8Технико-экономическая целесообразность применения технологии закрепления обводненных мелкозернистых грунтов плывунного типа_
Преснов Олег Михайлович
кандидат технических наук, доцент Сибирский федеральный университет, presn955@mail.ru Бондарев Александр Павлович
студент, Сибирский Федеральный Университет, sanek_bondarev@list.ru Новожилов Владислав Валерьевич
студент, Красноярский институт железнодорожного транспорта, novozhilov.gg@mail.ru Шалахов Илья Игоревич
студент, Сибирский Федеральный Университет, ishalakhov@mail.ru
Плывуны - это пески, супеси, суглинки, насыщенные водой, при вскрытии которых, под действием разных химико-физических факторов ими приобретаются особенности вязкой жидкости. Они представляют серьезную угрозу в строительстве, так как невозможно точно предсказать, где и на какой глубине окажется этот слабый грунт. Мало полезен и геотехнический мониторинг, многолетнее исследование грунта слишком тру-дозатратно и дорого. Исследование данной проблемы актуально в нашей стране. В данной статье разобраны принципы закрепления обводненных мелкозернистых грунтов плывунного типа при строительстве. Рассматриваются такие методы как: применение инъекционных смесей, замораживание грунта, шпунтовые ограждения, электроосушение. Анализ производится с точки зрения достоинств, недостатков, технико-экономической целесообразности.
Ключевые слова: плывуны, слабый грунт, замораживание грунта, водонасыщенный грунт, инъекционные смеси, шпунты, электроосушение.
Плывуны - это пески, супеси, суглинки, насыщенные водой, при вскрытии которых, под действием разных химико-физических факторов ими приобретаются особенности вязкой жидкости [1]. Они представляют серьезную угрозу в строительстве, так как невозможно точно предсказать, где и на какой глубине окажется этот слабый грунт. Мало полезен и геотехнический мониторинг, многолетнее исследование грунта слишком трудозатратно и дорого.
Исследование данной проблемы актуально в нашей стране. С каждым годом количество возводимого жилья в России растёт. Несмотря на то, что современные жилые и общественные здания стали занимать меньшую площадь застройки, к ним предъявляют повышенные требования к комфорту. Так создаются целые микрорайоны, наделенные собственной "уникальной" инфраструктурой. А для этого требуется уже достаточно большая площадка со свойствами, благоприятными для строительства на ней. Особенно интересным становится возведение сооружений на обводненных территориях. Такими районами является большая часть Западной Сибири, центральная часть, Москва и Санкт-Петербург, а также Республика Коми.
При обнаружении плывунов необходимо соблюдать ряд условий: по возможности уменьшить количество вибраций от строительной техники и производства работ по установке фундаментов. Примером нарушения данных условий служит строительство Химкинской плотины. При рытье котлована супесь начала плыть вследствие механических колебаний от работы бетономешалок на берегу реки Химки [2].
ЭКОНОМИКА СТРОИТЕЛЬСТВА / 139
Существуют традиционные методы усиления слабых водонасыщенных грунтов, в том числе при наличии плывунов. К таким способом относят: специальные щиты, кессоны и замораживание. В 1974 году в Петербургском метрополитене между станциями «Лесная» и «Площадь Мужества» произошел размыв грунта. Для предотвращения дальнейших последствий было принято решение о применении временного замораживания грунта [3].
Одним из рассматриваемых вариантов защиты строительной площадки от плывунов являются шпунтовые ограждения. Их применяют при вскрытии плывунов во время рытья котлована. В данном варианте сваи забиваются на глубину более 15 метров, они углубляются ниже водоупора, чтобы не произошло вымывания породы под шпунтовый ряд. В свою очередь сами шпунты выполнены из металла или железобетона образуют сплошную стену, защищая котлован от плывуна.
Недостатком этого варианта является трудоёмкость работы по установке шпунтов и затраты на материалы.
Наиболее распространенным методом защиты является - замораживание грунта. Данный метод защиты актуален для случая, когда грунтовые воды находятся слишком высоко и представляют угрозу для будущего строительства. Система замораживания грунтов содержит скважины, пробуренные по периметру вырытого котлована. В скважины опускают замораживающие колонки, в которых находятся питающие трубы, в колонках циркулирует охлажденный раствор соли хлористого кальция [4].
Система позволяет удерживать плывуны в стабильном состоянии. Помимо этого, положительный эффект данной технологии состоит в повышении надежности системы замораживания грунта за счет использования деформаций, возникающих в конструкции трубчатой колонки при расширении объёма льдогрунтового ограждения.
Недостатками этого способа являются низкие эксплуатационные характеристики замораживающих колонок. Увеличение объёма грунта влечёт за собой появление значительных напряжений. Это происходит в процессе кристаллизации во время заморозки грунта.
Применение инъекционных смесей - технология, уменьшающая риск съезда пластов грунта, стабилизирующая и упрочняющая плывунные грунты. Добавление в состав плывуна смеси на основе коллоидного кремнезема изучена в работе [5]. В результате эксперимента получены данные, на основании которых было выявлено, что применение смесей ведет к полному структурированию и потере подвижности у плывунных грунтов.
