CC BY
19Подземное строительство
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
УДК 624.154.54
DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-12-40-44
Н.С. СОКОЛОВ, канд. техн. наук ([email protected]), С.С. ВИКТОРОВА, И.П. ФЕДОСЕЕВА, Г.М. СМИРНОВА, инженеры
Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова (428015, Россия, Чувашская Республика, г. Чебоксары, Московский пр., 15)
Выбор оптимального типа буроинъекционных свай усиления слабых оснований высокоскоростных магистралей
Обеспечение надежной эксплуатации оснований насыпей высокоскоростных железнодорожных магистралей является особо важной геотехнической проблемой, требующей специального рассмотрения при строительстве подобных объектов. Особенно это актуально, когда ниже несущего слоя залегают подстилающие слои, обладающие пониженными значениями прочностных и деформационных характеристик (например, старицы, включающие биогенные грунты, такие как илы, торфы, сапропели, а также другие типы стрктурно-неустойчи-вых инженерно-геологических элементов). В этом случае многократно возрастает необходимость увеличения их несущей способности и уменьшения деформативности. Поэтому выбор геотехнической технологии должен быть осуществлен на основании интерактивного проектирования, в котором заложен принцип «технической целесообразности и экономической эффективности». В настоящей статье рассмотрен один из подходов к увеличению эксплуатационной надежности оснований высокоскоростных железнодорожных магистралей при наличии слабых подстилающих слоев.
Ключевые слова: высокоскоростная железнодорожная магистраль, заглубленные железобетонные конструкции, буроинъекционные сваи, электроразрядная технология ЭРТ.
Для цитирования: Соколов Н.С., Викторова С.С., Федосеева И.П., Смирнова Г.М. Выбор оптимального типа буроинъекционных свай усиления слабых оснований высокоскоростных магистралей // Жилищное строительство. 2019. № 12. С. 40-44. DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-12-40-44
N.S. SOKOLOV, Candidate of Sciences (Engineering) ([email protected]), S.S. VIKTOROVA, I P. FEDOSEEVA, G.M. SMIRNOVA, Engineers I. N. Ulianov Chuvash State University (15 Moskovsky Prospect, Cheboksary, 428015, Chuvash Republic, Russian Federation)
Selection of the Optimal Type of Bored-Injection Piles Strengthening of Weak Bases of High-Speed Railway Lines
Ensuring reliable operation of the supporting subsoil of embankments of high-speed railway lines is a particularly important geotechnical problem that requires special consideration when constructing such facilities. This is especially true when underlying layers with reduced values of strength and deformation characteristics (for example, dead arms of river, including biogenic soils such as silts, peat, sapropels, as well as other types of structurally unstable engineering-geological elements) lie below the bearing layer. In this case, the need to increase their bearing capacity and reduce deformability increases many times. Therefore, the choice of geotechnical technology should be carried out on the basis of interactive design, in which the principle of «technical integrity and economic efficiency» is laid. This article considers one of the approaches to increasing the operational reliability of the bases of high-speed railway lines in the presence of weak underlying layers.
Keywords: high-speed railway line, buried reinforced concrete structures, bored-injection piles, electric discharge technology ERT.
For citation: Sokolov N.S., Viktorova S.S., Fedoseeva I.P., Smirnova G.M. Selection of the optimal type of bored-injection piles strengthening of weak bases of highspeed railway lines. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2019. No. 12, pp. 40-44. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-12-40-44
Строительство любых объектов на слабых основаниях требует особых подходов, связанных с увеличением прочности и уменьшением их деформативности. Используя современные отечественные геотехнические технологии, возможно решение задач увеличения несущей способности слабых оснований [1-5].
Высокоскоростные магистрали относятся к наиболее ответственным объектам, к которым предъявляются минимальные предельно допустимые осадки S = 15 мм. При этом в их основаниях очень часто
присутствуют инженерно-геологические элементы с повышенными значениями деформационных характеристик и низкими прочностными свойствами [6-9].
В настоящей статье рассматривается случай проектного усиления слабых оснований (ВСМ) на участке Москва - Нижний Новгород. Проектируемая трасса высокоскоростной железнодорожной магистрали проходит в пределах Волго-Уральского свода. Исследуемый участок строительства относится к территориям со сложными инженерно-геологическими условиями.
