Способы укрепления грунтовых оснований на подтопляемых территориях

METHODS FOR STRENGTHENING SOIL FOUNDATIONS IN FLOODED AREAS

Evgeny Latynin

Engineer of the Department of Building Structures, Bases and Foundations named after Professor Yu.M. Borisova Voronezh State Construction University - VSTU, Russia, Voronezh

Аннотация. При строительстве и эксплуатации зданий и сооружений на слабых грунтах неизбежно возникает проблема преобразования их физико-механических свойств для повышения несущей способности и снижения деформируемости. С одной стороны, это проблема, но с другой это возможность для инноваций и модернизации существующих методов укрепления грунтов основания. Искусственное закрепление грунта воздействие на грунт с помощью различных конструктивных и технологических мероприятий, которое повышает его несущую способность и снижает деформации. В данной статье рассматривается множество методов закрепления грунта, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.

Abstract.  During the construction and operation of buildings and structures on soft soils, the problem inevitably arises of transforming their physical and mechanical properties to increase the bearing capacity and reduce deformability. On the one hand, this is a problem, but on the other hand, it is an opportunity for innovation and modernization of existing methods of strengthening foundation soils. Artificial soil consolidation - impact on the soil using various design and technological measures, which increases its bearing capacity and reduces deformation. This article discusses a variety of soil consolidation methods, each with its own advantages and disadvantages.

Ключевые слова: подтопляемые территории; строительство; грунт.

Keywords: flooded areas; building; priming.

Цель работы: Цель проводимых исследований заключалась в способах укрепления грунтовых оснований на подтопляемых территориях их влиянии на строительство Воронежской области, природно-технические системы и среду обитания человека для прогноза и предупреждения негативных последствий  в процессе строительной деятельности. 

Задачи исследования:

• Исследование различных видов структурно-неустойчивых грунтовых оснований;
• Сопоставление результатов инженерно-геологических изысканий по различным видам структурно-неустойчивых грунтовых оснований;
• Исследование особенностей расчета различных видов структурно неустойчивых грунтовых оснований;
• Предложение путей решения инженерно-геологических проблем на участках со структурно-неустойчивыми грунтовыми основаниями.

Научная новизна: В результате выполненных исследований в пределах рассматриваемого района изучены специфические грунты и рассмотрен объект строительства на подтопляемых территориях Воронежской области.

Ключевые слова: подтопление, методы, грунт, способы.

Keywords: flooding, methods, soil, methods.

Физико-географическая, геологическая и гидрогеологическая характеристика района исследований.

Физико-географическая, геологическая и гидрогеологическая характеристика города Воронеж и области. Район изысканий находится в г. Воронеж, который расположен в центре Европейской части Российской Федерации. Население Воронежской области на 2020 составляет 2 324 205 чел.  Площадь сегодняшнего Воронежа составляет 590,43 км². Город поделен на 6 административных районов: Левобережный, Железнодорожный, Ленинский, Советский, Коминтерновский и Центральный. Большая часть застройки города относится к 1930-50-м г.г., но активное строительство в городе продолжается, в декабре 2008 года городская дума Воронежа приняла генеральный план дальнейшего строительства в городе. Есть планы и по дальнейшему расширению границ города, так, 28 сёл, посёлков и хуторов, которые сейчас административно подчиняются Коминтерновскому, Советскому Железнодорожному и Левобережному районам, вскоре должны будут стать новыми микрорайонами города. Климат. Район изысканий относится к зоне с умеренно-континентальным климатом. Гидрография. Район изысканий расположен на территории бассейна реки Воронеж. Питание – преимущественно атмосферными осадками. Река Воронеж имеет широкую пойму с асимметричным профилем: левый берег – пологий, правый – крутой. В пределах города в низовье р.Воронеж сооружено водохранилище: длина – 35км, площадь – 70 км2, объем – 20?4 млн.м3.

Подтопление

Одним из наиболее распространенных опасных геологических процессов является подтопление. Данный процесс приносит существенные проблемы при возведении фундамента строения. Причинами подтоплений зданий (сооружений) и фундаментов являются природный и техногенный факторы.

Естественные причины подтопления

1. Геологические причины переувлажнения
2. Топографические причины переувлажнения
3. Гидрологические причины переувлажнения

Методы усиления грунтов основания

В отличие от усиления различных конструктивных элементов здания (таких как стены, колонны, фундаменты), типовые решения по улучшению характеристик грунтов основания отсутствуют. Закрепление производится по индивидуально разработанному проекту с применением принципов конкретного метода. К основным методам усиления грунтов относятся: физико-химические, механические (уплотнение) и конструктивные.

Физико-химические методы

1. Термический способ закрепления
2. Цементация грунтов
3. Силикатизация грунтов
4. Глинизация и битумизация

Усиление грунтов основания конструктивными элементами

Основными конструктивными методами усиления являются следующие:

1. грунтовые подушки.
2. шпунтовые ограждения.
3. армирование
4. противофильтрационные завесы.

Дренажная система

Виды дренажа

Дренажные системы для отвода грунтовых вод можно разделить на два основных вида: открытый и закрытый:

1. Открытое поверхностное дренирование
2. К закрытым системам отведения воды
3. Поверхностный водоотвод
4. Засыпные

Проекты решения по усиление грунтов на подтопляемых  территориях Воронежской области

Инженерно-геологические изыскания выполнены на участке по адресу: Воронежская область, Рамонский район, 620 м на северо-запад 2 выдела 3 квартала левобережного лесничества, уч. 2.

