КРЕПЛЕНИЕ СТЕН КОТЛОВАНОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДОВ

СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА.
1
ОПЫТ И СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ. ВЫПУСК №4.
УДК 624.138
А.А. Залюбовская, В.В. Лагерек
КРЕПЛЕНИЕ СТЕН КОТЛОВАНОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДОВ
АРМИРОВАНИЯ ГРУНТА
Аннотация. В данной статье рассмотрены суть армированного грунта, несколько методов
крепления стен котлованов и откосов, применяемые для решения поставленных задач: улучшение
свойств грунтов при строительстве сооружений посредством армирующих элементов и основные
области применения данных технологий.
Ключевые слова: армогрунт, откос, котлован, крепление, нагель, нагелирование, анкер,
геосинтетика.
A.A. Zalyubovskaya, V.V. Lageryok
MOUNTING WALLS OF TRENCHES USING GROUND REINFORCEMENT
METHODS
Abstract. This article represents the process of reinforcing ground. It describes several methods of
mounting walls of trenches and slopes for improving the properties of ground by reinforcing elements during
the construction works. It also reviews the main areas of application of these technologies.
Keywords: armogrunt, slope, trench, mounting, nog, nailing, geosynthetics.
Основные принципы армирования грунта, простые для понимания, использовались
человечеством с давнего времени. Однако, интерес к этому вопросу существенно возрос в связи с
появлением, в частности, работы Анри Видаля, посвященной созданию «армированного» грунта. Это
понятие теперь широко используется в качестве общего термина для конструкций с применением
армированного грунта. [1]
Основными достоинствами таких конструкций являются их принципиальная простота, легкость
возведения, снижение стоимости строительства. Признанию и распространению конструкций из
армированного грунта способствовали технический и коммерческий успех их практического
использования. [1]
Одна из новых концепций сооружений из армированного грунта была предложена Казагранде и
сводилась к идеальной схеме: слабый грунт армируется высокопрочными диафрагмами, послойно
укладываемыми в горизонтальном направлении. Современный тип армирования грунта был
разработан Видалем в 60-х годах. Идея Видаля состояла в создании композитного материала,
образуемого плоскими армирующими полосами, которые укладываются горизонтально в грунт,
обладающий определенным трением. Причем взаимодействие между грунтом и армирующими
элементами обеспечивается исключительно за счет трения, вызванного гравитационными силами.
Этому материалу он присвоил название «армированный грунт», термин, который, как уже
говорилось, стал общепризнанным во многих странах. Он используется по отношению ко всем типам
армирования грунта или грунтовых сооружений. [1]
Работы Видаля ускорили развитие конструкций из армированного грунта. [1]
Итогом явилось создание усовершенствованных типов армирования. Были предложены к
применению тканевые материалы, хотя в геотехнике их использование более ограничено, чем другие
2
ГЕОТЕХНИКА И ГЕОТЕХНОЛОГИИ
виды арматуры для грунта. В 1974 г. Калифорнийский департамент транспорта внедрил
использование ячеек или сеток в качестве армирующих элементов подпорных стенок, что
стимулировало дальнейшие работы по разработке армирующих материалов. [1]
Наиболее актуальным является вопрос улучшения свойств грунтов при строительстве
сооружений с использованием местных материалов, особенно в области гидротехнического и
дорожного строительства, при возведении дамб, насыпей, подпорных стенок, устройстве котлованов,
укреплении оснований и откосов.
В зарубежной практике получило распространение укрепление местного материала различными
видами прозрачной, эластичной, некорродируемой арматуры из полосовой нержавеющей стали,
геосинтетики, полимерных сеток, а также созданием новых конструкций на основе материалов,
способных обеспечить экономичность и высокую надежность сооружений.
Оптимальное распределение жестких элементов в объеме грунтового массива позволяет решать
разнообразные инженерные задачи :
- увеличение несущей способности грунтового основания;
- контроль за устойчивостью склонов и откосов горных выработок;
- стабилизация осадок инженерных сооружений;
- определение коэффициента взаимодействия на поверхностях «грунт – геосинтетический
материал».
Армогрунтовая система - искусственное сооружение, выполненное посредством послойного
армирования грунтового основания, откоса, подпорных систем и.т.д. армирующими материалами. [5]
Сооружения из армогрунта целесообразно применять в следующих случаях:
— при строительстве зданий и сооружений, отсыпке дорожных и ж/д насыпей на слабых грунтах
;
— при строительстве фундаментов и оснований под резервуары ;
— при отсыпке подушек и вертикальной планировке в условиях городской застройки;
— для уменьшения загрязнения почвы, поверхностных и подземных вод;
— при замене фундаментных конструкций, сопряженных с динамическим воздействием и
шумом на окружающую среду;
— при возведении дамб и насыпей из экологически безопасных промышленных отходов.
