Примеры адаптации стандартных камнеулавливающих барьеров к конкретным условиям. Часть 2

Пример 3. Использование «плавающего» фундамента

Как рассказали в своем докладе на 6-й Канадской конференции по опасным геологическим процессам и явлениям [3] сотрудники компании Trumer Schutzbauten А. Бехлер и Г. Штельцер на основе своего опыта работы, для обеспечения безопасности одного из участков у подножия крутого склона в канадской провинции Онтарио была необходима серия сетчатых камнеулавливающих барьеров, выдерживающих энергии ударов до 100 и 250 кДж. Оптимальным было сочтено их размещение поверх уже существовавших отсеков железобетонной подпорной стенки разной высоты (рис. 8).

Рис. 8. Камнеулавливающие барьеры с «плавающими» опорными пластинами на секциях старой железобетонной подпорной стенки [3]

Традиционное противокамнепадное ограждение потребовало бы использования старой стены в качестве фундамента, но тогда не было бы гарантии, что она сможет безопасно выдерживать возможные нагрузки, поскольку никаких доступных документов по ее проектированию и строительству не было. Поэтому специалисты решили не допустить передачи энергии ударов от барьера на подпорную стенку и использовать «плавающие» опорные пластины (их устройство отвечало системам сертификации ETAG 27, но в целом запроектированная система была нестандартной).

«Плавающая» опорная пластина в дополнение к обычной имеет глубокую прорезь с краю и два вертикальных пластинчатых ребра под тупым углом друг к другу (рис. 9). Прорезь нужна для болта, временно используемого в процессе монтажа системы, чтобы удерживать пластину в нужном положении. А к вертикальным ребрам прикреплены две оттяжки, другие концы которых соединены с грунтовыми анкерами, расположенными выше по склону (с этими же анкерами соединены и два троса, оттягивающие верхнюю часть стойки). Кроме того, концевые стойки имеют дополнительные оттяжки, идущие также к анкеру, расположенному ниже по склону, но не перпендикулярно, а под острым углом к мысленному продолжению оси барьера (см. рис. 8).

Рис. 9. «Плавающий» фундамент стойки – модифицированная опорная пластина. К двум ее вертикальным ребрам прикреплены оттяжки, идущие к грунтовым анкерам. Временный болт в прорези с краю пластины фиксирует ее в нужном положении во время монтажа и натягивания тросов [3]

После удаления вышеупомянутого временного болта опорные пластины при динамических воздействиях на систему могут немного смещаться в направлениях ударов, но основная часть энергии при этом передается через оттяжки на грунтовые анкеры и затем на грунт оснований анкеров.

Надо также отметить, что в сетчатых панелях к омега-сетке был добавлен второй слой из высокопрочной дополнительной сетки с более мелкими ячейками (см. рис. 9).

Такая адаптированная защитная система оказалась очень эффективной.

Пример 4. Уменьшение растягивания сетчатых секций барьера при динамических воздействиях

В той же канадской провинции Онтарио недалеко от Ниагарского водопада требовалась защита участка двухполосной подъездной дороги под очень крутым склоном с вертикальными скалистыми уступами (рис. 10). Барьер в разных местах должен был выдерживать энергии ударов до 500 и 1000 кДж.

Рис. 10. Противокамнепадный барьер с жестко закрепленными на фундаментах стойками вдоль края подъездной дороги [3]

Но область между дорогой и местами возможных срывов скальных обломков имела инженерно-геологические ограничения, не позволявшие установить не только сам барьер, но и грунтовые анкеры. Поэтому было возможно построить ограждение, только непосредственно примыкавшее к дороге, и к тому же без использования анкеров для крепления оттяжек выше по склону, то есть с жестким прикреплением стоек к фундаментам.

Более того, сетчатые панели стандартных камнеулавливающих систем при максимально сильных возможных ударах растягивались бы так, что остаточная ширина дороги не была бы достаточной для свободного проезда автотранспорта. В результате пришлось модифицировать барьер с жесткими стойками, стандартно протестированный в соответствии с руководством WLV, для сведения растягивания к минимуму.

