Горизонтальное армирование грунтов

Армирование грунтов

Укрепление откосов, насыпей и оврагов необходимо для предотвращения водной и ветровой эрозии. С помощью армирующих материалов легко решаются такие задачи, как укрепление слабых оснований земляного полотна, усиление дорожной одежды, возведение насыпей с откосами повышенной крутизны, строительство армогрунтовых подпорных стен.

Армирование грунтов и грунтовых насыпей представляет собой введение в грунтовые конструкции специальных элементов, которые позволяют увеличить механические свойства грунта. Армирующие элементы, работая в контакте с грунтом, перераспределяют нагрузку между участками конструкции, обеспечивая передачу напряжений с перегруженных зон на соседние менее загруженные участки. Такие элементы могут быть изготовлены из различных материалов: метал, железобетон структуры из стеклянных или полимерных волокон и т.д.

Наиболее эффективными и экономически выгодными для армирования грунтов являются геосинтетические материалы, обладающие высокой прочностью, устойчивостью к низким температурам и агрессивным средам, неподверженностью коррозии и гниению, низкой ползучестью (старением).

Одним из наиболее простых решений задачи укрепления грунтов является геотекстиль, который представляет собой нетканое полотно из синтетических полимерных волокон. Главной функцией геотекстиля является укрепление грунта. Хорошая водопроницаемость этого полотна позволяет свободно пропускать воду, однако не допускать вымывание грунтов. Геотекстиль получил широкое применение при создании ландшафта на слабых и техногенных грунтах, строительстве и возведении гидротехнических сооружений, автомобильных и железных дорог, аэродромов, туннелей, а также используется для предотвращения эрозии почвы.

Наиболее распространенным материалом при укреплении склонов и грунтов является применение геотекстиля дорнит. Дорнит представляет собой иглопробивное полотно, которое хорошо пропускает воду, осуществляя ее фильтрацию, и препятствует смешиванию слоёв грунта при устройстве дорожного полотна или фундаментов Применение геотекстильного полотна как материала для защиты и укрепления грунта дало возможность строить дороги, выдерживающие довольно высокие нагрузки, даже на слабом основании. Геоткань дорнит может применяться как самостоятельно, так и совместно с георешётками, которые являются не менее эффективным способом укрепления грунта.

Георешетка представляет собой гибкую ячеистую конструкцию из пластиковых лент, скрепленных между собой сварными швами. Георешетка применяется при организации противоэрозионной защиты насыпей и откосов повышенной крутизны, неизбежной при строительстве железнодорожных путей, автодорог, мостов, тоннелей, пешеходных переходов через магистрали. Этот материал незаменим и для укрепления прибрежных зон водоемов , в которых грунт особенно сильно подвержен водной эрозии. Основными достоинствами при укреплении ОТК Ёосов георешеткой является его высокая устойчивость к пресной и соленой воде, грунтовой среде и ультрафиолетовому излучению, что позволяет продлить срок службы конструкции. В транспортном и гидротехническом строительстве применение георешетки повышает надежность дорог и водоемов, что уменьшает затраты на дополнительное обслуживание обслуживания зон с нестабильной почвой.

Геосетка представляет собой геосинтетический материал, широко применяемый для армирования и стабилизации строительных конструкций. Эффективность применения материала геосетки обеспечивается водостойкостью и долговечностью геосинтетика. Этот материал устойчив к воздействию химических соединений и ультрафиолета, не подвержен гниению и экологически безопасен.

На сегодняшний день геотекстиль «Стабитекс» является наиболее эффективным геосинтетическим материалом, который применяется для армирования слабых оснований при строительстве автомобильных и железных дорог. «Стабитекс» представляет собой геоткань, которая обладает высокой прочностью на растяжение, изготавливается из полиамида, поэтому она может выдерживать большие растягивающие нагрузки при незначительном удлинении.

18.Реологические свойства грунта: ползучесть и релаксация

Характер сопротивления грунтов внешним силам зависит от скорости приложения к ним этих сил. При быстром возрастании нагрузки сопротивление грунта будет наибольшим и в нем будут преобладать упругие деформации, при медленном возрастании внешних сил — сопротивление грунта будет меньшим, и он будет проявлять свойства ползучести и текучести.

Степень проявления упругости или ползучести в грунте зависит от отношения времени действия силы к так называемому времени релаксации, под которым понимается такой промежуток времени, в течение которого напряжение уменьшается на определенную величину, например, в е раз (е = 2,71).

Время релаксации различно у разных тел. Для скальных грунтов оно измеряется сотнями и тысячами лет, для стекла около ста лет, а для воды — 10-11 сек. Если продолжительность действия сил на грунт меньше периода релаксации, то будут развиваться в основном упругие деформации. Если же время действия силы на грунт превышает время релаксации, то в грунте возникают необратимые деформации ползучести и течения. Иными словами, в зависимости от отношения времени действия силы ко времени релаксации тело будет вести себя или как твердое, или как жидкое. Период релаксации является основной константой, объединяющей свойства твердых и жидких тел.

В современной физико-химической механике деление на жидко-образные и твердообразные тела производится на основе картины развития скорости деформации сдвига от величины действующего сдвигающего давления.

Для жидкости при действии сколько угодно малых напряжений за время, большее периода релаксации, устанавливается стационарное течение с постоянной вязкостью, не изменяющейся при возрастании напряжений. Для структурированных жидкостей (суспензий, высокодисперсных и высоковлажных илов, сапропелей) вязкость уже зависит от действующего касательного напряжения и поэтому называется эффективной.

