CC BY
7УДК 627.8.035.4
DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-763-9-62-65
Н.С. СОКОЛОВ1,2, канд. техн. наук, директор (forstnpf@mail.ru)
1 ООО НПФ «ФОРСТ» (428000, Россия, Чувашская Республика, г. Чебоксары, ул. Калинина, 109 а)
2 ФГБОУ ВО «Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова» (428015, Россия, Чувашская Республика, г. Чебоксары, Московский пр., 15)
Определение типа заглубленной конструкции усиления основания под насыпью высокоскоростной железнодорожной магистрали
В статье рассматривается проблема строительства высокоскоростной магистрали в долине рек Волга, Ока, Сура на основаниях со сложными инженерно-геологическими условиями с перемежающимися слабыми грунтами (просадочные, биогенные представленные илами, торфами и сапропелями, набухающие и т. д.). Наличие в основании сильно деформируемых инженерно-геологических элементов усложняет безопасную эксплуатацию скоростных поездов. Предельно допустимая осадка земляного полотна при скоростях движения до 400 км/ч не должна превышать Su = 15 мм. Для обеспечения требований безопасной эксплуатации подвижного состава высокоскоростных магистралей требуется армирование слабых оснований с передачей внешних нагрузок на инженерно-геологические элементы с высокой несущей способностью и низкой деформативностью.
Ключевые слова: сложные инженерно-геологические условия, высокоскоростная магистраль, буровые сваи, электроразрядная технология.
Для цитирования: Соколов Н.С. Определение типа заглубленной конструкции усиления основания под насыпью высокоскоростной железнодорожной магистрали // Строительные материалы. 2018. № 9. С. 62-65. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-763-9-62-65
N.S. SOKOLOV1,2, Candidate of Sciences (Engineering), Director (forstnpf@mail.ru)
1 OOO NPF «FORST» (109a, Kalinina Street, Cheboksary, 428000, Russian Federation)
2 I.N. Ulianov Chuvash State University (15, Moskovskiy pr., Cheboksary, 428015, Russian Federation)
Definition of the Type of a Buried Structure for Base Strengthening Beneath the Embankment of High-Speed Railway
The article deals with the problem of construction of a high-speed railway in the valley of the Volga, Oka, Sura rivers on the grounds with complex engineering-geological conditions with alternating weak soils (subsidence, biogenic represented by silts, peat and sapropels, swollen, etc.). The presence of heavily deformed engineering-geological elements in the base complicates a safe operation of high-speed trains. The maximum permissible depression in the subgrade surface at speeds of up to 400 km/h should not exceed SU = 15 mm. To meet the requirements of safe operation of the rolling stock of high-speed railways (HSR), reinforcement of weak bases with the transfer of external loads on engineering-geological elements with high bearing capacity and low deformation is required.
Keywords: complex engineering-geological conditions, high-speed railway, (HSR), bored piles, electric discharge technology (EDT).
For citation: Sokolov N.S. Definition of the type of a buried structure for base strengthening beneath the embankment of high-speed railway. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2018. No. 9, pp. 62-65. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-763-9-62-65 (In Russian).
Освоение территорий прилегающих к долинам рек Волга, Ока, Сура и их притоков является сложной геотехнической проблемой для целей возведения высокоскоростных железнодорожных магистралей (ВСМ). В данной статье рассматривается возможность их возведения по территории Средней Волги от г. Нижнего Новгорода до г. Чебоксары.
Проектируемая трасса проходит в пределах Волго-Уральского свода — одной из крупнейших положительных структур Русской платформы.
В течение четвертичного времени различные части рассматриваемой территории находились в различных климатических условиях и подвергались воздействию разнообразных физико-географических процессов. Северная часть ее неоднократно подвергалась оледенениям, а южная — воздействию трансгрессий Каспийского моря. Эти различные условия наложили свой отпечаток на характер четвертичного покрова территории. В северо-западной части ее широко развиты ледниковые и водно-ледниковые образования, в средней — аллювиальные и элювиально-делювиальные, а в самой южной — морские лиманные отложения. В толще четвертичных отложений находятся торф, кирпичные глины, песок, песок с прослоями гравия, суглинки и глины (в надпойменных террасах Волги, Суры и Цивиля).
