искать
Инженерная защита территорий

Габионы: достоинства, недостатки и возможности новых решений

Авторы
Аналитическая служба «ГеоИнфо»
Группа компаний ТРУМЕРСпонсор «ГеоИнфо»

В предлагаемом небольшом обзоре рассказывается о том, что такое габионы, какими бывают габионные конструкции и какие сооружения из них можно создать. Кратко описываются достоинства и недостатки габионных конструкций. Рассматриваются некоторые возможности увеличения прочности сооружений из габионных блоков.

Статья подготовлена при поддержке австрийской компании "Trumer Schutzbauten GmbH" (ООО "Трумер Щутцбаутен Рус"), которая является одним из ведущих мировых производителей систем защиты от опасных природных процессов с многолетним опытом и безупречной репутацией.

 

 

Термин «габион» пришел к нам из Франции (gabion), а туда – из Италии (gabbione – «большая клетка»). Габионы начали применять по крайней мере с XVI века – их использовали в военном деле. К месту боя доставлялись пустые плетеные корзины без дна, вставленные одна в другую, а уже на месте их заполняли выкопанными там же камнями, песком или землей и формировали из них защитные стенки вокруг орудий для прикрытия обслуживавших их людей (рис. 1, а). К XX столетию это уже были в основном мешки с песком, а к XXI веку оболочками для наполнителя стали служить стальные проволочные сетки (рис. 1, б) или мешки из особо прочной ткани.

 

Рис. 1. Габионы на артиллерийской позиции в 1856 году (а) и стены из современных габионов вокруг военной базы в Афганистане (б) [2]
Рис. 1. Габионы на артиллерийской позиции в 1856 году (а) и стены из современных габионов вокруг военной базы в Афганистане (б) [2]

 

Считается, что использовать габионные конструкции в гражданском строительстве первым предложил еще Леонардо Да Винчи на рубеже XV–XVI веков для усиления основания церкви Святого Марка в Милане. Начиная с конца XIX века быстро возводимые габионные сооружения стали применять для укрепления оползнеопасных участков крутых склонов вдоль автомобильных и железных дорог, для защиты от размыва земляных дамб, берегов водоемов, оснований и опор мостов.

В настоящее время вместо плетеных корзин используются контейнеры из прочных металлических сеток различных размеров и форм. Их заполняют каменным материалом – карьерным камнем, щебнем, булыжниками, галькой и т.д. Размер камней должен быть больше диаметра ячеек сетки, но не должен превышать его более чем в 1,5–2 раза, чтобы камни, с одной стороны, не выпадали из оболочки, а с другой – чтобы между ними не было слишком больших пустот. Элементы наполнителя должны быть долговечными, тяжелыми, твердыми, прочными, морозоустойчивыми, иметь низкое водопоглощение и не терять прочности и твердости при насыщении водой. При этом чем более угловатыми будут камни, тем лучше будет блокировка и тем меньше будет деформирование габионных конструкций в процессе их работы.

 

По форме габионы чаще всего бывают:

  • коробчатыми (обычно в виде прямоугольных параллелепипедов шириной 1–2 м, длиной 2–6 м и высотой 0,5–1 м, иногда с армирующими перегородками внутри);
  • цилиндрическими, или мешкообразными (обычно длиной 2–4 м и диаметром 0,65–0,95 м);
  • матрасно-тюфячными (в виде «уплощенных» прямоугольных параллелепипедов шириной 1–2 м, длиной 1–6 м и высотой 0,2–0,3 м, часто с армирующими перегородками внутри).

 

Имеется две основные разновидности оболочек габионов.

