Горизонтальное армирование грунтов

Основные методы и способы армирования оснований

В зависимости от физико-механических характеристик грунтов и задач, которые решаются при армировании, выбираются характер расположения армирующих элементов и технология их выполнения. Технология выполнения армирования оснований в значительной степени зависит от характера основания и особенностей напластований грунтов. В табл. 6.1 обобщены применяемые в геотехнической практике методы и способы армирования грунтов [4].

№ п/п Методы и способы армирования Направление армирования Область применения
Устройство армированных элементов путем пробивки, продавливания и раскатки скважин, с последующим их заполнением материалами с повышенной прочностью Вертикальное Укрепление и упрочнение оснований, сложенных лессовыми просадочными, насыпными и рыхлыми пылеватоглинистыми грунтами
Устройство грунтоцементных свай Вертикальное Укрепление и усиление оснований, сложенных лессовыми просадочными и слабыми водонасыщенными грунтами
Устройство буроинъекционных свай Вертикальное, наклонное Укрепление и усиление лессовых просадочных, насыпных, намывных и слабых водонасьпценных грунтов
Устройство песчаных свай Вертикальное Упрочнение и укрепление оснований, сложенных слабыми водонасыщенными грунтами, илами и илистыми грунтами
Устройство известковых и грунтоизвестковых свай Вертикальное Упрочнение и усиление оснований, сложенных слабыми водонасыщенными и лессовыми просадочными грунтами, илами и илистыми грунтами
Устройство забивных и набивных свай Вертикальное Усиление и укрепление оснований, сложенных структурно-неустойчивыми и слабыми водонасыщенными грунтами
Устройство армированных элементов путем закрепления грунтов силикатизациией, смолизацией и др. химическими растворами Вертикальное, горизонтальное, наклонное Упрочнение и укрепление оснований, сложенных лессовыми просадочными, рыхлыми песчаными и насыпными, а также слабыми водонасыщенными грунтами

Продолжение табл. 6.1

№ п/п Методы и способы армирования Направление армирования Область применения
Устройство армированных элементов с использованием высоконапорных инъекций Вертикальное, горизонтальное, наклонное Укрепление и упрочнение оснований, сложенных всеми видами грунтов
Армирование грунтов с использованием высокопрочных геосинтетических материалов Вертикальное, горизонтальное, наклонное Упрочнение и укрепление оснований, сложенных всеми видами грунтов

Вертикально расположенные армирующие элементы чаще всего применяют для устранения просадочных свойств основания, повышения прочности и устойчивости слабых водонасыщенных, насыпных, рыхлых и других видов грунтов. Армирование вертикальными элементами также целесообразно применять под полами, технологическим оборудованием и для повышения устойчивости насыпей. 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 применяемого оборудования.

В практике строительства широко применяется армирование толщ по технологии глубинного уплотнения пробивкой (технология устройства и оборудование приведены в разделах 3.1 и 5.1) и продавливанием скважин с последующим их заполнением материалами с повышенной прочностью – уплотненным местным грунтом, грунтобетонными и грунтоизвестковыми смесями, смесью местного грунта с гравием и щебенкой, шлакобетоном, раствором, тощим бетоном или шлаком с уплотнением.

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 достигается путем многоразовой проходки и заполнения скважин материалом. На последнем этапе для заполнения скважин могут быть использованы шлак, шлакобетон, бетон, цементно-песчаные смеси и др.

Вертикальное армирование оснований элементами повышенной жесткости в виде набивных свай в пробитых и продавленных скважинах может достичь глубины 20-25 м. При этом в верхней зоне основания 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.

Армирование оснований грунтовыми сваями в раскатанных скважинах (ГРС) применяется для упрочнения лессовых просадочных, набухающих, рыхлых насыпных и песчаных, слабых водонасыщенных и биогенных грунтов. При устройстве указанных свай в преобразуемой зоне грунтового массива происходят следующие процессы:

• увеличение плотности грунта в около- и межсвайной зоне;

• формирование в плане и по глубине основания однородного по физико-механическим характеристикам несущего массива из ГРС и уплотненных зон между свайного пространства;

• частичное отжатие поровой воды за пределы несущего массива ГРС;

• частичное замещение упрочняемого грунта ГРС;

• ускорение консолидации слабых водонасыщенных грунтов за счет образования вертикальных дрен из ГРС.

Сущность метода заключается в том, что в толще грунта с помощью навесных рабочих органов – раскатчиков скважин различной конструкции, в том числе жесткого типа, производится раскатка скважин диаметром 0,25 м и длиной до 4,0 м. В процессе раскатки производится заполнение полости скважин материалами повышенной прочности (песком, песчано-гравийной смесью, щебенкой, гравием, шлаками, тощим бетоном и другими материалами).

