CC BY
43
ПРИМЕНЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ ТРАМБОВОК ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ НАСЫПЕЙ В ТРАНСПОРТНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Дьяконов П.Ю.*, Потапов А.Д.**, Болтунов В.А.*
*ОАО НИИЭС; **МГСУ
Широкое распространение в мировой и отечественной практике строительства получил метод интенсивного динамического уплотнения (ИДУ) грунтов, основанный на использовании энергии ударных воздействий, прикладываемых к поверхности основания сбрасыванием с большой высоты (10-40 м) тяжелых трамбовок (массой 80-200 кН).
Технические показатели и возможности динамического уплотнения следующие:
- мощность уплотняемой толщи от 3 до 40 м;
- диапазон уплотняемых материалов - от гравелисто-галечниковой массы до иловатых глин и торфа, в том числе залегающих ниже уровня грунтовых вод, а также рваный камень, отвалы промышленных и бытовых отходов, подводное уплотнение тех же грунтов в насыпи или естественном залегании;
-производительность уплотнения одним механизмом от 300 до 600 м2 в смену;
- основные достигаемые эффекты - повышение несущей способности основания на 200-400%, многократное снижение ожидаемых осадок сооружений.
За рубежом наибольшее распространение динамическое уплотнение получило для консолидации сильно сжимаемых грунтов основания, мощных отложений торфа и ила, разуплотненных песков, а также старых недоуплотненных насыпей.
В Австрии при строительстве автострады были совместно уплотнены насыпь высотой 7 м и основание, сложенное на глубину до 14 м переслаивающимся песком, торфом и органическим илом [1]. Долговременные осадки основания под собственным весом насыпи оценивались в несколько метров и не могли быть предотвращены применением традиционных технологий.
Уплотнение производилось с поверхности насыпи грузом 250 кН, сбрасываемым с высоты 20 м. Всего было проведено 7 этапов уплотнения. Осадка поверхности насыпи на некоторых участках составила 3-4 м. В первые два года эксплуатации автострады осадка не превышала 0,3 м, а неравномерность осадки по длине трассы была незначительной.
В Швейцарии при строительстве дороги Берн-Вьен, а так же автодорог в Португалии были выполнены аналогичные работы.
В Сингапуре при строительстве аэропорта Чанги, уплотнена насыпь мощностью 6 м, намытая песками морских донных отложений. Пески содержали не менее 30% мелкозернистых фракций и были уплотнена сбрасыванием решетчатой конструкции 6х6 м, массой 155 кН с высоты 15 м. При этом относительная плотность грунта насыпи повысилась с 0,40 до 0,75, что было достаточно для сооружения рулежных дорожек, железнодорожных подъездных путей и других сооружений аэропорта [2].
На строительстве подхода к мостовому переходу через р. Москва на скоростной магистрали Ховрино-Борисово в 1989г. применен метод ИДУ Участок строительства дороги проходил по территории Люблинских полей фильтрации, представляющих собой площадку, сложенную аллювиальными суглинками тугопластичной консистенции, с
ВЕСТНИК 1/2009
расчетным сопротивлением 1,5 кг/см2. Подстилающие грунты - гравийно-галечниковые отложения мощностью до 8 м. Площадка разбита дамбами из суглинистого грунта на чеки, заполненные осадками сточных вод хозяйственно-бытовой канализации, мощностью слоя до 3 м.
Проектом строительства предполагалось смешение осадка с песчаным грунтом, вывоз полученной смеси и устройство насыпи из песчаного грунта. Ввиду отсутствия и дороговизны песка, Подрядчиком была проведена его замена на золошлаковые смеси (ЗШС) ТЭЦ «ЗИЛ»а, а смешение и вывоз осадка заменены на его выдавливание в боковые зон насыпи.
Выдавливание проводилось в зимнее время при наличии ледяного покрова толщиной 0,5 м, широким (50-60 м) фронтом, малой мощностью (0,5-1,0 м) слоя ЗШС, что привело к захоронению осадка слоем 0,5-2,3 м под насыпью высотой 3,2-6,7 м.
ЗШС, использованная при возведении насыпи, получена от сжигания каменных углей Кузнецкого Бассейна. «Модуль основности» для зол, полученных из этих углей по данным ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева равен 0,05. Преобладающие фракции: менее 0,04 мм - 64,3%; 0,04-0,063 мм - 19,6%; 0,063- 0,125 мм -13,1% Небольшая величина «модуля основности» определяет низкую прочность материала ЗШС.