На рынке присутствовала единственная полномасштабно испытанная система, которая могла бы выдерживать энергию удара до 1000 кДж и удовлетворять вышеназванным строительным ограничениям. Но она удлинялась в каждой секции примерно на 6,0 м при максимально допустимой силе удара и примерно на 4,2 м при динамическом воздействии с проектным уровнем энергии. При этом защищаемая дорога имела среднюю ширину 8,5 м, а ее остаточная ширина после самой сильной деформации барьера составляла бы всего 5,5 м, что было слишком мало для ненарушенного автомобильного движения. Допустимое же удлинение секции при максимальном возможном воздействии должно было составлять около 3 м.

Чтобы добиться этого, в систему, выдерживавшую силу удара до 1000 кДж, добавили три дополнительных несущих троса (между верхним и нижним), а также уменьшили расстояния между соседними стойками до 8 м (рис. 11). Аналогичным образом на другом участке, выдерживавшем удар до 500 кДж, был добавлен один дополнительный несущий трос. Для обеих систем также внесли соответствующие изменения в устройство фундаментов и их анкерных креплений, чтобы учесть возможные дополнительные усилия.

Рис. 11. Усиленный камнеулавливающий барьер, выдерживающий энергию удара до 1000 кДж, с тремя дополнительными несущими тросами (между верхним и нижним) и уменьшенным расстоянием между жесткими стойками [3]

Если бы вдоль указанной дороги были установлены стандартные камнеулавливающие барьеры, вероятность того, что во время сильного динамического воздействия будет затруднен проезд по дороге, была бы гораздо выше.

Пример 5. Адаптации камнеулавливающего барьера с учетом распределенных снеговых нагрузок

Недалеко от города Нельсон в канадской провинции Британская Колумбия необходимо было адаптировать камнеулавливающее ограждение над участком Шоссе 31, идущим вдоль озера Кутеней в районе ручья Кофи, с учетом снеговых нагрузок в зимнее время.

Министерство транспорта и инфраструктуры Британской Колумбии решило установить там противокамнепадный барьер с шарнирным прикреплением стоек к фундаментам, способный выдерживать энергию удара до 3000 кДж и защищать шоссе от обломочного материала, срывающегося со скалистых уступов над дорогой. Кроме того, поскольку ось проектируемого ограждения пересекала зону транзита лавин шириной примерно 80 м (рис. 12), было необходимо, чтобы оно выдерживало также статическую нагрузку до 54 кН/м в нижних 3 м своей высоты и динамическую нагрузку до 49 кН/м на верхнем метре.

Рис. 12. Противокамнепадный барьер, пересекающий зону транзита лавин [3]

Чтобы была возможность выдерживать такие нагрузки, в систему, сертифицированную по ETAG 27, внесли несколько изменений: расстояние между стойками уменьшили примерно до 8,4 м; для изготовления стоек выбрали двутавровые балки, имевшие большее поперечное сечение; для закрепления стоек использовали дополнительные оттяжки от середины и верха каждой стойки; средние оттяжки оснастили амортизирующими элементами (рис. 13).

Рис. 13. Усиление стойки с использованием дополнительных оттяжек

По требованию заказчика для уменьшения обслуживания системы к омега-сетке также была добавлена высокопрочная дополнительная сетка, а опорные пластины закрыли специальными щитками, чтобы предохранить анкеры и замки на амортизирующих элементах от возможной активации при сезонных снеговых нагрузках.

Построенная адаптированная и кастомизированная защитная система показала себя очень эффективно. А стандартный камнеулавливающий барьер, рассчитанный на энергию удара до 3000 кДж, не выдержал бы ожидаемых сценариев нагрузок и скорее всего был бы разрушен или поврежден в случае многоснежной зимы. Кроме того, потребовалось бы его гораздо более частое текущее техническое обслуживание.

