ТЕХНОЛОГИИ
21 2023 / № 1
Если несущая способность слабых грунтов не соответствует проектным требованиям , необходимо применить в сочетании конструктивно-технологические решения по повышению стабильности основания в строительный период , в числе которых : 1 ) замена слабых грунтов ; 2 ) дренаж и интенсивное уплотнение ; 3 ) устройство свай и дрен ; 4 ) упрочнение грунтов вяжущими веществами , 5 ) армирование основания устройством прослоек геотекстиля ; 6 ) медленная отсыпка и консолидация грунтов насыпи в ходе строительства . В качестве критериев технологических решений приняты оценки коэффициента стабильности основания Кст в ходе работ как отношения безопасной нагрузки для каждой точки основания и строительной , а перед сдачей земляного полотна ― эксплуатационной нагрузки , с учётом коэффициента-запаса по надёжности .
Первая стадия предназначена для подготовки производства . Она включает : 1 ) диагностику состояния каждого слоя слабого основания по данным инженерных изысканий о литологии , физико-механических характеристиках грунтов ; 2 ) организацию опытного участка и машинного парка для отработки технологических режимов упрочнения слабого основания ; 3 ) организацию строительного контроля качества и безопасности сооружений по правилам СП 22.13330 и ГОСТ12248 . Для оценки динамики изменения свойств грунтов выполняют геофизические исследования .
Итогом диагностической стадии является заключение о стабильности грунтов основания и устойчивости откосов под эксплуатационной нагрузкой . По нормам стабильность основания насыпи в период эксплуатации должна быть определена с учётом всех нагрузок и воздействий динамических сил транспортных средств . Если стабильность по глубине активной зоны от эксплуатационной нагрузки не обеспечена ( Кст меньше 1 ), следует рассмотреть технологические решения : 1 ) удаление ( отжатие ) воды за счёт устройства дренажной системы ( прорезей и водоотводов ) и виброуплотнения основания ; 2 ) замена слабого грунта песком c проектными характеристиками , посадка песчаного массива на минеральное дно ; 3 ) устройство песчаных дрен . Задача состоит в обеспечении требований стабильности и консолидации в строительный период за счёт упрочнения грунтов по всем слоям слабого основания и песчаного массива с регулированием процессов во времени .
Под влиянием этих нестационарных случайных процессов изменяются исходные параметры и , соответственно , граничные условия для проектирования строительства земляного полотна . Расчётная схема основания должна учитывать литологию , анизотропность , структуру грунтовых напластований , реологические свойства грунтов , возможность их ухудшения при нестабилизированном состоянии в ходе строительства и эксплуатации . В основной период строительства необходимо организовать геотехнологическую диагностику для оценки состояния и динамики техногенного изменения природно-технической системы . Технологический регламент возведения геотехнических сооружений на слабых грунтах и болотах должен включать контроль допустимой скорости производства земляных работ по нагрузкам на основание с учётом различия в прочностных и деформационных характеристиках грунтов по стадиям строительства .
Вторая стадия состоит в разработке технологии и механизации работ по удалению слабых грунтов с заменой дренирующим грунтом и погружению песчаного массива на дно болот , в том числе и с применением буровзрывной технологии ( БВТ ). В ходе работ должен быть организован процесс регулирования технологической нагрузки с учётом прогноза изменения характеристик ( плотности и влажности ) грунтов по всем слоям слабого основания . Результаты данной стадии проверяют контрольным бурением по глубине заменённого массива грунта с определением наличия линз ― остаточных участков слабого грунта . Для ликвидации слабого пограничного слоя применяют дополнительные буровзрывные работы , ленточные дрены и др .
Выбор способов механизации и конструктивно-технологических решений по возведению насыпей на слабых грунтах должен учитывать динамику порового давления в недренированном ( неконсолидированном ) состоянии грунтового массива на основе численного моделирования и расчётов напряжённо-деформированного состояния конструкции . При уплотнении активной зоны основания в каждом слое происходят осадки , зависящие от технологической нагрузки , начального давления в поровой воде и характеристик грунтов . Технологические параметры и условия для уплотнения песчаного слоя замены включают характеристики рыхлого песка в слое замены ( начальная пористость ), толщину массива ; ограничение по уплотнению песка в обводнённой траншее катками .
Расчёты стабильности основания и устойчивости откосов земляных сооружений ( особенно высоких насыпей , подходов к мостам , намывных сооружений ), выполняемые на стадии проектирования , базируются на прогнозных оценках изменения во времени напряжённо-деформированного состояния и физико-механических свойств грунтов основания , насыпи , дрен и удерживающих сооружений . Но главное — данные схемы связывают динамику развития порового давления только с нагрузками от насыпи и не учитывают дополнительные строительно-технологические нагрузки , особенно от виброуплотнения , которые , как показали эксперименты , соизмеримы с эксплуатационной нагрузкой . Технологический режим включает контроль динамики развития порового давления в насыпи под влиянием цикличных процессов отсыпки , уплотнения и перерывов ( по фронту линейного сооружения и между рабочими сменами ).
Третья стадия технологического регламента посвящена уплотнению песчаного слоя засыпки траншеи после замены слабого грунта . Она заключается в разработке технологических режимов и обосновании параметров уплотнения песчаного массива . В регламенте предложено применить максимально допустимые технологические нагрузки , величину и продолжительность которых следует регулировать в зависимости от несущей способности слабых грунтов .
Анализ и оценка эффективности способов интенсивного уплотнения песчаных массивов показали целесообразность включения в регламент ( с адаптацией ко всем его стадиям ) ударно-импульсной технологии с применением машины УИМ . В процессе её опытного применения установлены регулируемые технологические параметры , влияющие на осадки и уплотнение ( пористость ) песчаного массива в основании . К ним отнесены размещение позиций машины ( растр ), диаметр и вес штампа , импульс удара , коэффициент динамичности , число ударов на каждой позиции и контрольная пористость песка . На третьей стадии стабильность основания должна возрастать при регулировании ре-