Что такое габионы и какие возможности предоставляют коробчатые структуры

Исследуем в этом обзоре габионы, их разновидности и применение в строительстве. Обсуждаются сильные и слабые стороны использования габионных конструкций. А также рассматриваются новые методы увеличения прочности этих строений.

Термин «габион» произошел из французского (gabion), изначально пришедшего из Италии (gabbione — «большая клетка»). Их применение началось еще в XVI веке, где их использовали в военных целях. На театр боевых действий доставлялись пустые корзины без дна, которые вкладывали друг в друга, а затем заполняли камнями, песком или землей для создания защитных стен вокруг артиллерийских орудий для защиты обслуживающего персонала . К XX веку они стали представлять собой больше мешков с песком, а в XXI веке стали использовать стальные проволочные сетки или специальные мешки из высокопрочной ткани для создания оболочек для наполнения.

История и Применение Габионных Конструкций

Использование габионных конструкций в гражданском строительстве было предложено Леонардо да Винчи для укрепления фундамента церкви Святого Марка в Милане между XV и XVI веками. С конца XIX века эти быстро возводимые подпорные структуры стали широко использоваться для укрепления оползнеопасных участков крутых склонов, защиты от размыва земляных дамб, береговых линий и фундаментов мостов вдоль автомобильных и железнодорожных магистралей.

Современные габионы представляют собой контейнеры из прочных металлических сеток различных размеров и форм. Они наполняются различными каменными материалами, такими как карьерный камень, щебень, булыжники или галька. Размеры камней должны соответствовать размеру ячеек сетки, чтобы обеспечить стабильность конструкции и избежать образования больших пустот.

Элементы, используемые для наполнения габионов, должны обладать несколькими характеристиками: долговечностью, тяжестью, прочностью, устойчивостью к морозу, низким поглощением воды и сохранением прочности даже при насыщении водой. Чем более угловатыми будут камни, тем лучше будет блокировка и меньше деформаций в процессе эксплуатации габионных конструкций.

Габионы могут иметь разные формы:

  • Коробчатые (чаще всего представлены в виде прямоугольных параллелепипедов с различными размерами).
  • Цилиндрические (или мешкообразные).
  • Матрасно-тюфячные (уплощенные прямоугольные параллелепипеды, часто с армирующими перегородками внутри).
  • Выбор конкретной формы зависит от конкретных требований и особенностей местности.

Такие современные габионы представляют собой эффективные и надежные подпорные конструкции, доступные на рынке у различных производителей по разнообразным ценам, соответствующим стандартам качества и безопасности, включая ГОСТ.

Разновидности оболочек габионов: Оценка Типов и Применение

1. Плетеная сетка из стальной проволоки

Одной из основных разновидностей оболочек габионов является плетеная сетка, изготовленная из стальной проволоки двойного кручения диаметром от 2,2 до 4 мм. Ячейки сетки обычно имеют шестиугольную форму. Эта проволока может быть оцинкованной, иметь антикоррозионное покрытие из цинка и алюминия или обладать ПВХ-покрытием. При создании коробчатых или матрасно-тюфячных габионов сетка прикрепляется к жесткому каркасу, в то время как для цилиндрических габионов она сшивается по всей длине специальной вязальной проволокой и затягивается на концах в форме «конфеты». В России все такие конструкции изготавливаются в соответствии с ГОСТ Р 52132-2003 и ТУ 1275-008-68781351-2018.

2. Сварные сетки

Второй вид оболочек габионов представляют сварные сетки с четырехугольными ячейками, изготовленные из стальных прутьев или фрагментов проволоки диаметром от 4–5 мм и соединенных точечной сваркой. Сварные конструкции более жесткие по сравнению с плетеными и хорошо удерживают заданную форму. Они позволяют создавать сооружения сложной геометрии. Однако, для укрепления склонов и берегов, где возможны повышенные статические и динамические нагрузки, не рекомендуется использовать сварные сетки. В России для таких серьезных проектов пока не разработаны соответствующие нормативно-технические документы.

