CC BY
29Способы реконструкции и усиления больверков инъекционными методами
Подкорытова Дарья Александровна
аспирант, кафедра «Гидротехническое строительство» Сибирский государственный университет водного транспорта,
Данная статья посвящена реконструкции и усилению сооружений типа больверк. В работе описаны способы усиления и реконструкции больверков инъекционными способами, без вывода или с частичным выводом сооружений из эксплуатации. В настоящее время наиболее остро стоит вопрос усиления существующих причальных сооружений. Наиболее распространенный вид причальных сооружений в Сибири - больверк. В настоящее время подавляющее большинство таких сооружений находится в неудовлетворительном техническом состоянии и нуждаются в усилении и реконструкции. Новизна предложенных методов состоит в том, что для усиления сооружения используются методы инъекций с целью изменения структуры обратной засыпки и уменьшения активного давления грунта, а не для восстановительных работ. В статье рассмотрены несколько примеров, которые могут быть использованы для усиления существующих сооружений. Ключевые слова: больверк, усиление, реконструкция, инъ-ектор, цементирование, обратная засыпка, шпунт, твердеющий материал
Повышение несущей способности причалов в Сибири зависит от климатических условий, которые в большой степени влияют на их конструкцию и способы производства работ. Наличие вечномерзлых грунтов создает нежелательные деформации сооружения [1].
Распространенным типом конструкций в таких условиях является больверк из металлического шпунта.
На сегодняшний день только 31% гидротехнических сооружений соответствует нормам безопасности и большинство сооружений требуют восстановления несущей способности [2].
Усиление больверков является комплексом мероприятий, которые призваны повысить технические параметры физически или морально устаревших причалов с помощью изменения конструктивной схемы существующего сооружения. В процессе проведения мероприятий по повышению несущей способности можно приспособить сооружение к новому назначению, существенно увеличить глубину у причала и увеличить допускаемые эксплуатационные нагрузки.
Выбор способа повышения несущей способности причальной стенки зависит от следующих ключевых параметров объекта проектирования: от необходимых условий эксплуатации стенки; технического состояния существующего причала; гидрологических и инженерно-геологических условий; возможности применения конструктивных элементов существующего сооружения в составе усиленного; границы вероятного переноса линии кордона; продолжительности и возможности последовательного вывода конструкции из эксплуатации; возможных методов производства строительных работ [3].
Использование инъекционных способов укрепления сооружений допускает повысить несущую способность тогда, когда применение других методов не представляется возможным. В том числе потребность в использовании инъекционного способа укрепления появляется во время нахождения существующего сооружения в аварийном состоянии вследствие потери несущей способности. Достоинствами применения инъекционных установок являются: малые размеры техники и высокая производительность, уменьшение буровых работ, возможность использования для труднодоступных мест и стесненных участков, частичный вывод (или без вывода) сооружения из эксплуатации во время работ по повышению несущей способности.
Предлагаемая область использования зависит от применяемого раствора. Для инъекции грунтов используются цементные, цементно-глинистые, це-ментно-песчаные, цементно-полимерные, цементно-
X X
о
го А с.
X
го т
о
м о м о
о см о см
о ш т
X
<
т О X X
силикатные растворы, растворы на основе тонкодисперсных цементов, глинистые и глино-силикатные, силикатные и растворы на основе полимерных смол.
Рассмотрим более подробно варианты усиления и реконструкции причальных стенок инъекционными методами.
Способ укрепления обратной засыпки обводненных гидросооружений (рис. 1) подразумевает выполнение работ по укреплению в два этапа. Сначала формируют плоские массивы грунта 3, укрепленного твердеющим материалом, например песчано-цементной смесью, которые пронизывают тело насыпи,. Массивы формируются путем погружения инъекторов либо в грунт засыпки 1, либо в образованные в нем скважины [4].
Рисунок 1. Способ укрепления обратной засыпки гидросооружений
Следующий метод (рис. 2) используется для защиты берегов водоемов и откосов гидросооружений от волновых и ветровых нагрузок, и для укрепления грунтовых откосов и горных массивов. Пробуриваются скважины для устройства анкеров, которые выполняются из металлических тросов или стержней, и заводятся в скважины из выработки или с поверхности укрепляемого участка, на котором затем соединяются в единую металло-конструкционную сетку.
