CC BY
36
УДК 624.138
ЩЕРБИНИНА Ю.В., старший преподаватель (Донецкий институт железнодорожного
транспорта)
КАЗАКОВА Е.В., старший преподаватель (Донецкий институт железнодорожного
транспорта)
Анализ методов улучшения свойств грунтов при возведении зданий и сооружений на железнодорожном транспорте
Shcherbinina Y.V., Senior Lecturer (DRTI) Kazakova E.V., Senior Lecturer (DRTI)
Analysis of methods for improving soil properties in the construction of buildings and structures on railway transport
Введение
Здания и сооружения
железнодорожного транспорта - важная составная часть инфраструктуры железных дорог. Согласно «Концепции развития структурных реформ железнодорожного транспорта» к обязательной инфраструктуре
относятся:
- железнодорожные пути, искусственные сооружения и подразделения, обеспечивающие их содержание и ремонт;
- станции;
- системы и устройства электроснабжения;
- системы сигнализации и технологической связи, информационно-управленческие комплексы;
- система управления перевозками, включающая разработку графика движения поездов;
- вагонные депо, пункты технического обслуживания вагонов;
- локомотивы и локомотивное хозяйство;
- подразделения, обеспечивающие охрану объектов, имущества, перевозимых грузов, проведение пожарно-профилактического надзора и ликвидацию пожаров на железнодорожном транспорте;
- здания и сооружения, занятые в обеспечении перевозочного процесса.
Кроме зданий, входящих во все элементы обязательной
инфраструктуры, на балансе железных дорог находятся здания объектов социальной среды.
Надежное функционирование железных дорог определяется наличием инфраструктуры и хозяйственной базы, обеспечивающей ее работоспособность - способность выполнять заданные функции с параметрами, принятыми в нормативной и проектной
документации.
Очевидно, что для эффективной работы инфраструктуры огромное значение имеет технически
обоснованное возведение зданий и сооружений железнодорожного
транспорта.
Наряду с бесперебойной (безопасной) работой
железнодорожного транспорта, здания и сооружения должны обеспечивать безопасность работающего в них персонала и не наносить вред окружающей среде.
Поэтому одним из обязательных условий строительства зданий является проведение геологических изысканий, которые дают возможность определить качество грунтов как строительного материала, выявить особенности залегающих грунтов, являющихся основанием или средой для сооружений.
Анализ последних исследований и публикаций
С учетом постепенного истощения ископаемых для производства
строительных материалов
первоочередной задачей является максимальная минимизация
строительных затрат. Выходом из данной ситуации может стать применение местных материалов в укрепленном виде.
Согласно [1], при условии сохранения прочности, применение технологий с использованием укрепленных грунтов вместо
традиционных технологий с
использованием каменных материалов может привести к снижению стоимости затрат на строительство в размере 2060%. Это достигается за счет применения стабилизаторов, которые способствуют повышению прочностных и деформационных характеристик грунта, а это путь к снижению потребности в дорогостоящих каменных материалах [2].
Чтобы понять, какой из методов укрепления выгоден в том или ином
строительстве, необходимо провести детальный анализ всех существующих методов укрепления и определить их возможные преимущества и недостатки [3-7].
Цель работы
Проведение аналитического
обзора существующих методов технической мелиорации грунтов, которые применяются при
строительстве. Предоставить краткую характеристику каждого из известных методов, привести область применения, выделить основные преимущества и недостатки. Исходя из анализа обосновать целесообразность и направление проведения исследований по механизации методов укрепления местных грунтов, которые применимы при возведении зданий и сооружений.
Основная часть
В местах строительства нашего региона имеются в наличии природные дисперсные грунты. Существенными недостатками этих грунтов являются очень малые значения прочностных параметров и параметров
деформируемости [3-5]. Причем у большинства грунтов эти параметры зависят как от степени уплотнения, так и от влажности и гранулометрического состава. Улучшение физико-механических свойств местных грунтов практически всегда осуществляется при помощи применения методов технической мелиорации.
