книги / 818

2. Аналогичное усиление слабого основания было осуществлено при возведении автодорожной насыпи высотой 6–8,5 м на подходе к новому мостовому переходу через р. Каму по пр. Шоссе Космонавтов в г. Перми. Основание сложено текучими и текучепластичными суглинками, подстилаемыми на глубине 10 м аргиллитоподобными глинами. Расстояние между осями свай принималось на основании расчета, проведенного Ю.И. Яровым и С.В. Перегримовым в зависимости от возможных вариантов: 3 м без устройства геосинтетического ростверка; 4 м или 4,5 м при устройстве гибкого геосинтетического ростверка из георешетки «Тенакс», укладываемой на выравнивающем слое из песка по свайному полю. Диаметр свай в соответствии с техническим заданием проектировщика 1000 мм. Длина свай принималась переменной (7,5–10 м) от поверхности природного рельефа до кровли аргиллитоподобной твердой глины с заглублением в последний на 0,5 м. Величина модуля упругости бетона грунтоцементных свай Е была принята равной 2,2×103 МПа по данным предыдущих статических испытаний грунто-цементных свай, проведенных НИЛ ТРАНСМОСТ. Изменение прочностных свойств грунта на границе свая–грунт учитывалось введением коэффициента Rinter = 0,7, принятого по аналогии с буронабивными сваями. Модуль упругости георешетки Е = 15 МПа был определен по графикам ее испытаний фирмой-поставщиком.

Испытания свай не проводились, и для расчетов были использованы данные предыдущих испытаний, хотя грунтовые условия значительно отличались и следовало ожидать значительного снижения несущей способности оснований. Наблюдения за осадками велись в процессе возведения насыпи и затем в течение двух лет. Известно, что осадки продолжались, имели неравномерный характер и отличались по величине. Затем состояние насыпи стабилизировалось и осадки прекратились. На соседнем участке, где применялась интенсивная технология возведения земполотна, основанная на ускорении консолидации основания за счет поперечных и продольных дренажных траншей, осадка за счет уплотнения составила значительную величину, и образовался перепад уровней проезжей части соседних участков.

3. При реконструкции участка федеральной дороги Пермь–Кунгур было установлено, что в основании дороги на глубину до 6–8 м залегают слабые водонасыщенные сильносжимаемые глинистые грунты с низкой несущей способностью. Расчеты показали, что осадка земполотна

71

при эксплуатационных нагрузках с учетом динамики могут достигать 40 см и более. Поэтому было принято решение об усилении основания грунтоцементными сваями, изготавливаемыми по струйной технологии. Общая схема расположения свай в плане приведена на рис. 1.

Рис. 1. Общая схема расположения свай в плане

Поперечный разрез дороги на участке с опытными сваями и литологический состав грунтов основания земполотна приведены на рис. 2. В связи с недостаточной глубиной скважин, устроенных при изысканиях, установить глубины залегания кровли малосжимаемых пород (щебеночной прослойки и аргиллита) было невозможно. Поэтому положение их кровли предварительно определялось по данным изысканий рядом расположенного мостового перехода через р. Ветлан и в последующем уточнялось при изготовлении свай. Приведенный на рис. 2 инженерно-геологический разрез составлен по данным бурения скважин при изготовлении свай.

Рис. 2. Поперечный разрез дороги на участке с опытными сваями

72

На опытном участке дорожная одежда расположена непосредственно на кровле грунтового основания, верхний слой которого представляет собой мягкопластичный суглинок с модулем деформации Е = 5,0 МПа. Для изготовления свай над кровлей суглинка дополнительно устраивалась прослойка из ПГС толщиной 0,7–0,8 м, обеспечивающая гашение давления цементного раствора. При этом уровень голов свай должен был располагаться в уровне кровли верхнего слоя основания. В связи с большим габаритом дороги было решено часть свай выполнить укороченной длины

Подошва основных несущих свай располагалась на кровле аргиллита, т.е. они должны работать как сваи-стойки. Ориентировочная длина этих свай составляла 6 м. Сваи уменьшенной длины (4 м) заглублены в водонасыщенную супесь текучей консистенции, они работают как висячие сваи в основном за счет бокового трения в верхних несущих слоях. При расчетном определении их несущей способности необходимо было учитывать отрицательное трение, вызванное значительными осадками слабого сильносжимаемого основания (в соответствии с п.7.2.12 СП 24.13330.2011). Расстояние между сваямистойками составляет 6 м, между ними и смежными сваями 4–3 м.

