Все описанные варианты инженерной защиты склонов и

Д О К Л А Д
SKI BUILD EXPO 5
Спортивные эрозионно устойчивые природно-
Форум «Горнолыжные
комплексы.
Строительство,
эксплуатации, безопасность»
18 мая 2007
технические сооружения
(на примере горнолыжного курорта
Сорочаны).
(495) 945 60 01 ski@skiexpo.ru
Торгово-промышленная
Палата России
Конгресс Центр
Ильинка, 6 Москва
www.skiexpo.ru
доц. к.т.н. Афонина Марина Игоревна
Московский Государственный Строительный Университет
кафедра «Экологии Городского строительства и хозяйства»
В последние десятилетия в связи с возросшим интересом к здоровому образу
жизни и увеличением доходов населения резко возрос
оздоровительных,
спортивных
спрос на услуги
и комплексных рекреационных объектов.
Реконструируются старые спортивные сооружения, появились новые объекты с
высоким уровнем сервиса. Спортивное строительство использует последние
достижения
в
материаловедении,
оборудовании
Горнолыжные спортивные комплексы создаются
и
технологии.
даже в нетрадиционных
странах с помощью самых последних технологий, появление закрытого комплекса
в Дубаи (ОАЭ) является ярким примером такого развития.
Фото
Рис.1. Строительство круглогодичного горнолыжного комплекса в Дубаи
(ОАЭ)
Проект создания первого в России круглогодичного горнолыжного курорта,
который был предложен региональной финансово-строительной компанией
(РФСК) в начале 2002 г., обретает реальные очертания. Группа компаний “СУ155” намерена построить крытый горнолыжный комплекс в районе Павшинской
поймы.
Стоимость
проекта
оценивается
в
100
млн.
долларов.
Несмотря на грандиозные проекты развития горнолыжного спорта в «закрытых»
спортивных сооружениях с искусственно создаваемым климатом, традиционно
1
сохранятся и будут развиваться комплексы в естественной природной среде.
самой столице,
несмотря на стесненные городские условия,
привычные внутригородские
места
для занятий
В
функционируют
зимними видами спорта -
Воробьевы Горы, Крылатское, Коломенское и др. Совместное катание на одном
склоне начинающих и опытных спортсменов на
приводит
к
повышенному
травматизму,
лыжах, сноубордах и санках
поэтому
возникает
объективная
необходимость расширения площадей катания.
Эксперты указывают на возрастающую популярность горнолыжных курортов
в Подмосковье. “Количество катающихся каждые два года удваивается”, —
говорит коммерческий директор группы компаний “Кант” Даниил Виноградов. По
его оценке, оборот рынка горнолыжного отдыха в регионе достигает 50 млн.
долларов, а в выходные на подмосковных склонах катается около 60 000 человек.
Крупнейшие склоны на Дмитровском шоссе — “Волен”, “Яхрома”, “Сорочаны” —
всегда переполнены, соглашаются в Олимпийском комитете России [7] .
При строительстве и эксплуатации масштабных спортивных сооружений в
большинстве случаев
происходит не только деградация, но и уничтожение
почвенного и растительного покрова, а также коренные ландшафтные изменения
территории
в целом. Процессы естественного восстановления нарушенных
ландшафтов, протекают медленно и не достаточно эффективно. Лишенные
растительного покрова и частично нарушенные обнаженные породы подвергаются
интенсивной
воздушной и водной эрозии, на склонах и откосах развиваются
активные эрозионно-склоновые процессы.
Фото
Рис. 2. Эрозионно-склоновые процессы. Спортивно-стрелковый комплекс
«Лисья Нора» МО.
2
Распределение по типам эрозии представляется следующим образом:
- размыв - 81,5%;
- поверхностный снос грунтов с откосов -16,8 %;
- выветривание - 1,7 %.
Выявлены причины возникновения эрозионных склоновых процессов:
- недостаточный учет явления при проектировании - 43,8 %
- повреждение водоотводных систем – 26,7 %
- другие – 29,5 %. [6]
При
строительстве
спортивных
сооружений
в
качестве
основного
строительного материала используются различные типы грунтов, в том числе
техногенные и комплексная инженерная защита.
Для исправления поврежденных эрозией участков рекомендуется
типа мероприятий: - обработка почвенного слоя
восстановление
три
и высев трав (27 %); -
и улучшение откосов высевом трав (58 %); - исправление
существующих укрепляющих конструкций (15 %).
Таким образом созданные искусственные инженерные сооружения нами
классифицированы как природно-технические системы (ПТС), представляющий
собой единый функциональный объект, состоящий из двух различных по своей
природе компонентов: биологический и строительный (техногенный).
фото
Рис.3. Укрепление нагорных канав геосинтетическим материалом и
остановление эрозионных процессов Лисья Нора фото 2004 и 2007 гг.
