения их защиты от опасных обвально-осыпных явлений.

Заключение диссертации по теме «Железнодорожный путь, изыскание и проектирование железных дорог», Банова, Наталья Николаевна

9. Основные результаты исследования применены в качестве проектных предложений при выполнении работ в ходе научного сопровождения строительства железнодорожной линии Чара — Чина, вошли в рабочий проект в качестве технических решений для защиты отдельных участков Транскавказской автомобильной магистрали от воздействия сейсмогравитационных и обвально-осыпных процессов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Банова Н.Н., Песов А.И. Защитные сетки от горно-обвальных явлений в сейсмоопасных районах. Научно-техническая конференция «Сейсмостойкость крупных транспортных сооружений в сложных инженерно-геологических условиях» 1-4 декабря 1998. Труды конференции (в 2-х частях), Часть 2. М., ОАО ЦНИИС, 1999. С. 115-120.

2. Банова Н.Н., Песов А.И. Инженерная защита транспортных объектов в сейсмических районах от горных обвалов. Научно-техническая конференции «Сейсмостойкость крупных транспортных сооружений в сложных инженерно-геологических условиях» 1-4 декабря 1998. Труды конференции (в 2-х частях), Часть 2. М., ОАО ЦНИИС, 1999. С. 102106.

3. Банова Н.Н. Методы расчета защитных сеток на скально-обвальных склонах. Актуальные вопросы транспортного строительства. Труды ЦНИИС. Вып. 205. - М., ЦНИИС, 2001. С. 92-103.

4. Банова Н.Н. Воздействия строительства противообвальных защитных сооружений на окружающую среду. Строительство железных дорог в экстремальных условиях. Труды ЦНИИС. Вып.214. — М., ЦНИИС, 2002. С. 67-73.

5. Банова Н.Н., Челобитченко С.А. Температурный режим земляного полотна железных дорог, сооружаемых на вечной мерзлоте в горных условиях, и мероприятия по его стабилизации (на примере железнодорожного пути Чара-Чина). «Транспортное строительство», 2002, № 4. С.23-25.

6. Банова Н.Н., Кузнецова Л.И., Песов А.И., Штейн А.И. Методические рекомендации по проектированию и расчету защиты скально-обвальных откосов сетчатыми конструкциями. М., ОАО ЦНИИС, 2003, с. 88.

7. Банова Н.Н., Переселенков Г.С., Челобитченко С.А. Технология укрепления дорожных откосов. «Стройресурс», №7, 2003, с. 12.

8. Покровные сетки как средство защиты откосов транспортных коммуникаций. Тезисы докладов международной конференции «Развитая инфраструктура - основа устойчивости транспортной системы». 11-12 ноября 2003 года. Санкт-Петербург, с. 14.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Банова, Наталья Николаевна, 2004 год

1. Банова Н.Н., Песов А.И. Инженерная защита транспортных объектов в сейсмических районах от горных обвалов. Труды конференции в 2-ух частях. Часть

2. Научно-техническая конференция «Сейсмостойкость крупных транспортных сооружений в сложных инженерно-геологических условиях». 1-4 декабря 1998. М., ОАО ЦНИИС, 1999, с. 1-220.

3. Банова Н.Н. Методы расчета защитных сеток на скально-обвальных склонах. Актуальные вопросы транспортного строительства. Труды ЦНИИС. Вып. 205.-М., ЦНИИС, 2001, с. 1-124.

4. Банова Н.Н. Воздействия строительства противообвальных и защитных сооружений на окружающую среду. Строительство железных дорог в экстремальных условиях. Труды ЦНИИС. Вып. 214. М., ОАО ЦНИИС, 2002, с. 1198.

5. Борьба с оползнями, обвалами и размывами на железных дорогах Кавказа (Труды совещания, проведенного в г. Ростове с 1 по 4 февраля 1960 г.). Транс-желдориздат. М. 1961, с.1-1968.

6. Бхандари Р.К., Шарма С.К. Механика и контроль камнепадов. R.K.Bhandari und S.K.Sharma. Jurnal of the Fustitution of Engineerus, 1976. V.57, №16, 14-24. (перевод с англ.).

7. Георешетки Fortrac: HUESKER. Строительство с применением геосинтетических материалов. HUESCER Synthetic GmbH&Co.

8. ГОСТ 2715-75. Сетки металлические проволочные. Типы, основные параметры и размеры.

9. ГОСТ 5336-83 . Сетки стальные плетеные одинарные. ТУ.

10. И. ГОСТ 13603-89. Сетки проволочные крученые с шестиугольными ячейками. ТУ.

11. Дюнин А.К., Белобжеский Г.В., Чесноков А.Г. Защита автомобильных дорог от лавин. М., «Транспорт», с. 1-62.

12. Защита железнодорожного пути от размывов, обвалов и осыпей. Изд-во «Транспорт», 1967,с. 1-121.