После завершения работ в толще грунта формируются прочный элемент диаметром 0,35-0,40 м и уплотненная зона грунта вокруг него. В зависимости от вида и свойств упрочняемого грунта расстояние между ГРС может составлять от 3 до 5d (d- диаметр грунтовой сваи в раскатанной скважине).

Армирование оснований грунтоцементными сваями и микросваями находит широкое применение в связи с разработкой эффективных технологий и оборудования для их изготовления в различных грунтовых условиях (см. раздел 7). Указанные сваи можно изго­тавливать диаметром от 0,07 до 0,25 м и длиной от 1,5 до 6 м и более. 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 глинистого грунта 30-40%. Прочность образцов грунтоцемента находится в пределах 2-2,5 МПа в 28-суточном возрасте.

Устройство буроинъекционных свай широко используется для усиления фундаментов существующих зданий и сооружений. Эти сваи могут устраиваться как в вертикальном, так и наклонном направлении. Существуют эффективные способы и технологии их устройства в различных грунтовых условиях, а также методика расчета (Справочник проектировщика, 1985). По способу изготовления буроинъекционные сваи подразделяются на:

• устраиваемые под защитой бентонитового или глинистого раствора;

• устраиваемые под защитой обсадных труб;

• устраиваемые с использованием переходных буровых шнеков;

• устраиваемые путем инъекции раствора в сухие пробуренные скважины.

Армирование бетонного ствола буроинъекционных свай осуществляется с помощью пространственных арматурных каркасов, стальными трубами-оболочками.

В последние годы буроинъекционные сваи находят широкое применение для армирования (усиления) оснований зданий и сооружений, усиления и повышения устойчивости откосов и стабилизации оползнеопасных склонов.

Армирование слабых водонасыщенных грунтов песчаными сваями известно с давних времен и широко используется для укрепления слабых водонасыщенных пылевато-глинистых и песчаных грунтов. Сущность, технология устройства и используемое оборудование для изготовления этих свай подробно освещены в разделе 3.5.2.

Известковые сваи используются для упрочнения слабых водонасыщенных грунтов большой мощности (свыше 10 м), находящихся в текучепластичном и текучем состояниях. Сущность метода заключается в том, что при устройстве известковых свай происходит взаимодействие негашеной комовой извести с окружающим его слабым водонасыщенным грунтом, что способствует улучшению прочностных и деформационных характеристик грунтов. Кроме того, происходит уменьшение степени влажности грунта (Sr

Для армирования оснований может эффективно использоваться технология устройства армированных элементов с применением высоконапорных инъекций (струйной технологии), которые позволяют выполнить армирование без нарушения естественной структуры грунта в основном массиве. В основе струйной технологии лежит использование энергии водяной струи для прорезания в грунте щелей, заполняемых твердеющими материалами. 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 ячеистых структур сложной формы. Сущность, технология устройства и используемое оборудование для изготовле­ния армированных элементов подробно освещены в разделе 8.

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 находится в пределах 1-5 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.

Необходимо отметить, что, несмотря на большую актуальность вопросов устройства и проектирования армированных 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.

Все вышеизложенное указывает на необходимость дополнительных исследований по выявлению эффективных видов армирующих материалов, разработке технологий и способов армирования оснований в различных грунтовых условиях. В этом направлении большой интерес представляет использование в качестве армирующих элементов высокопрочных геосинтетических материалов.

Укрепление грунтов и склонов

При строительстве дорог, создании пешеходных зон, благоустройстве городских и частных территорий большое значение имеет качество грунта. Грунт – это слой земли, состоящий из горных пород, почвы и осадков, чем плотнее этот слой, тем он более устойчив. Неустойчивый или нестабильный грунт с целью его уплотнения, осушения и уменьшения сжимаемости нуждается в укреплении. Почему?

Читайте также  Армирование подошвы ленточного фундамента

Без проведения работ по уплотнению грунта есть риск его частичного смещения, образования оползней (особенно во время обильных и продолжительных осадков), а также разрушения поверхностными водами и ветром.

Существуют различные варианты укрепления грунта, оптимальный определяется в зависимости от геологических особенностей почвы и степени устойчивости, интенсивности уклона, уровня подземных вод и цели дальнейшей эксплуатации участка. В данной статье речь пойдет о таком современном методе как армирование геосинтетическими материалами. Данный способ зарекомендовал себя и эффективно используется как на ровных горизонтальных поверхностях, так и при наличии уклона.