В
свою
очередь
инженерная
защита
такой
системы
представлена
конструкционным материалом, например, геосинтетическим, образующим матрицу
защитного экрана. Назначение матрицы – обеспечение устойчивого закрепления
3
биологической составляющей системы на поверхности склона или откоса и
создание благоприятных условий для развития биологического сообщества на
самых сложных начальных этапах жизненного цикла ПТС. [3]
Биологическая
составляющая
ПТС
включает
растительный
грунт
и
посадочный материал, при этом объем растительного грунта должен быть
минимальным,
чтобы
наиболее
оптимально
обеспечить
конструкционную
устойчивость системы, но быть достаточным для запуска естественного процесса
развития ее биологической составляющей.
Доля биологического и строительного компонента на различных объектах
может варьировать, и в частном случае объект
может быть либо чисто
техническим либо биологическим.
Принципы выбора конструкций укрепления откосов.
При проведении
мероприятий на откосах земляного полотна природно-
технических сооружений возникают следующие
проблемы, требующие
своевременного разрешения:
- инженерное обоснование проектно-строительных работ;
- этапность проведения рекультивационных мероприятий;
- выбор видового состава растительного сообщества, заселяемого на
рекультивируемом объекте.
Типы строительных конструкций
противоэрозионной инженерной защиты
Уплотненные существующие
грунты и природные породы
Биологические укрепления
Деревянные конструкции
Бетонные элементы
Габионовые конструкции
Конструкции из
геосинтетичсеких материалов
Таркрет бетон
4
Рис. 4. Типы противоэрозионной инженерной защиты
Тип конструкций, укрепляющих склоны, следует выбирать в зависимости
от
физико-механических
свойств
грунтов,
слагающих
откосы,
погодно-
климатических факторов, гидрологического режима, высоты насыпи и глубины
выемки, а также наличия местных строительных материалов.
Наличие большого числа факторов, влияющих на противоэрозионную
устойчивость,
подчеркивает
индивидуальный
характер
каждого
объекта
проектирования. Приходится учитывать наряду с объективными техническими
факторами индивидуальные, например, асимметрию склонов. Под влиянием
солнечных лучей в умеренном климате обращенные к солнцу выпуклые склоны
покрываются густой растительностью, а затененные заболачиваются, особенно у
основания. [4]
При восстановлении нарушенных земель и при создании защиты склонов от
эрозионных
процессов
наиболее
щадящим
для
окружающей
среды
и
результативным является биологический метод рекультивации.
фото
Рис. 5. Наличие растительности на склонах горнолыжного курорта Сорочаны
(фото лето 2006г.)
Влияние растительного покрова достаточно разнообразно. Культуры с
мочковатой корневой системой повышают агрегированность и, как следствие,
повышают
противоэрозионную
стойкость.
В
этом
отношении
особенно
эффективны многолетние травы, которые увеличивают противоэрозионную
стойкость почв в несколько раз. Корни, особенно мелкие, также увеличивают
противоэрозионную стойкость. Они связывают отдельные частицы грунта между
собой и уменьшают скорость потока у поверхности почвы. Кроме того, корни и
5
растительные остатки, поступая в почву, обогащают ее органическими
веществами, что способствует повышению противоэрозионной стойкости почвы.
Основной почвозащитный эффект оказывают надземные части растений. Они
рассеивают кинетическую энергию дождевых капель, предотвращая разрушение
структуры поверхностного слоя почвы и образование слабо водопроницаемой
корки. Эффективность защиты почвы от ударов дождевых капель определяется
проективным покрытием растительности. При 90%-м проективном покрытии
установившееся впитывание воды на карбонатных черноземах и каштановых
почвах, например, составляет 1,5 – 2,5 мм/мин, а на оголенных участках 0,2 – 0,3
мм/мин. Кроме того, растительность, рассеивая кинетическую энергию капель, на
порядок снижает транспортирующую способность пластовых потоков.
Почвозащитная способность однолетних культур и в меньшей степени
многолетних трав изменяется в течение года. Она увеличивается по мере
накопления растительной массы и резко падает в осенне-весенний период.
Поэтому часто почвозащитную способность определяют по отдельным фазам
развития растений. Однако реальная почвозащитная эффективность культуры
определяется не только динамикой ее развития, но и внутригодовым
распределением эрозионно-опасных ливней. [1]
Строительная конструкция
в
сочетании с биологическими средствами
защиты должна обеспечивать устойчивость природно –технической системы к
эрозионным процессам и выполнять экологическую задачу в процессе всего
срока службы объекта.
Все вышеперечисленные способы использования противоэрозионной защиты
логично укладываются в концепцию фитоконструирования, которая состоит в
соединении живых растений с искусственным или естественным материалом,
при чем растительность становится составной частью конструкции. [2]
6
Опыт анализа противоэрозионных мероприятий на горнолыжном
курорте Сорочаны.
Для занятия горнолыжным спортом в 40 км от г. Москвы по Дмитровскому
шоссе в пойме реки Яхрома в 2001г. был создан спортивно-развлекательный
курорт «Сорочаны»
с насыпным холмом (рис. 6). Этот холм сооружен из
мореного суглинистого грунта
с включениями гравия на местности с
существующим склоном. Насыпные грунты – преимущественно песчаного
состава, реже супесчаные, неоднородные, с многочисленными включениями
обломков кирпича и бетона, гравия, строительного мусора, с прослоями
суглинков, маловлажные, различной плотности сложения. Общий объем
насыпного грунта составил около 2 млн. м3.