 

1. Чаще всего используется плетеная сетка из стальной проволоки двойного кручения диаметром от 2,2 до 4 мм. Ячейки сетки являются шестиугольными. Проволока может быть оцинкованной, иметь усиленное антикоррозионное покрытие из цинка и алюминия или ПВХ-покрытие. При изготовлении коробчатых или матрасно-тюфячных габионов сетка прикрепляется к жесткому каркасу, а в случае цилиндрических габионов она сшивается по всей длине специальной вязальной проволокой и затягивается на концах в виде «конфеты» (рис. 2–4). Все эти конструкции в России создают по ГОСТ Р 52132-2003.

 

2. Применяются также сварные сетки с четырехугольными ячейками из стальных прутьев или фрагментов проволоки диаметром от 4–5 мм, скрепленных точечной сваркой (рис. 5). Сварные конструкции являются более жесткими по сравнению с плетеными, хорошо держат заданную форму и позволяют создавать сооружения со сложной геометрией, однако их не рекомендуют использовать для укрепления склонов и берегов, если там возможны повышенные статические и динамическе нагрузки. В России для серьезных проектов такие конструкции пока не используют, поскольку в нашей стране для них еще не разработана нормативно-техническая документация.

 

Рис. 2. Оцинкованная проволока двойного кручения для создания плетеных оболочек габионов (а); ячейка плетеной сетки для габиона из такой проволоки (б) и контейнер для прямоугольного коробчатого габиона с армирующей перегородкой, изготовленный из плетеной сетки, прикрепленной к жесткому каркасу (в) [1, 16]
Рис. 2. Оцинкованная проволока двойного кручения для создания плетеных оболочек габионов (а); ячейка плетеной сетки для габиона из такой проволоки (б) и контейнер для прямоугольного коробчатого габиона с армирующей перегородкой, изготовленный из плетеной сетки, прикрепленной к жесткому каркасу (в) [1, 16]

 

Рис. 3. Цилиндрический габион из стальной сетки, сплетенной из проволоки двойного кручения. Из-за отсутствия ребер жесткости такие габионы являются более гибкими, чем коробчатые [1]
Рис. 3. Цилиндрический габион из стальной сетки, сплетенной из проволоки двойного кручения. Из-за отсутствия ребер жесткости такие габионы являются более гибкими, чем коробчатые [1]

 

Рис. 4. Незаполненная оболочка для матрасно-тюфячного габиона с армирующими перегородками (без крышки), выполненная из стальной сетки, сплетенной из проволоки двойного кручения [1]
Рис. 4. Незаполненная оболочка для матрасно-тюфячного габиона с армирующими перегородками (без крышки), выполненная из стальной сетки, сплетенной из проволоки двойного кручения [1]

 

Рис. 5. Сварная оболочка для коробчатого габиона. Такие конструкции более жесткие и считаются более прочными и эстетичными [18]
Рис. 5. Сварная оболочка для коробчатого габиона. Такие конструкции более жесткие и считаются более прочными и эстетичными [18]

 

Коробчатые габионные блоки используются при сооружении стенок для защиты склонов и берегов от оползней, эрозии и размыва, для террасирования участков, в ландшафтном дизайне (для строительства клумб, садовых скамеек и т.д.), для облицовки и строительства оград, стен невысоких зданий, а иногда и для создания фундаментов легких строений (рис. 6–13). Смежные блоки прочно связывают между собой по ребрам жесткости вязальной проволокой и при необходимости закрепляют на склоне грунтовыми анкерами (еще до заполнения камнями). Иногда коробчатые габионы в составе защитных стенок дополнительно скрепляют по наружной стороне единой толстой проволокой по всему периметру склона (особенно верхний ряд).