Техническая мелиорация - это наука, которая изучает и разрабатывает методы искусственного изменения свойств горных пород в соответствии с требованиями различных видов строительства [6]. Согласно [1, 6], методы технической мелиорации в
зависимости от применимости делятся на два направления:
- поверхностные методы укрепления грунтов: используются в дорожном, аэродромном и гидротехническом строительстве;
- глубинные (массивные) методы укрепления грунтов: используются в гражданском и гидротехническом строительстве.
Деление методов технической мелиорации в зависимости от технологии процесса имеет некую условность, так как большинство из них по своему содержанию не могут находиться в рамках одной какой-либо группы и зачастую довольно тесно связаны друг с другом [7]. Несмотря на это, существует классификация, согласно которой методы технической мелиорации делятся на три основные группы: физико-механические, физико-химические, химические [1].
Физико-механические методы основаны на процессах размельчения, перемешивания и уплотнения грунта, которые способствуют более тесному контакту частиц грунта (уменьшение пористости), как между собой, так и с частицами вяжущего вещества, вводимого в грунт. Их более подробная классификация имеет следующий вид:
- механические методы -базируются в основном на улучшении грунта путем смешивания и уплотнении грунта с помощью внешних нагрузок (давления, ударов, вибраций). Они включают в себя следующие способы:
- улучшение гранулометрического состава грунта;
- механическое уплотнение дисперсных грунтов статическими и динамическими нагрузками (гравитационное уплотнение, уплотнение грунтов укаткой, уплотнение грунтов трамбованием);
- сейсмическое уплотнение грунтов (уплотнение грунтов глубинными внутренними взрывами, уплотнение подводными взрывами -бывает, как поверхностным, так и глубинным);
- виброуплотнение грунта (поверхностное, осуществляемое с помощью вибрирующей плиты, и глубинное гидроуплотнение, осуществляемое импульсной подачей воды);
- уплотнение грунтового массива сваями;
- армирование грунта (использование геосинтетиков и случайно распределенных волокон);
- улучшение работы грунтовых основ;
- обезвоживание грунта осуществляется с помощью самотечного или гидродинамического дренажа);
- водонасыщение грунтов (замачивание).
Улучшение гранулометрического состава подразумевает под собой доведение состава грунта до состояния оптимального соотношения песчаных, пылевых и глинистых частиц [8]. Примером может быть ситуация, когда для достижения оптимального состояния в суглинки или пылеватые супеси добавляют гравий или же песок, а в гравий или крупнозернистый песок -суглинок. Таким образом удается достичь удовлетворяющих показателей стойкости, несущей способности и сопротивления сдвигу между частицами грунта. Для осуществления этого метода, в основном, используются графоаналитические методы, такие как треугольная диаграмма Ферре [8].
Метод гравитационного
уплотнения используется для уплотнения рыхлых и водонасыщенных
грунтов (ил, торфяники) [7]. Осуществляется посредством
приложения статических нагрузок, бывает наземным и подводным.
Трамбование имеет наибольшее применение в промышленно-гражданском строительстве [7]. Этот метод наиболее применим для пылевато-глинистых грунтов. В основном для трамбования используют трамбующие машины, которые с некоторой высоты сбрасывают железобетонные или металлические трамбующие элементы массой до 7 т. В отдельных случаях могут
использоваться сверхтяжелые
трамбовки - массой до 80-100 т. При производстве работ таким методом возможны однослойное и двухслойное уплотнения, глубина утрамбованного грунта соответственно - 3,5 и 5 м.
Методы сейсмического
уплотнения реализуются при использовании энергии от взрывов. Как и предыдущий метод, этот метод используется при глубинном
уплотнении массивов грунтов.
Виброуплотнение, в основном, применяется для песков и песчаных смесей. Поверхностное
виброуплотнение производится
вибрирующей плитой и используется для уплотнения оснований, дорожных одежд, песчаных подушек и насыпей. Глубинное уплотнение делается глубинными вибраторами с одновременным водонасыщением
грунтов. Метод в основном применим для уплотнения оснований и позволяет повысить несущую способность грунтов.
