Анализ и сравнение методов укрепления слабого грунта



Рассмотрены три метода укрепления слабых грунтов, их особенности, технологические решения, преимущества и недостатки, приведены примеры их использования в строительстве, выполнен сравнительный анализ представленных методов укрепления слабых грунтов.

Ключевые слова: слабый грунт, метод укрепления, геосетка, инъекционное укрепление, свайное укрепление.

Строительство на слабых грунтах всегда является вызовом для инженеров и строителей, а слабый грунт как таковой — одной из основных проблем при строительстве любых объектов в условиях местности, где они распространены. В связи с этим возникает необходимость применения методов укрепления, которые позволяют усилить и устранить недостатки слабых грунтов, повысить их несущую способность и устойчивость.

Технологические решения методов укрепления слабых грунтов играют ключевую роль в данной области и их значимость только увеличивается в связи с развитием строительной отрасли.

Существует несколько методов укрепления слабых грунтов, которые позволяют снизить риски и обеспечить безопасную эксплуатацию сооружений на таких участках.

Первый метод — это укрепление грунта при помощи геосеток . Это материалы из полимеров, которые раскрываются и увеличивают площадь контакта грунта с окружающей средой. Они эффективно стабилизируют слабые грунты, которые подвержены размыванию и эрозии.

Второй метод — это инъекционное укрепление грунта. Этот метод заключается в том, что в слабый грунт вводятся специальные составы, которые затвердевают и уплотняют его. Таким образом, создается плотный слой, который не подвержен деформации и неустойчивости.

Третий метод — это укрепление грунта при помощи свай . Это самый распространенный метод в строительстве на слабых грунтах. Свайные фундаменты создают устойчивую основу для сооружений, за счет забивания свай в грунт на глубину, достаточную для обеспечения необходимой нагрузки.

Таким образом, методы укрепления слабых грунтов в строительстве позволяют снизить риски и обеспечить безопасную эксплуатацию сооружений на таких участках. Однако, перед выбором метода необходимо учитывать глубину и состояние грунта, а также конструктивные особенности сооружения.

В данной статье мы рассмотрим и сравним данные перспективные методы укрепления слабых грунтов и их особенности.

Рассмотрим подробно каждый метод укрепления слабого грунта для возведения различных объектов.

Технология укрепления грунта с помощью геосеток заключается в установке сетки на поверхность грунта или внедрении ее в грунт на определенную глубину. Затем сетка закрепляется в грунте с помощью крепежных элементов, таких как кольца или штыри. Главная цель этого метода — создать прочное устойчивое решение, которое сможет распределять нагрузку на всю площадь конструкции.

Основными требованиями к геосеткам в зависимости от применяемого материала являются:

— водостойкость;

— биостойкость;

— стойкость к действию кислотных и щелочных сред, возможных в условиях эксплуатации;

— светостойкость;

— механические свойства волокон.

Геосетки широко используются в дорожном строительстве для усиления различных элементов дорожной инфраструктуры. Они используются для укрепления нижних слоев дорожных покрытий, укрепления обочин, усиления асфальтобетонных покрытий, укрепления земляного полотна и обеспечения устойчивости откосов.

Главной целью применения геосеток в нижних слоях дорожных покрытий является усиление несущего основания из зернистых материалов или покрытий переходного типа для увеличения сроков службы полотна.

Армирующие прослои на основе геосеток и геокомпозитов используются для замедления трещинообразования и увеличения межремонтных сроков службы дорожного покрытия.

Геосетки также применяются для усиления земляного полотна при наличии слабых оснований или переувлажненных связных грунтов, что улучшает условия производства работ, сокращает расход и потери материалов, сокращает сроки для устройства покрытия.

Кроме того, геосетки используются для укрепления откосов земляного полотна и усиления грунтового массива, что повышает местную и общую устойчивость.

Особенности метода укрепления грунта с помощью геосеток:

— Не требует значительных затрат на материалы и оборудование.

— Позволяет улучшить грунт, обеспечивая дополнительную прочность конструкции.

— При использовании геосеток, возможно сохранение натуральных ландшафтов и биотопов.

Технология инъекционного метода укрепления заключается в пропитывании пор грунта раствором или заполнение трещин и пустот в коренной породе, чтобы они со временем затвердели, повысив механические свойства грунта и снизив его проницаемость. Для этого в грунте бурится отверстие, через которое в коренную породу закачивается химический или цементный раствор, который распространяется на определенное расстояние от отверстия и заполняет поры и трещины. По мере затвердевания раствора грунт становится более прочным и водонепроницаемым, что позволяет проводить работы в благоприятных инженерно-геологических условиях.

Данный метод может применяться при строительстве подземных сооружений в стесненных условиях современных городов, когда в большинстве случаев требуется проведение мероприятий по обеспечению устойчивости грунта, а также прилегающих зданий, подземных сооружений и линий электропередач. А также когда строительные работы необходимо проводить в сложных инженерно-геологических условиях, таких как: водонасыщенные, рыхлые и неустойчивые песчаные или глинистые грунты, зыбучие пески или мягкие пластичные глины.

— Особенности метода инъекционного укрепления грунта:

— Эта методика укрепления используется для таких грунтов, которые не могут быть усилены другими методами.

— Процесс инъекционного укрепления грунта является эффективным решением проблемы с обвалами поверхности грунта.

— При помощи инъекционного укрепления, возможно заменять вырванные фрагменты грунта или породы.

Укрепление грунта с помощью свай — это процесс, который позволяет улучшить стабильность и несущую способность грунта в конкретном районе благодаря использованию стальных или бетонных свай.