Пример 6. Использование противокамнепадного барьера для снижения рисков, не связанных с природными воздействиями

На крутом повороте дороги E6 вблизи деревни Миннесунд в Норвегии была необходима инженерная защита от аварийных съездов автотранспорта на Доврскую железную дорогу, проходящую на 15 м ниже по склону (рис. 14). При этом заказчик хотел, чтобы это сооружение как можно меньше портило внешний вид местности.

Рис. 14. Камнеулавливающий барьер, использованный для предотвращения съездов транспортных средств с автодороги на ее крутом повороте [3]

В итоге было решено построить мощный камнеулавливающий барьер с шарнирным прикреплением стоек к фундаментам, способный выдержать энергию удара до 5000 кДж, на основе стандартной системы, сертифицированной по ETAG 27. Но его пришлось адаптировать к указанному участку и кастомизировать под требования заказчика.

В том числе верх ограждения должен был быть ровным. Но из-за изменчивого рельефа на защищаемом повороте пришлось устанавливать стойки разной высоты (от 6 до 8,5 м), причем из более мощных, чем обычно, двутавровых балок и с рядом оттяжек также большего диаметра, причем с двух сторон от барьера (рис. 15).

Рис. 15. Защитный барьер с разной высотой стоек для адаптации к рельефу

Из-за неровности рельефа потребовалось также использовать специальные заанкеренные опорные пластины для натягивания между ними нижних несущих канатов вплотную к поверхности земли (чтобы не образовывались зазоры и эти тросы не повреждались во время возможных ударов от съехавших с дороги автомобилей).

Установленная система показала свою надежность и приемлемую эстетичность. Если бы использовался стандартный камнеулавливающий барьер, он бы слишком сильно портил внешний вид местности из-за зубчатого верхнего края и при этом не обеспечивал бы достаточной защиты для автомобильного и железнодорожного транспорта на указанном участке.

Пример 7. Еще одно необычное использование противокамнепадного барьера

Вокруг одного из зданий завода по производству алюминиевых сплавов в Австрии потребовалось защита окружающих заводских объектов и проходящих мимо людей от летящих с большой скоростью кусков металла. Дело в том, что при слишком быстром охлаждении брусков из алюминия величиной 5,0 х 1,2 х 0,5 м, отливаемых в этом здании, в них может накапливаться напряжение, что может приводить к их «взрывам» с разлетанием во все стороны крупных осколков.

В качестве основы был выбран испытанный по инструкциям WLV камнеулавливающий барьер с жестко прикрепленными к фундаментам стойками, способный выдержать энергию удара до 500 кДж.

Барьер должен был окружить указанное здание и, таким образом, иметь прямоугольный периметр, а также проход через него для рабочих (рис. 16). При этом устройство оттяжек было невозможно из-за нехватки места. Поэтому основные изменения стандартной системы касались стоек, конфигураций несущих тросов и анкерных креплений фундаментов. К тому же для возможности надежного улавливания осколков разного диаметра к омега-сетке был добавлен второй слой из прочной сетки с более мелкими ячейками.

Рис. 16. Сетчатый барьер вокруг заводского здания для защиты окружающей территории от разлетающихся алюминиевых осколков при возможных «взрывах» охлаждаемых слитков

Без указанных выше изменений установленный барьер не обеспечивал бы необходимой защиты и не соответствовал бы остальным требованиям заказчика, например экономической эффективности. 

Выводы

Как заключают А. Бехлер и Г. Штельцер [3], нет сомнений в том, что использование стандартов и сертификации защитных сетчатых барьеров необходимо и полезно, но слепое следование им было бы весьма неразумным упрощением в реальных условиях. Стандартные проектные решения должны комплексно кастомизироваться и адаптироваться в соответствии с требованиями заказчиков и с уникальными характеристиками мест установки сооружений.

Необходим системный подход к снижению рисков на основе глубокого понимания инженерной практики, открытого и вдумчивого взаимодействия между заказчиками, проектировщиками, производителями и строителями (монтажниками). Только тогда реализованные проекты в каждом конкретном случае будут действительно эффективными и надежными.