Для твердообразных тел, к которым относятся дисперсные и скальные грунты, характерно наличие предельного напряжения сдвига, называемого пределом текучести и совпадающего с пределом упругости.

Для твердообразных тел говорят о пластической вязкости.

Н. Ф. Шведов (1889), а затем Бингам (1916) показали, что пластические тела характеризуются двумя параметрами: пределом текучести тел и пластической вязкостью.

Физический механизм ползучести очень сложен и зависит от большого числа факторов. В кристаллах ползучесть обусловлена движением дефектов структуры, двойникованием, трансляцией, диффузией; в поликристаллических телах и дисперсных глинистых грунтах, которые ползут при меньших давлениях, чем кристаллы, — квазивязким скольжением частиц относительно друг друга, переориентацией частиц в направлении, нормальном результирующему напряжению, и развитием микротрещин. Кинетика ползучести зависит от давления и температуры и осложняется различными структурными превращениями — уплотнением и упрочнением грунта на стадии затухающей ползучести и дилатансным разупрочнением на стадии течения.

Для составления прогноза ползучести сооружений необходимо знание двух величин — порога ползучести и эффективного коэффициента вязкости грунта и его изменения во времени. Порог ползучести (по Н. Н. Маслову) представляет собой такое касательное напряжение, при котором и выше которого деформация ползучести, имевшая до этого по своей величине и скорости практически пренебрегаемый характер, резко интенсифицируется.

Порог ползучести грунтов зависит от структуры и состава грунта, от температуры и давления и скорости действия давления. Для плотных пород порог ползучести выше, чем для малоуплотненных.

«Порог ползучести» определяется по данным длительных опытов на ползучесть идентичных образцов грунта, испытываемого при различных значениях касательного напряжения.

Ж. С. Ержанов (1964) отмечает, что скальные грунты (алевролиты, аргиллиты, песчаники, известняки) в условиях изгиба при нагрузках, не превышающих

70% от разрушающих, четко обнаруживают свойство ползучести. Следовательно, порог ползучести у этих пород может достигать нескольких десятков кГ/см2. Из рассмотренных им пород специфическим поведением при ползучести обладали известняки, ползучесть которых затухала в 10—20 раз быстрее, чем у других пород. Такое поведение известняка, по-видимому, можно объяснить высоким углом внутреннего трения и высокой вязкостью, присущих кальциту, основному минералу, слагающему известняки.

Эффективная вязкость грунтов характеризует сопротивление их течению под действием внешних сил. Количественно вязкость определяется величиной касательной силы, которая должна быть приложена в единице площади сдвигаемого слоя, чтобы поддержать в нем ламинарное течение с постоянной скоростью относительного сдвига, равной единице.

Факторы, определяющие вязкость грунтов. Вязкость грунтов зависит от их структуры и текстуры, химико-минералогического состава, от температуры и величины касательных напряжений. Коэффициент вязкости для разных грунтов изменяется в очень широких пределах: от 102—104 пз для илов с нарушенной структурой до 1022 пз для известняка. С увеличением плотности грунтов их вязкость, а также порог ползучести возрастают.

Нарушение структурных связей в глине путем ее перемятая приводит к существенному уменьшению вязкости. Отношение наибольшей вязкости к наименьшей возрастает от менее дисперсных грунтов (суглинок лёссовидный, глина кембрийская) к более дисперсным (хвалынская глина).

С увеличением интенсивности касательных напряжений вязкость грунтов уменьшается, изменяясь от наибольшей вязкости по, характерной для практически неразрушенной структуры, до наименьшей вязкости, отвечающей структуре в состоянии максимального нарушения связей между частицами.

Зависимость вязкости скальных грунтов от касательного напряжения М. В. Гзовский аппроксимирует логарифмической зависимостью.

М. В. Гзовский (1963) по величине вязкости горных пород в природных условиях выделяет:

наименее вязкие породы (тощие глины, соли, гипсы, тонкослоистые алевролито-глинистые толщи);

слабовязкие породы (тонкослоистые известняково-мергелистые, песчано-глинистые, флишевые толщи);

сильно вязкие породы (слабо слоистые песчаниковые, конгломератовые, карбонатные, вулканогенные, в прошлом сильно дислоцированные и слабо метаморфизованные песчано-глинистые толщи);

наиболее вязкие породы (граниты, гнейсы, кристаллические сланцы);

Таким образом, петрографический состав является основным фактором, который определяет вязкость монолитных пород.

Глины, соли и мергели обусловливают относительно низкую вязкость грунтов, так как, присутствуя в виде прослоев, они снижают вязкость песчаных и известняковых толщ и способствуют их оползанию на склонах. Примером такого смещения являются деформации Дзора ГЭС (Армения), описанного Г. М. Ломизе (1945). Сооружение стало с некоторого момента времени обнаруживать осевое сжатие в результате давления толщи андезито-дацитов, сползавшей по слою глинистых туфов, кровля которых была наклонена к горизонту под углом порядка 8—9°. Геодезические наблюдения установили, что скорость смещения толщи в направлении ГЭС измерялась величиной 2—3 см/год.

Вязкость грунтов, так же как и жидкостей, зависит от температуры. Однако исследования вязкости грунтов в диапазоне температур, представляющих интерес для инженерной геологии (примерно от —40 до +80° С), не проводились и данных об изменении вязкости грунтов от температуры практически нет. Расчеты, выполненные по данным изучения ползучести глин в недренированных условиях при разных температурах, показали, что для иллита увеличение температуры от 20 до 26°С привело к уменьшению вязкости от 20•1012 до 0,7•1012 пз, т. е. почти в 30 раз.