Укрепление сваями является методом глубинного уплотнения -сперва создаются буровые скважины, далее они заполняются грунтом или иными наполнителями с последующим
уплотнением. Такой метод уплотнения придает прочность грунтовым массивам и устраняет их просадочные свойства
[7].
Метод армирования предполагает при возведении грунтовых конструкций использование специальных элементов, которые позволяют улучшить механические свойства грунта [8]. Находясь в составе грунтовой конструкции, армирующие элементы воспринимают часть нагрузки и перераспределяют напряжения по всей площади армирования. Более перспективными в использовании являются геосинтетические материалы - объемные георешетки, плоские геосетки, геоткани и геополотна. В отдельных случаях целесообразно применение метода распределения случайных волокон [9]. Его суть состоит в том, чтобы отдельные волокна (натуральные, искусственные,
минеральные) смешать с массой грунта и тем самым придать ей усиленные характеристики.
Обезвоживание грунта
необходимо при его сильном насыщении водой или влагой. Такое бывает при близком расположении уровня грунтовых вод или при сезонном водонасыщении (например, весной при таянии снега). Чтобы избавиться от излишней воды, сооружают
специальные дренажные системы. Метод чаще всего используется для предотвращения попадания воды на строительные площадки - поэтому является не основным, а защитным.
Метод водонасыщения или замачивания применим при
строительстве на просадочных грунтах. Согласно [7], суть метода заключается в том, что при определенном насыщении водой под действием собственного веса или в сочетании с нагрузкой от объекта
строительства разрушается структура грунта, он уплотняется и теряет свои просадочные свойства. Этот метод применим в промышленно-гражданском строительстве, как до проведения строительных работ, так и в период эксплуатации объектов.
Физические методы [7, 8, 9] используют физические поля (электрические, температурные,
магнитные). Применение этих методов позволяет повышать такие параметры грунта, как прочность, плотность, водо-и морозостойкость, а также устранять их просадочные свойства. Наиболее широкое распространение получили такие методы:
- электрохимическое закрепление (упрочнение пород с помощью постоянного электрического тока, как с добавками, так и без них);
термическое
уплотнение
(глубинный обжиг без нарушения строения грунта, термическое упрочнение грунтов с нарушенным строением, замораживание грунта;
- электроосушение (электроосмотическое осушение).
Суть методов заключается в том, чтобы пропустить постоянный электрический ток через сильно влажные глинистые грунты [7, 8]. Для этого в грунт забивают специальные электроды и пускают ток от источника питания. При этом возникают химические реакции и образуются вещества, которые упрочняют структуру грунта. Во время прохождения тока вода из порообразований постепенно
передвигается от анода к катоду, что
обеспечивает дополнительное осушение грунта (электроосмос) [9].
Эффективность метода можно увеличить, если предварительно ввести в грунт растворы солей или химических веществ, которые могут
поспособствовать образованию новых и более прочных структурных связей.
При обжиге используют высокие температуры, которые обжигают грунт и таким образом придают ему прочность [7, 9]. Для этого в грунте сначала бурят скважины, а потом в них подают горячие газы, которые и обжигают грунт. Другой вариант этого метода - сжигание горючего вещества в самих скважинах. От такого воздействия в радиусе 1-1,5 м от скважины грунт превращается в камнеподобное состояние, похожее на кирпич, становится прочным, водоустойчивым и теряет просадочные свойства.
Использование отрицательных температур главным образом применяется при закреплении обводненных грунтов с целью прекращения движения грунтовой воды и проникновения ее в строительный котлован [7, 9]. Суть состоит в том, что вокруг места работ бурятся скважины, в которые потом подается холодный раствор (обычно это раствор хлористого кальция). От холода раствора вода замерзает и вокруг котлована образуется лёдогрунтовая стенка, что дает возможность проведения строительных работ.
Вышеперечисленные методы, сфера их применения, основные преимущества и недостатки приведены в таблице 1 .