В процессе выполнения работ были определены некоторые физико-механические характеристики ЗШС. Исследовался грунт в насыпи дороги и в буртах. Влажность ЗШС в насыпи составила №=38,8% (39-46%), плотность р = 1,71 г/см3 (1,74 г/см3), коэффициент пористости е=0,86 (0.87). В скобках приведены результаты полученные МАДИ и «Мосинжпроектом». Показатель консистенции 2,23, что соответствует супеси текучей. ЗШС в буртах имела плотность частиц = 2,29 г/см3, влажность №=25,6%, влажность оптимальную №^=21,0%. Влажность на границе текучести №¿=34.5%, раскатывания -№р=31.0%. Число (индекс) пластичности - 1р=3,5%, что соответствует супеси. Супесь в буртах по показателю консестенции характеризуется как твердая, по сопротивлению пе-нетрации Р„=0, 43 кг/см2 относится к слабым.
Опыты по динамическому уплотнению в условиях недренированно-неконсолиди-рованной схемы показали, что за 35-50 ударов грузом в стандартном приборе ДорНИИ приращение плотности грунтов влажностью 26% и 38 % составит в среднем 27%, т.е. за 1-2 этапа ИДУ коэффициент пористости буде не ниже 0,64, что соответствует исходной пористости, принятой для определения осадок, выполненных МАДИ.
По расчетам МАДИ осадка насыпи мощностью 4 м составит 0,53 м. Осадка слоя фекалией мощностью 1,5 м при смешении его с ЗШС в пропорции 1:4 составит - 0,76 м, без смешения - 1,2 м, Т.к. смешения фекалией с золой не произошло, ожидаемая полная осадка насыпи дороги должна составить 1,73 м.
Для уменьшения осадок насыпи в зоне сопряжения с мостом был применен метод ИДУ. В качестве уплотняющей установки применялся экскаватор -драгляйн Э-2508, оборудованный трамбовкой массой 100кН с плоским днище в форме правильного шестиугольника, приведенным диаметром 2,8 м, сбрасываемой с высоты не менее 10 м. Установка работала в режиме «клинования» (подъемный трос находился в постоянном зацеплении с трамбовкой).
Перед ИДУ, производилось поверхностное уплотнение виброкатком массой 110 кН (каток имелся на строительном участке) до максимально допустимой плотности грунта, для обеспечения проходимости экскаватора. ИДУ проводилось в три этапа. На первом этапе - уплотнение по сетке 4х4 м, рядами параллельными оси автодороги. На втором
этапе - уплотнение по сетке 4х8 м рядами перпендикулярными оси автодороги. На третьем этапе - аналогично II этапу со смещением рядов для получения сетки 4х4 м. Количество ударов в «след» определялось достижением «отказа», либо глубиной погружения трамбовки не более чем на 1,2 м.
По окончании этапа «трамбования» проводилась срезка перемычек отпечатков бульдозером на 2/3 их высоты и планировка поверхности. При наличии воды в отпечатках планировочные работы не проводились. По окончании ИДУ отпечатки засыпались ЗШС с последующим уплотнением ее виброкатком до проектных отметок.
Опыт работ на подходе к мосту через р. Москва на скоростной автомагистрали Хо-врино-Борисово показал, что методом ИДУ с трамбовкой массой 100 кН и высотой сбрасывания 10 м, можно «разубоживать» и частично отжимать заторфованные грунты мощностью до 3,0 м погребенные под насыпью до 6,0 м. При этом нижние слои (глубина 4-6 м) уплотнились до плотности скелета сухого грунта pd = 1,49-1,51 г/см3, что соответствует коэффициенту уплотнения Êcom= 0,89-0,90, а верхние слои соответственно до pd = 1,53 г/см3 и Kcom= 0,92. Для получения более высоких значений коэффициента уплотнения необходимо увеличить количество этапов уплотнения, а при больших мощностях уплотняемого слоя грунта, следует увеличить массу и высоту сбрасывания трамбовки.
ИДУ, значительно повышает поровое давление в уплотняемом массиве грунта и в условиях сравнительно высоких коэффициентов фильтрации обеспечивает интенсивный отток жидкости, что сокращает время консолидации грунта.
Из выше изложенного видно, что основными объектами технологии динамического уплотнения являются:
- повышение несущей способности слабых естественных и искусственных оснований;
- освоение площадок строительства, считавшихся непригодными по несущей способности грунта;
- проведение работ в различных погодных и климатических условиях;
- снижение взаимозависимости отдельных технологических;
- повышение интенсивности работ по возведению насыпей;
- исправление дефектов уплотнения, полученных при возведении насыпей другими методами.
Литература
1. Menard L. La consolidation dynamique des sols de fondaion// Annales de l'ITRTP. 1974. №320. Sept. P. 194-222.
2. Ramaswamy S., Lee S., Daulah I. Dynamic Consolidation of Soils// Civil Engineering. 1981.№4.
Соавтор статьи член Редакционного совета Вестника МГСУ
