Камнепады, сели и укрепление склонов: вопросы и ответы

Распознать опасность

Что такое камнепад?

Камнепад — отрыв скальных блоков от крутого склона или откоса выемки и их движение вниз свободным падением, отскоками и качением. Блок обычно заранее отделён там, где пересекаются трещины в скале; его отрывают вода, мороз, корни и землетрясения.

Камнепад относится к семейству оползневых (гравитационных) процессов, но движется отдельными блоками с высокой скоростью. Поэтому защиту рассчитывают по энергии расчётного блока, а не по объёму.

Какие бывают виды камнепадов?

Камнепады различают по тому, как блок покидает склон, и по тому, как он движется. Блок падает с нависания или крутой стены, опрокидывается вперёд вокруг основания либо соскальзывает по одной трещине (плоскостное скольжение) или по линии пересечения двух трещин (клиновое скольжение).

Механизм отрыва подсказывает, каким методом удержать блок в очаге; траектория — где ставить барьер и какой высоты. Обрушение целого участка склона — опасность другого порядка: гибкие барьеры рассчитаны на отдельные блоки.

Почему происходят камнепады?

Блок падает, когда удерживающие силы становятся меньше сдвигающих. Предпосылки — трещиноватая выветрелая скала на крутом склоне; обычные провоцирующие факторы — давление воды в трещинах после дождя или таяния снега, циклы замерзания и оттаивания, рост корней, землетрясения, выемка или размыв, подрезающие склон.

Какие признаки опасности на склоне?

Свежие камни у дороги или у подошвы склона, светлые следы отрыва на скальной стене, блоки с раскрытыми трещинами позади или подмывом снизу, новые трещины над бровкой, наклонившиеся деревья или столбы. Любой из этих признаков — повод провести обследование склона.

Сели и оползни

Что такое сель?

Сель — быстрый пульсирующий поток насыщенного водой грунта, камней и древесины по крутому руслу. Он движется волнами с фронтом из валунов и растёт по пути, захватывая материал из русла; в классификации Hungr и соавторов (2014) его скорость — от очень быстрой до чрезвычайно быстрой.

Сель, ограниченный руслом, уходит далеко от места зарождения и достигает конусов выноса, дорог и посёлков. Защита строится в самом русле: гибкие селезащитные барьеры из кольцевой сетки задерживают объём материала и гасят волну.

Почему возникают сели?

Нужно сочетание трёх условий: крутое русло, рыхлый материал в водосборе или русле и внезапное поступление большого количества воды — интенсивный или затяжной дождь, быстрое снеготаяние или прорыв естественной плотины. Склоны, оголённые пожаром или вырубкой, дают больше стока и наносов.

Чем обломочный оползень отличается от селя?

Обломочный оползень движется как более или менее цельная масса по поверхности скольжения, часто по контакту грунта со скалой, и не привязан к руслу. Сель насыщен водой и ведёт себя как жидкость: течёт по сформированному руслу, движется быстрее и уходит дальше. Оползень может перейти в сель, если масса распадается и насыщается водой.

Выбрать метод защиты

Какие существуют методы укрепления склонов?

Их применяют в трёх зонах. В очаге материал удерживают от отрыва: оборка неустойчивых камней, дренаж, скальные анкеры и грунтовые нагели, анкерная высокопрочная сетка, торкретбетон, а на грунтовых склонах — гидропосев и противоэрозионные маты. На пути его направляют или улавливают: навесная сетка, улавливающие канавы и гибкие барьеры. У объекта защищают дорогу или здание, например галереей.

Выбор следует из измерений: размер блоков и система трещин, мощность неустойчивого слоя, расчётная энергия и доступное место. Анкерные сетчатые системы оценивают по EAD 230025-00-0106, гибкие барьеры — по EAD 340059-00-0106.

Что такое сетки для защиты от камнепадов?

Это общее название стальных сеток против падающих камней, и оно охватывает три разные системы: навесную сетку, свободно висящую по стене; анкерную сетку, прижатую к склону нагелями и плитами; и сетку гибкого барьера, улавливающую блоки ниже стены. Они работают, проектируются и испытываются по-разному, поэтому в спецификации нужно указывать систему, тип сетки и документ оценки.

Что такое навесная сетка (драпировка)?

Навесная сетка подвешивается на анкерах по бровке скального склона и свободно висит по стене, не прижимаясь к ней. Оторвавшийся камень задерживается между сеткой и стеной и сползает к подошве, а не отскакивает на дорогу. Навесная сетка направляет падающий материал, но не удерживает склон.