Таблица 1
Физические методы, сфера их применения
Название метода Разновидности Рекомендуемые грунты Преимущества / недостатки Сфера применения
1 2 3 4 5
Улучшение гранулометрического состава грунта - Пески, пылеватые супеси, суглинки Относительно простой / не является конечным При подготовке к выполнению строительных работ
Гравитационное уплотнение Рыхлые, водонасыщенные (ил, торфяники), сильно-сжимаемые Отсутствие потребности механизации потребность дополнительных материалах, в / в При подготовке к выполнению строительных работ
высокая трудоемкость
Послойное
Относительно возведение
Дисперсные простой, не насыпей
Укатывание грунты при определенном нуждается механизации в / земляного полотна,
водонасыщении небольшая толщина земляных
уплотнения подушек, основ под полы
Уплотнение Трамбование Песчаные, песчано- гравийные, пылевато- глинистые грунты Простота метода, возможность применения в зимних условиях / быстрый износ механизмов и тросов машин В промышленном и гражданском строительстве
Возможность
быстрого
уплотнения, небольшая
стоимость /
Сейсмическое уплотнение Просадочные грунты, супеси, суглинки, лессовые грунты необходима определенная влажность грунтов, неравномерное уплотнение по толщине слоя, В промышленном и гражданском строительстве
невозможность
применения вблизи
зданий и
сооружении
Продолжение таблицы 1
Виброуплотнение Песчаные, песчано-гравийные, пылевато-глинистые грунты Простота в эксплуатации, маневренность / грунт должен обладать оптимальной влажностью, плотность грунта по глубине неравномерна В промышленном, гражданском и дорожном строительстве
Укрепление сваями Сваи буронабивные Все грунты (исключая скальные, крупнообломочные, обводненные, структурно-неустойчивые) Экономия материалов (изготавливают любой длины), возможность проведения работ вблизи зданий и сооружений, отсутствие значительных динамических воздействий / по всей высоте сваи невозможно контролировать плотность и монолитность бетона, возможен размыв грунтовыми водами незастывшего бетона В промышленном и гражданском строительстве
Сваи вибротрам-бованные Сухие связные грунты Изготовление сваи с различной несущей способностью / шумность, запрет проведения работ вблизи зданий В промышленном и гражданском строительстве
Сваи бурозавинчи-вающиеся При любых геоусловях Быстрота и всесезонность монтажа, использование на сложных рельефах и любых грунтах / коррозия, сложный контроль качества сварных швов В промышленном и гражданском строительстве
Продолжение таблицы 1
Песчаные сваи Водонасыщенные пески, содержащие органические примеси, лессовые просадочные грунты Экономичность / необходимость очень тщательного уплотнения грунта В промышленном и гражданском строительстве
Армирование Семейство геосинтетиков Глинистые, просадочные, на территориях со сложными гидрогеологическими климатическими условиями Простота проведения работ, применение в стеснённых условиях, экономичность, экологичность / сложность в бережном обращении с некоторыми материалами При укреплении в гражданском и дорожном строительстве
Случайно распределенные волокна Все виды грунтов, кроме переувлажненных Широкий спектр применяемых материалов / сложность контроля равномерности смеси При укреплении в гражданском и дорожном строительстве
Улучшение работы грунтовых основ - При работах на слабых грунтах (ил, торфяники) Относительно недорогой / не всегда прост в осуществлении В промышленном и гражданском строительстве
Обезвоживание Иглофильтры, дренажи Песчаные грунты, супеси Быстрота действия, малая трудоемкость / невозможность проведения работ вблизи зданий и сооружений В промышленном и гражданском строительстве
Вакуумный метод Мелкозернистые грунты Возможность применения в сложных гидрогеологических условиях / необходимость постоянного использования энергии и отвода выкачанной воды В промышленном и гражданском строительстве
Продолжение таблицы 1
Водо-насыщение - Просадочные грунты Относительно простой и недорогостоящий / сезонность применения В промышленном и гражданском строительстве
Электрохимическое закрепление Как с добавками, так и без Переувлажненные глинистые грунты и супеси Самый подходящий метод для водо-насыщенных грунтов / необходимость периодической смены полярности В промышленном и гражданском строительстве
Электроосмос - Переувлажненные глинистые грунты и супеси Самый подходящий метод для водонасыщенных грунтов / необходимость периодической смены полярности В промышленном и гражданском строительстве