 

Рис. 6. Подпорная стенка из коробчатых габионов на крутом склоне для защиты пешеходной дорожки (а) и укрепленный коробчатыми габионами горный склон для поддержки автомобильной дороги (б) [1, 13]
Рис. 6. Подпорная стенка из коробчатых габионов на крутом склоне для защиты пешеходной дорожки (а) и укрепленный коробчатыми габионами горный склон для поддержки автомобильной дороги (б) [1, 13]

 

Рис. 7. Стенка из коробчатых габионов, защищающая от размыва берег небольшой речки [2]
Рис. 7. Стенка из коробчатых габионов, защищающая от размыва берег небольшой речки [2]

 

Рис. 8. Использование коробчатых габионов для террасирования склона [11]
Рис. 8. Использование коробчатых габионов для террасирования склона [11]

 

Рис. 9. Использование коробчатых габионов в качестве опоры для лестницы [11]
Рис. 9. Использование коробчатых габионов в качестве опоры для лестницы [11]

 

Рис. 10. Использование коробчатых габионов в качестве оград [11]
Рис. 10. Использование коробчатых габионов в качестве оград [11]

 

Рис. 11. Использование коробчатых габионов для строительства или облицовки стен невысоких зданий (б) [12]
Рис. 11. Использование коробчатых габионов для строительства или облицовки стен невысоких зданий (б) [12]

 

Рис. 12. Использование коробчатых габионов в ландшафтном дизайне [11, 18]
Рис. 12. Использование коробчатых габионов в ландшафтном дизайне [11, 18]

 

Рис. 13. Использование коробчатых габионов для декорирования помещений (а) и создания садовой мебели (б) [11, 12]
Рис. 13. Использование коробчатых габионов для декорирования помещений (а) и создания садовой мебели (б) [11, 12]

 

Цилиндрические габионы как более гибкие и более послушно повторяющие форму подстилающей поверхности применяются для укрепления береговых линий и русел рек, при возведении дамб, для ликвидации аварий на дамбах и водоемах, для защиты коммуникаций при их прокладке по дну водоемов, для обустройства оснований подпорных стенок, для защиты берегов от подмыва и для других целей (рис. 14).

 

Рис. 14. Пример использования цилиндрических габионов в качестве основания для подпорной стенки из коробчатых габионов [1]
Рис. 14. Пример использования цилиндрических габионов в качестве основания для подпорной стенки из коробчатых габионов [1]

 

Матрасно-тюфячные габионные блоки используются для выстилки пологих склонов, берегов и иногда дна водоемов в целях защиты от оползания, эрозии и размыва, для выстилки горизонтальных поверхностей при террасировании склонов, для упрочнения основы дорожного полотна, в ландшафтном дизайне, а также в качестве оснований подпорных стенок из коробчатых габионов (рис. 15, 16). Благодаря малой толщине такие габионы способны легко повторять форму рельефа выстилаемого участка. Смежные блоки соединяют между собой вязальной проволокой. Если существует вероятность сползания матрасно-тюфячных конструкций, их закрепляют грунтовыми анкерами. Кроме того, предлагают использовать единые сетчатые крышки по всей длине склона (однако ширина такого сетчатого полотна не должна превышать 2 м) [1] (рис. 17). Естественно, эти крышки должны прочно прикрепляться к нижней части конструкции с помощью вязальной проволоки и иногда грунтовых анкеров. Можно также использовать дополнительную заанкеренную георешетку поверх готового габионного покрытия [18]. Отметим, что в основаниях матрасно-тюфячных покрытий раньше часто использовали щебеночно-песочную подсыпку в качестве обратного фильтра, а теперь для этих целей все чаще применяют геотекстиль, который позволяет снизить требуемый слой песка на 20% и более.

 

Рис. 15. Примеры использования матрасно-тюфячных габионов для выстилки пологих берегов пруда (а) и горной реки (б) [1, 13]
Рис. 15. Примеры использования матрасно-тюфячных габионов для выстилки пологих берегов пруда (а) и горной реки (б) [1, 13]

 

Рис. 16. Пример использования матрасно-тюфячных габионов в ландшафтном дизайне. Благодаря малой толщине такие габионы способны легко повторять изгибы окружаемого участка [3]
Рис. 16. Пример использования матрасно-тюфячных габионов в ландшафтном дизайне. Благодаря малой толщине такие габионы способны легко повторять изгибы окружаемого участка [3]