Одним из интересных способов защиты является электроосушение. Массив грунта по периметру котлована разделяется на две части. В одной из сторон помещают иглофильтры-катоды, соединенные отрицательным полюсом источника тока. С противоположной стороны устанавливаются трубы-аноды, подключенные к положительному полюсу. Под действием постоянного электрического тока происходит передвижение воды, заключенной в порах грунта, от анода к катоду. После длительной работы данного устройства можно наблюдать значительное снижение уровня напора воды в массиве грунта.
Выводы:
В результате рассмотрения различны способов стабилизации плывунного грунта было найдено много технологических решений, на сегодняшний день уже применяемых на практике. В зависимости от конструктивной схемы здания применяется тот или иной способ на основании технико-экономических показателей.
Наиболее эффективных методом предотвращения плывунности грунтов является его заморозка, которая обеспечивает надежность при возведении фундамента. Однако она по-прежнему ограничена в своем использовании в связи с огромной энергоёмкостью и необходимостью постоянного контроля. Наиболее рационально применение на малых территориях с целью локального и быстрого устранения проблемной области.
В случае с большими территориями, которые подвергаются первичной разработке, на первый план выходит технология, связанная с изменением химико-физического состава плывунов. Она стремительно набирает популярность и вскоре может стать полноценной альтернативой замораживанию.
Литература
1. СП 22.13330.2017. Основания зданий и сооружений. - М.: ЦПП, 2017 - С. 228.
2. Плывуны как опасные геологические процессы / И. В. Носков, С. А. Ананьев, К. И. Носков. — Текст : непосредственный // Ползуновский альманах. — 2022. — № 1. — С. 158-160.
3. Плывуны в основании фундаментов зданий Санкт-Петербург / С. Г. Колмогоров, Д. В. Пальмина. — Текст : непосредственный // . — . — №. — С. 67-69.
4. Денисов О. В., Губеладзе О. А., Матяшов Д. М., Цыбенко А. В., Созин С. М., Патент: Системы замораживания грунтов С. 1-4.
5. К. А. Исрафилов, И. Я. Харченко, А. И. Харченко. Применение инъекционных смесей на основе коллоидного кремнезёма для стабилизации плывунных грунтов при строительстве подземных сооружений. Системные технологии 3 (№40) 2021. С. 9-14.
6. Метод измерения водно-физических параметров плывунных грунтов и почв / К. А. Исрафилов, И. Я. Харченко, А. И. Харченко. — Текст : непосредственный // Мелиорация и рекультивация, экология. — 2012. — № 2. — С. 26-28.
7. Основания и фундаменты. Ч.2. Основы геотехники. Долматов Б.И, и др. — М.: Изд.-во АСВ; СПбГАСУ, 2002. - 392 с.
8. Мангушев Р. А., Осокин А. И. Геотехника Санкт-Петербурга: Монография. - М.: Изд. АСВ, 2010. - 264 с.
Technical and economic feasibility of using the technology of fixing watered fine-grained quicksand type soils Presnov O.M., Bondarev A.P., Novozhilov V.V., Shalakhov I.I.
Siberian Federal University
Quicksands are sands, sandy loams, loams saturated with water, upon opening of which, under the influence of various chemical and physical factors, they acquire the features of a viscous liquid. They pose a serious threat in construction, since it is impossible to accurately predict where and at what depth this weak soil will turn out. Geotechnical monitoring is also of little use; long-term soil research is too labor-intensive and expensive. The study of this problem is relevant in our country. This article analyzes the principles of fixing flooded fine-grained quicksand type soils during construction. Such methods are considered as: the use of injection mixtures, soil freezing, sheet piling, electric drying. The analysis is carried out in terms of advantages, disadvantages, technical and economic feasibility. Keywords: quicksand, soft soil, soil freezing, water-saturated soil, injection mixture, sheet piles, electrodrainage. References
1. SP 22.13330.2017. Foundations of buildings and structures. - M.: TsPP, P. 2017 - 228.
2. Quicksands as dangerous geological processes / I. V. Noskov, S. A. Ananiev, K. I. Noskov. - Text: direct // Polzunovsky almanac. - 2022. - No. 1. - P. 158-160.
3. Quicksands at the base of the foundations of buildings in St. Petersburg / S. G. Kolmogorov, D. V. Palmina. - Text : immediate //. - . - No. - P. 67-69.
4. Denisov O.V., Gubeladze O.A., Matyashov D.M., Tsybenko A.V., Sozin S.M., Patent: Soil freezing system P. 1-4.
5. Israfilov, K. A., Kharchenko I. Ya., Kharchenko A. I. The use of injection mixtures based on colloidal silica for the stabilization of quicksand soils in the construction of underground structures. - Text: direct // System technologies. - 2021. - No. 40. - P. 9-14.
6. Israfilov, K. A., Kharchenko I. Ya., Kharchenko A. I. Method for measuring the water-physical parameters of quicksand soils and soils. - Text: direct // Reclamation and reclamation, ecology. - 2012. - No. 2. - P. 26-28.
7. Foundations and foundations. Part 2. Fundamentals of geotechnics. Dolmatov B.I, and others - M .: Publishing house DIA; SPbGASU, 2002. - P. 392.
8. Mangushev R.A., Osokin A.I. Geotechnics of St. Petersburg: Monograph. - M.: Ed. DIA, 2010. - P. 264.
