Освоение территорий с распространением специфических грунтов Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

2011 Геология Вып. 3(12)

ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ

УДК. 624.131

Освоение территорий с распространением специфических грунтов

А.А. Чемус, В.А. Березнев

Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15 E-mail: igeon@psu.ru

(Статья поступила в редакцию 17 февраля 2011 г.)

Дана краткая характеристика инженерно-геологических условий территории. Приведены результаты расчетов осадки и коэффициента устойчивости массива сильно сжимаемых грунтов, позволяющие принять оптимальное решение о способе освоения территории со сложными условиями.

Ключевые слова: инженерная геология, грунты, торф.

При производстве комплексных инженерных изысканий на кустовых площадках Зырянской структуры были изучены инженерно-геодезические, инженерногеологические, инженерно-гидрологические и экологические условия обустраиваемой территории.

В целом Зырянская структура находится на площади залегания промышленных запасов калийных солей и их охранной зоны (восточная часть) Верхнекамского месторождения. В территориальном отношении западная часть структуры находится в пределах акватории Камского водохранилища, центральная - в прибрежной заболоченной и залесенной части местности ([4], рисунок).

В геоморфологическом отношении участок изысканий представляет собой пологую заболоченную равнину с абсолютными отметками 106,69-107,94 (Балтийская система высот).

Площадь расположена в ~ 650-700 м от левого берега Камского водохранилища. Между ней и берегом проектируется устройство дамбы (насыпи) с водопропускным сооружением и временной автодорогой.

Геологическое строение до глубины 10

м представлено четвертичными аллювиально-биогенными и аллювиальными отложениями: ил (мощностью 0,5-0,8 м), торф (мощностью 1,7—5,6 м), глина мягкопластичная (вскрытая мощность 2,0 м) и песок средней крупности (7,0-9,5 м).

В настоящей статье рассматривается мелиорация торфов и илов, которые являются по классификации [2] проектировщиков автодорог слабыми грунтами, имеющими модуль деформации < 5 МПа. Торфы и илы - специфические грунты, подверженные осадке при производстве строительных работ. Были поставлены задачи: оценить величину осадок, устойчивость слабых грунтов при возведении насыпи под строительство дороги и площадки.

Стандартными методами мелиорации торфяных залежей (в данном случае и илов) по «Методике...» [1], основанной на опыте освоение территорий р. Камы, являются четыре основных способа улучшения их свойств:

1. Предпостроечное осушение торфяных грунтов. Достигается укладкой дренажной сети по минеральному дну (поверхности между торфом и минеральным грунтом), за счет которой происхо

© Чемус А.А. Березнев В.А., 2011

Рис. 1. Местоположение площади изучения

дит понижение уровня грунтовых вод, что приводит к улучшению свойств торфяных грунтов. Данный метод технически сложен и экономически дорог.

2. Предпостроечное уплотнение грунтов. Достигается пригрузочным слоем песка, что создает устойчивые платформы для строительно-монтажных работ, устройства временных дорог, работы различных строительных механизмов, складирования конструкций и материалов, а в дальнейшем и обустройства фундаментов строений и сооружений. При укладке песка необходимо предусмотреть послойное уплотнение. Процесс консолидации торфа занимает от 8 до 18 месяцев, может быть ускорен за счет применения вертикальных дрен или электроосмоса.

3. Метод замены слабых торфяных грунтов применяется при незначительных по объему работах, в частности, в основании сооружений и при глубине торфяной толщи менее 3 м. Замена торфяных грунтов под сооружениями упрощает устройство фундаментов, подземных коммуни-

каций, повышает качество дорог. Полная замена торфяных грунтов песчаными -метод дорогостоящий, трудоемкий, требующий большого количества землеройных машин и грузового транспорта. Объем земляных работ, как показывает практика, увеличивается в 2-3 раза по сравнению с объемами работ, необходимыми, например, при способе пригрузки (пред-построечном уплотнении грунтов.

4. Физико-химические методы технической мелиорации торфяных залежей. Чаще всего применяются электролиты, регулирующие прочностные и деформационные свойства торфяных систем или же цементы для закрепления грубодисперсных торфяных грунтов.

Оптимальным способом мелиорации слабых грунтов было принято сочетание метода предпостроечного уплотнения торфяных грунтов намывной песчаной толщей с обустройством на промысловой площадке буронабивных свай.

Для этих мероприятий необходимо было выполнить расчеты вели-

Освоение территорий с _распространением специфических грунтов

35

чины деформаций толщи слабых грунтов и для трассы автодороги проверить несущую способность толщи слабых грунтов от нагрузки песчаной толщи и веса автотехники.