Дата добавления: 2014-12-08 ; Просмотров: 1715 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Горизонтальное и наклонное армирование грунтов в основании здания при его реконструкции

Эксплуатация здания или сооружения на территории сложенной структурно неустойчивыми грунтами, представляет собой сложную проблему, как в материальном, так и в техническом отношениях.

Проблема заключается в низкой несущей способности и высокой деформативности таких грунтов. Свидетельством этому есть большое количество деформированных зданий и сооружений в разных странах. Для решения этой проблемы всё шире применяется армирование грунтов элементами повышенной жёсткости с целью увеличения несущей способности оснований.

При капитальном строительстве чаще применяется вертикальное армирование, что обусловлено несколькими обстоятельствами:

• во-первых, грунтовыми условиями, например, когда необходимо укрепить основания на существенную требуемую глубину;
• во-вторых, к вертикальному армированию более адаптирована выпускаемая промышленностью строительная техника.

Горизонтальное и наклонное армирование грунтов при реконструкции

Однако при реконструкции зданий, когда часто возникает необходимость в повышении несущей способности оснований при надстройке этажей, дополнительном монтаже оборудования и т.п., чаще требуется закрепление грунтов на незначительную глубину в зоне активных деформаций основания здания. В этих ситуациях более эффективным закреплением оснований является горизонтальное или наклонное армирование слоя грунта непосредственно под фундаментами. Такой подход к закреплению грунтов приемлем также для предупреждения осадок деформированных зданий на слабых или обводнённых грунтах.

При реконструкции здания, надстройкой одним-двумя этажами, возможно применение технологии горизонтального или наклонного армирования грунтов основания корневидными сваями. Эта технология предусматривает применение станков горизонтального или наклонного бурения грунтов и базируется на буросмесительном методе закрепления грунтов.

На рис. 1 показана технологическая схема горизонтального армирования грунтов

1 — буровой станок; 2 – полая штанга; 3 – буросмеситель; 4 – грунтоцементная смесь; 5 – вертлюг; 6 – растворонасос; 7 – растворомешалка; 8 – гибкий рукав; 8 – существующие фундаменты реконструируемого здания

На рис. 2 – схема наклонного армирования грунтов

Рис. 2. Схема наклонного армирования грунтов на примере здания со столбчатым фундаментом и с устройством стального каркаса

Суть технологии горизонтального армирования

Вдоль одного из фасадов реконструируемого здания, отрывается котлован на требуемую по расчёту глубину – в зависимости от количества рядов армоэлементов. На дне котлована устанавливается рельсовые настилы для перемещения станка горизонтального бурения вдоль здания. Станок горизонтального бурения (1) оснащен полыми буровыми штангами (2), вначале которых закреплён буросмесительный орган (3), который выполняет функцию буровой коронки для рыхления грунта и перемешивания разрушенного грунта цементной суспензией. При вращении буровой штанги и буросмесительного органа с одновременным осевым перемещением происходит разрушение природной структуры грунта. Одновременно с началом разрушения грунта через вертлюг, которым снабжён станок горизонтального бурения, по полым штангам нагнетается водоцементный раствор требуемой консистенции, который под давлением через отверстия буросмесительного органа перемешивается с грунтом нарушенной структуры. Тщательно перемешанный с цементным раствором грунт затвердевает и становится армирующим элементом повышенной жёсткости.

Суть технологии наклонного бурения

Технология наклонного бурения отличается тем, что не нужно устраивать траншею, достаточно просто знать глубину заложения существующего фундамента и инженерно-геологические условия площадки, чтобы принять необходимые параметры усиления основания. Также, применение наклонного армирования дает возможность устройства дополнительного арматурного каркаса в грунтоцементный элемент для увеличения несущей способности усиленного грунта основания.

Армирование грунта данными двумя методами осуществляется с помощью технологической линии, включающей станок горизонтального бурения, растворонасос и растворомешалку. Приготовление водоцементного или грунтоцементного раствора осуществляется любыми растворосмесителями, которые выпускает промышленность, при условии обеспечения однородности закрепляющего раствора. В качестве растворонасосов могут быть использованы насосы, которые развивают давление 0,5…0,7 МПа.

На фото 1 приведен общий вид траншеи вдоль стены здания, из которой велись работы по усилению грунтов основания горизонтальными грунтоцементными элементами.

На фото 2 приведен станок в процессе производства устройства горизонтальных грунтоцементных элементов.

Статьи

Эта инновационная технология армирования уже успешно применяется за рубежом. Она является достойной альтернативой таким традиционным материалам для укрепления грунтов, как геосетки, геоматы, георешетки

В настоящее время существует несколько методов армирования грунтовых насыпей, подушек и грунтов оснований. Наиболее распространенными являются следующие:

• забивка грунтовых гвоздей (гвоздевание)
• возведение стен – свайных и траншейных
• внедрение в грунт буроинъекционных анкеров и свай
• установка песчаных свай и балластных колонн
• армирование сваями (забивка свайных полей)
• использование геокомпозитных материалов – пленок, сеток, решеток, матов

Сравнительно новой для России методикой (за рубежом она применяется уже около 10 лет) является применение бетонного полотна производства компании Concrete Canvas Ltd. (Великобритания).