Диаметр ствола грунтоцементных свай в плотном теле, определенный по данным измерений откопанных свай, составлял около 1,2 м. В оголовках свай в результате цементации части упомянутого выше слоя ПГС, игравшего при изготовлении свай роль форшахты, диаметр укрепленного участка достигал 1,4 м. Поскольку материал этого слоя существенно слабее материала ствола (причем уширение не сформировано с достаточной определенностью как по высоте, так и в плане), а также в связи с необходимостью расположения над головами свай в рабочем слое дорожной одежды армирующих элементов в виде гибкого ростверка было принято решение о разборке верхней уширенной части оголовков свай. Таким образом, диаметр свай принят равным 1,2 м.

Испытания опытных свай вдавливающей нагрузкой выполнялись с использованием тарированного груза весом 30 тс в виде экскаватора JCB. Для возможности центровки вдавливающей нагрузки относительно ствола сваи была разработана конструкция съемного наголовника в виде отрезка трубы с надстройкой. С помощью наголовника создавалась обойма, предотвращающая разрушение головы сваи при нагружении. Перед установкой наголовника производилась «подтеска» сваи по

73

размерам обоймы и подсыпка мелкого щебня для устранения неровностей по контакту головы сваи и плиты наголовника.

При установке экскаватора над испытываемой сваей проверялась его центровка относительно сваи, затем на опорную площадку под экскаватор подводился домкрат. Для измерения осадок сваи к наголовнику приваривались две выносные консоли, перемещения которых при нагружении сваи измерялись с помощью прогибомеров системы Мокина с точностью измерений 0,1 мм. Испытательная нагрузка прикладывалась ступенями в соответствии с ГОСТ 5686–94. По результатам испытаний были построены графики зависимости вертикальных перемещений свай от нагрузки. В соответствии с ГОСТом несущая способность Fd по грунту свай-стоек длиной 6 м была принята равной 20,72 тс (207,2 кН), соответствующая осадка сваи S = 12 мм. Несущая способность висячих свай длиной 4 м – 10,36 тс (103,6 кН) при осадке S = = 6,2 мм. Предельные осадки составили соответственно 22 и 38,8 мм, т.е. в предельном состоянии осадка короткой висячей сваи (сваи трения) вдвое превышает осадку сваи-стойки при той же нагрузке. Необходимо также отметить, что в обоих случаях была достигнута предельная нагрузка, что указывает на достаточность принятого тарированного груза 30 тс. Графики испытаний свай статической вдавливающей нагрузкой представлены на рис. 3.

Рис. 3. Графики зависимости осадки S от нагрузки P сваи: а – длина 6 м, б – длина 4 м

74

Полученные значения Fd по грунту были сопоставлены с несущей способностью свай по материалу Fm. Для этого были отобраны образцы грунтоцемента из тела свай в виде цилиндрических кернов. Испытания образцов на прочность при одноосном сжатии проводились на специальном прессе. Образцы испытывались при естественной влажности и в водонасыщенном состоянии. Были получены следующие фи-

значения плотности: ρе = 2,10 г/см3, ρw = 1,94 г/см3.

Расчетные значения несущей способности свай d120 см по материалу: Fde = 316 тс (3160 кН); Fdw = 143 тс (1430 кН), т.е. значительно выше, чем несущая способность свай по грунту.

