Работа габионных конструкций в условиях Севера

Заключение

Таким образом, на основании проведенных исследований можно сделать вывод, что различные виды сред по-разному влияют на структуру образцов и на основные вязкоупругие свойства. Это характерно для всех типов образцов. При этом можно отметить, что «Бесцветная пластмасса» более устойчива к таким воздействия, чем «СтомАкрил» и «Фторакс», на основании чего можно составить практические рекомендации по пользованию съемными пластиночными зубными протезами для внедрения в практическое здравоохранение.

Литература

1. Воронов А.П., Лебеденко И.Ю., Воронов И.А. Ортопедическое лечение больных с полным отсутствием зубов. - М.: Медпрессинформ, 2006. - 316 с.

2. Исупов В.В., Старцев О.В. Численные методы в динамической механической спектроскопии полимеров // Математические модели и численные методы механики сплошных сред: междунар. конф., 27 мая - 2 июня 1996. -Новосибирск: СО РАН, 1996. - C. 292-293.

3. Колядо В.Б., Пуховец И.А. Состояние здоровья населения Алтайского края // Мед. труда и промышл. Экология. -2006. - № 6. - С. 23-27.

4. Исследование вязкоупругих свойств акриловых базисных пластмасс под влиянием факторов внешней среды / / А. Д. Насонов и др. // Вестник Бурятского госуниверситета. - 2013. - № 3. - С. 70-73.

5. Натрусов В.И, Викулов В.Ф., Кондратьева Э.Л. Влияние поверхностной обработки на прочность стеклопластиков при низких температурах // Механика композитных материалов. - 1988. - № 2. - С. 201-205.

6. Перепечко И.И. Акустические методы исследования полимеров. - М.: Химия, 1973. - 295 с.

Насонов Алексей Дмитриевич, кандидат физико-математических наук, профессор, кафедра физики и методики обучения физике, Алтайская государственная педагогическая академия, 656031, Барнаул, ул. Ядринцева, 130.

Языкова Елена Александровна, кандидат медицинских наук, ассистент, кафедра ортопедической стоматологии, Алтайский государственный медицинский университет, 656907, Барнаул, ул. Школьная, 16.

Тупикова Людмила Николаевна, доктор медицинских наук, профессор, зав. кафедрой ортопедической стоматологии, Алтайский государственный медицинский университет, 656031, Барнаул, ул. Молодежная, 33.

Терещенко Татьяна Васильевна, магистрант, Алтайская государственная педагогическая академия, 656050, Барнаул, ул. Гущина, 153а.

Голубь Павел Дмитриевич, кандидат физико-математических наук, профессор, кафедра физики и методики обучения физике, Алтайская государственная педагогическая академия, 656056, Барнаул, ул. Чернышевского, 28.

Бетеньков Федор Михайлович, кандидат технических наук, доцент, кафедра технологических дисциплин, Алтайская государственная педагогическая академия, e-mail:bfml982@yandex.ru

Nasonov Alexey Dmitrievich, candidate of physical and mathematical sciences, professor, Department of Physics and Methodology of Teaching Physics, Altay State Pedagogical Academy, 656031, Barnaul, Yadrintseva Str., 130.

Yazykova Elena Alexandrovna, candidate of medical sciences, assistant, Department of Prosthodontics, Altai State Medical University, 656907, Barnaul, Shkolnaya Str., 16.

Tupikova Ludmila Nikolaevna, doctor of medical sciences, professor, Head of the Department of Prosthodontics, Altai State Medical University, 656031, Barnaul, Molodezhnaya Str., 33.

Tereschenko Tatyana Vasilievna, postgraduate student, Altai State Pedagogical Academy, 656050, Barnaul, Guschina Str., 153a.

Golub Pavel Dmitrievich, candidate of physical and mathematical sciences, professor, Department of Physics and Methodology of Teaching Physics, Altay State Pedagogical Academy, 656056, Barnaul, Chernyshevsky Str., 28.

