CC BY
26
СТРАХОВАНИЕ ПРОЕКТОВ ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ СООРУЖЕНИЙ НА ВОДОНАСЫЩЕННЫХ ЛЕССОВЫХ ГРУНТАХ
Бахронов Р.Р., Абелев K.M., Гинзбург А.В. , Кокорев И.В.
ГАСИС
Большие территории южной части России сложены лессовыми просадочными при замачивании грунтами. В этих районах ведется интенсивное промышленное и гражданское строительство (Ростовская обл., Краснодарский край, республики Закавказья, районы Западной и Восточной Сибири, Южная часть Центральной области России и т. д.).
При строительстве на больших толщах лессовых просадочных грунтов при замачивании обязательно выполняются работы по устройству искусственных оснований. К ним относятся устройства свайных оснований, при которых сваи полностью прорезают толщу просадочных грунтов, устройство грунтовых подушек, грунтовых свай и другие методы упрочнения лессовых грунтов.
Как показал анализ эксплуатации сооружений, построенных на просадочных грунтах, в тех случаях, когда не были сделаны искусственные основания наблюдались аварии и разрушения зданий и сооружений , часто с человеческими жертвами.
Однако, в последнее время возникла новая проблема, которая состоит в том, что в связи с расширением городов и при реконструкции промышленных объектов необходимо использовать расположенные рядом территории для строительства.
Лессовые просадочные грунты, которые в большинстве случаев слагают эти территории, в результате замачивания от атмосферных осадков и в результате утечек из водоне-сущих инженерных коммуникаций (водопровод, канализация, теплотрасса, технологические трубопроводы и т.д.) частично обводнились и перестали быть просадочными. К сожалению, это обводнение происходит неорганизованно и одна часть территорий оказывается сложной просадочными лессовыми маловлажными грунтами, а другая, рядом расположенная территория, сложена слабыми лессовыми водонасыщенными грунтами.
Если не устраиваются специальные искусственные основания, то при строительстве промышленных и гражданских сооружений часть фундаментов оказывается на маловлажных просадочных и практически несжимаемых лессовых грунтах, а часть оказывается на слабых сильносжимаемых водонасыщенных грунтах. В связи с неравномерной осадкой обычно проводился ремонт и усиление здания с использованием металлических обойм, железобетонных поясов и т.д. После того, как в результате этих трудоемких и дорогостоящих работ здание получает эксплуатационную пригодность, происходят осадки (просадки) той части здания, которая была расположена на маловлажных лессовых просадочных грунтах в связи с попаданием воды из коммуникаций или из других источников в грунты основания. Здание снова деформируется, разрушается и требуется проведение новых дорогостоящих ремонтов.
В тех случаях, если проект строительства такого сооружения был застрахован, то страховая компания вынуждена возмещать убытки.
Для того, чтобы предотвратить ошибки, допущенные при страховании сооружений, расположенных на водонасыщенных лессовых грунтах, необходимо до заключения договора страхования получить результаты геологической экспертизы, которая проводится по данным инженерно - геологических изысканий.
При страховании проектов необходимо получить заключение экспертной комиссии по необходимости и правильности устройства искусственных оснований. Кроме того, при строительстве на водонасыщенных лессовых грунтах целесообразно устройство железобетонных ленточных фундаментов, железобетонных плит и, во многих случаях, устройство антисейсмических поясов.
Рассмотрим методы уплотнения водонасыщенных лессовых грунтов.
Эти мероприятия значительно снижают вероятность появления деформаций в зданиях и уменьшается возможность возникновения страховых случаев и в процессе строительства и в период эксплуатаций зданий и сооружений.
Метод уплотнения грунтов с применением песчаных свай
Один из дешевых и эффективных методов уплотнения слабых водонасыщенных глинистых грунтов и насыпных грунтов является использование песчаных свай. При забивке в грунт металлической трубы с закрытым концом или железобетонной сваи, вокруг трубы или сваи возникает зона уплотненного грунта за счет смещения грунта из места образования сваи в окружающую область.
Исследования показали, что при забивке свай диаметром 40-50 см, вокруг сваи образуется зона уплотненного грунта на расстоянии до полутора метра от центра свай. Песчаные сваи - это песчаные дрены, только изготовленные с уплотненной зоной вокруг дрены. Песчаные сваи по своей работе отличаются от работы железобетонных висячих свай, вокруг которых тоже возникает уплотненная зона. Разница лишь в том, что так как модуль деформации железобетонной сваи (20000 МПа) во много раз превышает модуль деформации грунтов, уплотняемых сваями (3,0-5,0 МПа), то после приложения нагрузки к основанию практически вся нагрузка воспринимается железобетонными сваями и передается грунтами через нижние концы сваи.