Она подходит там, где блоки относительно малы; у подошвы нужно место для накопления материала, а его вывоз входит в план обслуживания. Применяют сетку двойного кручения, высокопрочную сетку или кольцевую сетку для более крупных блоков.

Что такое высокопрочная сетка?

Высокопрочная сетка сплетена из стальной проволоки с пределом прочности не менее 1 770 Н/мм² — примерно в 3,5–5 раз выше, чем у проволоки сетки двойного кручения (350–500 Н/мм² по EN 10223-3). Поэтому заданная прочность достигается гораздо более лёгкой сеткой.

Её применяют как анкерную сетку, прижатую к склону нагелями и шипованными плитами, и как навесную. Сетка из обычной проволоки, усиленная тросами, высокопрочной сеткой не является.

Подобрать барьер

Из чего состоит барьер от камнепадов?

Гибкий барьер состоит из сетки (кольцевой или высокопрочной, часто с дублирующей мелкой сеткой), стальных стоек на опорных плитах, верхнего и нижнего несущих тросов, верховых удерживающих тросов, боковых анкерных тросов, тормозных элементов в тросах и анкеров. Тормозные элементы пластически деформируются и поглощают энергию, поэтому сетка останавливает блок, не разрываясь.

Подробнее — на странице барьеры от камнепадов: подбор, монтаж и обслуживание.

Как испытывают и классифицируют барьеры?

В Европе комплект испытывают в натурном масштабе по EAD 340059-00-0106 (с 2018 года вместо ETAG 027); результат — Европейская техническая оценка (ETA) и маркировка CE. Бетонный блок ударяет в средний пролёт трёхпролётного барьера; в испытании на максимальную энергию его средняя скорость на последнем метре — не менее 25 м/с.

По результатам комплекту присваивают класс энергии от 0 до 8. MEL — максимальная энергия одного удара, от 100 кДж (класс 0) до более чем 4 500 кДж (класс 8); SEL — энергия, которую барьер останавливает дважды без ремонта; MEL не менее чем в три раза больше SEL. Остаточная высота: категория A — не менее 50 %, B — от 30 до 50 %, C — 30 % и менее.

Как выбрать класс энергии и место барьера?

По расчёту траекторий: масса и скорость расчётного блока дают кинетическую энергию (E = ½ m v²) и высоту отскока. По ONR 24810 энергию умножают на частный коэффициент 1,00, 1,05 или 1,15 по классу последствий, MEL делят на тот же коэффициент и выбирают наименьший подходящий класс.

Расчётные значения — квантили 99 % для энергии и 95 % для высоты отскока. Барьер ставят там, где энергия и отскок приемлемы и можно устроить анкеры; перенос вверх по склону снижает энергию, но усложняет доступ и монтаж.

Лавины

Как предотвращают лавины?

В трёх местах. В зоне зарождения ряды снегоудерживающих сеток или мостов и лесопосадки удерживают снежный покров, чтобы лавина не сошла. На пути лавины дамбы отклоняют или останавливают её. У дороги или здания объект защищает галерея. Искусственный спуск, закрытие дороги и раннее оповещение — временные меры.

Что такое снегоудерживающие сетки?

Это гибкие стальные конструкции, которые рядами устанавливают поперёк крутой зоны зарождения лавин. Они удерживают снежный покров на месте, чтобы он не начал скользить и не перерос в лавину. Их проектируют по швейцарскому техническому руководству FOEN/WSL (2007) по экстремальной высоте снега с периодом повторяемости 100 лет.

После монтажа

Как часто нужно осматривать защиту от камнепадов?

Не реже одного раза в год визуальный осмотр и дополнительная проверка после каждого значимого события — удара, ливня или землетрясения. Периодичность устанавливают в проекте по частоте событий и агрессивности среды, а контрольный список и отчётность записывают в договор.

Источники

• EAD 340059-00-0106 (2018), Falling rock protection kits; заменил ETAG 027 (2013).
• EAD 230025-00-0106 (2016), Flexible facing systems for slope stabilization and rock protection.
• EN 10223-3:2013, Hexagonal steel wire mesh products for civil engineering purposes.
• ONR 24810:2021, Technischer Steinschlagschutz.
• FOEN/WSL (2007), Defence structures in avalanche starting zones.
• Hungr, O., Leroueil, S., Picarelli, L. (2014), The Varnes classification of landslide types, an update. Landslides 11, 167–194.

Artusa проектирует, производит и монтирует эти системы и с 2009 года является представителем Geobrugg AG в Турции. Запросить обследование или предложение.