В районах Нижегородского и Чебоксарского Поволжья покровные отложения представлены легкими суглинками и тяжелыми супесями характерного желтоватого или буровато-палевого цвета с четко выраженными признаками лессовидности (макропористость, столбчатая отдельность и др.) и просадочными свойствами. Обводненность пород комплекса незначительна и имеет спорадический характер.
Современные болотные отложения (Ь1У) распространены неравномерно на всей исследуемой территории. В обширных понижениях рельефа, приуроченных к долинам рек или низменностям в зоне лесов, образуются особенно крупные торфяники — торфяные бассейны. На рассматриваемой территории примерно в равном количестве встречаются низинные и верховые торфяники. Отложения представлены торфами и заторфованными грунтами. Средняя мощность болотных отложений от 2 до 3 м и может достигать до 10 м. На отдельных участках, где развиты болотные отложения, непосредственно с поверхности залегают болотные воды.
В соответствии с СП 14.13330.2014 «Строительство в сейсмических районах» район коридора проектируемой трассы железной дороги по степени сейсмической активности определен по шкале MSK-64 по Карте сейсмического районирования России ОСР-97-С (вероятность возможного превышения интенсивности земле-
трясений в течение 50 лет — 1%). Согласно приложению Б СП 14.13330.2014 расчетная сейсмическая интенсивность в баллах шкалы MSK-64 для средних грунтовых условий и степени сейсмической опасности С (1%) в течение 50 лет равна: 7 баллов для Чувашской Республики и 6 баллов для Нижегородской области.
Из экзогенных геологических процессов на территории Нижегородской области по площади распространения выделяется в первую очередь процесс овражной эрозии: оврагами поражено до 40% площади области, заболоченные территории занимают 30% от ее площади, закарстованные — до 26%. Оползневым процессом наиболее поражены территории Богородского, Котовского, Павловского, Лысковского, Воротынского районов, правобережные склоны рек Оки и Волги. Карбонатный карст распространен преимущественно на юге области: в Первомайском, Дивеевском, Вознесенском районах, г. Сарове; карбонатно-сульфатный и гипсовый карст развивается преимущественно в г. Дзержинске, Заречной части Нижнего Новгорода, в Павловском, Арзамасском и других районах.
Развитие процесса подтопления и заболачивания отмечается в той или иной степени по левобережью Чебоксарского и Горьковского водохранилищ, рек Оки и Волги, а также в пределах Фокинской и Лысковской низин на правобережье Чебоксарского водохранилища и Кстовской низины на Волжском правобережье.
Наиболее активное развитие оползневого процесса отмечалось на правобережье Чебоксарского водохранилища в районе населенных пунктов Бармино, Сомовка, Васильсурск, Хмелевка; на правобережье р. Оки в районе пст. Береговые Новинки, Новинки, Сартаково и др.; на правобережье р. Волги в пределах Нагорной части г. Нижний Новгород. В озерной зоне Чебоксарского водохранилища, на участке II категории «Васильсурск-Н», оползнеобразующими факторами которого являлись климатические условия и подземные воды, активность оползневого процесса остается по-прежнему самой высокой. В весенний период Сурский склон был полностью захвачен оползневым смещением. Активизация оползней произошла в основном в средней части склона и частично в верхней, вызвав деформацию жилого дома, расположенного в прибровочной части плато. Активизация оползней в нижней части склона была связана с подмывом основания склона и подземными водами.
Развитие речной эрозии и абразии отмечено в период половодья. На локальных участках отмечался сильный размыв берегов.
На территории Чувашской Республики проявляется широкий комплекс процессов. В их числе овражная, речная, береговая и плоскостная эрозия, оползневой, абразионный, карстовый, суффозионный и обвальный процессы, заболачивание, криогенное пучение, эоловая и речная аккумуляция, сезонная солифлюкция и др. Воздействие их ведет к значительному изменению геологической среды и условий обитания, существенно затрудняет и ограничивает хозяйственную деятельность. Наиболее распространенным неблагоприятным геологическим процессом в пределах республики является овражная эрозия. Распределение оврагов отличается значительной неравномерностью. Наиболее поражена процессом северная часть республики. Плотность проявления активных форм здесь может достигать 11 единиц на 1 км2.