Фото
Рис.6. Общий вид горнолыжного курорта «Сорочаны»
Такое искусственное сооружение, согласно СНиП 2.06.01-86, относится к III
классу ответственности (по назначению) как сооружение, возводимое на
песчаном или глинистом основании. Проект и оценка устойчивости естественных
склонов
и откосов искусственных насыпей, выполнены МГСУ в 2000 г.
Геологическое
строение
насыпного
холма
определялось
5
инженерно-
геологическими разрезами, попадающими в зоны проведения укрепительных
работ по защите искусственного насыпного склона от развития эрозионных
процессов. Район расположения горнолыжной базы «Сорочаны» (пос. Курово,
Дмитровского района) характеризуется как типичный для Подмосковья,
характеризующийся избыточным увлажнением грунта вследствие значительного
количества
эксплуатации
выпадающих осадков и малой испаряемости. Поэтому опыт
этого
объекта,
и
полученные
7
результаты
могут
быть
распространены на Московский регион в целом. Искусственно созданная
территория, склоны и откосы холма не имели растительности и плодородного
гумусного слоя, что неизбежно привело к развитию эрозионных процессов.
Рис. 5. Склон 2 , подверженный эрозионным процессам (фото 2006 год.)
Поэтому в течение всего периода эксплуатации курорта проводятся работы
по защите от развития эрозионно-склоновых процессов.
Площади, занятые противоэрозионными конструкциями
Таблица 2.
N/N
Вид конструкций
Введение в
эксплуатацию
Площадь
укрепления
1
Деревянные конструкции
18,8 тыс. м2
2
Биоматы
2001
2002
2004
3
Мак-маты
2004
10,553 тыс. м2
4
Габионы
2004
4,674 тыс. м2
5
Геоячееки
2005
16,57 тыс. м2
2006
24,264 тыс. м2
6,03 тыс. м2
«Прудон – 494»
6
Все
Геосинтетические материалы
описанные
варианты
инженерной
защиты
склонов и
откосов
горнолыжного курорта Сорочаны
функционируют различное время, в различных
микро-климатических
и
условиях
техногенных
нагрузках.
Наблюдения
показывают, что не во всех случаях принятые решения достаточно эффективны,
что позволяет сформулировать следующие выводы.
8
фото
Рис.6. Склоны после проведения противоэрозионных мероприятий (правое
фото -геосинтетические материалы, левое фото – деревянная обрешетка)
ВЫВОДЫ
Обеспечение надежной и
эффективной защиты склонов от развития
эрозионных процессов требует решения комплексной биолого-технической задачи
по обеспечению устойчивого существования биологической компоненты в
качестве неотъемлемой части противоэрозионной защиты природно-технической
системы.
Несмотря на
накопленный опыт, создание каждого
крупномасштабного
искусственного спортивного сооружения требует индивидуального решения по
выбору противоэрозионной защиты.
Такой комплексный объект в настоящее время еще не имеет достаточно
разработанных
эффективных
расчетных
алгоритмов
противоэрозионных
для
конструкций.
надежного
Для
проектирования
минимизация
риска
экономических потерь требуется предварительная экспериментальная проверка
принимаемых проектных решений и, кроме того на уже построенном объекте
следует выделить специальные экспериментальные площадки для своевременного
принятия при необходимости правильных корректирующих решений.
Для
снижения
эксплуатационных
комплексного мониторинга
затрат
необходима
организация
по наблюдению за уровнем поверхностных
и
грунтовых вод, состоянием растительного покрова, влиянием искусственного
оснежения на эрозионно-склоновые процессы. [3]
9
Библиографический список.
1) Алексеев
А.А.
гекомпозизионных
Геологическая
эффективность
применения
экранов
восстановлении
ландшафтов,
при
нарушенных горнодобывающей промышленности./ Автореферат дис. на
соискание ученой ст. к.т.н. МГСУ М. 2006.
2) Афонина М.И. Исследования фитоконструктивных модулей
для
санации городской среды и разработка технологии их создания и
внедрения./ Автореферат. дис. на соискание ученой ст. к.т.н. МГСУ М.
2000.
3) Щербина
Е.В.,
Афонина
М.И.,
Отчерцов
М.В.,
Шатохин
В.Н.
Противоэрозионная защита искусственных грунтовых сооружений. (Опыт
эксплуатации горнолыжного курорта «Сорочаны»)
4) Трескинский С.А. Склоны и откосы в дорожном строительстве. М.:
Транспорт, 1984.-156с.
5) Методические рекомендации по выбору конструкции укрепления
конусов и откосов земляного полотна, технологии и механизации
укрепительных работ. Министерство транспортного строительства.
(СОЮЗДОРНИИ) Москва 1981.
6) Roadside erosion causes and factors: Minnesota survey analysis. Sullivan R.,
Foot L.E “Ttansp.Res.Rec.”, 1983 N 948, 47-54
7) Яндекс. «Московские горнолыжные курорты».
10