Фундамент, расположенный на основании, уплотненном песчаными сваями, следует рассчитывать как фундамент на естественном основании, но в качестве модуля основания принимается модуль общей деформации грунта после уплотнения песчаными сваями.
При устройстве песчаных свай пригрузочная насыпь не требуется. После забивки металлической трубы в грунт и уплотнения грунта в уплотненной зоне возникают большие напряжения (до 0,8 МПа), которые воспринимаются поровой воды. В воде возникает давление и под действием этого давления вода перемещается в песчаную сваю.
Следует отметить, что при забивке в водонасыщенные глинистые грунты железобетонных свай, вокруг сваи также происходят процессы уплотнения, и в поровой воде вокруг железобетонной сваи возникают большие давления. Очевидно, что при устройстве песчаных свай уплотнение водонасыщенных глинистых грунтов произойдет значительно быстрее, чем при забивке железобетонных свай.
Проектирование основания с песчаными сваями производится таким образом. Определяется, какие значения модуля общей деформации должны иметь сильносжимае-
мые водонасыщенные глинистые грунты после их уплотнения, чтобы сооружение, которое строится на этой площадке имело бы осадки меньше, чем допускается для нормальной эксплуатации данного типа сооружений.
После устройства песчаных свай необходимо исследовать фактическое уплотнение грунтов песчаными сваями. Для этой цели обычно грунты испытываются при помощи больших штампов, площадью не менее 3 м2.
Песчаные сваи успешно применялись для жилого и промышленного строительства в Риге, Клайпеде, Архангельске и др. За рубежом песчаные сваи применялись в Китае, Индии, Швейцарии и других странах.
На ряде объектов было предусмотрено использование вертикальных дрен для глубинного уплотнения грунтов
Время уплотнения слоя водонасыщенных глинистых грунтов определяется временем отжатия поровой воды из уплотняемых грунтов. По теории консолидации время уплотнения водонасыщенных глинистых грунтов прямо пропорционально квадрату расстояния до дренажной поверхности.
Устраивая в толще грунта вертикальные дрены на расстоянии друг от друга от 2 до 5 м на глубину 20 м, значительно сокращается расстояние, которое необходимо пройти отжимаемой воде из глинистого слоя до дрен. Однако после устройства вертикальных песчаных дрен вода не будет отжиматься из водонасыщенного глинистого грунта, так как в природном состоянии вода, заполняющая поры, не испытывает давления. Чтобы отжать воду в вертикальные дрены, необходимо приложить нагрузку к поверхности грунтового массива, где расположены дрены. В качестве такой нагрузки иногда применяют при-грузочную насыпь высотой 10-15 м. Под действием такой насыпи возникают напряжения в грунтовом массиве и давление в поровой воде. Под давлением от веса насыпи вода отжимается в вертикальные дрены. Сверху вертикальных дрен всегда устраивают песчаную подушку толщиной не менее 0,6-1,0 м. Песчаная подушка объединяет вертикальные дрены, и вода из вертикальных песчаных дрен попадает в песчаную подушку. Кроме того, песчаная подушка является горизонтальным дренажем, и поровая вода из верхних слоев грунта отжимается вертикально верх, в вертикальные песчаные дрены. Затем рассчитывают время, необходимое для уплотнения толщи водо-насыщен-ных глинистых грунтов при фильтрации воды только в вертикальном направлении, в горизонтальную песчаную подушку. После этого по формуле определяют, за какое время произойдет определенная часть осадки. Устройство вертикальных песчаных дрен может быть осуществлено при помощи бурения скважин, при помощи погружения металлической трубы с открытым концом и другими способами. В некоторых случаях скважины бурят под глинистым раствором и в раствор погружают песок. После этого скважина с песком тщательно промывается, чтобы отмыть глинистые частицы.
После устройства дрен следует установить геодезические репера и другие приборы, чтобы определять фактическую осадку насыпи над песчаной подушкой в любое время после начала уплотнения грунтов.
Вертикальные песчаные дрены успешно применялись при строительстве автомобильной дороги на торфах а районе Г.Дмитрова, при строительстве железных дорог на севере России, при строительстве нефтяных резервуаров в г.Риге и на других объектах.
В настоящее время вертикальные дрены устраиваются в основании ряда промышленных сооружений, построенных на водонасыщенных лессовых грунтах.