Армирование грунта подразделяется:
— по текстурным признакам — анизотропное и изотропное;
— по виду армирующих элементов — набивными, буронабивными, забивными и грунтовыми
сваями; буроинъекциными сваями; анкерами; металлическими стержнями и полосами;
геосинтетикой; полимерными пленками; волокнами, нитями, кордовой тканью;
СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА.
3
ОПЫТ И СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ. ВЫПУСК №4.
— по характеру расположения армирующих элементов — вертикальное, горизонтальное,
наклонное в одном, двух и более направлениях; ячеистыми структурами; объемно-дисперсное;
— по способу производства работ — забивкой, задавливанием и вибропогружением;
устройством скважин и инъецированием; заведением в скважины с последующей заливкой и
инъекцией; растилкой и раскладкой; с применением струйной технологии; замывом и засыпкой.
Перспективным направлением в области укрепления стен является устройство анкерующих
систем с использованием полимерных канатов или полос. Будучи прикреплёнными одним концом к
поверхностям или к слоям геосинтетиков, а другим концом заанкеренными в грунт (скалу), что
объединяет конструкцию в единое целое.
Современные решения, в целях обеспечения наиболее эффективной работы конструкции,
предусматривают комплексное использование различных типов геосинтетиков [2,3].
В настоящее время ведётся разработка совершенно новых типов геоматериалов —
электрокинетических геосинтетиков, позволяющих значительно улучшить работу элементов
конструкции. В их состав входят электропроводящие полимеры, углеродные и металлические нити.
Использование таких материалов позволяет посредством процессов электроосмоса, ионной миграции
и электрофореза модифицировать и улучшить качество грунта в армированной зоне: ускорить его
консолидацию и отвод фильтрующейся жидкости, обеспечить лучшее сцепление арматуры с
грунтом. [6]
Одно из перспективных направлений исследований в будущем — создание предварительно
напряжённой геосинтетической арматуры. Учитывая возможную релаксацию напряжений,
преднапряжение армирующего геосинтетика могло бы исключить потенциальные деформации как
самого материала, так и сооружения в целом. [6]
Нагелирование грунтов в отличие от армирования грунтов по Видалю – это геотехническая
технология, используемая для укрепления существующих откосов/склонов/стен или будущих
откосов/стен, образующихся за счет выемки грунта, например, при устройстве котлованов.
Нагелирование включает внедрение в грунтовый массив прочных линейных элементов (нагелей),
работающих на растяжение, и устройство наружной облицовки, соединяемой с нагелями.
Нагелирование применяется для временного и/или постоянного укрепления откосов котлованов и
выемок на стройплощадках или вдоль транспортных магистралей. Это общепринятая мировая
практика и весьма конкурентноспособная альтернатива традиционным методам, в том числе с
анкерным креплением. [4]
Нагельное крепление применяется для стен и крутонаклонных откосов строительных котлованов
и выемок глубиной, как правило, не более 15 м и отсутствии водоносных и трудно осушаемых
грунтов как временное, а при устройстве надлежащей антикоррозионной защиты - и как постоянное.
[4]
4
ГЕОТЕХНИКА И ГЕОТЕХНОЛОГИИ
Рис.1 Схема организации строительства при устройстве нагельного крепления с опережающим
погружением стержней в грунт и набрызгбетонным покрытием
Стадии организации строительства:
I Разработка грунта с последующей доработкой откоса до проектной крутизны;
II Погружение в откос нагельных стержней;
III Навеска и закрепление арматурного каркаса;
IV Нанесение набрызгбетонного покрытия.
Иногда разработку котлована можно вести путем поэтапного закрепления откосов с помощью
механизированного нанесения цементного раствора на поверхность грунта с закрепленной
металлической арматурной сеткой и анкерным креплением.[2],[3]
СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА.
5
ОПЫТ И СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ. ВЫПУСК №4.
Рис.2 Разработка котлована путем поэтапного крепления откосов
Рис.3 Технология устройства нагельного крепления с набрызгбетонным экраном и буроинъекционным
нагелем (допускается применять в качестве как временного, так и постоянного в сухих связных грунтах (суглинки, глины)
для котлованов и выемок глубиной до 15 м). [4]
Рис.4 Схема поярусной разработки грунта. Вариант с погружением стержней непосредственно в грунт.