Термическое закрепление Обжиг горячими газами или сжигаемым топливом Увлажненные лесовидные и пылевато-глинистые грунты Относительно быстрый набор прочности / высокая цена В промышленном и гражданском строительстве
Замораживание рассольное либо с помощью азота Водоносные грунты (от глинистых до скальных трещиноватых и кавернозных) Возможно использование любых водоносных грунтов, на любой глубине, наличие хорошо развитой научно- технической базы / небольшая продолжительность сохранения эффекта (только при действии замораживающей установки), естественное оттаивание продолжительно, влажность грунта повышается (так как происходит миграция воды от теплых к охлажденным слоям грунта) В промышленном и гражданском строительстве
Физико-химические методы
предназначены для обработки дисперсных грунтов на поверхности. Их суть [6, 7] состоит в том, чтобы обработать грунты небольшими дозировками реагентов (в количестве 13% от веса грунта), которые изменяют обменную способность грунта. Цель таких методов заключается в том, чтобы либо изменить параметры структуры грунтов (диспергация, агрегация), либо их защитить (гидрофобизация).
К физико-химическим методам относятся:
- кольматация и глинизация грунтов;
- солонцевание грунтов;
- гидрофобизация грунтов.
Кольматация представляет собой
процесс насыщения порового пространства грунта мелкими водонерастворимыми (пылеватыми или глинистыми) частицами [6]. Они забивают имеющееся пространство между структурными частичками грунта и тем самым ухудшают его фильтруемость. Это не дает
укрепляемому грунту насыщаться водой.
Глинизация (тампонаж) - это способ укрепления, при котором вмыв глинистых суспензий в поры и трещины пород осуществляется под давлением до 20 атмосфер, а иногда и более [6].
Солонцевание грунтов - это обработка грунтов соляными растворами. Действие метода заключается в диспергации грунтовых масс путем замены в их поглощающем комплексе обменных многовалентных катионов (кальция и магния) на одновалентные (натрия и калия) [6, 7].
Гидрофобизация это - метод, при котором грунтовые структуры покрывают поверхностно-активными веществами (ПАВ) [6]. Такая обработка позволяет грунту отталкивать воду и за счет этого удерживаться в связном состоянии.
Методы, приведенные выше, чаще всего используются в дорожном и аэродромном строительстве. В таблице 2 показано краткое основное содержание по каждому из физико-химических методов.
Таблица 2
Сраткое основное содержание с изико-химических методов
Название метода Разновидности Рекомендуемые грунты Преимущества / недостатки Сфера применения
1 2 3 4 5
Кольматация - Супеси, суглинки и лессовые грунты Обеспечение порозаполняемости во всем объеме грунта на все время / использование только при условии отсутствия дренажа В промышленном, гражданском и дорожном строительстве
Глинизация - Скальные, гравелистые, трещиноватые грунты и супеси Упрочняют структуру обрабатываемого грунта / метод применим только для сухих пород и при условии небольших скоростей движения грунтовых вод В промышленном, гражданском и дорожном строительстве
Продолжение таблицы 2
1 2 3 4 5
Солонцевание - Глинистые и суглинистые грунты Не требует сложных технологий и материальных затрат / негативно влияет на окружающую среду и качество грунтовых вод В промышленном, гражданском и дорожном строительстве
Гидро-фобизация - Глинистые и суглинистые грунты Не требует сложных технологий и материальных затрат / негативно влияет на окружающую среду, относительная дороговизна некоторых ПАВ В промышленном, гражданском и дорожном строительстве
Действие химических методов основано на введении в грунт химических реагентов в количестве 1 -5%. При подобных методах упрочнение грунтов происходит за счет изменения их состава и характера структурных связей между частицами. В химических методах в качестве реагентов используют органические и
минеральные вяжущие вещества, а также различные стабилизаторы грунта. Обработка органическими вяжущими и стабилизаторами используется при проведении поверхностных методов укрепления, обработка
неорганическими вяжущими - при проведении глубинных методов. Результатом изменения свойств грунтов при использовании подобных методов становится увеличение прочности, водо- и морозостойкости, уменьшение водопроницаемости [1, 6-8].