Опасностью развития и высокой динамичностью характеризуются оползневые процессы. В разной степени ими поражено около 2% территории республики. Чаще распространение оползней диктуется наличием многочисленных речных и эрозионных систем. Наиболее крупные и многочисленные формы встречаются по бортам речных долин. Оползни весьма разно-
образны по масштабам проявления и формам смещения. Наряду с блоковыми телами повсеместно развиты оползни-сплывы и оползни-потоки. Разветвленная речная сеть определяет широкое развитие речной береговой эрозии. Этому процессу подвержено 3% территории республики. По имеющимся сведениям, скорость размыва берегов колеблется в пределах от первых сантиметров до 5—6 м в год. Образование заболоченных участков в пределах республики связано с наличием избыточно увлажненных поверхностей либо зарастающих водоемов. Наиболее широко процесс развит в долинах рек Волга и Сура. Общая площадь заболоченных участков на территории субъекта Федерации составляет 0,2%.
К числу опасных процессов относится также карст. Степень подверженности территории республики его воздействию составляет 0,08%. Наиболее активное течение процесса отмечено в прибрежной зоне Куйбышевского водохранилища. Частота проявления открытых форм здесь может достигать 12 единиц на 1 км2 площади побережья.
По результатам проведенных инженерно-геологических обследований территории широко распространено морозное пучение грунтов. Особенно часто его воздействию подвержены дорожные сооружения. Местами их проявления являются участки развития пылеватых суглинков, избыточного увлажнения грунтов. В Чувашской Республике по побережью Чебоксарского и Куйбышевского водохранилищ отмечено свыше 500 активных оврагов и промоин.
С учетом вышесказанного можно сделать вывод о том, что инженерно-геологические условия для строительства высокоскоростной магистрали на участке от г. Нижнего Новгорода представляет собой сложную геотехническую проблему. Для обеспечения нормативных значений несущей способности оснований и деформа-тивности одной из рациональных технологий является армирование его с помощью заглубленных конструкций, таких как буровые сваи, изготавливаемые по различным технологиям [1—7]. В работе [8] приводится алгоритм определения наиболее эффективной заглубленной конструкции.
Для наиболее оптимального решения рассматриваемой проблемы подходит принцип интерактивного проектирования [9] для каждого рассматриваемого типа буровых свай. Он предлагает следующую схему: базовый проект — опытная площадка — корректировка базового проекта. Обычно в качестве опытной площадки принимается участок свайного поля, включенного в состав базового проекта. В этом случае возможно избегание дополнительных затрат. Результаты натурных испытаний должны являться основой проектирования подземных сооружений с применением типа буровых свай.
Следует отметить тот факт, что при принятии экономически обоснованного и технически целесообразного типа заглубленных конструкций должны быть идентичные входные данные. Это:
— одинаковость отметок заложений нижнего конца и верха свай;
— идентичность инженерно-геологических и гидрогеологических условий;
— соответствие внешних нагрузок во всех расчетных схемах. Часто наблюдаются случаи назначения различных длин для рассматриваемых типов в интерактивном проектировании. Определяющим условием назначения отметок нижнего конца свай является обеспечение требуемых значений осадок усиленного основания согласно СП 22.13330.2011 «Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*».
Несущая способность свай, изготавливаемых по применяемым в настоящее время технологиям, опреде-
Типы буровых свай Количество свай в свайно-плитном фундаменте, шт. Длина сваи,м Общий погонаж, м Стоимость 1 м сваи, р. Общая стоимость объекта, млн р.
2 - буронабивные сваи, погружаемые инвентарной трубой с теряемым наконечником 125 17 2125 5000-8000 10,6-17
3 - буронабивные сваи с использованием обсадных труб или проходных шнеков 134 17 2278 5000-8000 11,4-18,2
4 - буронабивные сваи, выполняемые под защитой глинистой рубашки 146 17 2482 5000-8000 12,4-19,9
1 - сваи ЭРТ без промежуточных уширений 144 17 2448 3500-6000 8,6-14,7
Сваи ЭРТ с многоместными уширениями 80 17 1360 3500-6000 4,8-8,2
ляется как сумма величин несущих способностей по пяте и боковой поверхности. Последние зависят от геометрических параметров сваи (площади опирания и боковой поверхности) и инженерно-геологических характеристик грунтов, примыкающих к свае (расчетных сопротивлений грунта под пятой и по боковой поверхности сваи).
Для сравнительных расчетов в [8] рассмотрены бу-роинъекционные сваи, изготовленные по разрядно-им-пульсной технологии (ЭРТ) без промежуточных ушире-ний и с промежуточными уширениями; буронабивные сваи, погружаемые инвентарной трубой с теряемым наконечником; буронабивные сваи с использованием обсадных труб или проходных шнеков (SFA), а также буронабивные сваи, выполняемые под защитой глинистой рубашки.