Технологию процесса:

1. Изучение участка: перед началом работ необходимо провести геодезическое и геотехническое исследование участка, чтобы определить характеристики грунта, его свойства и глубину расслаивания.
2. Выбор типа сваи: на основе изучения геотехнического отчета, проектировщик принимает решение о том, чтобы использовать стальные или железобетонные сваи.
3. Установка свай: сваи вкалываются в грунт с помощью специализированного оборудования. При необходимости верхняя часть сваи может быть оставлена выше земли и использована в качестве фундамента для здания.
4. Укрепление: после установки свай, они обрабатываются специальными материалами, чтобы защитить их от влияния воды и других агрессивных факторов.

Общий анализ: В конце процесса вновь проводится анализ геотехнического состояния участка, чтобы убедиться в эффективности укрепления и безопасности всей конструкции. Таким образом, укрепление грунта с помощью свай является долгосрочным и эффективным способом повысить стабильность строительных объектов на земле, улучшить их надежность и продлить эксплуатационный срок.

Метод укрепления слабого грунта с помощью свай может использоваться в дорожном строительстве при неблагоприятных климатических условиях, таких как вечная мерзлота.

Для таких условий было разработано новое проектное решение для сокращения стоимости и сроков строительства дорог на слабых грунтах. Это решение характеризуется тем, что вместо замены слабых слоев грунта в его слое устанавливаются двухконусные сваи, разработанные на кафедре «Дорожные мосты» Пермского национального исследовательского и технологического университета (ПНИПУ) [5], которые передают нагрузки от насыпи и веса транспорта на прочный массив грунтовых пород.

Сваи характеризуются устойчивостью к морозному разрушению благодаря своей уникальной геометрии, которая не изменяет их проектного положения, в отличие от свай с прямоугольного сечения, которые выступают на 6–10 см в год на проезжую часть. По этой причине квадратные столбчатые сваи не использовались при строительстве дорог на грунтах, подверженных сезонному промерзанию и состоящих из слабой водонасыщенной глины. Из вышеизложенного видно, что биконические сваи могут быть использованы в дорожном строительстве в качестве ленточных свайных фундаментов. Конструкция земляного подпорного сооружения на ленточном свайном фундаменте с использованием биконических свай показана на рисунке 1.

Рис.1. Земляное полотно на ленточном свайном фундаменте из двухконусных свай: d1 и d — геометрические характеристики сваи, соответственно диаметры оголовков и диаметр сопряжения плоскостей верхнего и нижнего конусов сваи; B — расстояние между сваями в свету по диаметрам сопряжения плоскостей верхнего и нижнего конусов свай d. [4, с. 8]

Особенности метода укрепления грунта с помощью свай:

— Это один из самых распространенных способов укрепления грунта.

— При помощи свай, возможно укреплять грунт, находящийся в сложных условиях или при повышенных нагрузках.

— Свайные технологии имеют очень широкий и обширный спектр применений.

В данной статье мною было рассмотрено три метода укрепления слабого грунта, такие как укрепление геосеткой, инъекционное укрепление и укрепление с помощью свай. Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки, и выбор нужного метода должен основываться на ряде факторов, например, на типе грунта, геометрии участка, глубине закладки и технической сложности работ.

Укрепление геосеткой является экономически выгодным методом, который позволяет усилить грунтовую основу и увеличить ее деформационную жесткость. В то же время, этот метод может ограничивать доступ к зоне укрепления после завершения работ и восстановление грунта может занять продолжительное время.

Инъекционное укрепление является быстрым методом, который позволяет усилить слабый грунт в труднодоступных местах. Однако этот метод может требовать высокой точности и опыта у исполнителя.

Укрепление с помощью свай является наиболее надежным и проверенным методом, который позволяет устранить деформации и обеспечить стабильность основания. Однако этот метод может быть дорогим, требовать большого объема работ и занимать продолжительное время.

В целом, выбор оптимального метода укрепления слабого грунта должен основываться на анализе всех факторов и требований к конкретному участку строительства.

Литература:

1. Филатова, А. А. Использование геосеток / А. А. Филатова, С. С. Веклов. — Текст: непосредственный // Пути улучшения качества автомобильных дорог. — Самара: Самарский государственный архитектурно-строительный университет, 2014. — С. 199–201.
2. Ярмолинский, В. А. Применение армирующих геосеток при усилении асфальтобетонных покрытий / В. А. Ярмолинский, А. С. Жуков, Н. М. Титаев. — Текст: непосредственный // Международный сборник научных трудов. — Хабаровск: Тихоокеанский государственный университет, 2017. — С. 119–123.
3. Инъекционные способы усиления грунтов оснований зданий и сооружений в городских условиях / А. О. Сагыбекова, Б. А. Абиев, А. Г. Белов [и др.]. — Текст: непосредственный // Вестник Казахского гуманитарно-юридического инновационного университета. — 2019. — № 4. — С. 217–222.
4. Дегтярь, А. А. Конструкция земляного полотна на слабых пучинистых грунтах / А. А. Дегтярь, Б. С. Юшков. — Текст: непосредственный // Транспорт, транспортные сооружения, экология. — 2014. — № 4. — С. 6–26.
5. Пат. 42234 РФ, МПК E02D 5/30. Свая / Б. С. Юшков, А. О. Добрынин, Д. С. Репецкий. — № 2004121946/22; заявл. 20.07.04; опубл. 27.11.04, Бюл. № 33; Приоритет 20.07.2004.