40
122019
Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Underground construction
Таблица 1
Физико-механические характеристики грунтов основания под насыпью типа 3
Условные обозначения Наименование ИГЭ Р., г/м3 Ф„, град С, кПа Е0, МПа Кф, м/сут Толщина ИГЭ, м
11б2 Песок мелкий средней плотности, влажный, водонасыщенный 2 35 - 25,7 3,4 3
11.2 Супесь пластичная 1,05 24 25 25,4 310-3 2
21 3 Глина тугопластичная 1,76 12 38 6 110-5 1
21з2Н Глина полутвердая 1,74 13 46 18 110-5 2,5
24ч7 Доломит 2,12 - - - 0,005
Таблица 2
Физико-механические характеристики грунтов основания под насыпью типа 4
Условные обозначения Наименование ИГЭ Р., г/м3 Ф., град С., кПа Е0, МПа Кф, м/сут Толщина ИГЭ, м
3ж4 Суглинки мягкопластичные с примесями органических включений 1,94 17 18 11,2 0,05 2
20ж4 Суглинок мягкопластичный 1,94 4 18 5,18 310-4 1
2062 Песок мелкий средней плотности, водонасыщенный 2 36 4 37 4 2,5
20з1Н Глина твердая 1,95 16 66 39 110-5
В течение четвертичного времени различные части рассматриваемой территории находились в неодинаковых климатических условиях и подвергались воздействию разнообразных физико-географических процессов. Северная часть ее неоднократно подвергалась оледенениям, а южная - воздействию трансгрессий Каспийского моря. Эти различные условия наложили свой отпечаток на характер четвертичного покрова территории. В северо-западной части ее широко развиты ледниковые и водно-ледниковые образования, в средней - аллювиальные и элювиально-делювиальные, а в самой южной территории - морские лиманные отложения. В толще четвертичных отложений находятся торф, кирпичные глины, песок, песок с прослоями гравия, суглинки и глины (в надпойменных террасах Волги, Суры и Цивиля). В районах Нижегородского и Чебоксарского Поволжья покровные отложения представлены легкими суглинками и тяжелыми супесями характерного желтовато- или буровато-палевого цвета с четко выраженными признаками лессовидности (макропористость, столбчатая отдельность и др.) и просадочными свойствами [10-12].
Обводненность пород комплекса незначительна и имеет спорадический характер. Современные болотные отложения (ЬМ) распространены неравномерно на всей исследуемой территории. В обширных понижениях рельефа, приуроченных к долинам рек или низменностям в зоне лесов, образуются особенно крупные торфяники - торфяные бассейны. На рассматриваемой территории примерно в равном количестве встречаются низинные и верховые торфяники. Отложения представлены торфами и заторфованными грунтами. Средняя мощность болотных отложений составляет от 2 до 3 м и может достигать до 10 м. На отдельных участках, где развиты болотные отложения, непосредственно с поверхности залегают болотные воды.
12'2019 ^^^^^^^^^^^^^
Тип 3
: п
[¿40 —Л ¿40 о ГО "i - ^ 1А0 ч
--Ш 1(?ЧЬ топцк -ЮР1 0,6н с 1 МЯ СЛОЯ'4' л геаоеиеткР
1 |— <1 Б4 > J 1 ] —1
JjHU закрепленного основание ь»_^ь^роинъекционными сваями
1 г, > "Т " :
<г1згн>
<24ч7>
Рис. 1. Разрез дорожного полотна типа 4 с вертикальной привязкой в инженерно-геологический разрез
<гм]н>
Рис. 2. Поперечный разрез дорожного полотна типа 4 с вертикальной привязкой в инженерно-геологический разрез
С целью выбора варианта усиления слабых оснований высокоскоростных железнодорожных магистралей рассмотрены два наиболее характерных участка трассы, под которые запроектированы насыпи типов 3 и 4. В основаниях этих насыпей залегают слабые грунты, такие как пески мелкие водонасы-щенные, супеси пластичные и суглинки мягкопла-стичные. Мощность слабых оснований составляет
- 41
Подземное строительство
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
Таблица 3
Расчет стабилизированных деформаций оснований на естественном основании
Таблица 4
Расчет стабилизированных деформаций оснований на усиленном буроинъекционными сваями основании
Метод расчета осадки Формула расчета осадки Величина стабилизированной осадки, мм
Р
дг
х тт'....... ...... ^м
Метод послойного суммирования = <Ш[(оргк )/Еы ] 85 ^^^ 73
Метод линейно-деформируемого слоя конечной толщины S = (Р^к^Кк-к-УЕ»] 78 69,5
Метод эквивалентного слоя S = кэтутР0 69,5 58
Примечания. Значения над чертой для насыпи типа 3. Значения под чертой для насыпи типа 4.
Метод расчета осадки
Формула расчета осадки
Величина стабилизированной осадки, мм
Метод послойного суммирования
Метод линейно-деформируемого слоя конечной толщины
Метод
эквивалентного слоя
S = (Р.Ьк/ктУЩк-кЛ/Е»,]
14,8
13,8
13
14,9
14,5
12,8
Примечания. Значения над чертой для насыпи типа 3. Значения под чертой для насыпи типа 4.