 

Рис. 17. Установка крышки матрасно-тюфячного габионного покрытия на всю длину укрепляемого склона [1]
Рис. 17. Установка крышки матрасно-тюфячного габионного покрытия на всю длину укрепляемого склона [1]

 

Конечно, габионы по форме могут быть не только прямоугольными коробчатыми, цилиндрическими или матрасно-тюфячными. Например, для строительства криволинейных изгородей или подпорных стенок могут применяться блоки в виде трапециевидных призм (рис. 18). А в ландшафтном дизайне могут использоваться вообще какие угодно формы габионных конструкций (в данном случае чаще сварных) (рис. 19).

 

Рис. 18. Применение ряда коробчатых габионов в виде трапециевидных призм при создании криволинейной части ограды или для защиты криволинейного участка склона [1]
Рис. 18. Применение ряда коробчатых габионов в виде трапециевидных призм при создании криволинейной части ограды или для защиты криволинейного участка склона [1]

 

Рис. 19. Примеры необычных форм сварных габионов, используемых в ландшафтном дизайне [6, 10]
Рис. 19. Примеры необычных форм сварных габионов, используемых в ландшафтном дизайне [6, 10]

 

В целом можно выделить следующие основные преимущества габионных конструкций:

  • достаточно высокие прочность, надежность и долговечность;
  • относительная податливость, что значительно уменьшает возможность повреждения габионных конструкций при сезонных подвижках (самих конструкций, подстилающего их или удерживаемого ими грунта);
  • хорошая водопроницаемость (при установке можно сэкономить на создании дополнительной дренажной системы);
  • сравнительно небольшая стоимость материалов, простота хранения, доставки элементов и сборки на месте готовых габионных конструкций по сравнению с монолитными сооружениями;
  • экологичность (безвредность для окружающей среды);
  • мультифункциональность;
  • эстетичность (габионные конструкции хорошо вписываются в любой пейзаж при грамотном проектировании, их можно даже покрывать почвой и зелеными насаждениями).

 

Однако у габионных сооружений есть и недостатки, которые начинают проявляться с увеличением сложности и масштабности проектов. Например, риски недопустимых деформаций и разрушений становятся высокими, если речь идет об укреплении нескольких десятков или сотен метров берега или склона, а высота конструкции превышает 3–5 м (считается, что высота стенки из габионов вообще не должна превышать 12 м, что, к сожалению, часто не соблюдается). Если грунт слишком подвижный и есть риск его обрушения, то стенка из габионов скорее всего не спасет и обрушится вместе с ним (рис. 20). Ошибки, которые могут привести к разрушению габионной конструкции, могут быть допущены при проектирования и/или при выборе материалов и монтаже [1–7, 9–13, 16, 18].

 

Рис. 20. Деформации и разрушения масштабных габионных стен, возможные нагрузки на которые были изначально оценены неверно [17, 18]
Рис. 20. Деформации и разрушения масштабных габионных стен, возможные нагрузки на которые были изначально оценены неверно [17, 18]

 

В целях увеличения несущей способности габионных стенок малайзийские геотехники М. Рамли, Т.Дж.Р. Карасу и их иракский коллега И.Т. Давуд [17] предложили интересное решение. Они исследовали возможность увеличения надежности габионной защиты оснований, фундаментов и надфундаментных частей промежуточных и концевых опор мостов от водной эрозии, размыва и разрушений.

Несмотря на ряд преимуществ габионных стенок, они могут разрушиться, если на них будут воздействовать слишком большие горизонтальные давления. Внезапное увеличение боковых воздействий со стороны сильного течения, влекомых им обломков и/или при росте гидростатического давления в грунте обратной засыпки вокруг оснований опор (например, при паводках и наводнениях) может вызвать горизонтальные смещения смежных габионных блоков друг относительно друга, если они имеют форму прямоугольных параллелепипедов (прямоугольных призм) и стопообразно уложены друг на друга. А это в конце концов может привести к разрушению всей защитной конструкции. Сопротивление горизонтальным смещениям в таких случаях почти полностью зависит от вязальной проволоки, скрепляющей габионные блоки между собой.