13. Защита от камнепадов (по материалам международного колоквиума в 1981 г. в Швейцарии). Путь и путевое хозяйство, № 1, 1982.

14. Защита пути от камнепадов. Защита пътя от падащи комъни. Георгиев А. «Пътища», 1982, XXI, 11-14, 19 (болг.). Путь и строительство железных дорог (Проблемы БАМ). Экспресс-информация №43. М., 1982, с. 1-24.

15. Защита железнодорожного пути от горных обвалов (Франция). «Travaux», 1980, №547, с.32-39. Транспортное строительство за рубежом. Экспресс-информация. №3. М., 1981,с. 1-16.

16. Инструкция по содержанию земляного полотна и техника безопасности при производстве работ на скально-обвальных участках железных дорог. Изд-во «Транспорт», 1985,с. 1-41.

17. Казарновский В.Д. Синтетические текстильные материалы в строительстве. Изд-во «Транспорт», 1984,с. 1-160.

18. Корольков Н.М., Еремин В.Л. Путь и сооружения на горных железных дорогах. Изд-во «Транспорт», 1968, с. 1-336.

19. Коновалов С.В., Орешкин Б.М. «Организация и технология строительства дорог в сложных природных условиях» Изд-во «Высшая школа», 1968.

20. Крести А.Г. Защита и стабилизация скальных откосов (перевод с испанского языка). Перевод № Б-23 861. Cresti A.G. Protection and stabilization de taludes en roca. «Revista de obras publicas», 1978, Vol. 125, №3156, p.p.263-266.

21. Краус И. Новые методы оздоровления скальных выемок. Перевод №1037. Kraus Jozef. Nove metody sanaci skalnich zarezu. Прага, 1963j c. 1-52.

22. Мацелинский Р.И. Статический расчет гибких висячих конструкций. Ленинград, Стройиздат, 1950, с. 1-192.

23. Мир строится на Полифелте. Полифелт геосинтетикс IQNet регистрационный номер 63 1/0 (Котолог).

24. Ройнишвили Н.М. Защита железнодорожного пути от горных обвалов и осыпей. Изд-во «Транспорт», 1973, с. 1-304.

25. Руководство по применению противообвальных сооружений и мероприятий на дорогах. М.ЦНИИС, 1967, с. 1-110.

26. Руководство по проектированию противооползневых и противообвальных защитных сооружений. М.: ОАО ЦНИИС, 1984, с.1-154.

27. Рекомендации по проектированию и строительству защитных сооружений от скально-обвальных процессов на транспортных коммуникациях с применением новых ресурсосберегающих материалов и новых технологий. М. ОАО ЦНИИС, 1997,с.1-258.

28. Справочник по земляному полотну эксплуатируемых железных дорог. Под ред. А.Ф. Подпалого, М.А. Чернышева, В.П. Титова. Изд-во «Транспорт», 1978, с. 1-766.

29. Справочник по мерам защиты пути от камнепадов (Франция). Rapport de recherche. LPC №81, 1978.

30. Сборник коэффициентов пересчета сметной стоимости строительно-монтажных работ для Москвы. Часть I. Выпуск 06/2002-84. М., июнь 2002 г.

31. Толмачев К.Х. Специальные сооружения на горных дорогах. Изд-во «Авто-трансиздат». М., 1963,с. 1-268.

32. Флейшман С.М., Целиков Ф.И. Скальные выемки с путевыми улавливающими траншеями. Изд-во «Транспорт», 1964, с. 1-76.

33. Agostini R. Mazzalai Р. - Papetti A. Hexogonal wire mesh for rock-fall and slope stsbilization. OFFICINE MACAFFERRI S.p.A. - BOLOGNA - ITALY. 1988, c.1-112.

34. AKZO NOBEL. GEOSINTETICS. Информация о продуктах (Котолог).

35. Bhandari R.K, Sharma S.R. Mechanics and Control of Rockfalls. IE (I) Journal-CI.

36. Brown A., Coates D. Stability of rock slope at mines. The Canadian mining and Metallirgical Bulletin. Vol.54. Namber 591, c.574.

37. Drexel University, USA, Geogrid junctions strengh, GRI Test Mesod GG 2-87, 1988.

38. Masaru M.S. Geogrids cut ballast settlement rate on substructures, Reilway Gazzete International, March 1994.

39. Permanent Way. No.79-80. Development of accident detection tehniqurs research report on measares against rock fall. Japan Railway Civil Enginering Association. Tokyo, Japan. MapT 1979.

40. Premiere Paptie Presentation du Recensement, 1978, LCPC (du Directeur du La-bora-toire Central des Central des Founts et Chaussees). Технология покрытия поверхности откоса сетками.

41. Webster S.L. Geogrid Reinforced base courses for flexible pavements for light aircraft, US Corps of DOT/FAA/RD 92/25, Desember 1992.