—

Если у читателей возник интерес к работе рассмотренных в статье систем или необходимость в проектировании, производстве, монтаже и обслуживании защитных сетчатых сооружений, они всегда могут обратиться в российское представительство австрийской компании Trumer Schutzbauten [1, 4] – ведущего мирового производителя систем защиты от опасных природных процессов и одного из партнеров независимого электронного журнала «ГеоИнфо».

Источники

1. ООО «ТРУМЕР ЩУТЦБАУТЕН РУС» // TRUMER SCHUTZBAUTEN GMBH. Дата последнего обращения: 18.05.2020. URL: https://www.geoinfo.ru/brand/trumer-shchutcbauten-rus-trumer-schutzbauten-gmbh/.
2. Примеры адаптации стандартных сетчатых барьеров к конкретным условиям. Часть 1 // Geoinfo.ru. 27.05.2020. URL: https://www.geoinfo.ru/product/analiticheskaya-sluzhba-geoinfo/primery-adaptacii-standartnyh-kamneulavlivayushchih-barerov-k-konkretnym-usloviyam-chast-1-42684.shtml.
3. Bichler A., Stelzer G. Special solutions in hazard mitigation // Proceedings of the 6-th Canadian GeoHazards Conference (GeoHazards 6), Queen’s University in Kingston, Kingston, Ontario, Canada, 15–18 June, 2014. The Canadian Geotechncial Society (CGS), 2014. URL: https://trumer.ca/literature.
4. Natural Hazard Protection // TRUMER Schutzbauten. The last access date: 20.05.2020. URL: https://trumer.ca/wp-content/uploads/2017/03/Trumer-Natural-Hazard-Protection.pdf.

Заглавное фото: https://trumer.ca/wp-content/uploads/2017/03/Trumer-Natural-Hazard-Protection.pdf [4].

Список литературы, использованной авторами доклада [3]

ASI. 2013a. ONR 24801, Protection works for torrent control – static and dynamic actions on structures, August 2013, Austrian Standards Institute, Vienna

ASI. 2013b. ONR 24810, Technical protection against rockfall – termes  and definitions, effecfs of actions, design, monitoring and maintenance, January 2013, Austrian Standards Institute, Vienna

ASI. 2011. ONR 24806, Permanent technical avalanche protection – design of structures, August 2011, Austrian Standards Institute, Vienna

ASI. 2010. OENORM B 1997-1-1:2010, Eurocode 7: Geotechnical design. Part 1: General rules; National specifications concerning ЦNORM EN 1997-1 and national supplements; March 2010, Austrlan Standards Institute, Vienna

CEN. 2005. EN 1990:2003, Eurocode – basis of structural design. March 2003

EOTA. 2008. Guideline for European technical approval of falling rock protection kits (ETAG 27), February 2008, Brussels.

Gerber W. 2001. Guideline for the approval of rockfall protection kits. Environment in practice. Swiss Agency for the Environment, Forests and Lanscape (SAEFL), Swiss Federal Research Institute WSL. Bernee.

Kwahn J.S.H. 2012. Supplementary Technical Guidance on Design of Rigid Debris-resisting Barriers. Geo Report № 270. Geotechnical Engineering Office, Civil Engineering and Development Department, Government of Hong Kong.

Mцlk M. 2005. WLV-Richtlinie fur den Eignungsnachweis von Steinschlagschutznetzen. Austrian Service for Torrent and Avalanche Control (WLV), May 2005.

Margreth S. 2007. Defense structures in avalanche starting zones. Technical guideline as an aid to enforcement. Environment in Practice no. 0704. Federal Office for the Environment, Bern; WSL Swiss Federal Institute for Snow and Avalanche Research SLF, Davos.

Simons M., Pollak S., Peirone B. 2009. High energy rock fall embankment constructed using a freestanding woven wire mesh reinforced soil structure – recent experience in British Columbia, Canada. 60-th Highway Geology Symposium, New York, USA: 290-301.

Stelzer G., Bichler A. 2013. ONR 24810. A comprehensive guideline for building better rockfall protection structures, 64-th Highway Geology Symposium, New Hampshire, USA.