На ряде объектов было предусмотрено глубинное уплотнение слабых водонасыщенных грунтов известковыми сваями
Известковые сваи применяются для уплотнения различных водонасыщенных за-торфованных и глинистых грунтов. Известковые сваи устраиваются следующим образом. В толще водонасыщенного грунта пробуривается скважина (если грунты держат вертикальные откосы, то скважина пробуривается без обсадной трубы) диаметром 3250 см. Скважина наполняется негашеной комовой известью. Так как в большинстве случаев водонасыщенные глинистые грунты не сохраняют вертикальные стенки скважины, известковые сваи устраиваются по такой же технологии, как и песчаные сваи — при помощи обсадной металлической трубы с инвентарным самораскрывающимся башмаком. Известь засыпается в скважины так, чтобы в обсадной трубе толщина слоя извести оставалась не менее 1 м. Известь утрамбовывается трамбовкой, двигающейся внутри трубы весом 300 - 400 кг.
Уплотнение водонасыщенных глинистых и заторфованных грунтов при применении известковых свай происходит в результате действия следующих факторов. Слабые водонасыщенные грунты уплотняются в процессе погружения в грунты трубы с закрытым концом. Когда в скважину засыпается негашеная комовая известь (известь засыпается раздробленной до размеров 2-3 см) и уплотняется трамбовками параболоидного типа, происходит некоторое увеличение диаметра известковой сваи. Негашеная комовая известь при взаимодействии с поровой водой водонасыщенных глинистых и заторфо-ванных грунтов гасится и в процессе гашения увеличивается в объеме. В некоторых случаях при гашении диаметр известковой сваи увеличивается на 60-80%. Этим создается дополнительное уплотнение окружающего водонасыщенного грунта.
Необходимо отметить, что в различных городах заводы выпускают известь значительно отличающуюся по свойств Для известковых свай необходимо применять известь, у которой активность не ниже 75%. Применение доломитовой извести для известковых свай нецелесообразно. В отличие от песчаных свай известковые сваи не являются водопроницаемыми, поэтому они действуй: течение короткого промежутка времени пока происходит гашение извести. Стоимость известковых свай весьма низкая. В тех случаях когда предстоит построить сооружение в течение длительного времени, целесообразно использовать известковые и песчаные с совместно. Известковые сваи применялись для устройства основа промышленных сооружений в Барнауле, Новокузнецке, Риге и в других, расположенных на территории СНГ. За рубежом известковые сваи очень широко применяются при строительстве на водонасыщенных лессовых грунтах Китая, Индии и в некоторых других странах.
Исследования последних лет, проведенные в России и во Франции (проф. Коновалов П.А.), показали, что известковые сваи могут успешно применяться для глубинного уплотнения сапропелей и заторфованных грунтов. Во Франции имеется опыт уплотнения затор-фованных грунтов известковыми сваями и тяжелыми трамбовками на глубину до 11 м.
На ряде объектов было предусмотрено глубинное уплотнение слабых водонасы-щенных грунтов с помощью вертикальных дренажных прорезей
В тех районах, где песчаные карьеры расположены поблизости строительной площадки и транспортные расходы на перевозку не малы, целесообразно вместо изготовления вертикальных дрен пользовать вертикальные дренажные прорези.
При строительстве дорожных сооружений, гидротехнических объектов и промышленных сооружений, имеющих большую протяженность, на слабых водонасыщен-ных глинистых и заторфованных грунтах также применяют вертикальные дренажные прорези.
Вертикальные дренажные прорези представляют собой траншею глубиной до 5,5 м шириной 60-80 см, засыпанные дренирующим материалом (обычно песком). Сверху вертикальных дренажных прорезей устраивается горизонтальная дренирующая (песчаная) подушка.
По сравнению с вертикальными дренами сплошные дренажные прорези требуют значительно больший расход песка и в настоящее время могут устраиваться на меньшую глубину, до 5,5 м. Кроме того, при устройстве дренажных прорезей в грунтах, не обладающих структурными свойствами, приходится устраивать траншеи с пологими откосами, что приводит к еще большему расходу дренирующего материала для засыпки траншей.
Проведенные исследования и анализ ранее выполненных в различных регионах исследований показали, что в настоящее время созданы эффективные технологии уплотнения водонасыщенных грунтов.
Для исключения неравномерных осадок грунтов оснований сооружений, как в процессе строительства, так и в период их эксплуатации проекты устройства искусственных (уплотненных) оснований должны быть разработаны на основе достоверных данных по инженерно-геологическим изысканиям по проектам, разработанным специализированными организациями. На этих объектах очень эффективно проведение научного сопровождения строительства.
Рецензент: Зав. каф. ИНТ ГОУ ДПО ГАСИС Лауреат Государственной премии СССР, Заслуженный строитель России, профессор, д.т.н. Абелев М.Ю.