Армирование склонов с помощью геоматериалов

Зеленые лужайки, декоративные обрывы, отвесные склоны, крутые берега водоемов смотрятся очень эффектно и живописно. Что же «стоит» за этой красотой? За внешней привлекательностью подобных ландшафтов зачастую скрывается огромная работа с целью сохранения первозданного вида обустроенной территории.

Зачастую неукрепленные склоны теряют верхний плодородный слой почвы из-за выветривания или почвенной эрозии. Пологие склоны и склоны с небольшим углом уклона до 8% считаются относительно безопасными, поэтому для их защиты часто используют растения различных форм и их сочетания. Злаковые газонные травы отлично защитят от выдувания почвы, а многолетники и кустарники способны не только укрепить небольшой склон, но и украсить его.

Однако, при уплотнении почвы и ее стабилизации важное значение имеет не только градус уклона – следует учитывать также характеристику почвы, ее состояние, близость залегания грунтовых вод и даже среднегодовое количество атмосферных осадков. Поэтому естественную защиту не следует считать универсальной и эффективной для всех типов и состояний почв.

Универсальным в данном случае можно считать метод армирования склонов, поскольку этот метод является эффективным для любых почв по характеристике и состоянию. Применяется как на пологих участках, так и на территориях с наличием небольших и средних склонов (8-15%).

Армирование – способ усиления устойчивости насыпи, выполняется при послойной отсыпке с применением различных геосинтетических материалов (геоматериалов или геосинтетиков).

Геосинтетики — это подвид строительных материалов, которые используются для формирования различных слоев (теплоизолирующих, гидроизолирующих, защитных, армирующих, дренирующих, фильтрующих) в гражданском, транспортном и гидротехническом строительстве.

Геоматериалы служат отличной защитой от эрозии, экологически безопасны, долговечны, устойчивы к механическим повреждениям и влиянию внешней среды, не вызывают трудностей в установке. С целью армирования наиболее часто используются:

Георешетка объемная – гибкая ячеистая конструкция из полимерных лент, которые соединены между собой в шахматном порядке. Ячейки заполняются грунтом, щебнем, песком или бетоном, в грунт с целью дополнительного укрепления засаживают газонную траву.

С помощью георешетки очень крутые склоны становятся устойчивыми к поверхностной эрозии. Благодаря оптимальному уровню влажности, которая поддерживается внутри ячеек, трава хорошо прорастает. Объёмная георешётка может быть как с перфорацией, так и без неё. Перфорация используется в случае, когда нужно обеспечить эффективное дренирование защищаемого участка.

Варианты заполнения:

1. Щебнем 2. Песком 3. Бетоном

Геотекстиль — это полотно или ткань, изготовленные разными способами из полимерных нитей (в основном, полиэфир, полипропилен). Благодаря оптимальному сочетанию характеристик геотекстиль широко применяется в дорожных, дренажных и противоэрозионных конструкциях, а также используется при строительстве фундаментов, землеустройстве и т. д.

Геотекстиль эффективно отводит грунтовые и дождевые воды со склона, предотвращает проседание грунта и смешивание слоев между собой. Благодаря чему с успехом используется как для укрепления склонов, так и при устройстве искусственных водоемов и пляжей.

Геосетка — ячеистый материал с высокой прочностью и упругостью, применяется, чтобы остановить сдвиг верхнего грунтового слоя (в том числе и при строительстве дорог).

На что обращать внимание при выборе материалов. Какую технологию выбрать?

Необходимые материалы и технологии укрепления грунта индивидуальны в каждом отдельном случае и зависят от особенностей самого объекта: геологии участка, интенсивности уклона, уровня грунтовых вод и цели дальнейшей эксплуатации.

Грамотно подобранные материалы и соблюдение технологии их применения гарантирует устойчивость грунта и долговечность в процессе эксплуатации.

Задачи по армированию склонов с помощью геоматериалов стоит доверять опытным профессионалам. За подробной консультацией, рекомендациями и коммерческим предложением Вы можете обратиться в ближайший офис «Стандартпарк». Рады быть полезными!

Армирование грунта

Часто строительные площадки располагаются на так называемых «бросовых» землях: оврагах, заболоченных и оползневых участках, склонах, пойменных территориях, сильно пересеченной местности и т.д. В этих условиях возводятся промышленные и гражданские здания и сооружения, мосты, дороги, набережные, подземные и надземные хранилища и др. При этом на основание могут передаваться значительные статические и динамические нагрузки.

Рассматриваемые территории отличаются наличием слабых водонасыщенных грунтов, погребенных почв, значительной пространственной изменчивостью их физико-механических характеристик, развитием реологических процессов и агрессивностью по отношению к строительным материалам.