Список литературы
1. Балюра М.В., Окулова М.Н. О влиянии некоторых факторов на деформируемость грунтов в горизонтальном направлении. В кн.: Основания и фундаменты зданий и сооружений в условиях строительства Томска. Томск: Томский государственный архитектурно-строительный университет, 1977. C. 36-41.
2. Окулова М.Н. Исследование НДС грунтов вблизи загруженного штампа // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1966. № 4. C. 5-8.
3. Окулова М.Н. Экспериментальное исследование боковых деформаций в нагруженных песчаных основаниях и их роль в общей осадке. Томск: Томский государственный архитектурно-строительный университет, 1967. T. II.
4. Шелест Л.А. Вертикальные и горизонтальные деформации грунта при штамповых испытаниях. Труды НИИОСП. М.: НИИОСП, 1972. Вып. 63.
5. Darragh R.D. Contraled Water Tests to Pre-load Tank Foundations. Pros. A.S.C.E. 1964. Vol. 90, pp. 303-329.
6. Belloni L.A., Garassini LA., Jamiolkowaki M. Differential Settlments of Petiuleum Steel Tanks. Proc. Conference on Settlements of Structures, Cambridge, pp. 323-328.
7. Коновалов П.А., Усманов Р.А. Исследование деформаций сильносжимаемых оснований гибких штампов и резервуаров // Труды Дунайско-Европейской конференции по механике грунтов и фундаментостро-ению. Кишинев, 1983. Т. 3. C. 107-112.
8. Соколов Н.С. Критерии экономической эффективности использования буровых свай // Жилищное строительство. 2017. № 5. С. 34-38.
9. Соколов Н.С., Соколов С.Н. Применение буроинъ-екционных свай при закреплении склонов. Материалы V Всероссийской конференции «Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкции» (НАСКР-2005). 2005. Чебоксары: ЧГУ. С. 292-293.
Существенное повышение несущей способности достигается в случае, если свая представляет собой конструкцию из нескольких уширений [10—14], при этом нижнее уширение выполняется по пяте сваи, увеличивая ее площадь и верхнее (по боковой поверхности) работают как дополнительные опоры, а несущая способность грунтов при опирании на них этими опорами значительно выше несущей способности этих же грунтов при трении о них боковой поверхности сваи. Практика изготовления таких свай показала их высокую эффективность. Несущая способность свай ЭРТ с двумя уширениями в 1,5—2,5 раза выше, чем у свай, выполненных без уширений.
В таблице приведены результаты расчетов для выбора типа сваи для армирования оснований высокоскоростной магистрали (ВСМ).
References
1. Balura M.V., Okulova M.N. On the influence of some factors on the deformability of soils in the horizontal direction. V kn.: Osnovaniya i fundamenty zdanij i sooru-zhenij v usloviyah stroitel'stva Tomska [Bases and foundations of buildings and structures in the construction of Tomsk]. Tomsk: Tomsk State University of Architecture and Civil Engineering. 1977. Pp. 36—41. (In Russian).
2. Okulova M.N. Investigation of the stress-strain state of soils near the loaded stamp. Osnovaniya, fundamenty i mekhanika gruntov. 1966. No. 4, pp. 5—8. (In Russian).
3. Okulova M.N. Experimental study of lateral deformations in loaded sandy bases and their relays in the total sediment. Tomsk: Tomsk State University of Architecture and Civil Engineering, 1967. Vol. II. (In Russian).
4. Shelest L.A. Vertical and horizontal deformation of soil during die testing. Trudy NIIOSP. Moscow. NIIOSP, 1972. Vol. 63. (In Russian).
5. Darragh R.D. Controled Water Tests to Pre-load Tank Foundations. Pros. A.S.C.E. Vol. 90, 1964, pp. 303-329.
6. Belloni L.A., Garassini LA., Jamiolkowaki M. Differential Settlments of Petiuleum Steel Tanks. Proc. Conference on Settlements of Structures, Cambridge, pp. 323-328.
7. Konovalov P.A., Usmanov R.A. Investigation of deformations of highly compressible bases of flexible dies and reservoirs. Papers of the Danube-European conference on soil mechanics and Foundation engineering. Kishinev, 1983. Vol. 3, pp. 107-112. (In Russian).