Отличия бетонного полотна и геокомпозитов

Бетонное полотно является рулонным материалом, и по этому признаку его можно отнести к геокомпозитам, которые тоже поставляются преимущественно в рулонах. Однако материал имеет ряд существенных отличий, позволяющих применять его там, где невозможно использовать георешетки, геоматы, геосетки. К этим отличиям относятся:

• застывание. Полотно Concrete Canvas способно менять свои качества. После смачивания водой гибкий рулонный материал превращается в слой бетона толщиной от 5 до 13 мм.
• прочность. Полученное покрытие имеет высокую прочность на разрыв, высокую устойчивость к различным механическим нагрузкам, а также к воздействию агрессивных химических сред, температурным перепадам, атмосферным осадкам, ультрафиолетовому излучению. Дополнительную прочность покрытию придают текстильные волокна, которые армируют слой бетона.
• жесткость. По сравнению с полимерными геокомпозитами, в застывшем состоянии полотно Concrete Canvas отличается жесткостью. Хотя показатели его жесткости гораздо ниже, чем у торкретбетона или железобетонных стенок.
• монолитность. Отрезки материала соединяются между собой винтами. Поэтому после застывания они образуют монолитную конструкцию, что положительно сказывается на ее прочности и устойчивости. Ни одна георешетка для армирования грунтов такими свойствами, разумеется, не обладает.
• влагонепроницаемость. Concrete Canvas имеет подкладку из ПВХ, что делает его полностью влагонепроницаемым. Это позволяет успешно осуществлять поверхностное дренирование и избегать вымывания грунта.

Преимущества и недостатки в сравнении с геокомпозитами

Еще одно отличие бетонного полотна от геокомпозитов – возможность укладки на неподготовленную поверхность. В результате отпадает необходимость использовать дополнительные материалы, такие как грунт, песок, щебень, геотекстиль, а сроки выполнения работ существенно сокращаются.

Хотя и у геокомпозитов имеется важное достоинство. Их можно использовать на горизонтальных поверхностях, в то время как полотно Concrete Canvas предназначено преимущественно для армирования наклонных и вертикальных поверхностей. То есть горизонтальное армирование грунтов с использованием этого материала невозможно. Вернее, не оправдано с экономической и инженерной точки зрения.

На горизонтальной поверхности полотно можно применять только в том случае, если на эту поверхность не будут приходиться какие-либо постоянные нагрузки. Например, бетонное полотно нельзя использовать в качестве дорожного покрытия, для укладки на площадках, на которых предполагается размещение грузов. Зато его можно применять для создания различных технических водоемов, шламо- и навозохранилищ, а также для футеровки дренажных канав и ирригационных каналов.

Как происходит армирование слабого грунта полотном Concrete Canvas

Технология армирования слабого грунта с помощью Concrete Canvas предельно проста. Она практически ничем не отличается от укладки обычного рулонного материала.

Полотно раскатывается по поверхности, режется на отрезки нужной длины. Затем отрезки крепятся к поверхности (возможны различные варианты его крепления) и соединяются между собой. Все работы выполняются ручным инструментом. Финальный этап – гидратация. После этого армирование можно считать законченным.

Минимальные сроки укладки – отдельное преимущество Concrete Canvas. В качестве примера можно привести укрепление склона вдоль автомобильной дороги в округе Токио Хатиодзи. Около 160 м 2 материала было уложено на вертикальный склон в течение 5 часов. Работы выполняла бригада из 5 человек.

Бетонное полотно и анкерная система армирования

Для армирования слабых грунтов или грунтов, испытывающих значительную нагрузку, эффективно использование бетонного полотна в комплексе с анкерной системой. Материал может быть использован с любыми видами анкеров, в том числе с буроинъекционными.

При таком комплексном подходе анкеры позволят надежно закрепиться и уплотнить грунт, а бетонное полотно – предотвратить его сползание, а также обеспечить поверхностное дренирование, предотвратить размывание и последующее обрушение.

В качестве заключения

Технология армирования грунтов с помощью бетонного полотна Concrete Canvas имеет широкие перспективы. Она может быть успешно применена для укрепления склонов вдоль автомобильных и железных дорог, берегов, оползневых склонов. Вернее, эта технология уже успешно применяется более чем в 40 странах мира. Российским компаниям еще предстоит оценить все преимущества использования этого инновационного материала, который может составить достойную конкуренцию ставшим уже традиционными геокомпозитам.

Глава 5. Устройство оснований

Армирование грунтов оснований выполняют для устранения просадочности лессовых грунтов, повышения прочности и устойчивости оснований, повышения устойчивости подпорных стенок, откосов земляных сооружений и оползневых склонов.

Под армированием основания понимается улучшение физико-механических качеств грунтового массива, служащего основанием, путем устройства в нем более прочных элементов, совместно работающих с грунтом и конструктивно не связанных с фундаментом какими-либо выпусками или омоноличиванием. Армирование массивов грунта основывается на взаимодействии уплотненных и закрепленных массивов, а также элементов повышенной жесткости с окружающим грунтом.

Достижения необходимых качеств основания добиваются за счет введения в толщу грунта элементов повышенной прочности, которые хорошо работают на сжатие или растяжение и имеют высокое сцепление и трение с окружающим грунтом.

В зависимости от физико-механических характеристик грунтов и задач, которые решаются при армировании, выбирается характер расположения армирующих элементов и технология их выполнения.