Осадка была рассчитана по формуле 6.18 СП [3]

3 рк

5 = —-------

ЬЕ + -р’

р - давление от песчаной насыпи на поверхность органоминерального и органического грунта, кПа;

к - толщина слоя органоминерального и органического грунта, м;

Е - модуль деформации органоминерального и органического грунта при полной влагоемкости, кПа.

Для проектируемой площадки конечная осадка торфа и ила составит 0,4-0,6 м. В течение первых двух месяцев она будет составлять 0,2-0,4 м, дальнейшая осадка в

0,1 м произойдет в последующие 4 месяца. В течение последующего периода эксплуатации осадки ила и торфов прогнозируются менее 0,1 м, что допустимо по СП [3].

Результаты расчета конечной осадки грунтового основания вследствие ее большой величины исключают возможность эксплуатации дороги без принятия дополнительных мер по уменьшению осадки и деформаций в период консолидации грунтового основания, сложенного слабыми грунтами. Осадка на участке дороги, где в геологическом строении присутствует слой торфа мощностью 5,6 м, составляет 1,8 м. К дополнительным мерам, позволяющим уменьшить период консолидации грунтов, следует отнести обустройство вертикальных дрен в толще слабых грунтов.

Оценка устойчивости основания песчаной насыпи, сложенного слабыми грунтами (торфами и илами), была выполнена в соответствии с п. 3.26 - 3.39 «Пособия по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах» [2].

Критерий устойчивости определяется выражением

Р

ТУ' _______ без

К без ~ р

>

расч

Кбез - коэффициент безопасности;

Рбез - безопасная нагрузка, отвечающая предельной величине внешней нагрузки на основание, вызывающей возникновение предельного состояния по сдвигу в наиболее опасной точке основания;

Ррасч - расчетная величина внешней нагрузки, определяемая для насыпи трапецеидальной формы.

Результат расчета устойчивости основания, сложенного слабыми грунтами, выполненный для трассы проектируемой автодороги, гарантирует ее устойчивость, преобладающей деформацией будет являться осадка (сжатие) грунтов.

Таким образом, по расчетам несущей способности эксплуатация автодороги возможна, но из-за деформаций ни автодорога, ни площадка не могут эксплуатироваться до окончания периода консолидации слабых грунтов.

В процессе производства работ по возведению толщи песчаных грунтов на основание, сложенное специфическими (слабыми) грунтами, а также в период эксплуатации проектируемого сооружения необходимо организовать периодический контроль за скоростью осадки и расчетной степенью уплотнения грунтов.

В процессе производства работ по возведению намывной толщи песчаных грунтов на основание, сложенное специфическими (слабыми) грунтами, а также в период эксплуатации проектируемого сооружения необходимо организовать периодический контроль за скоростью осадки и расчетной степенью уплотнения грунтов.

Для окончательных расчетов несущей способности и деформаций фундаментов проектируемых сооружений, а также прочих расчетов, в которых участвуют прочностные и деформационные характеристики (сцепление, угол внутреннего трения, модуль деформации), характеристики физических свойств (плотность, влажность, пористость), необходимо провести

дополнительные изыскания.

Эксплуатация автодороги стала возможна после выполнения работ по пред-построечному уплотнению грунтов в течение периода консолидации основания, сложенного слабыми сильно сжимаемыми грунтами, укрепления откосов и полотна автодороги армирующими сетками, сооружения лежневки для снижения точеч-

Библиографический список:

1. Димухаметов М.Ш., Димухаметов Д.М. Методика инженерно-геологической оценки слабых грунтов / Перм. ун-т. Пермь, 2010. 145 с.

2. Пособие по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах (к СНиП 2.05.02-85) / ФГУП «Ин-формавтодор». М., 2004. 32 с.

ной нагрузки на поверхность полотна.

Работы по обустройству промысловых площадок запланированы на 2011-2012 гг. Планируется укрепление слабых грунтов с помощью бетонных столбов размещенных по сетке, предпостроечное уплотнение грунтов пригрузом и отсыпка щебнем до заданных высотных отметок.

3. СП 50-101-2004. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений / Госстрой России. М., 2004. 137 с.

4. Строительство и обустройство поисковоразведочных скважин Зыряновской структуры: отчет об инженерно-геодезических, инженерно-геологических и инженерногидрометеорологических изысканиях / ООО НИППППД «Недра». Пермь, 2010.

Development of Territories with Specific Soils

A.A. Chemus, V.A. Bereznev

Perm State University, 614990, Perm, Bukireva st. 15

This article presents a brief description of engineering geological conditions of the territory. The authors present the results of precipitation and stability factor calculations. The results give the opportunity to adopt the best decision how to develop the territory with complicated conditions.

Key words: engineering geology, soils, peat.

Рецензент - доктор физико-математических наук А.С. Долгаль