Рисунок 2. Метод защиты берегов водоемов и откосов гидротехнических сооружений от волновых и ветровых воздействий
Части стержней или тросов, которые находятся в скважинах, натягиваются натяжными устройствами, которые расположены в выработке либо на поверхности участка усиления, до момента образования в них
предварительного напряжения, с дальнейшей их фиксацией и наполнением скважин полимерным твердеющим жидким материалом. Конструкция создает укрепление грунта на участке обрушения. Уменьшается объем работ на поверхности откоса, и снижается влияние, оказываемое на слой грунта откоса или массив горных пород склона, механических, ударных и вибрационных воздействий [5].
Изменение ключевых параметров засыпки может проводиться методом инъекций при помощи обсадных труб. (рис. 3). Производится бурение скважин вдоль сооружения с использованием обсадных труб 1. Для каждого пути пробуривается более трех рядов скважин с поверхности сооружения, в которые затем опускают рабочий электрод, подключенный к электроимпульсной установке, затем наполняют скважины электропроводным твердеющим материалом и производят на уровне нижней части скважины определенное число электрических разрядов. Затем поднимают обсадную трубу с электродом в верхнюю часть скважины и, не вынимая электрод, доливают материал и вторично производят электрические разряды в верхней части скважины. Способ обеспечивает снижение трудо- и материалозатрат, повышение несущей способности сооружения [6].
Рисунок 3. Метод инъекций с помощью обсадных труб
Так же способом нагнетания твердеющего раствора в грунт можно получить армированную грунтоце-ментную стену (рис. 4)
Сначала проводят размечивание сетки под скважины, их бурение, и производят последующую забивку инъекторов 1. Скважины пробуриваются вертикально, или наклонно. Создается заградительный ряд инъекторов. Далее за занрадительным рядом инъекторы 1 забивают в пробуренные ранее скважины. После забивки всех инъекторов 1 производится их обвязка круглым стальным прутком (не показано). Обвязка производится сваркой стального прутка с телом инъектора 1. Затем в инъекторы 1 нагнетают инъекционный цементный раствор.
В плане цементационные работы ведут методом постепенного сближения, начиная с наибольших расстояний между инъекторами. В конечном счете образуется грунтоцементный армированный массив 2. Количество рядов устанавливаемых инъекторов не
должно быть менее трёх. Инъекторы в рядах располагаются в шахматном порядке.
Рисунок 4. Армированная грунтоцементная стена
На последнем этапе работ нпо цементации надземный участок инъектора срезают и заливают цементной пробкой [7].
Также для реконструкции причального сооружения может использоваться способ закрепления стенки наклонными грунтовыми анкерами (рис. 5).
Рисунок 5. Способ закрепления стенки наклонными грунтовыми анкерами
При усилении причальной стенки 1, в виде заанке-ренного шпунта с существующей стенкой 2 из металлического шпунта, с увеличением глубины у кордона, перед тем как удалить слой грунта закрепляют стенки 2 наклонными грунтовыми анкерами 3 через распределительные пояса 4, затем до уровня донного грунта производят забивку короткой оторочки 5 в виде свайного шпунтового придонного ряда перед стенкой 2 на
некотором расстоянии от нее. Закрепление стенки 2 наклонными грунтовыми анкерами 3 через распределительные пояса 4 осуществляется на уровне проектного размещения верхней части оторочки 5. Оторочку 5 выполняют из шпунта высокопрочной стали с легирующими добавками меди, для обеспечения надежности и долговечности данной оторочки. Образовавшееся пространство между стенкой 2 и оторочкой 5 заполняют бетоном 6. Погружение оторочки 5 выполняется с помощью плавкрана до заданной проектной отметки [8].
В числе методов инъекционного закрепления грунта так же технология создания грунтовых анкеров (рис.6).