Алгоритм определения осадки методом эквивалентного слоя
Таблица 5
Тип насыпи
Тип основания
Наименование грунта
к, м
Д,.„ МПа
К м/сут
£ м
№ 3
песок
супесь
глина
глина
доломит
3,5 1,5 1 2
7.3
6.4 1,3 4
0,101 0,116 0,3 0,1
3,4 310-3 110-5 110-5
1200
69,5
глина глина доломит
1,3 4
0,3 0,1
110-5 110-5
300
14,5
№ 4
суглинок суглинок песок глина
3,2 1,5 10,6 6,5
0,194 0,413 0,07 0,062
0,05 310-4 4
110-5
220
15
58
песок глина
10,6 6,5
0,07 0,062
4
110-5
400
15
12,
= 0,8Х[(о .-к)/Еы]
S = «э.т„Р0
шу, МПа
Р кПа
к, м
8
3
5-6 м. В табл. 1, 2 приведены физико-механические характеристики слоев оснований, а на рис. 1, 2 -инженерно-геологические разрезы.
В качестве заглубленных конструкций усиления слабых оснований приняты буроинъекционные сваи, пронизывающие слабые инженерно-геологические элементы. Длина свай составляет 5 м. На рис. 1 и 2
42| -
синим цветом указаны границы зон усиления оснований. Алгоритм определения осадок насыпей высокоскоростных магистралей при наличии в основаниях слабых оснований приведен ниже.
1. Определение нагрузок от подвижного состава опорных конструкций, от междупутья, тела насыпи на уровне ее подошвы.
^^^^^^^^^^^^^ И22019
Научно-технический и производственный журнал
Underground construction
2. Определение стабилизированной осадки одним из методов: 1) метод послойного суммирования; 2) метод линейно-деформируемого слоя конечной толщины; 3) метод эквивалентного слоя.
3. При расчетных осадках оснований выше предельно допустимой величины назначается глубина усиливаемой части основания.
4. Назначается тип заглубленной железобетонной конструкции.
5. Определяется среднее давление PIImt по подошве условного фундамента и величина стабилизированной осадки одним из методов (см. поз. 2).
6. Определяется время стабилизации деформаций основания для случая нагружения поверхности основания сплошной интенсивностью равномерно распределенной нагрузки PIImt.
В табл. 3 и 4 приведены расчеты стабилизированных деформаций оснований типов 3 и 4 на естественном основании и на усиленном буроинъекционными
Список литературы
1. Ильичев В.А., Мангушев Р.А., Никифорова Н.С. Опыт освоения подземного пространства российских мегаполисов // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2012. № 2. С. 17-20.
2. Болдырев Г.Г., Барвашов В.А., Идрисов И.Х., Хря-нина О.В. Комплексная технология инженерно-геологическихизысканий// ВестникПНИПУ.Строи-тельство и архитектура. 2017. Т. 8. № 3. С. 22-33.
3. Тер-Мартиросян 3.Г. Механика грунтов. М.: АСВ, 2009.550 с.
4. Балюра М.В., Окулова М.Н. О влиянии некоторых факторов на деформируемость грунтов в горизонтальном направлении. В кн.: Основания и фундаменты зданий и сооружений в условиях строительства Томска. Томск: Томский государственный архитектурно-строительный университет, 1977. C. 36-41.
5. Мангушев Р.А., Гурский А.В. Оценка влияния вдавливания шпунта на дополнительные осадки соседних зданий // Геотехника. 2016. № 2. С. 2-7.
6. Мангушев Р.А., Сапин Д.А. Учет жесткости конструкций «стена в грунте» на осадку соседних зданий // Жилищное строительство. 2015. № 9. С. 3-7.
7. Окулова М.Н. Исследование НДС грунтов вблизи загруженного штампа // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1966. № 4. C. 5-8.
8. Шелест Л.А. Вертикальные и горизонтальные деформации грунта при штамповых испытаниях. Труды НИИОСП. М.: НИИОСП, 1972. Вып. 63.
9. Никифорова Н.С., Внуков Д.С. Геотехнические отсечные экраны для защиты зданий при устройстве коммуникационных коллекторов. III Академические чтения им. профессора А.А. Бартоломея.
сваями основании, а в табл. 5 - алгоритм определения стабилизированной осадки этих же оснований методом эквивалентного слоя (МЭС).
Необходимость определения осадки МЭС заключается в том, что при превышении нормируемых осадок выше предельно допустимой величины производится расчет времени стабилизированной осадки для разработки конструктивных мероприятий.
Выводы.
Расчеты осадок оснований насыпей высокоскоростных железнодорожных магистралей, проведенные по существующим методам, показывают, что для неусиленных слабых оснований они достигают 58-85 мм; для усиленных - 12,8-14,8 мм, что находится в пределах допустимого значения.