Методы химической стабилизации включают в себя:
- упрочнение грунтов
органическими вяжущими веществами (битумизация (холодная и горячая), упрочнение грунтов синтетическими полимерными смолами), применение энзимов;
- упрочнение грунтов минеральными вяжущими веществами (цементация, известкование, использование шлаков, зол уноса, шлаковых цементов, гипсовых и ангидритовых вяжущих);
- силикатизация - упрочнение грунтов растворами силиката натрия (одно- или двухрастворная силикатизация, газовая силикатизация).
Битумизация основана на введении в грунт битумов [7, 9]. Они могут быть в виде расплавов, эмульсий, паст. Битумные смеси используются как горячие, так и холодные. Битумизация применима в глубинном и поверхностном укреплении. В большинстве случаев горячая битумизация сочетается с холодной, так как горячий битум не может проникнуть в мелкие трещины (менее 1 мм). Холодная битумизация считается тем успешнее, чем мельче частицы битума в эмульсии.
Смолизация - упрочнение грунтов синтетическими полимерами (смолами) [6, 8, 9]. Грунт и клеящее вещество образуют массив с улучшенными характеристиками (твердый,
однородный). В качестве клеящих
используют различные вещества: фенолформальдегидные, мочевиноформальдегидные (карбамидные), фенолфурфурольные, фурфуроланилиновые. Склеивание грунтов может осуществляться разными методами: последовательно - первым закачивают клей (раствор смолы), далее - отвердитель, и одновременно -закачивание в грунт клея и отвердителя, смешанных до начала процесса.
Метод укрепления грунтов с помощью энзимов [9] используется для укрепления грунтов под линейные объекты строительства (дороги, железные дороги, трубопроводы и т.д.). В полимерной структуре энзимов есть полости, которые включают
гидрофобные и гидрофильные радикалы и группировки. Поверхностное натяжение воды уменьшается, если растворить в ней фермент, поскольку энзимы обладают свойствами ПАВ и действуют как гидрофобизирующие вещества. В результате молекулярное и электростатическое взаимодействие между частицами грунта усиливается. Так как структура воды изменяется, это способствует ее интенсивному удалению. Таким образом, создается более плотный грунт.
Методы укрепления грунтов минеральными вяжущими имеют большое разнообразие, так как в качестве реагентов используется огромная вариация минеральных веществ [12]. Для укрепления естественных и техногенных грунтов применяют следующие основные минеральные вяжущие материалы:
- портландцемент, шлакопортланд-цемент, известково-шлаковый цемент, а также другие виды цементов марок не ниже 300;
- известь молотую негашеную, известь гидратную, известь
гидрофобизированную 1 -го и 2-го сортов.
В качестве вяжущих или их компонентов используют следующие неорганические отходы и побочные продукты производства:
- гипсошлаковые и портланд-цементо-шламовые вяжущие;
- золы уноса сухого отбора;
- золошлаковые смеси гидроудаления;
- пыль уноса цементных заводов;
- нефелиновый шлам и бокситовый шлам;
- фосфополугидрат кальция;
- комплексные вяжущие (состоят из основного компонента и активатора твердения).
Наряду с традиционным использованием органических и минеральных вяжущих для укрепления грунтов в последнее время широкое применение приобретают
стабилизаторы грунта. Все
стабилизаторы по своему составу и природе взаимодействия с грунтами объединены в два основных класса [12]: к первому классу относят ионные закрепители глинистых грунтов (в основном применимы для глинистых грунтов), ко второму классу относят полимерные эмульсии (в основном применимы для песчаных грунтов). Результаты исследований и опытных работ с использованием стабилизаторов дают основания для следующих выводов:
- применение стабилизатора позволяет снизить величину оптимальной влажности грунта и способствует повышению плотности слоя на 5-10 %;
- использование стабилизаторов дает возможность увеличить прочность и модуль упругости обработанных грунтов;
- водонасыщение грунтов, обработанных стабилизатором, по отношению к необработанным снижается в 1,3-2,5 раза;
- прочность обработанного грунта зависит от концентрации стабилизатора [11].