8. Sokolov N.S. Criteria of economic efficiency of use of drilled piles. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2017. No. 5, pp. 34-38. (In Russian).
9. Sokolov N.S. Uning continuous flight augering piles for securing slopes. Materials of 5th All-Russian conference "New in architecture, design of building structures and reconstruction". Cheboksary. The Chuvash State University. 2005. Pp. 292-293. (In Russian).
10. Sokolov N.S. The method of continuous flight augering piles carrying capacity calculation which are made by us-
10. Соколов Н.С. Метод расчета несущей способности буроинъекционных свай-РИТ с учетом «подпятников». Материалы VIII Всероссийской (II Международной) конференции «Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкции» (НАСКР-2014). 2014. Чебоксары: ЧГУ. С. 407-411.
11. Соколов Н.С., Рябинов В.М. Об одном методе расчета несущей способности буроинъекционных свай ЭРТ // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2015. № 2. С. 10-13.
12. Соколов Н.С., Рябинов В.М. Об эффективности устройства буроинъекционных свай с многоместными уширениями с использованием электроразрядной технологии // Геотехника. 2016. № 2. С. 28-34.
13. Соколов Н.С., Рябинов В.М. Особенности устройства и расчета буроинъекционных свай с многоместными уширениями // Геотехника. 2016. № 3. С. 60-66.
14. Соколов Н.С., Рябинов В.М. Технология устройства буроинъекционных свай повышенной несущей способности // Жилищное строительство. 2016. № 9. С. 11-15.11.
ing discharging of current pulses. Materials of 8th All-Russian (2nd International) conference "New in architecture, design of building structures and reconstruction". Cheboksary. The Chuvash State University. 2014, pp. 407-411. (In Russian).
11. Sokolov N.S., Ryabinov V.M. About one method of calculation of the bearing capability the buroinjektsi-onnykh svay-ERT. Osnovaniya, fundamenty i mekhanika gruntov.
2015. No. 2, pp. 10-13. (In Russian)
12. Sokolov N.S., Ryabinov V.M. About effectiveness of the appliance of continuous flight augering piles with multiple caps using electric-discharge technology. Geotehnika.
2016. No. 2, pp. 28-34. (In Russian).
13. Sokolov N.S., Ryabinov V.M. Special aspects of the appliance and the calculation of continuous flight augering piles with multiple caps. Geotehnika. 2016. No. 3, pp. 6066. (In Russian).
14. Sokolov N.S. Ryabinov V.M. The technology of appliance of continuous flight augering piles with increased bearing capacity. Zhilishnoe Stroitelstvo [Housing Construction]. 2016. No. 9, pp. 11-14. (In Russian).
14-й Международный конгресс по прикладной минералогии 1САМ-2019
23-27 сентября 2019 г., Белгород, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
Девиз конгресса - «Прикладная минералогия: будущее рождается сегодня»
НАУЧНАЯ ПРОГРАММА ICAM-2019
• Геометаллургия, технологическая минералогия и процессы переработки минерального сырья.
• Индустриальные минералы, драгоценные камни, руды и добыча полезных ископаемых.
• Нефтяные и газовые коллекторы, в том числе газовые гидраты.
• Аналитические методы, приборы и автоматизация.
• Перспективные материалы с улучшенными характери^ тиками, в том числе техническая керамика и стекло.
• Строительное материаловедение.
• Биомиметические материалы на минеральной основе, биоминералогия.
• Окружающая среда и энергетические ресурсы.
• Культурное наследие, артефакты и их сохранность.
Для молодых ученых оргкомитет предусматривает проведение дискуссионного клуба.
ПОЛЕВЫЕ ЭКСКУРСИИ
Лебединский ГОК Стойленский ГОК (г. Старый Оскол)
КОНТРОЛЬНЫЕ СРОКИ
Начало приема докладов 1 июня 2018 г. Окончание приема докладов 1 ноября 2018 г. Рецензирование докладов до 1 декабря 2018 г.
ОРГАНИЗАТОРЫ 1САМ-2019
Национальный оргкомитет, председатель Евгений Савченко Национальный программный комитет, председатель Леонид Вайсберг Совет ICAM, президент Саверио Фиоре При поддержке IMA-CAM, председатель Маартен А.Т.М. Брёкманс Сайт конгресса www.geo.komisc.ru/icam2019 Оргкомитет: icam2019@gmail.com секретарь Национального программного комитета О.Б. Котова kotova@geo.komisc.ru