Betenkov Fyodor Mikhailovich, candidate of technical sciences, associate professor, Department of Technological Disciplines, Altay State Pedagogical Academy, e-mail: bfm1982@yandex.ru

УДК 624 © И.А. Иванов, В.О. Ербахаев, О.А. Иванова

РАБОТА ГАБИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРА

Приведены рекомендации по использованию габионных конструкций в условиях Севера. Ключевые слова: габионы, север, низкие температуры, берегоукрепительные работы.

I.A. Ivanov, V.O. Erbahaev, O.A. Ivanova GABION CONSTRUCTIONS FUNCTIONING UNDER THE CONDITIONS OF THE NORTH

Recommendations to use gabion constructions under the conditions of the North are given. Keywords: gabion, north, low temperatures, shore protection.

Ледовые нагрузки на берегоукрепительные сооружения из габионов имеют свою специфику. Чаще всего они расположены на вечной мерзлоте (в поясе вечной мерзлоты), толщина льда составляет 1-1,5 м, на реках возможны заторы, которые поднимаются на 2-5 м выше уровня меженных вод и льдины выталкиваются на берег, что нарушает прочность берегоукрепительных сооружений - их целостность и конфигурацию. Чем выше скорость течения во время ледохода, тем большую нагрузку испытывает берегоукрепительное сооружение. Но если образовался затор, то лед наслаивается один на другой, поднимается уровень воды и берегоукрепительные сооружения испытывают нагрузку не только вдоль сооружения, но и поперек. Когда затор ликвидируется взрывом или естественным путем, то берегоукрепительные сооружения опять испытывают нагрузку от скользящих вниз по сооружению льдин.

Освоение северных территорий идет все более интенсивно и возникает необходимость в берегоукрепительных сооружениях из габионов, ибо другие технологии уже опробованы и результат как по цене, так и по надежности неудовлетворительный (рис. 1).

При расчетах скорости движения ледяных полей и воздействия их на берегоукрепительные сооружения исходят из эмпирической формулы:

Урасч 1,25

Уср?

где Уср - средняя скорость течения воды, а для водохранилищ скорость движения ледяных полей зависит прежде всего от скорости ветра.

Умах _ 0,03 yw мах,

где Vw max - скорость ветра при однопроцентной обеспеченности.

Рис. 1. Крепление подмостового перехода габионами. Дорога Иркутск-Чита, 426 км. Толщина снежного покрова - 0,5 м, толщина льда - 0,4 м. В холодные зимы образуется наледь

По строительным нормам расчетная скорость льдины для водохранилищ принимается равным 3% от значения скорости ветра, но не более 1 м/с. Выделяют динамические и статистические режимы воздействия льда на ГТС. К динамическим относят прямые или внецентренные удары льдин о сооружения, время воздействия которых мало, и основное воздействие от них - от силы инерции. К статическим относят наползание льда на откосы берегоукрепительных сооружений.

Сила внедрения льда в сооружения равна: Г = а А, где А - площадь контакта при разрушении льда, а - прочность льда на разрушения. Здесь следует отметить, что наибольшая величина потерь кинетической энергии тел при соударении происходит при неупругом ударе, когда энергия после удара не восстанавливается, а расходуется на деформацию или на нагревание тела. При соприкосновении ледяного поля толщиной И м с откосом гидротехнического сооружения происходит частичное смятие кромки льда с откосом и возрастание силы К, направленной по нормали к наклонной плоскости с углом р. Со стороны потока на льдину действует сила трения Т, направленная вдоль наклонной плоскости. Силы Н и Т связаны между собой зависимостью Т=Ж, где f - коэффициент трения между льдиной и ГТС, равный, примерно, 0,07:0,14. Кроме сил N и Т на льдину действуют О - вертикальная сила, равная разнице веса льдины и выталкивающей силы, Р - сила, оказывающая давление со стороны потока на льдину (рис. 2-3).

Рис. 2. Схема взаимодействия льдины и откоса сооружения

Рис. 3. Навалы льда на откосы дамбы г. Томск, 2006 г.