Рисунок 6. Технология создания грунтовых анкеров
Метод возведения грунтового анкера представляет собой погружение на проектную глубину обсадной трубы с теряемым башмаком, установку внутри обсадной трубы арматурной тяги, далее выбивание теряемого башмака, последовательное нагнетание цементного раствора в участок заделки анкера через обсадную трубу по мере ее извлечения, полное извлечение обсадной трубы с дальнейшим заполнением скважины цементным раствором, таким образом, что в погруженную до проектной отметки обсадную трубу дополнительно опускают излучатель энергии, которым выбивают теряемый башмак, затем заполняют трубу твердеющим материалом и поднимают ее нижний конец до отметки начала заделки анкера, фиксируют положение излучателя на 1,0-2,0 диаметра ниже ее конца.
Далее обрабатываются стенки скважины, производством электрических разрядов излучателем в твердеющем материале. Перемещая излучатель с обсадной трубой, формуют заделку, подавая дополнительное количество твердеющего материала в обсадную трубу. После завершения формования заделки излучатель извлекается, и в обсадную трубу опускают арматурную тягу, а затем полностью извлекают обсадную трубу [9].
Приведенные примеры демонстрируют возможности повышения несушей способности и усиления причальных стенок с частичным выводом (или без него) из эксплуатации, а также при меньших финансовых затратах, что в настоящее время является актуальным вопросом.
Литература
1. А. Я. Будин Тонкие подпорные стенки для условий Севера: учебник / А. Я. Будин — Ленинград: Изд-во «Стройиздат. Ленинградское отделение», 1982.— 288 с.
X X
о
го А
с.
X
го т
о
м о м о
о
CN О
сч
2. Ю. И. Бик Оценка надежности гидротехнических сооружений: учеб. пособие / Ю. И. Бик, М. А. Щербинина.— Новосибирск: Новосибирская государственная академия водного транспорта, 2005.— 120 с.
3. Удовиченко В.Н., Яковлев П.И., Морские и речные гидротехнические сооружения: учебник /М., "Транспорт", 1976, - 416 с.
4. Пат. 2246582 Российская Федерация, МПК Е02В 3/12 E02D 17/2 Способ укрепления земляных насыпей обводненных гидротехнических сооружений [Текст] / Лобов О.И., Мельников Б. Н., Иваненко В. И., Шерстюк С. Л.; заявитель и патентообладатель Лобов О.И., Мельников Б. Н., Иваненко В. И., Шерстюк С. Л. № 2004107214/03; заявл. 14.08.2003; опубл. 20.02.2005 Бюл. № 5. - 2 с.
5. Пат. 2345194 Российская Федерация, МПК E02D 3/12, E02D 17/20 Способ укрепления грунтового откоса или горного склона [Текст] Соковых М. Н., , Серебряников И. В., Катюхин В. Я.,Карачева Е.В. заявитель и патентообладатель Соковых М. Н., , Серебряников И. В., Катюхин В. Я.,Карачева Е.В. № 2007127483/03, заявл. 19.07.2007, опубл. 27.01.2009 Бюл. № 3. - 2 с.
6. Пат. 2117727 Российская Федерация, МПК E02D 17/20 Способ укрепления земляного сооружения и устройство для его осуществления [Текст] Гаврилов Г. Н. заявитель и патентообладатель Гаврилов Г. Н. № 97115548/03, заявл. 24.09.1997, опубл. 20.08.1998. - 3 с.
7. Пат. 121275 Российская Федерация, МПК E02D 17/04 Армированная грунтоцементная стена для защиты зданий исооружений от откапываемого вблизи котлована [Текст] Маннапов Р. Х., Резепина Г. Е. заявитель и патентообладатель Маннапов Р. Х., Резепина Г. Е. № 2012124957/03, заявл. 15.06.2012, опубл. 20.10.2012 Бюл. № 29. - 5 с.
8. Пат. 2 259 441 Российская Федерация, МПК Е02В 1/00 Способ реконструкции причальных сооружений [Текст] Алексеев И. О, патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "ГТ ИНСПЕКТ".№ 2003136435/03, заявл. 08.12.2003, опубл. 27.08.2005 Бюл. № 24. - 4 с
9. Пат. 2 131 495 Российская Федерация, МПК E02D 5/80 Способ возведения грунтового анкера и грунтовый анкер [Текст] Бухов В. М., Джантимиров Х. А., Дмитриев С. М. заявитель и патентообладатель Бу-хов В. М., Джантимиров Х. А., Дмитриев С. М. № 97120607/03, заявл. 11.12.1997, опубл. 10.06.1999. - 3 с.