В грунтовых массивах конструктивное расположение армирующих элементов может быть вертикальным, горизонтальным, наклонным в одном направлении, наклонным в двух и более направлениях, прерывистым и в виде различного ряда ячеистых структур

Основными задачами армирования оснований являются: упрочнение и повышение устойчивости оснований, в том числе на оползнеопасных склонах; упрочнение и укрепление насыпей и откосов земляных сооружений, армирование обратных засыпок подпорных стен и повышение устойчивости подпорных стен, а также исключение выпора грунта из-под сооружений.

Технология выполнения армирования оснований в значительной степени зависит от характера основания и особенностей напластований грунтов.

В основном армирование находит применение в структурно-неустойчивых грунтах, таких, как лессовые просадочные, слабые водонасыщенные, рыхлые песчаные и насыпные грунты.

Армирование толщ просадочных грунтов с целью повышения их прочности и несущей способности должно выполняться исходя из условия обеспечения совместной работы просадочного грунта и армирующих элементов. Для более полного использования несущей способности материалов целесообразно применять армирующие элементы с уменьшающейся от центра к краям прочностью. Подобное армирование толщ просадочных грунтов может быть выполнено по технологии глубинного уплотнения грунтов продавливанием скважин с заполнением их шлакобетоном, раствором, тощим бетоном или шлаком с уплотнением, созданием в массиве элементов путем закрепления силикатизацией, смолизацией или другими методами.

На просадочных грунтах в верхней зоне создается уплотненный слой путем устройства грунтовых подушек или уплотнением тяжелыми трамбовками, либо закреплением. Этот слой является распределительной подушкой, обеспечивающей передачу нагрузки от фундамента на армированный массив и включение армирующих элементов в работу.

Расстояния между армирующими элементами принимаются исходя из учета совместной работы с окружающим грунтом и необходимой прочности основания и зависят от физико-механических характеристик грунта и установленным на станке БС-1М. Тощий бетон и раствор уплотняют глубинными вибраторами.

Вертикально расположенные элементы чаще всего применяют для устранения просадочных свойств основания. Армирование вертикальными элементами целесообразно применять под полами, технологическим оборудованием и для повышения устойчивости насыпей.

Если армирующие элементы выполняют в скважинах, то способ укладки и уплотнение зависят от материала заполнения скважин.

Опыт показывает, что армирование оснований элементами повышенной жесткости в виде набивных свай в продавленных скважинах может достичь глубины 20—25 м.

Армирование массива может быть выполнено путем использования технологии винтового продавливания скважин спиралевидными снарядами. Причем скважины могут быть выполнены в грунте как по технологии глубинного уплотнения, так и по технологии глубинного закрепления. Укрепление грунта вокруг скважин может быть осуществлено путем многоразовой проходки и заполнения скважин материалом. На последнем этапе для заполнения скважин могут быть использованы шлак, шлакобетон, бетон, цементно-песчаные смеси и др.

Для устройства элементов повышенной жесткости в грунте может быть использован спиралевидный двухкорпусный снаряд и технология устройства закрепленных скважин. Снаряд содержит основной корпус и дополнительный корпус, снабженные винтовыми лопастями. До-полнительный корпус расположен выше основного и соединен с ним с помощью перемычки. Оба корпуса имеют спиралевидную поверхность в виде спирали, радиус которой скачкообразно изменяется от большего к меньшему. Для подачи закрепляющего материала дополнительный корпус имеет канал, сообщающийся с полостью букрвой штанги и полостью перемычек, на которой выполнены отверстия для выпуска материала. На перемычке выполнены лопасти, направления навивки которых противоположны навивке лопастей на спиралевидных участках корпусов. Калибрующая часть дополнительного корпуса имеет диаметр больший, чем калибрующая часть у основного корпуса.

Упрочнение основания описанным снарядом выполняют по следующей. Снаряд погружают в грунт вращением и осевым давлением. При проходке в скважину через штангу подается закрепляющий материал, который вдавливается в стенки скважины поверхностью дополнительного корпуса, образуя упрочненную зону. По окончании проходки ствола скважины снаряд поднимают на высоту, равную высоте основного корпуса, и в скважину подают закрепляющий материал, а затем осуществляют вторичное вдавливание снаряда на нижнем участке скважины, при этом закрепляющий материал вдавливается в стенки скважины и ее дно, чем достигается их закрепление.

Такая технология позволяет повысить несущую способность грунта в месте опирания армирующих элементов, что улучшает совместную работу элементов.

Технология винтового продавливания была применена для армирования оснований, сложенных проса-дочными лессовидными суглинками на строительстве многоэтажных промышленных корпусов в Днепропетровске.

Для устройства скважин диаметром 325 и 425 мм использовали буровую установку БУК-600 на базе экскаватора Э-1252Б. Элементы повышенной жесткости размещали в шахматном порядке с шагом 0,9 — 1 м. Цементно-песчаную смесь марки 50 укладывали в скважины с помощью крана. Перед началом работы проводили опытное уплотнение. Анализ результатов показал, что плотность в массиве грунта в среднем повысилась на 15 — 16%. Всего было изготовлено более 5 тыс. элементов повышенной жесткости. Верхний буферный слой был доуплотнен тяжелыми трамбовками.