Метод силикатизации [7, 8, 9] основан на внедрении в состав грунта технического силиката натрия (жидкого стекла), который реагирует с частицами грунта и в процессе реакции выделяет гель - играет роль искусственного
цемента грунтов. Упрочнение достигается путем нагнетания жидкого стекла специальными инъекторами. В результате этого грунты становятся прочными, водонепроницаемыми и теряют свои просадочные свойства.
Метод применим как для строительства, так и во время эксплуатации объекта.
Краткая характеристика
некоторых химических методов закрепления грунта приведена в таблице 3.
Таблица 3
Характеристика химических методов закрепления грунта
Название метода Разновидности Рекомендуемые грунты Преимущества / недостатки Сфера применения
1 2 3 4 5
Битумизация Горячая Скальные трещиноватые породы Возможность применения грунтов с любыми агрессивными водами, для больших скоростей водного потока / сложное техническое оборудование, повышенные меры безопасности В промышленном, гражданском и дорожном строительстве
Холодная Скальные трещиноватые породы, пески Экономия топлива, трудозатрат, битума / сильная текучесть битума (возможность прорыва битумизационной завесы под большим давлением грунтовых вод) В промышленном, гражданском и дорожном строительстве
Смолизация Одно-или двухрастворная Песчаные и лессовые грунты Высокая прочность, быстрый набор прочности, устойчивость грунта к действию агрессивных сред / выделение карбамидными смолами токсичного формальдегида В промышленном и гражданском строительстве
Продолжение таблицы 3
1 2 3 4 5
Экономия затрат на В
Укрепление Глинистые этапах строительства и эксплуатации / промышленном, гражданском и дорожном строительстве
энзимами грунты отсутствие нормативов,
малая изученность метода
Цементация,
Укрепление минеральными вяжущими известкование, применение зол уноса, шлаков, шламов и комплексных вяжущих Гравелистые, крупные и средне-зернистые пески, глины Высокая скорость, возможность работать в стесненных условиях, гибкость, маневренность / дорогостоящее оборудование В промышленном, гражданском и дорожном строительстве
Высокие показатели
Применение Разновидность методов Глинистые грунты, суглинки, супеси улучшения обрабатываемых грунтов В промышленном,
стабилизато- заключается в / применение гражданском и
ров разновидности стабилизаторов дорогостоящих материалов и оборудования дорожном строительстве
Надежность,
долговечность, В промышленном и гражданском строительстве
Одно-растворная Пески, экономичность. Отсутствие воздействия агрессивных сред / ограничение по влажности грунта
Силикати- пылеватые пески (плывуны), лессовые, просадочные грунты Экономия времени, высокая прочность,
зация Двух-растворная более однородный массив (по сравнению с однорастворной) /
ограничение по влажности грунта
Укрепление за короткий
Газовая промежуток времени / повышенные экономические затраты
Влияние гранулометрического состава на физико-механические свойства стабилизированных грунтов наименее изучено. Так, в работе [12] указывается, что «в нормативных документах не приводится указаний к выбору гранулометрического состава..., однако если требуются упругая работа
насыпи и высокие фильтрационные характеристики (насыпи под
автомобильные дороги и железные дороги, подготовка дна котлована), следует использовать однородные гранулометрические составы,
обеспечивающие стабильную структуру
грунта и высокие значения модуля деформации».
Выводы
Анализ существующих методов улучшения физико-механических
свойств грунтов показал, что в строительстве применяются лишь некоторые из них: уплотнение укатыванием и с помощью вибрации, армирование геосинтетиками,
кольматация, глинизация,
солонцевание, гидрофобизация,
битумизация, применение энзимов, укрепление с помощью минеральных вяжущих и специальных
стабилизаторов. Большинство из этих методов являются перспективными для дальнейшего развития или
модернизации, но те, которые входят в группы физико-химических и химических, являются наиболее перспективными.
