К вопросу стабилизации потенциально неустойчивых грунтов в транспортном строительстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 69.002.5

К ВОПРОСУ СТАБИЛИЗАЦИИ ПОТЕНЦИАЛЬНО НЕУСТОЙЧИВЫХ ГРУНТОВ В ТРАНСПОРТНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Кузнецова О.Л.¹, Калиев Б.З.²

¹Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.

²Казахский национальный технический университет имени К.И. Сатпаева, Казахстан, Алматы

Рассматривается проблема стабилизации неустойчивых грунтовых массивов при возведении объектов транспортного строительства. Приводится описание новой технологии крепления потенциально неустойчивых грунтов с помощью грунтоцементных свай. Дается описание конструкции оборудования и рабочего органа для изготовления грунтоцементных свай.

Ключевые слова: крепление неустойчивых грунтов, грунтоцементные сваи, оборудование для изготовления грунтоцементных свай

грунт строительство свая массив

This article considers the problem of stabilization of unstable soil masses in the construction of objects of transport construction. Describes the new technology of fixing potentially unstable soil with soil-cement piles. Describe equipment design and the working body for the manufacture of soil-cement piles

Keywords: fixing unstable soils, soil-cement piles, equipment for soil-cement piles production

Прочность и долговечность транспортных сооружений работающих в условиях воздействия реальных нагрузок во многом зависит от характера природной эксплуатационной среды. Одной из проблем современного транспортного строительства является ликвидация зон неустойчивых грунтовых массивов, наличие которых является постоянной угрозой существующим транспортным сооружениям (автомобильным и железным дорогам, мостам, эстакадам, путепроводам, тоннелям и т. п.). Возведение сооружений на территориях, имеющих подобные зоны, требуют проведения дорогостоящих работ по стабилизации неустойчивых грунтовых массивов.

Эффективным методом крепления потенциально неустойчивых грунтов является возведение сооружений из глубоких свай (забивных, буронабивных), объединенных в единые системы, перегораживающие движение оползневых масс [1]. Такие системы получили название противооползневых удерживающих конструкций глубокого заложения.

Наиболее широкое применение в качестве удерживающих элементов получили буронабивные сваи. Технология изготовления буронабивных свай включает следующие операции:

- бурение скважины;

- чистка скважины от шлама при бурении;

- обсадка скважины;

- установка арматурного каркаса;

- монтаж вибробункера с бетонолитной трубой;

- включение вибробункера с бетонолитной трубой;

- извлечение обсадной трубы с помощью вибропогружателя;

- оформление головной части сваи.

Бурение ведется с применением обсадных труб. Скважина бурится до проектной отметки, затем забой очищается от шлама, и в скважину краном опускается арматурный каркас. Для бетонирования буронабивных свай используется вибробункер с бетонолитной трубой. Обсадная труба извлекается после заполнения скважины бетонной смесью до её схватывания. Для извлечения обсадных труб используются винтовые или гидравлические домкраты, которые упираются в специальный металлический хомут, сжимающий верх обсадной трубы. При укреплении оползней в период их активизации обсадные трубы нередко зажимаются оползневым давлением. В таких случаях они оставляются в скважинах и служат оболочкой, воспринимающей давление грунта во время твердения бетона.

Данные противооползневые удерживающие конструкции позволяют избежать устройства сложной дренажной системы, так как отдельные столбчатые элементы не препятствуют движению грунтовых вод, не требуют дополнительного ухода и ремонта, что исключает эксплуатационные затраты. Использование буронабивных свай рекомендуется при мощности смещающихся масс не более 17 м, крутизне уклона не более 50є.

Однако использование этих конструкций существенно ограничено из-за большой трудоемкости работ и количества машин и механизмов, входящих в комплект оборудования. Кроме того, из-за потребности значительного количества бетона, использование данного метода укрепления оползневых откосов становится экономически оправданным лишь при невозможности применения других видов закрепления грунтов.

Альтернативой дорогостоящих бетонных буронабивных свай являются грунтоцементные сваи. Грунтоцементные сваи изготавливаются из закрепленного цементом грунта буровой скважины, что значительно снижает их стоимость. Однако, применяемые в настоящее время технологии для их возведения, такие как струйная и буросмесительная, являются малопроизводительными и не позволяют получать несущую способность по материалу, достаточную для удержания оползневых склонов.

Оборудование для изготовления грунтоцементных свай

Все перечисленные выше факторы обусловливают актуальность проведения исследований по совершенствованию технологий возведения противооползневых удерживающих конструкций глубокого заложения с применением грунтоцементных свай.