Устойчивость габионной конструкции на откосе при взаимодействии со льдом можно подсчитать по формуле (рис. 4-5):

Рудг= [(20г+0лед) х соэ лхр/(180) + f х 2Qr х Sin лхр/(180)], где Qr - вес габионов (камень + сетка), f - коэффициент внутреннего трения f=tan пх0/(180), 0=30 градусов (угол внутреннего трения), габион связан с другими габионами, поэтому его вес увеличивается вдвое.

Qлед = h2 х m х Улед/2,

где Улед - удельный вес льда = 0,9, m - крутизна откосов, h - толщина льда, м.

Рис. 4. Схема к расчету устойчивости габионов на откосе

Рис. 5. Схема взаимодействия ледяного покрова и габионной конструкции при изменении уровня воды

Кроме сил трения габионов о грунт, трения габионов о лед, вмерзания сетки в лед и т.д. еще действует вырывающая сила льда. Осенью, когда уровень воды еще достаточно высок, образуется лед, а с течением времени (1-2 месяца) уровень воды понижается и в этот момент вмерзшие в лед габионы испытывают вырывающую силу (рис. 6).

Удерживающую силу с учетом защиты откоса гобионной конструкции при изменении уровня воды рассчитывают по формуле:

±г*со.

Муд= Ог/2/|-а * ]+

Рис. 6. Бурятия, р. Джида, видна деформация габионов при понижении уровня воды в зимний период

Рис. 7. Матрасы Рено в берегоукрепительных сооружениях в районах с низкими температурами. 1 - матрасы Рено толщиной 0,2-0,3 м; 2 - матрасы Рено толщиной 0,5 м; 3 - матрасы на пляжном откосе, предохраняющий сооружение от подмыва; А- уровень воды (льда) не реже одного раза в 25 лет; Б - уровень воды (льда) не реже одного раза в 50 лет

Исходя из опыта строительство габионных берегоукрепительных сооружений в районах с низкими температурами предложено два варианта береговой защиты от ледохода весной и размыва береговой линии летом. Это матрасы Рено, уложенные в один слой различной толщины (рис. 7), и матрасы Рено в сочетании с гравитационной подпорной стенкой (рис. 8). Следует обратить внимание на анкера, связывающие габионное сооружение с грунтом. Их применение резко повышает устойчивость конструкции к сдвигу и подмыву, хотя и приводит к удорожанию на 5-10%.

1 - матрасы Рено толщиной 0,2-0,3 м; 2 - матрасы Рено толщиной 0,5 м; 3 - матрасы на пляжном откосе, предохраняющие сооружение от подмыва; 4 - подпорная стенка высотой 1,5 м; 5 - анкера

На рис. 9 показаны последствия не применения анкеров на реке Джида в Республике Бурятия. Без таких дополнительных креплений (анкеров) габионная конструкция выдержала всего 3 года и пришлось заменить ее новой, уже учитывая предыдущий опыт. При выборе одной из этих схем следует руководствоваться конфигурацией береговой линии, сроками строительства, ценой и товарным видом сооружения.

Рис. 9. Последствия разрушения габионной конструкции без применения анкеров, река Джида, Республика Бурятия

Почему ограничиваемся берегоукрепительными сооружениями с двухпроцентной водообеспеченностью, а не однопроцентной. Во-первых, на Севере страны столетние гидрологические наблюдения осуществлялись всего в нескольких районах. Во-вторых, при строительстве габионного сооружения, расчитанного на однопроцентную водообеспеченность, резко возрастают стоимость и сроки строительства. В-третьих, при высоких уровнях воды и подъема льда следует строить берегоукрепительные сооружения по другой технологии и из других материалов (дамба, шпунт, и др.), но защищать прилежащие территории от грунтовых вод проблематично. Схемы габионных сооружений, приведенные на рис. 3-4, следует дополнить следующими уточнениями.

1. Сетка должна быть изготовлена из проволоки 3 мм с гальваническим покрытием и желательно, чтобы поверх его была защита из ПХВ.

2. Береговые откосы, подготовленные к укладке матрасов, должны быть не круче, чем 1:1,5, но желательно 1:2.