Поскольку стенки из габионов, по сути, являются гравитационными сооружениями, увеличить их сопротивление горизонтальным воздействиям можно путем значительного увеличения их массы, что может оказаться экономически невыгодным или даже недостижимым из-за проблем с установкой блоков. Поэтому М. Рамли с соавторами [17] и решили изучить возможность применения габионов той же массы, но другой формы. Они предложили использовать блоки в виде шестиугольных призм и их взаимоблокирующую (взаимозамыкающую) укладку в виде пчелиных сот с созданием сплошной защитной стенки (рис. 21). В нижнем и в верхнем ряду такой стенки понадобились также и полугексагональные блоки (рис. 22, в). Отметим, что ранее этот метод (метод Йорка), использовался только для облицовки бетонных стен [14].

Традиционная стенка из прямоугольных габионов и стенка такого же размера из гексагональных блоков (см. рис. 21) испытывались авторами работы [17] на поэтапно повышающееся боковое давление (путем увеличения гидростатического давления с «наружной» стороны). Высота стенок составляла 1,8 м, ширина – 1,75 м. Их передние части были двойными до высоты 3/5 от общей высоты. Средняя плотность габионов была равна 2 т/м3.

 

Рис. 21. Модели двух габионных стенок: из традиционных прямоугольных призм, стопообразно уложенных друг на друга (слева), и из шестиугольных призм, уложенных взаимоблокирующим образом в виде пчелиных сот (справа) [17]
Рис. 21. Модели двух габионных стенок: из традиционных прямоугольных призм, стопообразно уложенных друг на друга (слева), и из шестиугольных призм, уложенных взаимоблокирующим образом в виде пчелиных сот (справа) [17]

 

Рис. 22. Габионы прямоугольной (а), гексагональной (б) и полугексагональной (в) формы [17]
Рис. 22. Габионы прямоугольной (а), гексагональной (б) и полугексагональной (в) формы [17]

 

При испытаниях измерялись горизонтальные и вертикальные смещения 220 точек на поверхностях каждой из этих стенок и фиксировались предельные нагрузки в моменты окончательного разрушения конструкций.

Вертикальные смещения оказались беспорядочными и очень незначительными (со средним относительным смещением всего 0,001%), поэтому их далее не стали анализировать.

Измеренные горизонтальные смещения каждой точки позволили определить средние значения деформаций стенок на различной высоте для каждой стадии нагружения. Стенка из гексагональных габионов оказалась гораздо более устойчивой к деформированию и значительно менее подверженной разрушеням даже при повышенных горизонтальных давлениях.

Несомненно, эти наблюдения имеют большое практическое значение, поскольку они показали перспективность использования гексагональных габионных блоков для строительства защитных стенок, которые должны противостоять горизонтальным нагрузкам. Однако авторы работы [17] отметили, что произошедшие деформации на всех этапах нагружения обеих испытанных стенок были необратимыми, то есть обе они не вели себя как упругие конструкции.

В любом случае, в предложенном М. Рамли с соавторами направлении [17] нужны дополнительные исследования и выработка нормативов.

В заключение следует подчеркнуть, что для создания действительно надежных сооружений из габионов необходимо предварительно выполнить качественные и достаточные инженерные изыскания на участке будущего строительства, верно оценить все возможные нагрузки на эти сооружения и только на этой основе подготовить проект в полном соответствии с нормативными документами, а также ни в коем случае не допустить ошибок в выборе материалов и при монтаже.