Новая технология крепления потенциально неустойчивых грунтовых массивов предложена в Саратовском государственном техническом университете [1,4]. По данной технологии предлагается возводить противооползневые сооружения на основе грунтоцементных свай, изготавливаемых с применением оборудования, рабочий орган которого представляет секторный конический штамп, совершающий сферическое движение (рисунок).

Процесс изготовления грунтоцементной сваи включает следующие технологические операции:

- установку оборудования на отметку изготовления сваи. Угол наклона изготавливаемой сваи обеспечивается отклонением буровой штанги. С одной установки возможно изготавливать сваи под различными углами, то есть формировать “кусты” свай;

- изготовление ствола сваи. При вращении вертикального вала 1 в сторону, обеспечивающую погружение рабочего органа, штамп 2 под действием приложенного осевого усилия производит послойную срезку и измельчение грунта заостренными кромками секторов. Одновременно в рабочую зону через патрубки 4 подается цементный раствор, который смешивается с разрыхленным грунтом и образует грунтоцементную смесь. При необходимости данную операцию можно совмещать с погружением армирующего каркаса. При достижении проектной длины сваи приводной вал переключается на вращение в противоположном направлении.

При вращении вертикального вала в противоположном направлении происходит растормаживание обгонной муфты 3, при этом штамп совершает сферическое движение, вращаясь одновременно вокруг собственной оси и оси приводного вала. При одновременном воздействии на рабочий орган вертикальной статической нагрузки (уплотняющего усилия) происходит периодическое накатывание секторов штампа на грунтоцементную смесь, просыпающуюся небольшими порциями в межсекторное пространство. Послойно и непрерывно, уплотняя под собой смесь, рабочий орган постепенно выглубляется, оставляя под собой столб уплотненного материала - грунтоцементную сваю. Таким образом производится возведение сплошного ряда вертикальных свай, образующих ограждающую противооползневую стену.

Применение данного оборудования позволяет выполнить ряд мероприятий, позволяющих снизить стоимость противооползневых сооружений и повысить их качество:

- при работе оборудования секторный штамп при заглублении выполняет операции бурения, рыхления грунта и перемешивание его с цементным раствором. Одновременно с заглублением можно производить погружения арматурного каркаса. При выглублении рабочего органа он уплотняет грунтоцементную смесь. Следовательно, все операции технологического цикла можно производить одним оборудованием и тем самым сократить количество машин, входящих в технологический комплект. Это обстоятельство обусловливает так же более высокую производительность по сравнению с существующими способами возведения грунтоцементных свай;

- рабочий орган оборудования производит послойное уплотнение грунтоцементной смеси, что не позволяют выполнять существующие технологии производства грунтоцементных свай. Следовательно, возможно получение плотной и прочной структуры материала с заданными свойствами.

В настоящее время проводятся исследования по оптимизации технологических параметров нового оборудования для изготовления грунтоцементных свай [1, 2].

Были проведены исследования данного оборудования при изготовлении профильтрационных завес методом “стена в грунте”.

Результаты проведенного эксперимента показывают значительное снижение коэффициентах фильтрации полученного грунтобетона, что особенно важно для эффективной работы профильтрационных завес. Согласно СНиП 2.06.14-85 “Защита горных выработок от подземных и поверхностных вод”, коэффициент фильтрации твердеющих и пластичных заполнителей завес не должен превышать 0,6•10^-5 см/с. Коэффициент фильтрации грунтобетона, полученного при использовании нового оборудования, составил 0,498•10^-5 см/с. Следовательно, оборудование с секторным коническим штампом можно использовать при создании противофильтрационных завес и других транспортных инженерных сооружений.

Список литературы

1. Кузнецова, О.Л. Оборудование для крепления потенциально неустойчивых грунтовых массивов / О.Л. Кузнецова, А.Ю. Колесников // Инновации и актуальные проблемы техники и технологий. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2011. Т. 2. С. 240-243.

2. Кузнецова О.Л. Новое оборудование для укрепления потенциально неустойчивых грунтов методом “стена в грунте” / О.Л. Кузнецова, С.В. Кузнецов // Создание эффективных средств механизации в строительных и дорожных отраслях . Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2012. С .60-68.

3. Мартюченко, И.Г., Анализ методов крепления потенциально неустойчивых грунтовых массивов/ И.Г. Мартюченко, В.В. Борисов // Совершенствование конструкций и методов расчета строительных и дорожных машин и технологий производства работ. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2003. С.12 -25

4. Kuznetsova, O.L., Kuznetsov, S.V., Tanchik, V.E. New technology and equipment for fixing a potentially unstable soils // Applied and Fundamental Studies. Sat tr. 2 int. scientific. Conf. Applied and fundamental research, St. Louis, Missouri, USA, 2012.

Размещено на Allbest.ru