Данные испытания показали, что при струйной технологии изготовления свай в водонасыщенных глинистых грунтах текучей и текучепластичной консистенции не удается достичь высокой несущей способности свай по грунту. Однако в целом можно получить армогрунтовый массив с повышенными прочностными и деформативными эффективными параметрами. При этом условия размещения свай, их длина и диаметр зависят от литологического состава закрепляемого основания и мощности слабого слоя. Для включения свай в совместную работу при действии транспортных нагрузок необходимо армировать верхний слой основания либо устраивать гибкий ростверк.

Получено 28.02.2012

75

УДК 625.731.87:691

М.В. Вьюгов

ООО «ФОРТЕК», г. Саратов

А.В. Кочетков, Л.В. Янковский

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

М.В. Степанов

ООО «М-Дорсервис», г. Москва

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И МОНТАЖА ГЕОТЕХНИЧЕСКОЙ АРМАТУРЫ

Рассмотрен новый способ изготовления георешетки, который повышает эксплуатационную прочность геотехнической арматуры за счет повышения прочности крепления полос, что позволяет обеспечить работу ячеек на изгиб. Использование заявленного способа повысит несущую способность укрепляемых грунтов, а также уменьшит риск того, что не будет достигнут требуемый срок службы сооружений и конструкций.

Ключевые слова: георешетка, геосинтетическая арматура, автодорога, дорожная одежда.

Георешетки (рис. 1), используемые при строительстве покрытий грунтовых поверхностей, могут быть применены для укрепления откосов, конусов мостов, армирования оснований автомобильных дорог, аэродромов, промышленных и строительных площадок, экопарковок, а также береговых линий, русел водоемов и т.п. [1; 2].

Известные способы изготовления геотехнической арматуры с ячеистой структурой имеют ряд существенных недостатков, следствием которых является недостаточная эксплуатационная прочность. Ученые и специалисты работают над решением данной проблемы. И успехи в этом направлении есть. Так, на базе ООО «Фортек» разработан новый способ изготовления геотехнической арматуры, а в качестве защиты от необоснованных действий конкурентов подана очередная заявка на предполагаемое изобретение.

76

При разработке изобретения была поставлена задача – повысить несущую способность укрепляемых грунтовых поверхностей за счет повышения прочности соединения листов, что позволит обеспечить работу ячеистой структуры на изгиб с растяжением и без растяжения.

Предлагаемый способ изготовления геотехнической арматуры из полимерных полос включает соединение пакета полос сериями соединительных швов. Причем выполнение каждого цикла швов состоит из укладки пары полос на опору, прижима рабочего органа к двум полосам и перемещения пакета полос в позицию очередного соединения. Соединять полосы предлагается между вогнутой стороной верхней полосы и выпуклой стороной нижней полосы путем давления рабочего органа на материал верхней полосы в направлении, перпендикулярном к поверхности нижней полосы. При этом образуются соединительные швы, представляющие собой зоны локального инъектирования материала верхней полосы в материал нижней, создается ребро жесткости в виде прямолинейного участка на вогнутой стороне нижней полосы.

Рис. 1. Пример использования геотехнической арматуры

Ширина зоны локального инъектирования составляет 4–9 мм со среднеквадратическим отклонением до 2 мм, а глубина равна толщине верхней полосы. Давление рабочего органа может совмещаться с тепловым воздействием на материал верхней полосы. Перед укладкой полос друг на друга идентифицируют положение выпуклой и вогнутой сторон каждой полосы, а перед соединением по-

77

лос их укладывают друг на друга выпуклыми сторонами вверх. В местах соединения полос образуются не сварные швы, а концентратор напряжения как элемент многократного изгиба. Это в итоге повышает срок службы соединения.

Дело в том, что при воздействии на материал полосы давлением происходит не силовое формообразование, а размерное формообразование соединения в направлении, перпендикулярном поверхности полосы. Образующиеся при этом соединительные швы являются зоной локального инъектирования материала верхней полосы в материал нижней и прямого изгибного элемента (ребра жесткости) на нижней части нижней полосы. Это позволяет за счет точечного формобразования в вертикальном направлении обеспечить требуемые техникоэксплуатационные характеристики соединительного шва. Кроме того, уменьшается погрешность формообразования соединительного шва, влияние разброса толщин и механических характеристик полос на изменение прочности шва, образуются места соединения полос одинаковой формы и размеров с одинаковыми свойствами сопротивления разрыву. В результате также повышается срок службы соединения.