Коробчатые габионы: Многоцелевое Использование

Коробчатые габионные блоки находят широкое применение при создании защитных стенок для предотвращения оползней, эрозии и размыва склонов и берегов. Они также применяются для террасирования участков земли, в ландшафтном дизайне для клумб, садовых скамеек и других элементов. Дополнительно они используются для облицовки и построения оград, невысоких стен зданий, а иногда и для создания фундаментов легких строений.

Для обеспечения прочности конструкции, смежные блоки коробчатых габионов тесно связывают между собой вязальной проволокой по ребрам жесткости. При необходимости они закрепляются на склоне с помощью грунтовых анкеров еще до того, как их заполнят камнями. Иногда для усиления защитных стенок коробчатые габионы также дополнительно скрепляют по наружной стороне единой толстой проволокой вдоль всего периметра склона, особенно верхний ряд.

Цилиндрические габионы: Гибкое Применение в Защите Берегов и Русел Рек

Цилиндрические габионы, благодаря своей гибкости и способности лучше приспосабливаться к форме подстилающей поверхности, используются для укрепления береговых линий и русел рек. Они применяются при строительстве дамб, для ликвидации аварий на дамбах и водоемах, для защиты коммуникаций, прокладываемых по дну водоемов, для создания оснований подпорных стенок и защиты берегов от подмыва и других целей.

Матрасно-тюфячные габионы: Многоцелевое Применение

Использование в Различных Сферах

Матрасно-тюфячные габионные блоки предназначены для защиты от оползания, эрозии и размыва склонов, берегов и иногда дна водоемов. Они также используются для выстилки горизонтальных поверхностей при террасировании склонов, упрочнения основы дорожного полотна, в ландшафтном дизайне и в качестве оснований подпорных стенок из коробчатых габионов.

Преимущества и Использование

Благодаря своей малой толщине матрасно-тюфячные габионы легко адаптируются к форме рельефа выстилаемого участка. Для обеспечения прочности конструкции, смежные блоки соединяют между собой вязальной проволокой. В случае риска сползания таких конструкций, их закрепляют грунтовыми анкерами.

Использование Защитных Покрытий

С целью предотвращения возможных сползаний матрасно-тюфячных габионов предлагается установка единого сетчатого покрытия вдоль всей длины склона (однако ширина такого полотна не должна превышать 2 м. Эти крышки должны надежно крепиться к нижней части конструкции с использованием вязальной проволоки и, иногда, грунтовых анкеров.

Инновационные Решения

С целью улучшения основания матрасно-тюфячных покрытий, теперь часто используют геотекстиль вместо щебеночно-песочной подсыпки в качестве обратного фильтра. Это позволяет снизить слой песка на 20% и более, делая конструкцию более эффективной.

Конечно, форма габионов может быть не ограничена только прямоугольными коробчатыми, цилиндрическими или матрасно-тюфячными блоками. Например, для создания изгородей или подпорных стенок с криволинейной формой могут применяться блоки в виде трапециевидных призм. В ландшафтном дизайне габионы могут использоваться в самых разнообразных формах и размерах (чаще всего это сварные конструкции).

Преимущества и Недостатки Габионных Конструкций

Габионы обладают рядом преимуществ:

  • Прочность и Долговечность: Габионные конструкции характеризуются высокой прочностью, надежностью и долговечностью.
  • Податливость и Устойчивость: Их относительная податливость снижает риск повреждений при сезонных подвижках, что касается как самих конструкций, так и грунта, на котором они установлены.
  • Хорошая Водопроницаемость: Габионы обеспечивают хорошую водопроницаемость, что позволяет экономить на создании дополнительных дренажных систем при их установке.
  • Экономическая Эффективность: Относительно низкая стоимость материалов, удобство хранения, транспортировки и сборки на месте делают габионы более экономически выгодными по сравнению с монолитными конструкциями.
  • Экологическая Совместимость: Габионы являются экологически безопасными и не вредят окружающей среде.
  • Многофункциональность и Эстетика: Они многофункциональны и эстетичны, хорошо вписываясь в любой ландшафт и допуская возможность покрытия почвой и зеленью.