Преобладающим типом грунтов Донецкого кряжа являются лёссы, лёссовидные суглинки, сланцы, песчаники, известняки. При их укреплении чаще всего используются физико-механические и химические методы с последующим механическим уплотнением.
Среди множества факторов, оказывающих влияние на физико-механические свойства укрепленного грунта, наименее изученным является гранулометрический состав
(распределение частиц по размерам) грунта, подлежащий стабилизации с последующим уплотнением.
Процесс смешивания и дозированного ввода активных компонентов с последующим уплотнением является энергоемким, поэтому при производстве
механизированных работ по
укреплению грунтов следует в первую очередь оценивать процесс
строительства с точки зрения экономических показателей и влияния на них перечисленных факторов.
Список литературы:
1. Ушаков, В. В. Строительство автомобильных дорог [Текст]: учебник / коллектив авторов; под ред. В. В. Ушакова и В. М. Ольховикова. - М.: Кнорус, 2013. - 576 с.
2. Разуваев, Д. А. Использование стабилизаторов грунтов при расширении сети автомобильных дорог местного значения / Д. А. Разуваев, А. Л. Ланис // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе: материалы междунар. науч.-практ. конф. - Пермь: Издательство ПНИПУ, 2012. - Т. 3. - С. 223-228.
3. ГОСТ 25100-2011. Грунты. Классификация. М.: МНТКС, 2011.
4. ГОСТ 5180-84 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик.
5. ГОСТ 20276-99 Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости.
6. ГОСТ 24846-81 Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений.
7. Ананьев, В. П. Инженерная геология [Текст]: учеб. для строит. спец. вузов / В.П. Ананьев, А.Д. Потапов. - 3-е изд., перераб. и испр. -М.: Высш. шк., 2005. - 575 с.
8. Коробова, О.А. Усиление оснований и реконструкция фундаментов [Текст]: учеб. пособие / О. А. Коробова. - Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин), 2008. - 332 с.
9. Игошева, Л.А. Обзор основных методов укрепления грунтов основания [Текст] / Л.А. Игошева, А.С.
Гришина // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета.
Строительство и архитектура. - 2016. -Т. 7, № 2. - С. 5-21. Б01: 10.15593/22249826/2016.2.01.
10. Коробова, О.А. Усиление оснований и реконструкция фундаментов [Текст]: учеб. пособие / О.А. Коробова. - Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин), 2008. - 332 с.
11. Инновационные технологии, материалы в промышленно-гражданском строительстве. О технологии полимерных эмульсий [Электронный ресурс]: информация / компания ООО «Комплекс Роудс». -Режим доступа: http://www.complrds.ru/teor_polimer.php.
12. Буданова, Т.Е. Современные методы изучения гранулометрического состава грунтов /Т.Е. Буданова, О.Р. Озмидов, И.О. Озмидов / Журнал «Инженерные изыскания», №8/2013, С. 66-73.
Аннотации:
В статье приведен аналитический обзор и классификация существующих методов технической мелиорации грунтов, которые применяются при строительстве. Дано краткое описание по каждому из методов, приведена область применения, выделены основные преимущества и недостатки. Исходя из анализа дано обоснование целесообразности и направления проведения исследований по механизации методов укрепления грунта, которые применимы при возведении зданий и сооружений.
Ключевые слова: техническая мелиорация грунтов, укрепление грунтов, физико-механические свойства,
гранулометрический состав.
The article provides an analytical review and classification of existing methods of technical soil reclamation, which are used in construction. A brief description of each of the methods is given, the scope of application is given, the main advantages and disadvantages are highlighted. Based on the analysis, the rationale for the expediency and direction of research on the mechanization of soil strengthening methods that are applicable in the construction of buildings and structures is given.
Keywords, technical soil reclamation, soil strengthening, physical and mechanical properties, granulometric composition