Имеется опыт армирования лессовых оснований грунтоцементными микросваями диаметром 70—100 мм и длиной 1,5—2 м. Устройство микросвай производится при помощи вдавливающего агрегата на базе автопогрузчика. Рабочим органом агрегата является пучок трубчатых наконечников, присоединенных к распределительной коробке, в которую подается растворонасосом грунтоцементная смесь. С помощью агрегата в грунт вдавливается пучок, состоящий из 6—8 трубчатых наконечников и образованные скважины заполняют грунтоцементной смесью. Грунтоцементная смесь готовится из портландцемента марки 400, которая берется в количестве 9—15% массы грунта естественной влажности, песка средней крупности в количестве 40—60% и лессового суглинка 30—40%. Прочность образцов грунтоцемента находилась в пределах 2—2,5 МПа в 28-дневном возрасте.

Последовательными проходками агрегата армируют площадку необходимой формы в плане. Для повышения прочности и устойчивости оснований иногда их армирование выполняют с помощью забивных свай.

Такое армирование оснований было выполнено на Лебединском и Михайловском горно-обогатительных комбинатах при строительстве складов железорудного концентрата. Армирование основания позволило увеличить его устойчивость. Погружение свай при таком армировании производится обычным способом, что и при возведении свайных фундаментов.

Для армирования оснований, например при увеличении устойчивости оползнеопасных склонов, могут быть применены буронабивные сваи. При устройстве таких свай применяют обычную технологию.

С целью исключения выпора слабого грунта из-под сооружений применяют армирование нижних слоев насыпи стальными стержнями или укладкой на основание технической негниющей ткани. Армированием грунта можно значительно увеличить устойчивость откосов, склонов и подпорных стенок. Для этого при устройстве подпорных стенок по мере обратной засыпки грунта в него укладывают арматуру, идущую от стенок в массив грунта за призму обрушения.

В песчаных грунтах можно армировать основание. В этом случае арматура должна выходить за пределы возникающих по сторонам от фундамента призм выпирания грунта. Металлическую арматуру тщательно изолируют во избежание ее коррозии.

Для армирования оснований может быть широко использована струйная технология, которая позволяет выполнить армирование без нарушения естественной структуры грунта в основном массиве при любом расположении армирующих элементов как с вертикальным и наклонным расположением, так и в виде сложных структур. В основе струйной технологии лежит использование энергии водяной струи для прорезания в грунте щелей, заполняемых твердеющими материалами.

Щели в грунте прорезают струйными мониторами с водяными насадками, размещенными на его боковых поверхностях. Материал заполнения выпускается через нижнее отверстие монитора. Верхний торец монитора соединен с подводящими трубопроводами и со штангой, с помощью которой монитор опускают в скважину.

Мониторы оснащают дополнительной насадкой, образующей с водяной насадкой кольцевой зазор, через который подается сжатый воздух. Воздушная рубашка, образующаяся при этом, отделяет струю от подземной воды и пульпы и увеличивает дальность струи. Струя сжатого воздуха в скважине выполняет роль эрлифта, который выносит пульту на поверхность.

Струйная технология получила распространение в Японии, где с ее помощью в основании выполняют различного рода конструктивные элементы.

Струйная технология позволяет выполнить армирующие элементы с различным расположением и различной формы, в том числе в виде сплошных стенок, отдельных столбов, опор корневидной формы, горизонтальных элементов, а также в форме ячеистных структур сложной формы.

Разрушение грунта происходит под действием динамического давления водяной струи. Давление воды на выходе из насадки может достигать 70—100 МПа.

Процесс выполнения конструктивных элементов в грунте включает бурение направляющих скважин и прорезывание в грунте щелей в нужном направлении.

Монитор монтируется на базовой машине с гибкой повеской на канате или жестким закреплением на копровой стреле.

Струйный монитор опускается на дно направляющей скважины с ориентировкой насадки по заданному направлению и по мере разрушения грунта поднимается вверх по скважине по заранее предусмотренной траектории. Материал заполнения нагнетается сразу же после того, как из направляющей скважины начинает изливаться пульпа. Материал заполнения подается под давлением 3,5—6 МПа.

Материалом заполнения служат твердеющие растворы на основе цемента и полимеров.

Дальность разрушения в различных грунтах составляет 1,5—5 м. Толщина элементов, образующихся в грунте, по длине неодинакова и колеблется от 5 до 30 см.

Струйную технологию можно использовать в илах, пылевато-глинистых грунтах и песках, не содержащих крупных включений.

Армирующие элементы выполняют в виде бетонных и грунтобетонных свай большого диаметра. Иногда элементы выполняют из вяжущих материалов на основе жидкого стекла и одно-и многокомпонентных химических растворов.

Прочность материала армирующих элементов колеблется от 1 до 5 МПа.

Конструктивные элементы, сопрягаемые друг с другом, позволяют выполнять ячеистые структуры, которые могут быть использованы для упрочнения основания, укрепления откосов, насыпей и подпорных сооружений. Благодаря таким структурам грунт, находящийся в ячейках, вовлекается в работу.

Описанные в этом разделе способы армирования включают только некоторые сведения по технологии выполнения этих работ.

Необходимо отметить, что несмотря на большую важность выполнения армирования оснований, имеется еще очень мало исследований по разработке эффективной технологии армирования оснований в сложных грунтовых условиях. Известные способы армирования обладают значительной трудоемкостью и стоимостью, а надежность их в некоторых условиях не удовлетворяет необходимым требованиям.

В настоящее время требуется проведение исследований по разработке эффективной технологии армирования оснований в различных грунтовых условиях.

Армирование грунтов

Укрепление откосов, насыпей и оврагов необходимо для предотвращения водной и ветровой эрозии. С помощью армирующих материалов легко решаются такие задачи, как укрепление слабых оснований земляного полотна, усиление дорожной одежды, возведение насыпей с откосами повышенной крутизны, строительство армогрунтовых подпорных стен.