При распределении геотехнической арматуры на поверхности путем гибки с растяжением относительно каждого шва образуется равномерно распределенный по непрерывной поверхности горизонтально и вертикально устойчивый арматурный каркас, предназначенный для фиксации наполнителя (грунт, песок, щебень и т.д.).

Арматура геотехническая пластиковая может быть перфорированной (рис. 2). Перфорирование производится на ленте методом штамповки. Диаметр перфорации составляет 6 мм (может быть изменен в соответствии с проектным решением), площадь перфорации – не более 5 % от площади ленты. Цветовая гамма пластиковой арматуры может быть выбрана по согласованию с потребителем.

Геотехническая арматура производится следующим образом. Полосы в состоянии поставки естественно преднапряжены, т.е. каждая полоса в поперечном сечении имеет вогнуто-выгнутый профиль. Перед укладкой полос друг на друга идентифицируют положение выпуклой и вогнутой сторон каждой полосы, а перед соединением их укладывают горизонтально на несущую опору, лежащую на станине, выпуклыми сторонами вверх.

78

Рис. 2. Внешний вид ячейки перфорированной арматуры

Пары полос соединяют между вогнутой стороной верхней полосы и выпуклой стороной нижней путем давлением рабочего органа на материал верхней полосы в направлении, перпендикулярном к поверхности нижней полосы. Места соединения полос, т.е. соединительные швы, приобретают свойства концентратора напряжения как элемента многократного изгиба. Для регулирования взаимного положения опоры и рабочего органа на основе координатного замыкания несущая опора фиксируется при помощи матрицы в заданных точках координат. После фиксации опоры приводится в действие рабочий орган (пуансон), создающий давление на пару уложенных полос перпендикулярно плоскости опоры (в плоскости, нормальной плоскости опоры) к поверхности нижней полосы.

При регистрации чрезмерного разогрева верхней части полосы опору перемещают вниз на корректирующее приращение, например 0,1 мм. В случае избыточного утопления материала верхнего листа в материал нижнего опору перемещают вверх на корректирующее приращение, например +0,1 мм.

При воздействии на пару полос давлением рабочего органа в местах соединения полос образуется пятно контакта, представляющее собой зону локального инъектирования материала верхней полосы в материал нижней в виде впадины на верхней полосе и ребра жесткости на нижней полосе.

Для обеспечения требуемых адгезионных характеристик соединительных швов ширина Н зоны локального инъектирования составляет 4–9 мм со среднеквадратическим отклонением до 2 мм2, а глубина L

79

равна толщине верхней полосы. При ширине зоны менее 4 мм данное сечение оказывается самым узким и является источником образования трещин (разрывов). При ширине зоны локального инъектирования более 9 мм место соединения полос теряет свойства концентратора напряжений, из-за чего сокращается срок службы арматуры.

Через заданные промежутки рабочим органом формируют соединительные швы по всей ширине полос. При этом швы могут быть образованы под углом α, равным 90°, и/или под углом α < 90°, т.е. наклонно, и/или под углом α с различным значением, т.е. разнонаклонно к ребру полосы в горизонтальной плоскости (рис. 3).

Рис. 3. Варианты расположения соединительных швов

Это позволяет использовать геотехническую арматуру на участках поверхности с различной криволинейностью. Разнонаклонность швов должна соответствовать форме укрепляемой поверхности.

Если соединительные швы располагаются, например, с наклоном под углом 80° по отношению к ребрам полосы, то арматура может быть использована для укрепления откосов с уклоном до 25° по отношению к заложению, если же швы расположены с наклоном под углом 70°, то соответственно с уклоном до 35°, а в случае наклона 60° – соответственно с уклоном до 45°.

80