3. Если толщина льда 1-1,5 м, то места матрасов, соприкасающихся со льдом, следует дополнительно укрепить кольчужной сеткой или сеткой с шестигранной ячейкой, но меньшей размерной группы. Она должна быть уложена под сетку, изготовленную из проволоки 3 мм.

4. Наружная часть матрасов и подпорных стенок должна быть уложена таким образом, чтобы сохранялась ровная поверхность с наименьшим количеством пустот, тогда трение льда о сооружение минимальное.

5. Если в обычных габионных сооружениях (место сухое, нагрузка минимальная и т.д.) допускается внутрь сооружения засыпать любой камень, то здесь желательно его укладывать вручную, уменьшая пустоты и увеличивая его прочность и массу. Камень, как и ранее указывалось в справочниках, должен выдерживать не менее 50 циклов замораживания - оттаивания и быть на 10-15% больше по размеру, чем размер ячейки сетки. Как указывалось в пункте «1» проволока в сетке должна быть 3 мм, значит, сетка - с ячейкой 120 мм. Таким образом, камень должен быть размером 140-200 мм.

6. Под матрасы Рено рекомендуется укладывать фильтрующую ткань (геотекстиль) высокого качества, плотностью 250 г/м2. Здесь следует напомнить, что когда не было геотекстиля, то использовали солому с толщиной слоя 5-7 см, а в Украине в 1970-е гг. укладывали ветки тальника такой же толщины. Пшеничная солома гниет до 4 лет, а рисовая до 5 лет, ветки тальника проростают, еще более укрепляя сооружение. Хорошо себя зарекомендовала облепиха, высаженная прямо на матрасы, но это приемлимо в южных районах страны. В Забайкалье были проведены опыты по укреплению матрасов кольями тальника, из которых прижилось 20-30%. Колья длиной 50 см забивались сквозь матрас высотой 30 см и через 20 лет матрасы настолько заросли и за-кольматировались, что обнаружить их требовалось немало времени (опыт проводился на территории равной 20 м2 на одной из проток р. Селенги).

7. Чтобы на габионных конструкциях быстрее появлялась растительность рекомендуется их части, выступающие из воды, засыпать гумусом или под верхнюю сетку подлаживать солому, которая создает микроклимат и растительность появляется быстрее. Но при приемке сооружения приемной комиссией не видно размеров камня, качества укладки и т. д., что нужно отражать в актах скрытых работ.

8. Следует вести периодический осмотр габионных сооружений не реже двух раз в год - после ледохода и резкого подъема воды, результаты осмотра заносить в журнал осмотра габионных сооружений. В случае разрушения и деформации сооружения производить его ремонт.

Литература

1. СНиП 2.06.04-87/95 «Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения».

2. ГОСТ Р 52132-2003 «Изделия из сетки проволочной крученной с шестигранными ячейками для габионных конструкций».

3. СНиП 2.05.03-84 «Мосты и трубы».

4. Багин А.В. Совершенствование методов оценки взаимодействия ледовых образований и сооружений из габионов: автореферат дис. ... канд. техн. наук. - М., 2012. - 23 с.

5. Иванов И.А., Медведев С.С. Габионы в мелиорации и дорожном строительстве. - Улан-Удэ, 2005. - 121 с.

6. Иванов И.А., Никифоров И.К., Гордеева А.А. Проектирование водопропускных искусственных сооружений. - Улан-Удэ, 2009. - 76 с.

Иванов Игорь Алексеевич, доктор технических наук, кафедра промышленного и гражданского строительства, Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, e-mail: ivanova-2006@mail.ru

Ербахаев Владислав Олегович, аспирант, Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, Иркутск, ул. Радищева, 12.

Иванова Анна Олеговна, инженер фирмы «Мостовик», Омск, ул. Посельская, 1.

Ivanov Igor Alekseevich, doctor of technical sciences, East-Siberian State University of Technologies and Management, e-mail: ivanova-2006@mail.ru

Erbachaev Vladislav Olegovich, postgraduate, East-Siberian State University of Technologies and Management, Irkutsk, Rad-isheva str., 12.

Ivanova Anna Olegovna, engineer, «Mostovick» company, Omsk, Poselskay str., 12.