Армирование грунтов и грунтовых насыпей представляет собой введение в грунтовые конструкции специальных элементов, которые позволяют увеличить механические свойства грунта. Армирующие элементы, работая в контакте с грунтом, перераспределяют нагрузку между участками конструкции, обеспечивая передачу напряжений с перегруженных зон на соседние менее загруженные участки. Такие элементы могут быть изготовлены из различных материалов: метал, железобетон структуры из стеклянных или полимерных волокон и т.д.

Наиболее эффективными и экономически выгодными для армирования грунтов являются геосинтетические материалы, обладающие высокой прочностью, устойчивостью к низким температурам и агрессивным средам, неподверженностью коррозии и гниению, низкой ползучестью (старением).

Одним из наиболее простых решений задачи укрепления грунтов является геотекстиль, который представляет собой нетканое полотно из синтетических полимерных волокон. Главной функцией геотекстиля является укрепление грунта. Хорошая водопроницаемость этого полотна позволяет свободно пропускать воду, однако не допускать вымывание грунтов. Геотекстиль получил широкое применение при создании ландшафта на слабых и техногенных грунтах, строительстве и возведении гидротехнических сооружений, автомобильных и железных дорог, аэродромов, туннелей, а также используется для предотвращения эрозии почвы.

Наиболее распространенным материалом при укреплении склонов и грунтов является применение геотекстиля дорнит. Дорнит представляет собой иглопробивное полотно, которое хорошо пропускает воду, осуществляя ее фильтрацию, и препятствует смешиванию слоёв грунта при устройстве дорожного полотна или фундаментов Применение геотекстильного полотна как материала для защиты и укрепления грунта дало возможность строить дороги, выдерживающие довольно высокие нагрузки, даже на слабом основании. Геоткань дорнит может применяться как самостоятельно, так и совместно с георешётками, которые являются не менее эффективным способом укрепления грунта.

Георешетка представляет собой гибкую ячеистую конструкцию из пластиковых лент, скрепленных между собой сварными швами. Георешетка применяется при организации противоэрозионной защиты насыпей и откосов повышенной крутизны, неизбежной при строительстве железнодорожных путей, автодорог, мостов, тоннелей, пешеходных переходов через магистрали. Этот материал незаменим и для укрепления прибрежных зон водоемов , в которых грунт особенно сильно подвержен водной эрозии. Основными достоинствами при укреплении ОТК Ёосов георешеткой является его высокая устойчивость к пресной и соленой воде, грунтовой среде и ультрафиолетовому излучению, что позволяет продлить срок службы конструкции. В транспортном и гидротехническом строительстве применение георешетки повышает надежность дорог и водоемов, что уменьшает затраты на дополнительное обслуживание обслуживания зон с нестабильной почвой.

Геосетка представляет собой геосинтетический материал, широко применяемый для армирования и стабилизации строительных конструкций. Эффективность применения материала геосетки обеспечивается водостойкостью и долговечностью геосинтетика. Этот материал устойчив к воздействию химических соединений и ультрафиолета, не подвержен гниению и экологически безопасен.

На сегодняшний день геотекстиль «Стабитекс» является наиболее эффективным геосинтетическим материалом, который применяется для армирования слабых оснований при строительстве автомобильных и железных дорог. «Стабитекс» представляет собой геоткань, которая обладает высокой прочностью на растяжение, изготавливается из полиамида, поэтому она может выдерживать большие растягивающие нагрузки при незначительном удлинении.

18.Реологические свойства грунта: ползучесть и релаксация

Характер сопротивления грунтов внешним силам зависит от скорости приложения к ним этих сил. При быстром возрастании нагрузки сопротивление грунта будет наибольшим и в нем будут преобладать упругие деформации, при медленном возрастании внешних сил — сопротивление грунта будет меньшим, и он будет проявлять свойства ползучести и текучести.

Степень проявления упругости или ползучести в грунте зависит от отношения времени действия силы к так называемому времени релаксации, под которым понимается такой промежуток времени, в течение которого напряжение уменьшается на определенную величину, например, в е раз (е = 2,71).

Время релаксации различно у разных тел. Для скальных грунтов оно измеряется сотнями и тысячами лет, для стекла около ста лет, а для воды — 10-11 сек. Если продолжительность действия сил на грунт меньше периода релаксации, то будут развиваться в основном упругие деформации. Если же время действия силы на грунт превышает время релаксации, то в грунте возникают необратимые деформации ползучести и течения. Иными словами, в зависимости от отношения времени действия силы ко времени релаксации тело будет вести себя или как твердое, или как жидкое. Период релаксации является основной константой, объединяющей свойства твердых и жидких тел.

В современной физико-химической механике деление на жидко-образные и твердообразные тела производится на основе картины развития скорости деформации сдвига от величины действующего сдвигающего давления.

Для жидкости при действии сколько угодно малых напряжений за время, большее периода релаксации, устанавливается стационарное течение с постоянной вязкостью, не изменяющейся при возрастании напряжений. Для структурированных жидкостей (суспензий, высокодисперсных и высоковлажных илов, сапропелей) вязкость уже зависит от действующего касательного напряжения и поэтому называется эффективной.

Для твердообразных тел, к которым относятся дисперсные и скальные грунты, характерно наличие предельного напряжения сдвига, называемого пределом текучести и совпадающего с пределом упругости.

Для твердообразных тел говорят о пластической вязкости.