Недостатки габионных конструкций

С увеличением сложности и масштабности проектов появляются недостатки:

  • Риски Деформаций и Разрушений: При укреплении больших участков берега или склона высотой более 3–5 м возникают риски недопустимых деформаций и разрушений габионных структур.
  • Высотные Ограничения: Высота габионных стенок не должна превышать 12 м, однако в некоторых случаях этот параметр не соблюдается, что может привести к проблемам.
  • Подвижный Грунт: При наличии подвижного грунта существует риск обрушения стенки из габионов, что может усугубить ситуацию.
  • Ошибки в Проектировании и Монтаже: Недостаточное проектирование, выбор материалов или ошибки в монтаже могут стать причиной разрушения габионных конструкций.

Увеличение Устойчивости Габионных Стенок: Новые Исследования

Предложение для Повышения Надежности

Исследователи из Малайзии М. Рамли, Т.Дж.Р. Карасу и их коллега И.Т. Давуд предложили инновационное решение для повышения несущей способности габионных стенок. Их исследования были направлены на усиление защиты оснований и фундаментов промежуточных и концевых опор мостов от водной эрозии и размыва.

Проблема Горизонтальных Давлений

Несмотря на преимущества габионных стенок, они могут подвергаться разрушениям под воздействием сильных горизонтальных давлений. Повышение боковых нагрузок, вызванных сильными потоками воды, разрушениями и/или увеличением гидростатического давления в грунте, может вызвать горизонтальные смещения блоков, если они имеют форму прямоугольных параллелепипедов и стопообразно уложены друг на друга. Это может привести к разрушению всей структуры.

Сравнение Различных Форм

Традиционные стенки из прямоугольных габионов и стенки из гексагональных блоков были подвергнуты испытаниям с увеличением бокового давления. Обе стенки имели высоту 1,8 м и ширину 1,75 м. Передние части были укреплены до 3/5 от общей высоты. Плотность габионов составляла 2 т/м³.

В ходе испытаний были изучены горизонтальные и вертикальные смещения 220 точек на поверхностях обеих стенок, а также зафиксированы максимальные нагрузки в момент окончательного разрушения конструкций.

Вертикальные смещения оказались ничтожными и хаотичными (среднее относительное смещение составило лишь 0,001%), и дальнейший анализ этого показателя не проводился.

Измеренные горизонтальные смещения позволили установить средние деформации стенок на различных уровнях во время различных стадий нагрузки. Однако гексагональные габионные блоки демонстрировали более высокую устойчивость к деформациям и более низкую склонность к разрушениям при повышенных горизонтальных давлениях по сравнению с прямоугольными габионами.

Эти наблюдения имеют значительное практическое значение, подчеркивая перспективы использования гексагональных габионов для создания защитных стен, выдерживающих горизонтальные нагрузки. Однако авторы отметили, что деформации, произошедшие на всех этапах испытаний обеих стен, были необратимыми, указывая на то, что обе конструкции не обладали упругими свойствами.

В данном контексте требуются дальнейшие исследования и разработка стандартов для гексагональных габионов по методу, предложенному М. Рамли и его коллегами.

Заключительно, для создания надежных габионных сооружений критически важно проведение качественных инженерных изысканий на месте строительства, адекватная оценка всех возможных нагрузок, строгое соблюдение проекта в соответствии с нормативами, а также исключение ошибок при выборе материалов и их монтаже.

Габионы из оцинкованной сетки двойного кручения можно купить на сайте интернет-магазина в разделе Габионные конструкции диаметром 2.7 мм или 3.7 ПВХ покрытим от производителя. Оптовая цена. Это идеальное решение для устройства подводного фундамента, укрепление склонов, а также создание притоков рек и ручьев.