Использование подобных территорий в качестве строительных площадок возможно с применением их армирования.

Армирование грунта заключается во введении в грунт специальных армирующих элементов. Армированный грунт – композитный материал, у которого армирующий элемент обладает значительной по сравнению с другим компонентом жесткостью и прочностью. К материалу арматуры предъявляются требования коррозионной стойкости и низкой стоимости, прочности и сопротивления ползучести, долговечности и легкости укладки, высокой шероховатости для обеспечения зацепления с грунтом.

Этим требованиям отвечают: оцинкованная сталь, стекловолокно, пластик, полимерные волокна, геотекстиль, алюминиевые сплавы, резина и др. Армирующие элементы укладываются в виде отдельных полос, стержней, сеток, волокон, пространственных систем (геоячеек). Для армирования могут быть использованы грунтовые сваи, бетонные и железобетонные конструкции. В качестве засыпок применяют как связные, так и несвязные грунты. К ним предъявляют требования по показателю неоднородности, влажности, составу, значению водородного показателя, максимального содержания Cl, SO3, электрическому сопротивлению и др. Отмечено также, что с увеличением плотности основания возрастают: плотность контакта грунта с арматурой, прочностные и деформационные характеристики армированного грунта. Требования норм различных стран значительно отличаются.

Преимуществами армогрунтовых сооружений являются: экономичность, простота, быстрота возведения, достаточная долговечность, возможность строительства разнообразных сооружений, рациональное использование территорий и др. Этим методом может быть решен широкий круг инженерно-строительных задач.

Армирование грунта применяется при возведении насыпей, подпорных стен, плотин, дамб, дорог, устоев мостов и т.п. При возведении насыпей возрастает устойчивость их откосов, при возведении подпорных стенок армирование грунта обратной засыпки существенно снижает активное давление грунта на стенку, вследствие чего уменьшаются усилия в конструкции стенки и увеличивается ее устойчивость. Арматура в этом случае играет роль анкерующих элементов и должна заводиться за пределы поверхности скольжения. Использование арматуры для оснований зданий и сооружений находится в стадии научных разработок. Показано, что данным методом можно существенно повысить прочностные и деформационные характеристики основания, сократить расход материалов на устройство фундаментов. Некоторые примеры применения армирования грунтов показаны на рисунке 3.8.

Рисунок 3.8 – Армирование грунта: а – в искусственном основании фундамента; б – при устройстве насыпи; в – при возведении обратных засыпок: 1 – фундамент; 2 – армирующие элементы; 3 – песчаная подушка; 4 – насыпь; 5 – подпорная стенка; 6 – призма обрушения; 7 – поверхность скольжения

Расчетное сопротивление армированного основания может быть определено по формуле

,

где ks – коэффициент увеличения расчетного сопротивления за счет армирования;

;

Fusи Fu – разрушающие нагрузки на армированное и неармированное основание.

Модуль деформации армированного основания

,

где Е – модуль деформации неармированного основания; kE – коэффициент повышения модуля деформации за счет армирования;

.

Исследования показывают, что в результате армирования возможно повысить расчетное сопротивление в 1,5–2,5 раза. При этом модуль деформации армированного основания вырастает в 2,5–4,5 раза.

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).

Читайте также  Армирование углов ленточного фундамента

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.

Читайте также  Армирование столбчатого фундамента под стальную колонну

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.

Армирование 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 (табл. 6).

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 (рис. 16).

Основными задачами армирования оснований являются: упрочнение и повышение устойчивости оснований, в том числе на оползне опасных 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 нагрузок, передаваемых на основание.

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. Шлак, щебень и цементно-песчаные смеси могут быть уплотнены параболическим снарядом, установленным на станке БС-1М. Тощий бетон и раствор уплотняют глубинными вибраторами.

Рис. 16. Схемы армирования грунтовых массивов:

а — с вертикальным расположением армирующих элементов, б — с наклонным расположением армирующих элементов, в — с расположением армирующих элементов в двух направлениях, г — с прерывистым расположением армирующих элементов, д — с горизонтальным расположением армирующих элементов, е — армирование массивов в виде ячеек; 1- сплошные армирующие элементы, 2 — распределительная подушка, 3 — поверхность сползания массива, 4 — вертикальное ограждение подпорной стенки, 5 — прочный грунт, 6 — фундамент, 7 облицовка откоса, 8 — подпорная стенка, 9 — насыпь, 10 — армирующие элементы в виде сеток и гибких стержней, 11 — прерывистые армирующие элементы, 12 — армирующие элементы в виде ячеистых структур