Шаг нагелей a < 1 м:
1 - поярусная механизированная разработка грунта;
2 - доработка грунта у стен вручную с достижением проектной крутизны откоса
· при необходимости нанесение 2-го слоя набрызгбетона;
· разработка грунта последующего яруса и повторение операций.
6
ГЕОТЕХНИКА И ГЕОТЕХНОЛОГИИ
Послойное армирование методом «обертывания»(«Концертино»).
Укладка армогрунтового слоя осуществляется в 7 этапов:
1 этап – на поверхность земли, либо поверх слоя армированного грунта устанавливается
шаблон;
2 этап – укладка полотнищ (полотнища геотекстиля укладываются таким образом ,чтобы
примерно 1 м. свободно свешивался, либо уложены с нахлестом);
3 этап – укладка пионерного слоя грунта (используется гранулированный или дренирующий
грунт (кроме щебня));
4 этап – устройство грунтового валка (грейдером, либо вручную шириной 300-600 мм и высотой
чуть выше общей толщины армирующего слоя грунта);
5 этап – защемление свободного конца полотнища (обертывание вокруг грунтового валка и
защемление);
6 этап – укладка грунта на всю толщину слоя с уплотнением;
7 этап – перестановка шаблона.[2],[3]
Рис.5. Послойное армирование методом «обертывания»(«Концертино»)
СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА.
7
ОПЫТ И СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ. ВЫПУСК №4.
В заключении можно отметить, что в современных условиях есть возможность устройства
нагелированных стен самых разнообразных пространственных форм и с различным наклоном, в том числе с
отрицательным.
Нагелирование используется для стабилизации неустойчивых естественных склонов, для укрепления
старых неустойчивых подпорных стен и армогрунтовых стен с корродирующей арматурой, для временного
укрепления стен котлованов вблизи фундаментов существующих зданий, для укрепления откосов выемок для
автодорог, железных дорог, и порталов тоннелей. В основном используются буроинъекционные нагели.
Грунтовые нагели конструктивно во многом схожи с грунтовыми анкерами. Основное различие их работы
состоит в том, что нагели - это пассивные армирующие элементы, которые активизируются при
деформировании окружающего грунта, а анкера – это активные элементы, которые за счет преднапряжения
включаются в работу сразу после установки, т.е при нулевых деформациях грунта. Нагелирование стен
эффективно при работе в стесненных условиях [2, 3, 4].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Джоунс К.Д. Сооружения из армированного грунта. (перевод с англ.). – М.,:Стройиздат,- 1989г.
2. Ивахнюк В.А. Строительство и проектирование подземных и заглубленных сооружений: учеб.пособие для студ.,
обучающихся по всем строит. спец. – М.: Изд-во АСВ, 1999г.
3. «Справочник геотехника. Основания, фундаменты и подземные сооружения». – М.: Изд-во АСВ, 2014г.
4. СТП 013-2001 «Нагельное крепление котлованов и откосов в транспортном строительстве»
5. Армогрунтовые сооружения [Электронный ресурс], 2014. – Режим доступа: http://stabarm.ru/armogrunt/ ,
свободный. – Загл.с экрана.
6. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.cntimelio.ru/2_1_1.pdf , свободный. - Без загл.
BIBLIOGRAPHY
1. Jones K.D. Soorugeniya iz armirovannogo grunta. (perevod s angl.). – M.: Stroyizdat. – 1989g.
2. Ivahnyuk V.A. Stroitel’stvo I proektirovanie podzemnih I zaglublennih soorugenii: ucheb.posobie dlya stud.,
obuchayush’ihsya po vsem stroit.spec. – M.: Izd-vo ACB, 1999g.
3. “Spravochnik geotehnika. Osnovania, fundamenti I podzemnie soorugeniya”. – M.: Izd-vo ACB, 2014g.
4. STP 013-2001 “Nagel’noe kreplenie kotlovanov I otkosov v transportnom stroitel’stve”.
5. Armogruntovie soorugeniya [Elektronnii resurs], 2014, - Regim dostupa: http://stabarm.ru/armogrunt/ , svobodnii. –
Zagl. s ekrana.
6. [Elektronnii resurs]. – Regim dostupa: http://www.cntimelio.ru/2_1_1.pdf , svobodnii. - Bez zagl.