О ш m х
Ways of reconstruction and reinforcement of sheet piles by
injection methods Podkorytova D. A.
Siberian State Water Transport Univercity This article is devoted to the reconstruction and reinforcement of buildings like sheet pile walls. The work describes ways to reinforcement and reconstruct sheet piles by injection methods, without decommissioning or partially decommissioning facilities. Currently, the most pressing issue is the reinforcement of existing berthing facilities. The most common type of berthing facilities in Siberia is the sheet pile walls. Currently, the vast majority of such structures are in poor technical condition and need to be reinforcemented and renovated. The novelty of the proposed methods lies in the fact that in order to reinforce the structure, injection methods are used to change the structure of the backfill soils and reduce the active pressure of the soil, and not for restoration work. The article discusses several examples that can be used to reinforce existing structures. Key words: sheet piles, reinforcement, reconstruction, injector,
cementation, backfill soil, solidifying material References
1. A. Ya. Budin Thin retaining walls for the conditions of the North:
a textbook / A. Ya. Budin - Leningrad: Publishing house "Stroyizdat. Leningrad branch ", 1982.— 288 p.
2. Yu. I. Bik Reliability assessment of hydraulic structures: textbook. allowance / Yu. I. Bik, M. A. Shcherbinina. — Novosibirsk: Novosibirsk State Academy of Water Transport, 2005. — 120 p.
3. Udovichenko VN, Yakovlev PI, Marine and river hydraulic structures: a textbook / M., "Transport", 1976, - 416 p.
4. Pat. 2246582 Russian Federation, IPC E02B 3/12 E02D 17/2
Method for strengthening earthen embankments of irrigated hydraulic structures [Text] / Lobov OI, Melnikov B.N., Ivanenko V.I., Sherstyuk S. L .; applicant and patent holder O. I. Lobov, B. N. Melnikov, V. Ivanenko, S. L. Sherstyuk No. 2004107214/03; declared 08/14/2003; publ. 02/20/2005 Bull. No. 5. - 2 p.
5. Pat. 2345194 Russian Federation, IPC E02D 3/12, E02D 17/20
Method for strengthening a soil slope or mountain slope [Text] Sokovykh M. N., Serebryanikov I. V., Katyukhin V. Ya., Karacheva E.V. applicant and patent holder Sokovyh M.N., Serebryanikov I.V., Katyukhin V.Ya., Karacheva E.V. No. 2007127483/03, declared 07/19/2007, publ. 01/27/2009 Bull. No. 3. - 2 p.
6. Pat. 2117727 Russian Federation, IPC E02D 17/20 Method of
strengthening an earth structure and device for its implementation [Text] G. Gavrilov applicant and patent holder G. N. Gavrilov No. 97115548/03, decl. 09.24.1997, publ. 08/20/1998. - 3 p.
7. Pat. 121275 Russian Federation, IPC E02D 17/04 Reinforced
cement wall to protect buildings and structures from being excavated near the foundation pit [Text] Mannapov R. Kh., Rezepina G. E. Applicant and patentee Mannapov R. Kh., Rezepina G. E. No. 2012124957 / 03 stated 06/15/2012, publ. 10.20.2012 Bull. No. 29. - 5 p.
8. Pat. 2,259,441 Russian Federation, IPC E02B 1/00 Method of
reconstruction of berthing facilities [Text] I. Alekseev, patent holder Limited Liability Company Scientific and Production Firm GT INSPECT. No. 2003136435/03, published 08.12.2003, publ. 08/27/2005 Bull. No. 24. - 4 with
9. Pat. 2 131 495 Russian Federation, IPC E02D 5/80 Method for
erection of soil anchor and soil anchor [Text] Bukhov V. M., Dzhantimirov H. A., Dmitriev S. M. applicant and patentee Bukhov V. M., Dzhantimirov H. A., Dmitriev S.M. No. 97120607/03, declared 12/11/1997, publ. 06/10/1999. - 3 p.
<
m о x
X