Целью настоящих изысканий являлось определение инженерно-геологических, гидрогеологических условий площадки и физико-механических свойств грунтов, слагающих ее разрез.

Виды и объемы выполненных работ сведены в таблицу 1.

Таблица 1.

Виды и объемы выполненных работ

Рекогносцировочное обследование. Обследование проводилось с целью выявления поверхностных форм проявления современных физико-геологических процессов (оползневых, карстовых и т.п.), способных отрицательно влиять на строительство и эксплуатацию проектируемых сооружений. Рекогносцировка заключалась в осмотре поверхности участка изысканий и за его пределами на расстоянии 150-300м.

Бурение скважин производилось буровой установкой ПБУ-2 колонковым способом «всухую» диаметром 146 мм. На участке изысканий пробурено 2 скважины глубиной по 9,0 м. Общий объем бурения составил 18,0 п.м. Местоположение скважин на участке согласовано с заказчиком. В процессе бурения велось порейсовое описание грунтов. Для производства лабораторных работ из скважин было отобрано 5 монолитов и 17 проб нарушенной структуры.

Испытания грунтов статическим зондированием проводились с целью определения:

- плотности сложения песков,

- прочностных и деформационных характеристик грунтов,

- уточнения границ инженерно-геологических элементов.

Испытательная аппаратура - «Пика-17» (измерительный зонд II типа, площадь конуса 10см², длина муфты трения 310 мм), задавливающее устройство – буровая установка.

Испытание проводилось в 2-х точках с привязкой к ранее пробуренным скважинам, на расстоянии 2,0 м от последних. Зондировка осуществлялась с поверхности с регистрацией значений с глубины 0,4 м  с шагом 0,2 м до глубины 9,0 м. В результате измерений получены значения сопротивления грунта под конусом зонда (qc) и удельного сопротивления грунта по боковой поверхности на муфте зонда (fз). Результаты зондирования оформлены в виде графиков, совмещенных с литологическими колонками скважин (приложение 11.4) и таблицы значений прочностных и деформационных характеристик грунтов (приложение 10.6).

Лабораторные исследования грунтов проведены в соответствии с действующими ГОСТами.

По песчаным грунтам определялись: физические свойства (плотность, влажность, грансостав).

Также проведены определения степени агрессивного воздействия грунтов и грунтовых вод.

Статистическая обработка результатов лабораторных исследований (приложение 10.3) выполнена согласно ГОСТ 20522-2012.

Буровые скважины нанесены на карту фактического материала М 1:500 (приложение 11.1).

Настоящий отчет составлен в соответствии с СП 47.13330.2012 [1], СП 11-105-97 [2], СП 22.13330.2011 [3] и другими нормативными документами.

Расчетное сопротивление грунта основания [R]

R = 1656.48 кПа = 168.91 т/м2 = 16.9 кг/см2

Исходные данные

Данные для расчета взяты из СП 22.13330.2011 (Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*).

R = (γ_c1 γ_c2/k) [M_γk_zbγII + M_qd1γ'II + (M_q - 1)dbγ'II + M_ccII]

Коэффициент условий работы, принимаемые по таблице 5.4 [γ_c1]: 1.3

Коэффициент условий работы, принимаемые по таблице 5.4 [γ_c2]: 1

Коэффициент, принимаемый равным единице, если прочностные характеристики грунта (φII и cII) определены непосредственными испытаниями, и k = 1,1, если они приняты по таблицам приложения Б [k]: 1

Ширина подошвы фундамента, м [b]: 0.35

Осредненное (см. 5.6.10) расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, кН/м3 [γII]: 20.88

Осредненное (см. 5.6.10) расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, кН/м3 [γ'II]: 17.91

Расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента (см. 5.6.10), кПа [cII]: 2

Угол внутреннего трения грунта основания [φII]: 35

Коэффициенты, принимаемые по таблице 5.5 [M_γ]: 1.68

Коэффициенты, принимаемые по таблице 5.5 [M_q]: 7.71

Коэффициенты, принимаемые по таблице 5.5 [M_c]: 9.58

Коэффициент, принимаемый равным единице при b < 10 м; kz= z0 ÷ b+ 0,2 при b ≥ 10 м (здесь z0 = 8 м)[k_z]: 1

Глубина заложения фундаментов, м, бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле (5.8) [d1]: 9

Глубина подвала, расстояние от уровня планировки до пола подвала, м [db]: 0

Расчетное сопротивление грунта основания [R]:

R=1.3*1/1*[1.68*1*0.35*20.88+7.71*9*17.91+(7.71-1)*0*17.91+9.58*2]=1656.48

Выводы

Рисунок 1. Геологический разрез участка исследований

Усиление грунтов основания выполняется в следующих случаях:

• при необходимости восстановления корректной работы несущих элементов существующего здания;
• при новом строительстве на площадке с плохими инженерно-геологическими условиями.

В первом случае работы, как правило выполняются в комплексе с усилением и ремонтом фундаментов и имеют ограничения в выборе методов (во избежание воздействия на рядом расположенные здания). При усилении грунтов на новой площадке выбор метода определяется только техническим и экономическим обоснованием.

На исследуемом участке работ, в связи с гидрогеологическими условиями и расчетным сопротивлением грунтов основания, считаем, что целесообразно использовать метод «Дренажной системы» для сбора и удаления инфильтрованных и грунтовых вод.