Наиболее предпочтительной конструкцией усиления слабых оснований, по мнению авторов статьи, является буроинъекционная свая.
References
1. Il'ichev V. A. , Mangushev R.A., Nikiforova N.S. Development of underground space in large Russian cities. Osnovaniya, fundamenty i mekhanika gruntov. 2012. No. 2, pp. 17-20. (In Russian).
2. Boldyrev G.G., Barvashov V.A., Idrisov I.Kh., Khrya-nina O.V. Integrated technology of geotechnical survey. Vestnik PNIPU. Stroitel'stvo i arkhitektura. 2017. Vol. 8. No. 3, pp. 22-33. (In Russian).
3. Ter-Martirosyan Z. G. Mehanika gruntov [Mechanic of soil]. Moscow: ASV. 2009. 550 р.
4. Balura M.V., Okulova M.N. On the influence of some factors on the deformability of soils in the horizontal direction. V kn.: Osnovaniya i fundamenty zdanij i sooru-zhenij v usloviyah stroitel'stva Tomska [Bases and foundations of buildings and structures in the construction of Tomsk]. Tomsk: Tomsk State University of Architecture and Civil Engineering. 1977, pp. 36-41.
5. Mangushev R. A., Gursky A. V. Assessment of the impact of sheet pile indentation on additional precipitation of neighboring buildings. Geotechnica. 2016. No. 2, pp. 2-7. (In Russian).
6. Mangushev R. A., Sapin D.A. Taking into account the rigidity of the "wall in the ground" on the draft of neighboring buildings. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2015. No. 9, pp. 3-7. (In Russian).
7. Okulova M.N. Investigation of the stress-strain state of soils near the loaded stamp. Osnovaniya, fundamenty I mekhanika gruntov. 1966. No. 4, pp. 5-8. (In Russian).
8. Shelest L.A. Vertical and horizontal deformation of soil during die testing. Trudy NIIOSP. Moscow. NIIOSP. 1972. Vol. 63. (In Russian).
9. Nikiforova N. S., Vnukov D. A. Geotechnical cut-off screens for the protection of buildings in the device of
12'2019
43
Подземное строительство
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
Фундаменты глубокого заложения и проблемы освоения подземного пространства. Пермь, 1819 октября 2011. Пермь: Пермский национальный исследовательский политехнический университет, 2011. С. 43-42.
10. Соколов Н.С., Рябинов В.М. Технология устройства буроинъекционных свай повышенной несущей способности // Жилищное строительство. 2016. № 9. С. 11-14.
11. Барвашов В.А., Болдырев Г.Г., Уткин М.М. Расчет осадок и кренов сооружений с учетом неопределенности свойств грунтовых оснований // Геотехника. 2016.№ 1. С. 12-29.
12. Соколов Н.С. Критерии экономической эффективности использования буровых свай // Жилищное строительство. 2017. № 5. С. 34-38.
13. Соколов Н.С. Определение типа заглубленной конструкции усиления основания под насыпью высокоскоростной железнодорожной магистрали // Строительные материалы. 2018. № 9. С. 62-65. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430Х-2018-763-9-62-6
14. Соколов Н.С. Технология увеличения несущей способности основания // Строительные материалы. 2019. № 6. С. 67-71. DOI: огд/10.31659/0585-430Х-2019-771-6-67-71
communication collectors. III Academic reading them. Professor A.A. Bartholomew. The foundations of the deep laying and problems of underground expanse development. October 18-19, 2011. Perm: PGPU. 2011, pp. 413-42. (In Russian).
10. Sokolov N.S. Ryabinov V.M. The technology of appliance of continuous flight augering piles with increased bearing capacity. Zhilishnoe Stroitelstvo [Housing Construction]. 2016. No. 9, pp. 11-14. (In Russian).
11. Barvashov V.A., Boldyrev G.G., Utkin M.M. Calculation of sediment and roll of structures, taking into account the uncertainty of the properties of soil bases. Geotekhnika. 2016. No. 1, pp. 12-29 (In Russian).
12. Sokolov N.S. Criteria of economic efficiency of use of drilled piles. Zhilishchnoe Stroiteistvo [Housing Construction]. 2017. No. 5, pp. 34-38. (In Russian).
13. Sokolov N.S. Definition of the type of a buried structure for base strengthening beneath the embankment of high-speed railway. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2018. No. 9, pp. 62-65. DOI: https:// doi.org/10.31659/0585-430X-2018-763-9-62-65 (In Russian).
14. Sokolov N.S. Technology for increasing the bearing capacity of the base. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials].2019.No.6,pp.67-71.(InRussian).D0I:https:// doi.org/10.31659/0585-430X-2019-771-6-67-7
44
122019