Список литературы и других источников

  1. Виды и технология сборки габионных конструкций // Strport. Дата последнего обращения: 03.10.2019. URL: strport.ru/uchastok/vidy-i-tekhnologiya-sborki-gabionnykh-konstruktsii.
  2. Габион // Ru.Wikipedia. Дата последнего обращения: 28.06.2019. URL: ru.wikipedia.org/wiki/Габион.
  3. Габионы в ландшафтном дизайне – надежность металла и природная красота // Tutmet.ru. Дата последнего обращения: 06.10.2019. URL: tutmet.ru/gabiony-v-landshaftnom-dizajne.html.
  4. Габионы: от Леонардо да Винчи до реконструкции // Re-con.ru. Дата последнего обращения: 06.10.2019. URL: re-con.ru/stati-i-dokumentatsiya/stati/gabiony-ot-leonardo-da-vinchi-do-rekonstruktsii.
  5. Десять преимуществ габионов // Geofast.ru. Дата последнего обращения: 06.10.2019. URL: https://geofast.ru/stati/10-preimuschestv-gabionov.
  6. Ландшафтный дизайн и габионы // AGRO-portal.su. 05.12.2017. URL: agro-portal.su/t-stati/9624-landshaftnyy-dizayn-i-gabiony.html.
  7. Недостатки габионов: о чем молчат производители // Uccr.su. 23.12.2016. URL: uccr.su/news/articles/342/.
  8. По факту разрушения подпорной стены на «Спутнике» во Владивостоке проводится проверка. Огромная 40-метровая габионная конструкция нависла над дорогой // Primamedia.ru. 22.06.2012. URL: https://primamedia.ru/news/22.06.2012/212312/.
  9. Сварные и плетеные габионы: сравнительный обзор // Реконструкция. 18.07.2018. URL: re-con.ru/stati-i-dokumentatsiya/stati/svarnye-i-pletenye-gabiony-sravnitelnyy-obzor/.
  10. Что такое габионы? Описание, виды, применение и монтаж габионов // Zastpoyka.ru. Дата последнего обращения: 06.10.2019. URL: zastpoyka.ru/chto-takoe-gabiony-opisanie-vidy-primenenie-i-montazh-gabionov/.
  11. Fifty gabion wall and fence ideas (photos) // Home Stratosphere. The last access date: 06.10.2019. URL: homestratosphere.com/gabion-wall-ideas/.
  12. Gabion walls and their role in contemporary architecture // Homedit.com. The last access date: 06.10.2019. URL: homedit.com/gabion-walls-in-architecture/.
  13. Gabion // En.Wikipedia. The last access date: 06.10.2019. URL: en.wikipedia.org/wiki/Gabion.
  14. Jones C.J.F.P. The Уork method of reinforced earth construction // Pproceedings of the ASCE Symposium on Earth Reinforcement. Pittsburgh: ASCE, 1978.
  15. ljrate.ru/post/160/677983.
  16. Patil V., Chopade N., Nadkarni G. A review paper on gabion walls // International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET). 2019. Vol. 6. № 1.
  17. Ramli M., Karasu T.J.r., Dawood E.T. The stability of gabion walls for earth retaining structures // Alexandria Engineering Journal. Alexandria: Faculty of Engineering of Alexandria University, Elsevier B.V., 2013. Vol. 52. № 4. P. 705–710.
  18. Toprak B., Sevim O., Kalkan I. Gabion walls and their use // International Journal of Advances in Mechanical and Civil Engineering, 2016. Vol. 3, № 4.

 

Статья подготовлена при поддержке австрийской компании «Trumer Schutzbauten GmbH» (ООО «Трумер Щутцбаутен Рус»), которая является одним из ведущих мировых производителей систем защиты от опасных природных процессов с многолетним опытом и безупречной репутацией. ПОСМОТРИТЕ ИХ САЙТ.

Журнал остается бесплатным и продолжает развиваться.
Нам очень нужна поддержка читателей.

Поддержите нас один раз за год

Поддерживайте нас каждый месяц