Н. Ф. Шведов (1889), а затем Бингам (1916) показали, что пластические тела характеризуются двумя параметрами: пределом текучести тел и пластической вязкостью.

Физический механизм ползучести очень сложен и зависит от большого числа факторов. В кристаллах ползучесть обусловлена движением дефектов структуры, двойникованием, трансляцией, диффузией; в поликристаллических телах и дисперсных глинистых грунтах, которые ползут при меньших давлениях, чем кристаллы, — квазивязким скольжением частиц относительно друг друга, переориентацией частиц в направлении, нормальном результирующему напряжению, и развитием микротрещин. Кинетика ползучести зависит от давления и температуры и осложняется различными структурными превращениями — уплотнением и упрочнением грунта на стадии затухающей ползучести и дилатансным разупрочнением на стадии течения.

Для составления прогноза ползучести сооружений необходимо знание двух величин — порога ползучести и эффективного коэффициента вязкости грунта и его изменения во времени. Порог ползучести (по Н. Н. Маслову) представляет собой такое касательное напряжение, при котором и выше которого деформация ползучести, имевшая до этого по своей величине и скорости практически пренебрегаемый характер, резко интенсифицируется.

Порог ползучести грунтов зависит от структуры и состава грунта, от температуры и давления и скорости действия давления. Для плотных пород порог ползучести выше, чем для малоуплотненных.

«Порог ползучести» определяется по данным длительных опытов на ползучесть идентичных образцов грунта, испытываемого при различных значениях касательного напряжения.

Ж. С. Ержанов (1964) отмечает, что скальные грунты (алевролиты, аргиллиты, песчаники, известняки) в условиях изгиба при нагрузках, не превышающих

70% от разрушающих, четко обнаруживают свойство ползучести. Следовательно, порог ползучести у этих пород может достигать нескольких десятков кГ/см2. Из рассмотренных им пород специфическим поведением при ползучести обладали известняки, ползучесть которых затухала в 10—20 раз быстрее, чем у других пород. Такое поведение известняка, по-видимому, можно объяснить высоким углом внутреннего трения и высокой вязкостью, присущих кальциту, основному минералу, слагающему известняки.

Эффективная вязкость грунтов характеризует сопротивление их течению под действием внешних сил. Количественно вязкость определяется величиной касательной силы, которая должна быть приложена в единице площади сдвигаемого слоя, чтобы поддержать в нем ламинарное течение с постоянной скоростью относительного сдвига, равной единице.

Факторы, определяющие вязкость грунтов. Вязкость грунтов зависит от их структуры и текстуры, химико-минералогического состава, от температуры и величины касательных напряжений. Коэффициент вязкости для разных грунтов изменяется в очень широких пределах: от 102—104 пз для илов с нарушенной структурой до 1022 пз для известняка. С увеличением плотности грунтов их вязкость, а также порог ползучести возрастают.

Нарушение структурных связей в глине путем ее перемятая приводит к существенному уменьшению вязкости. Отношение наибольшей вязкости к наименьшей возрастает от менее дисперсных грунтов (суглинок лёссовидный, глина кембрийская) к более дисперсным (хвалынская глина).

С увеличением интенсивности касательных напряжений вязкость грунтов уменьшается, изменяясь от наибольшей вязкости по, характерной для практически неразрушенной структуры, до наименьшей вязкости, отвечающей структуре в состоянии максимального нарушения связей между частицами.

Зависимость вязкости скальных грунтов от касательного напряжения М. В. Гзовский аппроксимирует логарифмической зависимостью.

М. В. Гзовский (1963) по величине вязкости горных пород в природных условиях выделяет:

наименее вязкие породы (тощие глины, соли, гипсы, тонкослоистые алевролито-глинистые толщи);

слабовязкие породы (тонкослоистые известняково-мергелистые, песчано-глинистые, флишевые толщи);

сильно вязкие породы (слабо слоистые песчаниковые, конгломератовые, карбонатные, вулканогенные, в прошлом сильно дислоцированные и слабо метаморфизованные песчано-глинистые толщи);

наиболее вязкие породы (граниты, гнейсы, кристаллические сланцы);

Таким образом, петрографический состав является основным фактором, который определяет вязкость монолитных пород.

Глины, соли и мергели обусловливают относительно низкую вязкость грунтов, так как, присутствуя в виде прослоев, они снижают вязкость песчаных и известняковых толщ и способствуют их оползанию на склонах. Примером такого смещения являются деформации Дзора ГЭС (Армения), описанного Г. М. Ломизе (1945). Сооружение стало с некоторого момента времени обнаруживать осевое сжатие в результате давления толщи андезито-дацитов, сползавшей по слою глинистых туфов, кровля которых была наклонена к горизонту под углом порядка 8—9°. Геодезические наблюдения установили, что скорость смещения толщи в направлении ГЭС измерялась величиной 2—3 см/год.

Вязкость грунтов, так же как и жидкостей, зависит от температуры. Однако исследования вязкости грунтов в диапазоне температур, представляющих интерес для инженерной геологии (примерно от —40 до +80° С), не проводились и данных об изменении вязкости грунтов от температуры практически нет. Расчеты, выполненные по данным изучения ползучести глин в недренированных условиях при разных температурах, показали, что для иллита увеличение температуры от 20 до 26°С привело к уменьшению вязкости от 20•1012 до 0,7•1012 пз, т. е. почти в 30 раз.

Дата добавления: 2014-12-08 ; Просмотров: 1716 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет