Вдосконалення технології армування укосів геосинтетичними матеріалами

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВІННИЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ВДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ АРМУВАННЯ УКОСІВ ГЕОСИНТЕТИЧНИМИ МАТЕРІАЛАМИ

05.23.08 - Технологія та організація промислового та цивільного будівництва

ФЕДОРУК АНДРІЙ ВІКТОРОВИЧ

Вінниця 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеській державній академії будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Менейлюк Олександр Іванович, Одеська державна академія будівництва та архітектури, завідувач кафедри технології та механізації будівництва.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, старший науковий співробітник Снісаренко Володимир Іванович, Вінницький національний технічний університет, професор кафедри промислового та цивільного будівництва

кандидат технічних наук, доцент Котляр Микола Іванович, Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, доцент кафедри технології будівельного виробництва

Провідна установа - Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, кафедра технології будівельного виробництва, Міністерство освіти і науки України, м. Дніпропетровськ.

Захист відбудеться “27” квітня 2007 року о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 05.052.04 у Вінницькому національному технічному університеті за адресою: 21021, Вінниця, Хмельницьке шосе, 95, ауд. 210 ГУК.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Вінницького національного технічного університету за адресою: 21021, Вінниця, Хмельницьке шосе, 95.

Автореферат розісланий “23” березня 2007 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Швець В.В.

АНОТАЦІЯ

Федорук А.В. Вдосконалення технології армування укосів геосинтетичними матеріалами. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.08 технологія та організація промислового та цивільного будівництва. - Вінницький національний технічний університет, Вінниця 2007.

Робота присвячена вирішенню завдання вдосконалення технології влаштування ґрунтових споруд з кутом укоса, більшим за природний.

В роботі виконано аналіз традиційних технологій влаштування армоґрунтових конструкцій.

Викладена методика проведення досліджень впливу основних досліджуваних факторів та їх сукупності на показники стійкості ґрунтових споруд. Використовуючи экспериментально-статистичне моделювання, проведені дослідження та встановлені закономірності впливу технологічних параметрів на показники стійкості армованих укосів.

Результати впровадження, одержані на двох реальних об'єктах будівництва, показали їх достатню збіжність з результатами лабораторних досліджень. При використанні оптимальних величин технологічних факторів, одержаних в результаті експериментальних досліджень, величина корисного навантаження на укос в натурных умовах збільшується в 1,12-1,41 раза.

Впровадження розробленої технології в м. Одеса дозволило скоротити на кожному погонному метрі готового укоса висотою 3,5 м: трудомісткість на 12 люд./год., потребу в машинах на 9 маш./год., витрати на матеріали на 1129 грн. у порівнянні з традиційним методом укріплення укосів.

Ключові слова: „армоґрунтові” конструкції, геосинтетичні матеріали, геотекстилі, поверхня ковзання, стійкість укосів.

АННОТАЦИЯ

Федорук А.В. Совершенствование технологии армирования откосов геосинтетическими материалами. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.08 технология и организация промышленного и гражданского строительства. - Винницкий национальный технический университет, Винница 2007.

Работа посвящена решению задачи совершенствования технологии устрой-ства грунтовых сооружений с углом откоса, превышающим естественный, путем разработки нового способа повышения их устойчивости и определения оптимальных технологических параметров его реализации.

В работе выполнен анализ традиционных технологий устройства армогрунтовых конструкций. Изложены технологические основы устойчивости армированных откосов, а также анализ известных конструктивно-технологических способов ее повышения за счет применения геосинтетических текстильных материалов.

Изложена методика проведения исследований для решения поставленной задачи, которая обеспечила проведение достаточного количества эксперимен-тов для качественной и количественной оценки влияния основных исследуемых факторов и их совокупности на показатели устойчивости грунтовых сооружений. Для исследования характера влияния технологических факторов на рассматриваемые показатели была разработана и использована эксперимен-тальная модель технологического процесса устройства армированных откосов.

Используя экспериментально-статистическое моделирование, проведены исследования влияния технологических параметров армирования (длины заведения армирующего полотна за кривую скольжения, количества и высоты армируемых слоев и типа армирующего полотна) на показатели устойчивости откосов.

Установлены закономерности влияния технологических параметров на показатели устойчивости армированных откосов, полученные в результате анализа экспериментально-статистических моделей.

Установлена возможность увеличения полезной нагрузки при использовании разработанной технологии и обеспечении необходимых показателей устойчивости откосов:

в 1,08-1,94 раза при изменении длины заведения армирующего полотна за кривую скольжения;

в 1,005-1,92 раза при изменении вертикального шага армирования;

в 1,09-1,26 раза при изменении типа геотекстиля.

Результаты проведенных исследований позволили выявить влияние технологических параметров на показатели устойчивости армированных откосов. Оптимальное соотношение величин исследованных технологических факторов позволяет достигнуть максимального увеличения показателя полезной нагрузки, соответствующей потере устойчивости откоса в 2,49 раза.

Установлена возможность при использовании разработанной технологии увеличить показатели устойчивости откоса для различных условий при использовании термоскрепленного геотекстиля Typar SF по сравнению с использованием иглопробивного геотекстиля Руно в 1,09-1,26 раза.

Результаты внедрения, полученные на двух реальных объектах строительства, показали их достаточную сходимость с результатами лабораторных исследований. При использовании оптимальных величин технологических факторов, выявленных в результате экспериментальных исследований, величина полезной нагрузки на откос в натурных условиях увеличивается в 1,12-1,41 раза.

Внедрение разработанной технологии в г. Одесса позволило сократить на каждом погонном метре готового откоса высотой 3,5 м: трудоемкость на 12 чел./час., потребность в машинах на 9 маш/час, расходы на материалы на 1129 грн. по сравнению с традиционным методом укрепления откосов.

Экономическая эффективность разработанной технологии по результатам внедрения - 24573 грн., что составляет 957-1094 грн. на 1 м.п. укрепленного откоса высотой 3,5 м.

Ключевые слова: „армоґрунтовые” конструкции, геосинтетические материалы, геотекстили, поверхность скольжения, устойчивость откосов.

ANNOTATION

Fedoruk А.V. The perfection of technology of reinforcement slope by geosinthetic materials. - A manuscript.

Thesis on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on the speciality 05.23.08 - technology and organization of industrial and civil construction. - Vinnytsia National Technical University, Vinnytsia 2007.

The work is devoted to the solution of the problem of improving of technology of soil construction erection with slope angle, exceeding natural

The analysis of traditional technology arrangement of reinforced soil structures is accomplished in the work.

Method of research realization for the solution of the raising problem is given. This method provides the realization of the sufficient number of experiments for quantitative and qualitative estimation of the main research factors influence and their totality on indices of soil structures stability.

Using experimental statistical modelling investigations were carried out and conformity of technological parameters on indices of reinforced slopes stability obtained in the result of the analysis of experimental and statistical models are established.

At using of optimum figure of technological factors revealed in the result of the experimental investigations the figure of useful load on a slope in natural conditions is increased in 1,12-1,41 times.

The introduction of the developed technology in Odessa allowed to reduce on every linear metre 3.5 m high: labouriousness on 12 men/hour, need in cars on 9 men/hour, expenses on materials on 1129 grv. in comparison with traditional methods.

Key words: “reinforced soil” structures, geosynthetic materials, geotextiles, sliding surface, slopes stability.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

ґрунтовий споруда армований укіс

Актуальність теми. Ґрунтові споруди є найменш затратними в порівнянні зі спорудами з інших матеріалів. Відносно невелика трудомісткість та високий рівень механізації при їх влаштуванні пояснюють величезні масштаби їх застосування як в нашій країні, так і за її межами.

Першорядне значення при влаштуванні ґрунтових споруд має їх стійкість і особливо стійкість їхніх укосів. Відома низка технологічних прийомів, напра-влених на покращення цього показника при влаштуванні ґрунтових споруд. Це, як правило, армування ґрунтових масивів різними матеріалами. Однак, традиційні способи та матеріали, які застосовуються, не завжди дають бажаний ефект, мають значну трудомісткість та вартість. Тому їх використання часто скрутне, а часом і неможливе. Аналіз відомих досліджень показав, що при влаштуванні укосів з кутом, який перевищує природний, пошарове армування геосинтетичними матеріалами має високу ефективність. Про широке розпов-сюдження використання таких конструкцій свідчить той факт, що об'єми виробництва синтетичних полімерних матеріалів, які застосовуються у світі в будівництві, з 1980-го року зросли більше, ніж у 100 разів. У наш час вони складають близько 1 мільярду м² на рік, з яких 65 % використовується при влаштуванні ґрунтових споруд.

Найбільш істотним недоліком відомих технологій армування укосів геосинтетичними матеріалами є те, що їхні параметри встановлені безпосередньо за результатами практичного досвіду, без проведення системних наукових досліджень. Це призводить до погіршення техніко-економічних показників робіт по армуванню укосів цими матеріалами. Зокрема, збільшення вартості робіт може відбуватися в результаті недоцільної перевитрати армуючих полотен. Це в свою чергу призводить до збільшення об'ємів земляних робіт. Необґрунтовані величини довжини армуючого матеріалу, товщини армуючого шару або висоти укосу можуть призвести до того, що він матиме недостатню стійкість чи значну вартість.

Таким чином, сьогодні назріла необхідність проведення системних досліджень, вдосконалення існуючої технології та розробка надійного і ефективного способу зведення укосів, армованих геосинтетичними матеріала-ми. Висока ефективність використання таких материалів, необхідність їх більш широкого застосування і відсутність науково-обґрунтованих конструктивно-технологічних параметрів такої технології визначає актуальність теми.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконана відповідно до пріоритетних напрямків розвитку науки і техніки на період до 2006 року, визначеними в Законі України від 11 липня 2001 р. №2623-III „Про пріоритетні напрямки розвитку науки і техніки” напрямок №6 „Новітні та ресурсозберігаючі технології в енергетиці, промисловості, будівництві та агропромисловому комплексі”, в рамках постанови Кабінету Міністрів України від 24.11.2001 р. №1716 „Про затвердження переліку державних науково-технічних програм з приорітетних напрямків розвитку науки і техніки на 2002-2006 роки”.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є вдосконалення технології зведення ґрунтових споруд з кутом укосу, вищим за природній, шляхом розробки нового способу підвищення їх стійкості та визначення оптимальних технологічних параметрів його реалізації.

Для досягнення поставленної мети дослідження сформульовані основні задачі дисертаційної роботи:

виконати аналіз відомих технологій та матеріалів для зведення армоґрунтових конструкцій та виявити найбільш ефективні;

проаналізувати технологічні основи стійкості укосів, армованих геосинтетичними матеріалами, виявити найбільш ефективні технологічні прийоми, що покращують стійкість укосів, армованих геосинтетичними матеріалами;

провести експериментальні дослідження впливу змін технологічних па-раметрів (довжини заведення армуючого полотна за поверхню ковзан-ня, кількості та висоти армованих шарів) на показники стійкості укосів;

виконати експериментально-статистичне моделювання впливу матеріалу армуючих полотен різних типів на показники стійкості армованих укосів;

виконати аналіз результатів експериментальних досліджень для оптимізації технологічних параметрів армування з урахуванням їхнього взаємного впливу на показники стійкості укосів;

перевірити отримані результати в умовах будівництва.

Об'єктом дослідження є технологія зведення армованих укосів.

Предметом дослідження є технологічні способи підвищення стійкості укосів, армованих геосинтетичними метеріалами.

Методи дослідження. При роботі з літературними джерелами, пошуку та обґрунтуванні вибору предмета дослідження, а також у закінченні кожного розділу використовувався метод узагальнення та аналізу. При виконанні експе-риментальної частини роботи застосовувались методи теорії скороченого пла-нування та оптимізації експериментів. При обробці результатів експериментів використовувався метод експериментально-статистичного моделювання.

Наукова новизна одержаних результатів:

виявлено технологічні параметри, які впливають на показники стій-кості армованих укосів і визначені найбільш значущі: довжина заведен-ня армуючого полотна за криву ковзання, величина вертикального кроку армування, тип армуючого матеріалу, кількість армованих шарів.

вперше встановлено закономірності впливу технологічних параметрів на показники стійкості армованих укосів, отримані в результаті аналізу експериментально-статистичних моделей;

встановлено можливість збільшення корисного навантаження при використанні розробленої технології та забезпеченні необхідних показників стійкості укосів із пісчаного ґрунту: в 1,08-1,94 рази при зміні довжини заведення армуючого полотна за поверхню ковзання; в 1,005-1,92 рази при зміні вертикального кроку армування; в 1,09-1,26 рази при зміні типу геотекстиля;

виявлено оптимальне співвідношення досліджуваних технологічних факторів, що дозволяє досягнути максимального збільшення (в 2,49 рази) показника корисного навантаження, яке відповідає втраті стій-кості укосу.

Практичне значення одержаних результатів:

отримано результати експериментальних досліджень дозволили розробити нову технологію армування укосів з використанням геосинтетичних матеріалів, підтверджену патентом України;

підтверджено доцільність використання термоскріплених та голкопро-бивних геотекстилів для підвищення стійкості армованих укосів;

застосування виявлених у результаті досліджень оптимальних техноло-гічних параметрів армування дозволяє скоротити витрати на влашту-вання армованих ґрунтових укосів з високими показниками стійкості при використанні різних типів армуючого полотна;

результати апробації розробленої технології на реальних об'єктах будівництва показали її високу ефективність в порівнянні з традиційним методом укріплення укосів: скорочення трудомісткості на 12 люд./год., потреби в машинах на 9 маш./год., витрати на матеріали на 1129 грн. на 1 м.п. укосу висотою 3,5 м;

Особистий внесок здобувача полягає в отриманні наступних результатів:

виявлені найефективніші технологічні фактори, які мають вплив на показники стійкості укосів при їх армуванні геосинтетичними матеріалами [7];

обґрунтовано доцільність використання термоскріплених і голко- пробивних геотекстилів для підвищення стійкості армованих ґрунтових укосів [4];

виконані експериментальні та теоретичні дослідження впливу технологічних параметрів армування на величини показників стійкості армованих укосів [6];

виконано порівняльний аналіз результатів досліджень зміни величин показників стійкості армованих укосів в лабораторних і натурних умовах [1];

проведено аналіз економічної ефективності розробленої технології в порівнянні з традиційною[5].

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дисертаційної роботи доповідались на V науково-технічній конференції “Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди” (Рівне, 2006); IV Міжнародній науково-практичній конференції “Іноваційні технології життє-вого циклу об'єктів житлово-громадського, промислового й транспортного призначення” (Ялта, 2006); міжкафедральних науково-технічних семінарах Одеської державної академії будівництва та архітектури (Одеса, 2003-2006) та Вінницького національного технічного університету (Вінниця, 2006); науково-технічних семінарах кафедри технології та механізації будівництва Одеської державної академії будівництва та архітектури (Одеса, 2003-2006).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 8 наукових праць, з них 6 у фахових виданнях, що входять до переліку ВАК України, 1 стаття у збірнику наукових праць і 1 патент України.

Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, 4 розділів, загальних висновків та додатку і включає 7 таблиць та 66 рисунків. Загальний обсяг 144 сторінки. Основний текст викладений на 117 сторінках, список літературних джерел складається з 119 найменувань на 12 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі вказані основні характеристики роботи: актуальність теми, мета і завдання досліджень, наукова новизна, практична цінність роботи тощо.

Перший розділ присвячений аналізу стану питання, сутності армо-ґрунтових конструкцій та сфері їх застосування, технології влаштування та матеріалам, застосовуваним при спорудженні таких конструкцій.

У розділі виділені основні недоліки традиційних технологій та матеріалів, що використовуються для зведення армоґрунтових конструкцій. Це, по-перше - обмежений термін служби дерева та сталі, що використовуються в якості традиційних армуючих матеріалів. По-друге - висока трудомісткість та вартість виконання робіт відомими технологіями. По-третє у вивчених джерелах інформації відсутні відомості про системні дослідження впливу технологічних параметрів армування ґрунтових споруд геотекстильними матеріалами на показники стійкості таких споруд.

Найбільш перспективним для укріплення армоґрунтових конструкцій є геосинтетичні матеріали. Проведений аналіз показав, що використання техно-логії армування ґрунтових споруд геотекстильними матеріалами позитивно впливає на характеристики та властивості таких споруд.

Найбільш відповідальною частиною армоґрунтових конструкцій є укоси. У зв'язку з цим, подальші дослідження були присвячені вивченню технології армування укосів геосинтетичними матеріалами, що забезпечує їх стійкість.

Другий розділ. У розділі викладаються технологічні основи стійкості ґрунтових споруд, армованих геосинтетичними матеріалами. Визначені причини та види втрати стійкості укосів таких споруд.

Виконана постановка мети і завдань досліджень, сформульована наукова гіпотеза. Проведений вибір найбільш значущих технологічних факторів для експериментальних досліджень, що мають вплив на показники стійкості армованих укосів. Розроблено експериментальну модель технологічного проце-су армування укосів і методика проведення експериментальних досліджень. Аналіз відомих досліджень за темою роботи дозволив сформулювати гіпотезу про вплив технологічних факторів на показники стійкості армованих укосів. Результати наукових досліджень дозволили визначити найбільш впливові фактори та їх співвідношення при влаштуванні укосів з необхідними параметрами в різних умовах.

Застосування виявленого оптимального співвідношення факторів дозволяє влаштовувати укоси, здатні витримувати великі навантаження за необхідних умов. У дисертації розглянуті три основні умови експлуатації укосів. Перша умова - це експлуатація під впливом навантажень, що не викликають осадових деформацій. Друга - коли деформації не перевищують гранично допустимих значень. Третя - збереження стійкості укосів із будь-якими осадовими деформаціями, але без обвалення.

У результаті теоретичних досліджень виявлена велика кількість факторів, які мають вплив на показники стійкості армованих укосів. Тому в роботі проведений аналіз впливу кожного з них та відібрані для експериментальних досліджень найбільш значущі.

Для проведення експериментальних досліджень була вибрана схема трьохрівневої зміни кожного з факторів (1;0;+1). Дані про фактори та рівні їх варіювання показані в табл. 1.

У якості фактора х₁ прийнята величина довжини заведення геотекстиля за поверхню ковзання (L). У експериментальних дослідженнях в якості ґрунту використано пісок, тому за поверхню ковзання прийнято кут внутрішнього тертя (). Цей фактор характеризує жорстку фіксацію армуючого матеріалу в стійкій частині ґрунтового масиву. За стійку частину прийнято ґрунтовий масив, розміщений за призмою обвалення, обмеженою кутом внутрішнього тертя. Величина х₁ змінювалась в межах від 0 до 200 мм.

Таблиця 1. Фактори та рівні їх варіювання

№	Фактори	Од. вим.	Код	Рівні факторів за планом експеременту
				1	0	+1
1	Довжина заведення армуючого полотна за криву ковзання, L	мм	х1	0	100	200
2	Величина вертикального кроку армування, h	мм	х2	50	60	70
3	Кількість армованих шарів, n	шт	х3	1	3	5

У якості фактора х₂, що характеризує висоту армованого укоса, прийнята кількість армованих шарів (n). Межа зміни фактора вибрана від 1 до 5.

Третім фактором, х₃, була висота шару армування (h). Межа варіювання фактора від 50 мм до 70 мм.

При проведенні експериментальних досліджень, вважали за необхідне перевірити вплив цих факторів на стійкість армованих укосів.

В якості армуючого матеріалу застосовувались два види геотекстилів: нетканий термоскріплений геотекстиль Typar SF 32 (виробництво фірми Du-Pont, Люксембург) і нетканий голкопробивний геотекстиль Руно 80 (виробництво фірми Акваізол, Україна, Харків). Технічні характеристики матеріалів представлені в табл. 2.

Таблиця 2. Технічні характеристики геотекстилів

Параметри	Typar SF 32	Руно 80
Щільність, г/м2	200	180
Межа міцності на розтягання, повзд./попер. кН/м	6,2	5,0/5,4
Занурення конуса, мм	37	33,2
Ширина полотна, м	5,2	3,2
Довжина полотна в рулоні, м	150	182
Межа розтяжності повзд./попер. %	52	98/102
Міцність на роздирання, Н	335	90
Розмір пор, мкм	160	92

Для визначення характеру впливу параметрів армування на деформації армованих укосів було проведено експериментальні дослідження армованих укосів в лотку. Дослідження проводились на об'ємній моделі розміром 100Ч60Ч60 см з прозорою стінкою. Масштаб моделі 1:10. Армований укіс укладався пошарово (пісок дрібний, щільність 1,62 г/см³, вологість 1-2 %, кут внутрішнього тертя 32°, зчеплення 0,003 МПа). Загальна товщина ґрунту під армованими шарами була прийнята рівною трьом висотам максимального розміру армованого шару та складала для моделі 21 см.

Вертикальне навантаження прикладалось через жорсткий прямокутний штамп з розмірами 10Ч50 см. Результати дослідження оцінювались по вимірюванню осадки штампа за допомогою прогибоміра ПМ-3, чи по факту втрати стійкості укоса (його обвалення). Навантаження створювалось насосною станцією через гідроциліндр і фіксувалося за показаннями манометра.

При влаштуванні укосу ґрунт укладався пошарово з ущільненням кожного шару. Ущільнення проводилось трамбуванням за допомогою штампа вагою 5 кг за умови не менше трьох ударів по одному і тому ж місці.

Армуючі полотна укладались після ущільнення кожного шару з одночасним формуванням укосу. При цьому на кожен шар ґрунту використовували окреме полотно. Верхній загин армуючого матеріалу складав 10 см. В основі кожного армованого шару ґрунту полотна армуючого матеріалу заводили за поверхню ковзання.

На етапі моделювання використані експериментально-статистичні моделі (ЕСМ) у вигляді квадратного полінома:

Y= b₀ + b_ix_i + b_ijx_ix_j + b_iix_i²,

де b статистична оцінка за експериментальними даними “істиних” коефіцієнтів ЕСМ (вільний член b₀, лінійний ефект від i-того фактора b_i, ефекти взаємодії факторів b_ij, квадратичний ефект від i-того фактора b_ii).

Моделі були допущені для прийняття інженерних рішень тільки після їхнього статистичного (регресійного) аналізу, в ході якого перевірялись гіпотези: про рівність істиних коефіцієнтів ЕСМ нулю, якщо ця модель приймається, то відповідна оцінка виключалась, а сама модель перерахо-вувалась; про адекватність моделі в цілому експериментальним даним, за якими вона побудована.

Запланований експеримент припускав реалізацію серії дослідів, складених за визначеною схемою. Кожен із дослідів відрізнявся поєднанням незалежних змінних, які визначали умови його проведення при скороченні об'єму дослід-них робіт в порівнянні з повним багатофакторним експериментом. При цьому виконані дві найсуттєвіші вимоги:

фактори корельовані, тобто кожному з даних факторів можна було за-дати будь-яке можливе значення, незалежно від значень інших змінних.

фактори сумісні, серед можливих коливань значень факторів, визна-чаючих умови кожного досліду в плані, виключені такі, які неможливо було б здійснити.

Вибір області змінення факторів визначений теоретичними границями існування змінних, технічними можливостями й областями змінення змінних, представляючих практичний інтерес з точки зору конкретної задачі.

Третій розділ присвячений експериментальним дослідженням. Дослідження проводились в два етапи. На першому етапі робіт була поставлена задача визначити вплив трьох технологічних факторів на показники стійкості укосу, армованого термоскріпленим геотекстилем Typar SF. На другому етапі вирішувалось те ж завдання, але з використаням голкопробивного геотекстиля Руно. В якості технологічних факторів розглядались три найбільш значимих: довжина заведення геоматеріалу за криву ковзання (х₁), висота армованого шару (х₂) та кількість армованих шарів (х₃). На заключному етапі проведена виробнича перевірка отриманих результатів у реальних умовах будівництва.

На першому та другому етапах експерименту визначали три показники. Перший - кількісне значення навантаження y₁(y^'₁), при дії якого починають розвиватися осадкові деформації. Другий - кількісне значення навантаження y₂(y^'₂), при якому осадки досягають гранично допустимого значення. За величину гранично допустимої осадки взята така, при якій не допускається нормальна експлуатація будівель та споруд. З урахуванням вибраного масштабу 1:10 гранично допустима осадка в експерименті взята 5мм. Третій - кількісне навантаження y₃(y^'₃), при впливі якого укос втрачає стійкість та відбувається його обвалення.

У результаті виконання експериментальних досліджень отримані аналі-тичні моделі, які характеризують вплив технологічних факторів при різному поєднанні на різні показники стійкості укосів, армованих термоскріпленим геотекстилем Typar SF. Вони приведені нижче:

на величину навантаження, що відповідає початку розвитку деформацій

y₁=90,03+6,93х₁-4,29х₂-8,13х₃-4,60х₁²-0,76х₂х₃+1,18х₃²+2,97х₁х₂-1,56х₁х₃;

на величину навантаження, що відповідає досягненню гранично допустимого значення осадки

y₂ = 208,33 + 20,23х₁ - 13,15х₂ - 27,06х₃ - 8,45х₁² + 5,07х₁х₃ - 6,86х₂х₃;

на величину навантаження, що відповідає втраті стійкості укоса

y₃=279,7+29,46х₁-31,27х₂-38,38х₃-10,22х₁²+10,74х₂²-20,63х₂х₃+12,91х₁х₂+7,21х₁х₃.

Використовуючи аналітичні моделі, побудовано ізоповерхні впливу технологічних факторів на показники стійкості укосів, армованих термоскріпленим геотекстилем Typar SF.

Аналітичні моделі, які характеризують вплив технологічних факторів при різному їх поєднанні на різні показники стійкості укосів, армованих голкопробивним геотекстилем Руно, приведені нижче:

на величину навантаження, що відповідає початку розвитку деформацій

y'₁=81,21+7,17х₁-3,97х₂-7,35х₃-4,1х₁²-0,59х₂х₃+0,969х₃²+2,72х₁х₂1,61х₁х₃;

на величину навантаження, що відповідає досягненню гранично допустимого значення осадки

y'₂=182,37+15,66х₁-11,53х₂-23,97х₃-7,66х₁²+4,73х₁х₃-6,01х₂х₃;

на величину навантаження, що відповідає втраті стійкості укоса

y'₃=224,77+29,89х₁-11,55х₂-39,24х₃-22,76х₁²-10,33х₂х₃+29,79х₃²+ +7,15х₁х₂+ 13,74х₁х₃.

Використовуючи аналітині моделі, побудовані ізоповерхні впливу технологічних факторів на показники стійкості укосів, армованих голокопробивним геотекстилем Руно.

Вплив технологічних факторів х_i на величину навантаження, що відповідає досягненню гранично припустимого значення осадки (y₂, y'₂) при закріпленні інших х_j на рівнях, що відповідають максимальному значенню функції, а потім мінімальному.

Аналіз одержаних даних показує:

найбільш істотний вплив на показники стійкості має кількість армо-ваних шарів (х₃). Тому, ефект його дії в більшості випадків прийнятий за 100 %. В деяких випадках його вплив був рівний 76 % та 83 %;

другим за значенням є довжина заведення геоматеріала за криву ковзання (х₁) ефект його дії у різних випадках коливається від 58 % до 100 %;

найменьший вплив на вихідні параметри має висота армованого шару (х₂) ефект його дії різний та коливається від 5 % до 97 %.

Результати досліджень першого та другого етапу підтвердили гіпотезу про можливість істотного збільшення показників стійкості укосів ґрунтових споруд при оптимальному співвідношенні технологічних параметрів їх армування геосинтетичними матеріалами.

У четвертому розділі викладено описання двох об'єктів, на яких проводилась виробнича перевірка результатів експериментальних досліджень та їх апробація. Також виконано порівняльний аналіз результатів та розрахована економічна ефективність. На основі проведених досліджень розроблено технологічні схеми виконання робіт та рекомендації по технології армування укосів із кутом, вищим за природний.

Перший об'єкт для натурних випробувань - приватний будинок по вул. Новоберегова, м. Одеса. Другий об'єкт, на якому проводились натурні випробування, знаходиться на 26-му км автомобільної дороги Симферополь-Ялта.

Виробнича перевірка в умовах будівництва показала достатню збіжність отриманих результатів з даними лабораторних досліджень. При використанні оптимальних величин технологічних факторів, виявлених в результаті досліджень, величина корисного навантаження на укос збільшується в 1,12-1,41 рази.

Використання розробленої технології з оптимальними параметрами армування укосів дозволяє скоротити трудомісткість на 12 люд./год., потреби в машинах на 9 маш./год., витрати на матеріали на 1129 грн. на 1 м.п. готового укоса висотою 3,5 м в порівнянні з традиційним методом укріплення укосів - влаштуванням підпірної стінки з монолітного залізобетону, що приведений в діючих нормативних документах по ціноутворенню (програма АВК-3 ред. 2.4.1). Економічна ефективність розробленої технології за результатами впровадження складає 957-1094 грн. на 1 м.п. укріпленого укосу висотою 3,5 м.

Результати, одержані при виробничій перевірці в натурних умовах, дозволяють рекомендувати розроблену технологію укріплення укосів для впровадження при влаштуванні укосів з кутом, вище природного.

Дані з техніко-економічної ефективності занесено в табл. 3.

Аналіз результатів роботи та апробації в виробничих умовах дозволили розробити рекомендації та запатентувати технологію укріплення укосів з кутом, вищим за природний.

Зміцнення укосів ґрунтових споруд пошаровим армуванням геосинте-тичними матеріалами рекомендується виконувати в такий спосіб:

1 виконати підготовчі роботи;

2 розробити ґрунт до проектних позначок;

3 установити опалубку на висоту шару;

4 укласти армуючі полотна й заанкерити їх;

5 відсипати шар ґрунту й ущільнити його;

6 улаштувати верхній загин;

7 демонтувати елементи опалубки;

8 роботи 3-7 повторити для кожного шару.

Довжину захватки призначити з розрахунку перекриття наприкінці робочої зміни укладеного прошарку ґрунтом засипки. При виконанні робіт використовувати машини, механізми, матеріали й вироби відповідно до відомостей, приведених у роботі.

При проведенні підготовчих робіт необхідно зрізати рослинний ґрунт, викорчувати пні (рис. 5 а). Також необхідно провести перевірку відповідності розмірів і вертикальних позначок до проектних даних. При необхідності втрамбувати й профілювати основу з наданням їй відповідних поздовжніх і поперечних уклонів. Підготовку основи варто виконувати автогрейдером або бульдозером.

Таблиця 3. Техніко-економічні показники запропонованих технологічних параметрів при армуванні укосів із розрахунку на 1 м.п. укоса висотою 3,5 м

№	Назва показників	Од. вим.	Варіанти укріплення	Порівняння запропонованої технології з традиційною
			Традиційна технологія укріплення	Укріплення по розробленій технології геотекстилем Typar SF	Укріплення по розробленій технології геотекстилем Руно	З використанням геотекстиля Typar SF	З використанням геотекстиля Руно
1	Тривалість робіт	год.	8,3	4,3	4,3	0,52	0,52
2	Собівартість робіт	грн.	2378	1421	1284	0,59	0,54
3	Трудомісткість работ	люд./ год.	25	13	13	0,52	0,52
4	Потреби в машинах	маш./ год.	20	11	11	0,55	0,55
5	Рівень механізації	%	0,8	0,84	0,84	1,05	1,05
6	Витрати на матеріали	грн.	1412	406	283	0,28	0,2

Як армуючий матеріал можна використовувати геосітки або геотекстилі. Армуючі полотна доставляти на будівельний майданчик у рулонах. Розван-таження рулонів і їх тимчасове складування виконувати вручну ланкою робітників з 3 чоловік або із застосуванням кранів (при вазі рулонів більше 50 кг). Рулони складувати таким чином, щоб відстань підношення до місця укладання не перевищувала 50 м. Полотна попередньо нарізати на смуги довжиною, обумовленою проектом залежно від умов майданчика. Приготувати анкери і хомути, установити опалубку в проектне положення.

Армуючі полотна укладати горизонтально на підготовлену основу уздовж напрямляючої схилу, перпендикулярно брівці укосу, зафіксувати "U"-подібними скобами, тимчасово випустивши вільні кінці за опалубку. У процесі укладання стежити за паралельністю полотен, не допускаючи утворення складок. Довжину вільного кінця прийняти рівною 1,5 м. Обов'язковою умовою є заведення армуючого матеріалу за криву ковзання не менше, ніж 2 на м.

Розкочуючи армуючі полотна, необхідно враховувати таке: краї полотен варто закріпити на земляному полотні, використовуючи анкерні скоби; сусідні полотна варто укладати з накидом в напрямку укладання матеріалу засипання (для геотекстилю накид повинен бути 30-50 см); накид полотен необхідно зберегти під час процесу укладання й ущільнення ґрунту (для виконання цієї вимоги невелику кількість ґрунту необхідно укласти на місця накиду ще до виконання основного засипання).

Для забезпечення надійності стиків, а також для економії армуючого матеріалу полотна між собою можуть бути з'єднані шляхом зшивання, склеювання, анкеровки й т.д. У цьому випадку накид зменшити до 10 см.

Влаштування верхнього шару ґрунту засипання виконувати відразу після укладання і стикування полотен. При наявності сильного вітру, щоб уникнути здування полотен, необхідно присипати їх у декількох місцях матеріалом верхнього шару. При відсипанні ґрунту необхідно виконувати такі вимоги. Не слід просто вивалювати ґрунт із самоскидів на полотна. Механічне обладнання також не повинно бути буксируване по ним. Перший шар ґрунту розстеляти суцільним однорідним шаром. Транспорт повинен рухатися по попередньо укладеному ґрунту, і в жодному разі прямо по полотнах. Швидкість руху не повинна перевищувати 5 км/год.

Насипати ґрунт на полотна необхідно шарами товщиною 0,3 м. Кожний шар ущільнювати до 95 % від природної щільності. На відстані 1,0 м від брівки укосу, ущільнення можна виконувати тільки легким ручним устаткуванням (віброплити, ручні трамбовки). Основну частину масиву, що зміцнюється, можна ущільнювати важкими котками. Візуальною ознакою закін-чення ущільнення є відсутність хвиль перед котком і припинення осадки шару, помітної на око. Остаточний ступінь ущільнення кожного шару перевірити відповідними приладами.

При виконанні робіт взимку допускається укладання геосинтетиків на мерзлу основу. При цьому її поверхня повинна бути ретельно очищена від снігу і льоду. Виконання робіт під час снігопаду неприпустимо. Розподілення, розрівнювання й ущільнення верхнього шару виконувати до його змерзання.

Для збереження армуючих полотен від руйнуючого впливу ультрафіо-летового випромінювання необхідно засіяти схил насіннями багаторічних трав. Перед посівом трав необхідно настелити біомат (геомат) і виконати відсипання шару рослинного ґрунту.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

При влаштуванні ґрунтових споруд в наш час найбільш перспективною є технологія їх армування геосинтетичними матеріалами. У вивчених джерелах відсутні відомості про системні дослідження впливу техноло-гічних параметрів армування ґрунтових споруд геосинтетичними матеріа-лами на показники стійкості таких споруд.

На основі аналізу стану питання обґрунтовано необхідність вирішення завдання - удосконалення технології влаштування ґрунтових споруд з кутом укосу, вище природного, шляхом розробки нового способу підвищення їхньої стійкості і визначення оптимальних технологічних параметрів його реалізації.

Вивчення технологічних основ стійкості укосів показало, що найбільш значущими факторами, що визначають її показники, є:

довжина заведення армуючого полотна за криву ковзання;

величина вертикального кроку армування;

тип армуючого матеріалу;

кількість армованих шарів.

Розроблена експериментальна модель технологічного процесу влаштування армованих укосів дозволила дослідити характер впливу технологічних факторів на деформації армованих укосів. Представлена в роботі методика дозволила вивчити вплив технологічних факторів на показники стійкості армованих укосів.

У результаті експериментально-теоретичних досліджень визначена закономірність впливу технологічних факторів на показники стійкості армованих укосів при зміні технологічних факторів.

Встановлено можливість збільшення показників стійкості укосів в розглянутих межах зміни технологічних факторів:

в 1,08-1,94 рази при зміні довжини заведення армуючого полотна за криву ковзання;

в 1,005-1,92 рази при зміні вертикального кроку армування;

в 1,09-1,26 рази при зміні типу геотекстиля.

Оптимальне співвідношення досліджуваних технологічних факторів дозволяє досягнути максимального (в 2,49 рази) збільшення показника корисного навантаження, що відповідає втраті стійкості укосу.

Апробація результатів досліджень в виробничих умовах показала, що при використанні розробленої технології, величина корисного навантаження на укос в натурних умовах збільшується на 12-41 % в порівнянні з результат-тами, отриманими на моделях.

Впровадження розробленої технології з оптимальними параметрами армування укосів в м. Одеса дозволило скоротити на кожному погонному метрі готового укосу висотою 3,5 м: трудомісткість на 12 люд./год., потреби в машинах на 9 маш./год., витрати на матеріали на 1129 грн. в порівнянні з традиційним методом укріплення укосів.

Економічна ефективність розробленої технології по результатам впровадження - 24573 грн., що складає 957-1094 грн. на 1 м.п. укріпленого укосу висотою 3,5 м.

Результати, отримані при виробничій перевірці в натурних умовах, дозволяють рекомендувати розроблену технологію укріплення укосів для впровадження при влаштуванні укосів з кутом, вище природного.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Менейлюк А.И., Федорук А.В. Анализ результатов экспериментальных исследований устойчивости армированных земляных откосов // Нові технології в будівництві. 2006. №2 (12). С. 2023.

2. Федорук А.В. Производственная апробация результатов исследований устойчивости откосов, армированных геотекстильными материалами // Коммунальное хазяйство городов. - Харків: ХНАМГ. 2006. №72. С. 8591.

3. Федорук А.В. Внедрение технологии укрепления откосов послойным армированием геотекстильными материалами // Науковий вісник будів-ництва. Харків: ХДТУБА. 2006. №37. С. 4346.

4. Менейлюк А.И., Попов О.А., Федорук А.В. Анализ эффективности применения геотекстиля // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. Одесса: Місто Майстрів. 2005. №20. С. 263267.

5. Менейлюк А.И, Попов О.А., Федорук А.В. Технология возведения насыпи с использованием геосинтетических метериалов // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. Одесса: Місто Майстрів. 2005. №20. С. 159164.

6. Менейлюк А.И., Федорук А.В. Методика экспериментальных исследований устойчивости откосов, армированных геотекстильными материалами // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. Рівне: НУВГП. 2006. №14. С. 415420.

7. Менейлюк А.И., Федорук А.В. Результаты экспериментальных иссле-дований устойчивости земляных откосов, армированных геотекстилем Тураг 80 // Інноваційні технології життєвого циклу об'єктів житлово-громадського, промислового й транспортного призначення. Дніпропетровськ: ПДАБА. 2006. №37. С. 172178.

8. Пат. 5187 України, МКИ Е 02 D 17/20. Спосіб зведення насипу / Федорук А.В. №20040706101; Заявл. 22.07.2004; Опубл. 15.02.2005, Бюл. № 2. - 2 с.

Размещено на Allbest.ru

...